4.3: Muda wa Kuweka

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza tofauti kati ya siku ya jua na siku ya sidereal
• Eleza maana ya muda wa jua na sababu ya maeneo ya wakati

Upimaji wa muda unategemea mzunguko wa Dunia. Katika historia nyingi za binadamu, wakati umehesabiwa na nafasi za Jua na nyota angani. Hivi karibuni tu kuwa na saa za mitambo na za elektroniki zilizochukuliwa juu ya kazi hii katika kusimamia maisha yetu.

Urefu wa Siku

Kitengo cha msingi cha astronomical cha wakati ni siku, kipimo kwa suala la mzunguko wa Dunia. Kuna, hata hivyo, zaidi ya njia moja ya kufafanua siku. Kawaida, tunadhani kama kipindi cha mzunguko wa Dunia kwa heshima ya Jua, inayoitwa siku ya jua. Baada ya yote, kwa watu wengi jua ni muhimu zaidi kuliko wakati kupanda kwa Arcturus au nyota nyingine, hivyo sisi kuweka saa yetu kwa baadhi ya toleo la Sun-Time. Hata hivyo, wanaastronomia pia hutumia siku ya sidereal, ambayo inafafanuliwa kwa suala la kipindi cha mzunguko wa Dunia kwa heshima na nyota.

Siku ya jua ni kidogo zaidi kuliko siku ya sidereal kwa sababu (kama unavyoweza kuona kutoka Kielelezo) Dunia sio tu inarudi lakini pia huenda kwenye njia yake karibu na Jua kwa siku. Tuseme tunaanza wakati nafasi ya orbital ya Dunia iko siku ya 1, na Jua na nyota ya mbali (iko katika mwelekeo unaoonyeshwa na mshale mrefu mweupe unaoelekeza kushoto), moja kwa moja kulingana na zenith kwa mtazamaji duniani. Wakati Dunia imekamilisha mzunguko mmoja kwa heshima ya nyota ya mbali na iko katika siku ya 2 mshale mrefu unaelekeza tena nyota ileile ya mbali. Hata hivyo, angalia kwamba kwa sababu ya mwendo wa Dunia kando ya obiti yake kuanzia siku 1 hadi 2, Jua bado halijafikia nafasi juu ya mwangalizi. Ili kukamilisha siku ya jua, Dunia inapaswa kugeuka kiasi cha ziada, sawa na 1/365 ya kurejea kamili. Wakati unaohitajika kwa mzunguko huu wa ziada ni 1/365 ya siku, au dakika 4. Hivyo siku ya jua ni muda wa dakika 4 zaidi kuliko siku ya sidereal.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\) Tofauti Kati ya Siku ya Sidereal na Siku ya jua. Hii ni mtazamo wa juu, kuangalia chini kama Dunia inavyozunguka Jua. Kwa sababu Dunia inazunguka Jua (takriban 1° kwa siku), baada ya mzunguko mmoja kamili wa Dunia kuhusiana na nyota, hatuoni Jua likiwa katika nafasi hiyohiyo.

Kwa sababu saa zetu za kawaida zinawekwa wakati wa jua, nyota zinaongezeka dakika 4 mapema kila siku. Wanaastronomia wanapendelea muda wa sidereal kwa kupanga uchunguzi wao kwa sababu katika mfumo huo nyota inaongezeka kwa wakati mmoja kila siku.

