4.3: حفظ الوقت
- Page ID
- 197531
أهداف التعلم
في نهاية هذا القسم، ستكون قادرًا على:
- اشرح الفرق بين اليوم الشمسي واليوم الفلكي
- اشرح متوسط التوقيت الشمسي وسبب المناطق الزمنية
يعتمد قياس الوقت على دوران الأرض. على مدار معظم تاريخ البشرية، كان الوقت يحسب من خلال مواقع الشمس والنجوم في السماء. في الآونة الأخيرة فقط استحوذت الساعات الميكانيكية والإلكترونية على هذه الوظيفة في تنظيم حياتنا.
طول اليوم
إن أهم وحدة فلكية للوقت هي اليوم، ويتم قياسها من حيث دوران الأرض. ومع ذلك، هناك أكثر من طريقة لتحديد اليوم. عادةً ما نفكر في الأمر على أنه فترة دوران الأرض فيما يتعلق بالشمس، والتي تسمى اليوم الشمسي. بعد كل شيء، بالنسبة لمعظم الناس، يعد شروق الشمس أكثر أهمية من وقت شروق Arcturus أو أي نجم آخر، لذلك قمنا بضبط ساعاتنا على بعض إصدارات Suntime. ومع ذلك، يستخدم علماء الفلك أيضًا اليوم الفلكي، والذي يتم تحديده من حيث فترة دوران الأرض فيما يتعلق بالنجوم.
اليوم الشمسي أطول قليلاً من اليوم الفلكي لأن الأرض (كما ترى من الشكل) لا تتحول الأرض فحسب، بل تتحرك أيضًا على طول مسارها حول الشمس في يوم واحد. لنفترض أننا نبدأ عندما يكون الموقع المداري للأرض في اليوم الأول، مع وجود كل من الشمس وبعض النجوم البعيدة (الموجودة في الاتجاه الذي يشير إليه السهم الأبيض الطويل الذي يشير إلى اليسار)، بشكل مباشر بما يتماشى مع ذروة الراصد على الأرض. عندما تكمل الأرض دورة واحدة فيما يتعلق بالنجم البعيد وتكون في اليوم الثاني، يشير السهم الطويل مرة أخرى إلى نفس النجم البعيد. ومع ذلك، لاحظ أنه بسبب حركة الأرض على طول مدارها من اليوم الأول إلى الثاني، لم تصل الشمس بعد إلى موضع فوق الراصد. لإكمال اليوم الشمسي، يجب أن تقوم الأرض بتدوير كمية إضافية تساوي 1/365 من الدوران الكامل. الوقت المطلوب لهذا الدوران الإضافي هو 1/365 من اليوم، أو حوالي 4 دقائق. لذا فإن اليوم الشمسي أطول بحوالي 4 دقائق من اليوم الفلكي.
نظرًا لأن ساعاتنا العادية يتم ضبطها وفقًا للتوقيت الشمسي، ترتفع النجوم مبكرًا بـ 4 دقائق كل يوم. يفضل علماء الفلك الوقت الفلكي لتخطيط ملاحظاتهم لأنه في هذا النظام، يرتفع النجم في نفس الوقت كل يوم.
