Почему звезда, замеченная над крышей сегодня в десять вечера, через месяц окажется в том же положении заметно раньше? Часы отсчитывают сутки, связанные с Солнцем, а звёздное небо повторяет положение с немного другим периодом. Различие становится понятным, если учитывать два движения Земли: вращение вокруг оси и обращение вокруг Солнца.
Два вида суток
Звёздное время связано с поворотом Земли относительно небесной системы отсчёта. В классическом определении звёздные сутки разделяют последовательные верхние прохождения точки весеннего равноденствия через меридиан. Их продолжительность примерно 23 ч 56 мин 4 с обычного времени.
Истинные солнечные сутки отсчитывают между последовательными верхними кульминациями Солнца. Пока Земля делает оборот, она продвигается по орбите; направление на Солнце меняется. До следующего солнечного полудня требуется ещё небольшой поворот. Поэтому солнечные сутки примерно на четыре минуты длиннее звёздных. За месяц различие времени появления звёзд в сходном положении накапливается примерно до двух часов. Это приближённая оценка, а не точный расчёт для любого небесного объекта.
Истинное и среднее солнечное время
В истинный местный полдень центр Солнца пересекает небесный меридиан в верхней кульминации. Такое время непосредственно связано с положением Солнца. Но промежутки между полуднями немного меняются: Земля движется по эллиптической орбите с переменной скоростью, а эклиптика наклонена к небесному экватору. Для равномерного счёта ввели среднее солнце — условную точку с равномерным движением по экватору.
Разность истинного и среднего солнечного времени называют уравнением времени. Здесь будем пользоваться соглашением E=T_a-T_m, где T_a — истинное, T_m — среднее солнечное время. Тогда T_a=T_m+E. При положительном значении солнечные часы опережают местное среднее время. В течение года значение приблизительно меняется от −14 до +16 минут. Встречается и противоположное соглашение о знаке, поэтому определение всегда проверяют до вычисления.
Например, если местное среднее время 11:40, а уравнение времени равно +8 мин, истинное время составляет 11:48. В истинный полдень при такой поправке среднее время будет 11:52. Следовательно, солнечный полдень не обязан совпадать с показанием 12:00 гражданских часов.