Mfano\(\PageIndex{1}\): Wakati wa Sidereal na wakati wa jua

Jua hufanya duara kamili angani takriban kila masaa 24, wakati nyota zinafanya duara kamili angani kwa muda wa dakika 4 chini, au masaa 23 na dakika 56. Hii inasababisha nafasi za nyota wakati fulani wa mchana au usiku kubadilika kidogo kila siku. Kwa kuwa nyota kupanda 4 dakika mapema kila siku, kwamba kazi nje kwa muda wa saa 2 kwa mwezi (4 dakika × 30 = 120 dakika au 2 masaa). Kwa hiyo, ikiwa nyota fulani inaongezeka wakati wa jua wakati wa majira ya baridi, unaweza kuwa na uhakika kwamba wakati wa majira ya joto, itafufuliwa saa 12 mapema, na jua, na haitaonekana kwa urahisi katika anga ya usiku. Hebu sema kwamba usiku wa leo nyota mkali Sirius inatoka saa 7:00 p.m kutoka eneo lililopewa ili usiku wa manane, ni juu sana mbinguni. Wakati gani Sirius atafufuliwa katika miezi mitatu?

Suluhisho

Katika muda wa miezi mitatu, Sirius itakuwa kupanda mapema na:

\[ 90 \text{ days} \times \frac{4 \text{ minutes}}{ \text{ day}} = 360 \text{ minutes or } 6 \text{ hours} \nonumber\]

Itafufuka saa 1:00 p.m. na kuwa juu angani katika kuzunguka machweo badala ya usiku wa manane. Sirius ni nyota angavu zaidi katika kundinyota ya Canis Meja (mbwa mkubwa). Kwa hiyo, nyota nyingine zitaonekana juu mbinguni katika tarehe hii ya baadaye.

Zoezi\(\PageIndex{1}\)

Ikiwa nyota itaongezeka saa 8:30 usiku wa leo, takriban muda gani itafufuliwa miezi miwili kuanzia sasa?

Jibu

Katika miezi miwili, nyota itafufuliwa:

\[ 60 \text{ days} \times \frac{4 \text{ minutes}}{ \text{ day}} =240 \text{ minutes or } 4 \text{ hours earlier.} \nonumber\]

Hii inamaanisha itafufuliwa saa 4:30 p.m.

Wakati wa jua unaoonekana

Tunaweza kufafanua wakati wa jua unaoonekana kama wakati unaohesabiwa na nafasi halisi ya Jua mbinguni (au, wakati wa usiku, nafasi yake chini ya upeo wa macho). Hii ni aina ya muda unaonyeshwa na sundials, na pengine inawakilisha kipimo cha mwanzo cha muda kilichotumiwa na ustaarabu wa kale. Leo, tunachukua katikati ya usiku kama mwanzo wa mchana na kupima muda katika masaa uliopita tangu usiku wa manane.

Katika nusu ya kwanza ya mchana, Jua halijafikia meridiani (mduara mkubwa angani unaopita kupitia zenith yetu). Tunataja masaa hayo kama kabla ya mchana (ante meridiem, au a.m.), kabla ya Jua kufikia meridian ya ndani. Kwa kawaida tunaanza kuhesabu masaa baada ya saa sita mchana tena na kuwachagua kwa p.m. (baada ya meridiem), baada ya Jua kufikia meridiani ya ndani.

Ingawa wakati wa jua unaonekana rahisi, sio rahisi sana kutumia. Urefu halisi wa siku ya jua inayoonekana inatofautiana kidogo wakati wa mwaka. Maendeleo ya mashariki ya Jua katika safari yake ya kila mwaka kuzunguka angani si sare kwa sababu kasi ya Dunia inatofautiana kidogo katika obiti yake ya duaradufu. Jambo lingine ni kwamba mhimili wa mzunguko wa Dunia sio perpendicular kwa ndege ya mapinduzi yake. Hivyo, wakati wa jua dhahiri hauendelei kwa kiwango cha sare. Baada ya uvumbuzi wa saa za mitambo zinazoendesha kwa kiwango cha sare, ikawa muhimu kuacha siku ya jua inayoonekana kama kitengo cha msingi cha wakati.