مثال\(\PageIndex{1}\): التوقيت الفلكي والتوقيت الشمسي
تصنع الشمس دائرة كاملة في السماء كل 24 ساعة تقريبًا، بينما تصنع النجوم دائرة كاملة في السماء في وقت أقل بـ 4 دقائق، أو 23 ساعة و56 دقيقة. يؤدي هذا إلى تغيير مواقع النجوم في وقت معين من النهار أو الليل قليلاً كل يوم. نظرًا لأن النجوم ترتفع مبكرًا بـ 4 دقائق كل يوم، فإن ذلك يصل إلى حوالي ساعتين في الشهر (4 دقائق × 30 = 120 دقيقة أو ساعتين). لذلك، إذا ارتفعت كوكبة معينة عند غروب الشمس خلال فصل الشتاء، يمكنك التأكد من أنها بحلول الصيف سترتفع قبل 12 ساعة تقريبًا، مع شروق الشمس، ولن تكون مرئية بسهولة في سماء الليل. لنفترض أن النجم اللامع سيريوس يرتفع الليلة في الساعة 7:00 مساءً من مكان معين بحيث يكون مرتفعًا جدًا في السماء بحلول منتصف الليل. في أي وقت سيرتفع سيريوس في غضون ثلاثة أشهر؟
الحل
في غضون ثلاثة أشهر، سيرتفع سيريوس في وقت سابق من خلال:
\[ 90 \text{ days} \times \frac{4 \text{ minutes}}{ \text{ day}} = 360 \text{ minutes or } 6 \text{ hours} \nonumber\]
سوف يرتفع في حوالي الساعة 1:00 مساءً وسيكون مرتفعًا في السماء عند غروب الشمس تقريبًا بدلاً من منتصف الليل. سيريوس هو ألمع نجم في كوكبة Canis Major (الكلب الكبير). لذلك، ستظهر بعض الكوكبات الأخرى بشكل بارز في السماء في هذا التاريخ اللاحق.
التمارين\(\PageIndex{1}\)
إذا ارتفع نجم في الساعة 8:30 مساءً الليلة، فما الوقت الذي سيرتفع فيه تقريبًا بعد شهرين من الآن؟
- إجابة
-
في غضون شهرين، سيرتفع النجم:
\[ 60 \text{ days} \times \frac{4 \text{ minutes}}{ \text{ day}} =240 \text{ minutes or } 4 \text{ hours earlier.} \nonumber\]
هذا يعني أنها سترتفع في الساعة 4:30 مساءً.
التوقيت الشمسي الواضح
يمكننا تحديد الوقت الشمسي الظاهري على أنه الوقت الذي يحسب من خلال الموقع الفعلي للشمس في السماء (أو، أثناء الليل، موقعها تحت الأفق). هذا هو نوع الوقت الذي تشير إليه الساعات الشمسية، وربما يمثل أقرب مقياس للوقت الذي استخدمته الحضارات القديمة. اليوم، نعتمد منتصف الليل كنقطة بداية لليوم ونقيس الوقت بالساعات المنقضية منذ منتصف الليل.
خلال النصف الأول من اليوم، لم تصل الشمس بعد إلى خط الزوال (الدائرة الكبرى في السماء التي تمر عبر ذروتها). نحدد تلك الساعات قبل منتصف النهار (قبل حلول منتصف النهار، أو صباحًا)، قبل أن تصل الشمس إلى خط الطول المحلي. نبدأ عادةً في ترقيم الساعات بعد الظهر مرة أخرى ونحددها بحلول المساء (بعد الظهر)، بعد وصول الشمس إلى خط الطول المحلي.
على الرغم من أن التوقيت الشمسي الواضح يبدو بسيطًا، إلا أنه ليس مناسبًا جدًا للاستخدام. يختلف الطول الدقيق لليوم الشمسي الظاهر قليلاً خلال العام. إن تقدم الشمس باتجاه الشرق في رحلتها السنوية حول السماء ليس موحدًا لأن سرعة الأرض تختلف قليلاً في مدارها الإهليلجي. هناك تعقيد آخر وهو أن محور دوران الأرض ليس عموديًا على مستوى ثورتها. وبالتالي، فإن الوقت الشمسي الواضح لا يتقدم بمعدل موحد. بعد اختراع الساعات الميكانيكية التي تعمل بمعدل موحد، أصبح من الضروري التخلي عن اليوم الشمسي الظاهر كوحدة أساسية للوقت.