Maana ya Muda wa jua na Muda wa Kiwango

Badala yake, tunaweza kufikiria muda wa jua wa maana, ambao unategemea thamani ya wastani ya siku ya jua kwa kipindi cha mwaka. Siku ya jua yenye maana ina masaa 24 hasa na ndiyo tunayotumia katika utunzaji wetu wa kila siku. Ingawa maana wakati wa jua una faida ya kuendelea kwa kiwango cha sare, bado haifai kwa matumizi ya vitendo kwa sababu imedhamiriwa na nafasi ya Jua. Kwa mfano, mchana hutokea wakati Jua linapoendelea. Lakini kwa sababu tunaishi duniani pande zote, wakati halisi wa mchana ni tofauti kama unavyobadilisha longitude yako kwa kusonga mashariki au magharibi.

Kama maana ya muda wa jua walikuwa madhubuti kuzingatiwa, watu kusafiri mashariki au magharibi ingekuwa na upya saa zao daima kama longitude iliyopita, tu kusoma ndani maana wakati usahihi. Kwa mfano, abiria anayesafiri kutoka Oyster Bay katika Long Island kwenda New York City ingekuwa na kurekebisha muda wa safari kupitia handaki ya Mto Mashariki kwa sababu wakati wa Oyster Bay ni kweli kuhusu 1.6 dakika ya juu zaidi kuliko ile ya Manhattan. (Fikiria safari ya ndege ambayo mtumishi wa ndege mwenye kuchukiza anapata kwenye intercom kila dakika, akisema, “Tafadhali weka upya saa yako kwa muda wa maana.”)

Mpaka karibu na mwisho wa karne ya kumi na tisa, kila mji na mji nchini Marekani uliendelea muda wake wa ndani. Pamoja na maendeleo ya reli na telegraph, hata hivyo, haja ya aina fulani ya viwango ikawa dhahiri. Mwaka 1883, Marekani iligawanywa katika kanda nne za wakati wa kawaida (sasa sita, ikiwa ni pamoja na Hawaii na Alaska), kila moja ikiwa na mfumo mmoja wa wakati ndani ya eneo hilo.

Kufikia mwaka wa 1900 sehemu kubwa za dunia zilikuwa zinatumia mfumo wa kanda 24 za wakati sanifu duniani. Ndani ya kila eneo, maeneo yote yanaendelea wakati huo huo, na wakati wa jua wa ndani wa mstari wa kawaida wa longitude unaoendesha zaidi au chini katikati ya kila eneo. Sasa wasafiri huweka upya saa zao tu wakati mabadiliko ya wakati yamekuwa saa kamili. Wakati wa kawaida wa Pasifiki ni masaa 3 mapema kuliko wakati wa kawaida wa mashariki, ukweli ambao unakuwa wazi sana huko California wakati mtu kwenye Pwani ya Mashariki anasahau na kukuita saa 5:00 a.m.

Kimataifa, karibu nchi zote zimepitisha kanda moja au zaidi ya wakati wa kawaida, ingawa mojawapo ya mataifa makubwa, India, imeketi kwenye eneo la nusu, kuwa masaa 5.5 kutoka kiwango cha Greenwich. Pia, nchi kadhaa kubwa (Urusi, China) hutumia rasmi eneo moja tu la wakati, hivyo saa zote katika nchi hiyo zinaendelea wakati mmoja. Katika Tibet, kwa mfano, Jua linainuka huku saa (ambazo zinaweka muda wa Beijing) zinasema ni asubuhi ya asubuhi tayari.

Wakati wa kuokoa mchana ni wakati wa kawaida wa mahali pamoja na saa 1. Imekuwa iliyopitishwa kwa ajili ya matumizi ya spring na majira ya joto katika majimbo mengi nchini Marekani, na pia katika nchi nyingi, kuongeza muda wa jua ndani ya masaa ya jioni, juu ya nadharia inayoonekana kuwa ni rahisi kubadili muda na hatua za serikali kuliko itakuwa kwa watu binafsi au biashara kurekebisha ratiba zao wenyewe kuzalisha athari sawa. Haiwezi, bila shaka, “kuokoa” mchana wowote kabisa—kwa sababu kiasi cha jua hakitambuliwa na kile tunachofanya na saa zetu—na utunzaji wake ni hatua ya mjadala wa kisheria katika baadhi ya majimbo.