متوسط التوقيت الشمسي والتوقيت القياسي
بدلاً من ذلك، يمكننا النظر في متوسط الوقت الشمسي، والذي يعتمد على متوسط قيمة اليوم الشمسي على مدار العام. يحتوي اليوم الشمسي المتوسط على 24 ساعة بالضبط وهو ما نستخدمه في ضبط الوقت اليومي. على الرغم من أن متوسط الوقت الشمسي يتمتع بميزة التقدم بمعدل موحد، إلا أنه لا يزال غير مناسب للاستخدام العملي لأنه يتحدد من خلال موقع الشمس. على سبيل المثال، يحدث الظهر عندما تكون الشمس في السماء. ولكن نظرًا لأننا نعيش على أرض مستديرة، فإن الوقت المحدد للظهر يختلف عندما تقوم بتغيير خط الطول بالانتقال شرقًا أو غربًا.
إذا تمت مراعاة متوسط التوقيت الشمسي بدقة، فسيتعين على الأشخاص الذين يسافرون شرقًا أو غربًا إعادة ضبط ساعاتهم باستمرار مع تغير خط الطول، فقط لقراءة متوسط التوقيت المحلي بشكل صحيح. على سبيل المثال، سيتعين على المسافر الذي يسافر من خليج أويستر في لونغ آيلاند إلى مدينة نيويورك تعديل وقت الرحلة عبر نفق إيست ريفر لأن توقيت أويستر باي في الواقع أكثر تقدمًا بحوالي 1.6 دقيقة من توقيت مانهاتن. (تخيل رحلة طائرة يقوم فيها مضيف بغيض بالاتصال الداخلي كل دقيقة، قائلاً: «يرجى إعادة ضبط ساعتك للتوقيت المحلي».)
حتى نهاية القرن التاسع عشر، احتفظت كل مدينة وبلدة في الولايات المتحدة بالتوقيت المحلي الخاص بها. ومع تطور السكك الحديدية والبرق، أصبحت الحاجة إلى نوع من التوحيد واضحة. في عام 1883، تم تقسيم الولايات المتحدة إلى أربع مناطق زمنية قياسية (الآن ست مناطق، بما في ذلك هاواي وألاسكا)، ولكل منها نظام زمني واحد داخل تلك المنطقة.
بحلول عام 1900، كان معظم العالم يستخدم نظام 24 منطقة زمنية عالمية موحدة. داخل كل منطقة، تحافظ جميع الأماكن على نفس التوقيت القياسي، مع متوسط التوقيت الشمسي المحلي لخط الطول القياسي الذي يمر تقريبًا عبر منتصف كل منطقة. الآن يقوم المسافرون بإعادة ضبط ساعاتهم فقط عندما يصل تغيير الوقت إلى ساعة كاملة. توقيت المحيط الهادئ القياسي هو قبل 3 ساعات من التوقيت القياسي الشرقي، وهي حقيقة تصبح واضحة بشكل مؤلم في كاليفورنيا عندما ينسى شخص ما على الساحل الشرقي ويتصل بك في الساعة 5:00 صباحًا.
على الصعيد العالمي، اعتمدت جميع البلدان تقريبًا منطقة زمنية قياسية واحدة أو أكثر، على الرغم من أن إحدى أكبر الدول، الهند، استقرت على نصف منطقة، على بعد 5.5 ساعة من معيار غرينتش. أيضًا، تستخدم العديد من الدول الكبيرة (روسيا والصين) رسميًا منطقة زمنية واحدة فقط، لذلك تحتفظ جميع الساعات في ذلك البلد بنفس الوقت. في التبت، على سبيل المثال، تشرق الشمس بينما تقول الساعات (التي تحافظ على توقيت بكين) إن منتصف الصباح بالفعل.
التوقيت الصيفي هو ببساطة التوقيت القياسي المحلي للمكان بالإضافة إلى ساعة واحدة. تم اعتماده للاستخدام في الربيع والصيف في معظم الولايات في الولايات المتحدة، وكذلك في العديد من البلدان، لإطالة ضوء الشمس إلى ساعات المساء، بناءً على نظرية واضحة مفادها أنه من الأسهل تغيير الوقت عن طريق الإجراءات الحكومية مقارنة بالأفراد أو الشركات بتعديل جداولهم الخاصة لإنتاج نفس التأثير. وهي بالطبع لا «تحفظ» أي ضوء نهاري على الإطلاق - لأن كمية ضوء الشمس لا تتحدد بما نفعله بساعاتنا - ومراعاتها هي نقطة نقاش تشريعي في بعض الولايات.