Mstari wa Tarehe ya Kimataifa

Ukweli kwamba wakati unaendelea daima unapohamia upande wa mashariki unatoa tatizo. Tuseme unasafiri upande wa mashariki duniani kote. Unapita kwenye eneo la wakati mpya, kwa wastani, karibu kila 15° ya longitude unasafiri, na kila wakati unapoweka saa yako mbele ya saa moja. Wakati umekamilisha safari yako, umeweka saa yako mbele ya masaa 24 kamili na hivyo kupata siku juu ya wale waliokaa nyumbani.

Suluhisho la mtanziko huu ni International Tarehe Line, iliyowekwa na makubaliano ya kimataifa ya kukimbia takriban kando ya meridiani 180° ya longitude. Mstari wa tarehe unakwenda katikati ya Bahari ya Pasifiki, ingawa hujitokeza kidogo katika maeneo machache ili kuepuka kukata makundi ya visiwa na kupitia Alaska (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Kwa mkataba, katika mstari wa tarehe, tarehe ya kalenda inabadilishwa kwa siku moja. Kuvuka mstari wa tarehe kutoka magharibi hadi mashariki, hivyo kuendeleza muda wako, unafidia kwa kupungua tarehe; kuvuka kutoka mashariki hadi magharibi, unaongeza tarehe kwa siku moja. Ili kudumisha sayari yetu kwa mfumo wa busara wa muda, tunapaswa kukubali tu kwamba tarehe itatofautiana katika miji tofauti kwa wakati mmoja. Mfano mzuri ni tarehe ambapo Navy ya Kijapani ya Imperial ilipiga bomu la Pearl Harbor huko Hawaii, inayojulikana nchini Marekani kama Jumapili, Desemba 7, 1941, lakini iliwafundisha wanafunzi wa Kijapani kama Jumatatu, Desemba 8.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Mstari wa Tarehe ya Kimataifa ni mstari uliojitokeza kwa usawa duniani ambapo tarehe inabadilika. Kwa hiyo majirani hawana siku tofauti, mstari iko ambapo uso wa dunia ni zaidi ya maji.

Muhtasari

Kitengo cha msingi cha wakati wa astronomia ni siku—ama siku ya jua (inayohesabiwa na Jua) au siku ya sidereal (inayohesabiwa na nyota). Wakati wa jua unaoonekana unategemea nafasi ya Jua mbinguni, na maana wakati wa jua unategemea thamani ya wastani ya siku ya jua wakati wa mwaka. Kwa makubaliano ya kimataifa, tunafafanua maeneo ya muda wa 24 duniani kote, kila mmoja akiwa na wakati wake wa kawaida. Mkataba wa Mstari wa Tarehe ya Kimataifa ni muhimu kupatanisha nyakati kwenye sehemu tofauti za Dunia.

faharasa

dhahiri wakati wa jua

wakati kama kipimo na nafasi ya Sun mbinguni (wakati ambao utaonyeshwa na sundial)

Mstari wa tarehe ya Kimataifa

mstari wa kiholela juu ya uso wa Dunia karibu na longitude 180° ambayo tarehe inabadilika kwa siku moja

maana ya muda wa jua

wakati kulingana na mzunguko wa Dunia; maana ya muda wa jua hupita kwa kiwango cha mara kwa mara, tofauti na wakati wa jua dhahiri

siku ya sidereal

Kipindi cha mzunguko wa dunia kama inavyoelezwa na nafasi za nyota angani; wakati kati ya vifungu mfululizo vya nyota ileile kupitia meridiani

siku ya jua

Kipindi cha mzunguko wa Dunia kama inavyoelezwa na nafasi ya Jua angani; wakati kati ya vifungu mfululizo vya Jua kupitia meridiani