خط التوقيت الدولي
تمثل حقيقة أن الوقت يتقدم دائمًا وأنت تتحرك نحو الشرق مشكلة. لنفترض أنك تسافر شرقًا حول العالم. تمر إلى منطقة زمنية جديدة، في المتوسط، كل 15 درجة تقريبًا من خط الطول الذي تقطعه، وفي كل مرة تقوم فيها بضبط ساعتك بدقة قبل ساعة. بحلول الوقت الذي تنتهي فيه من رحلتك، تكون قد وضعت ساعتك للأمام لمدة 24 ساعة كاملة، وبالتالي اكتسبت يومًا أكثر من أولئك الذين بقوا في المنزل.
حل هذه المعضلة هو خط التوقيت الدولي، الذي تم تحديده بموجب اتفاقية دولية ليمتد تقريبًا على طول خط الطول 180 درجة. يمتد خط التاريخ في منتصف المحيط الهادئ، على الرغم من أنه يركض قليلاً في أماكن قليلة لتجنب المرور عبر مجموعات من الجزر وعبر ألاسكا (الشكل\(\PageIndex{2}\)). حسب الاتفاقية، في سطر التاريخ، يتم تغيير تاريخ التقويم بيوم واحد. عند عبور خط التاريخ من الغرب إلى الشرق، وبالتالي زيادة وقتك، يمكنك التعويض عن طريق تقليل التاريخ؛ والعبور من الشرق إلى الغرب، يمكنك زيادة التاريخ بيوم واحد. للحفاظ على كوكبنا على نظام عقلاني لضبط الوقت، يجب علينا ببساطة أن نقبل أن التاريخ سيختلف في مدن مختلفة في نفس الوقت. ومن الأمثلة الجيدة على ذلك التاريخ الذي قصفت فيه البحرية الإمبراطورية اليابانية بيرل هاربور في هاواي، والمعروفة في الولايات المتحدة باسم الأحد 7 ديسمبر 1941، ولكنها كانت تدرس للطلاب اليابانيين يوم الاثنين 8 ديسمبر.
ملخص
الوحدة الأساسية للوقت الفلكي هي اليوم - إما اليوم الشمسي (الذي تحسبه الشمس) أو اليوم الفلكي (الذي تحسبه النجوم). يعتمد الوقت الشمسي الظاهري على موقع الشمس في السماء، ويعتمد متوسط الوقت الشمسي على متوسط قيمة اليوم الشمسي خلال العام. من خلال اتفاقية دولية، نحدد 24 منطقة زمنية حول العالم، لكل منها توقيتها القياسي الخاص. يعد اصطلاح خط التوقيت الدولي ضروريًا للتوفيق بين الأوقات في أجزاء مختلفة من الأرض.
مسرد المصطلحات
- التوقيت الشمسي الواضح
- الوقت الذي يُقاس بموقع الشمس في السماء (الوقت الذي سيُشار إليه بواسطة ساعة شمسية)
- خط التوقيت الدولي
- خط عشوائي على سطح الأرض بالقرب من خط الطول 180 درجة يتغير التاريخ عبره بيوم واحد
- يعني التوقيت الشمسي
- الوقت يعتمد على دوران الأرض؛ متوسط الوقت الشمسي يمر بمعدل ثابت، على عكس الوقت الشمسي الظاهري
- يوم فلكي
- فترة دوران الأرض كما تحددها مواقع النجوم في السماء؛ الوقت بين الممرات المتتالية لنفس النجم عبر خط الزوال
- يوم شمسي
- فترة دوران الأرض كما يحددها موقع الشمس في السماء؛ الوقت بين الممرات المتتالية للشمس عبر خط الطول