Проблема синхронизация часов и календаря на Земле и на Марсе встала достаточно остро, когда началась эпоха исследования Марса автоматами, поскольку было необходимо четко знать поток солнечной энергии на протяжении, как суток, так и года на Марсе. В этой статье я предлагаю рассмотреть существующие способы отсчета времени на Марсе.
Поскольку наклон оси вращения Марса к плоскости орбиты мало отличается от земного (23°26’21» (Земля) и 25°11’24» (Марс)), то он претерпевает схожие сезонные периоды, но поскольку эксцентриситет орбиты Марса существенно больше, то длительности периодов достаточно сильно отличаются. Также, если марсианские сутки близки по длительности к земным, то продолжительность года различна, что еще больше усиливает рассинхронизацию между календарями.
Сутки на Земле и Марсе
Сутки бывают двух видов – звездные (сидерические) сутки длительностью 23 ч 56 мин 4,09 с или 86164,09 секунд и средние солнечные сутки длительностью 24 часа или 86400 секунд. Они не равны друг другу потому, что за сутки, из-за орбитального движения Земли солнце смещается на фоне звезд. Средние солнечные сутки привязаны к «фиктивному Солнцу», поскольку скорость движения Земли по орбите, а значит и длительность истинных солнечных суток изменяются в течение года.
Для Марса соответствующие периоды составляют 24 ч 37 мин 22.66 с (88642,66 с) и 24 ч 39 мин 35.24 с (88775,24 с) соответственно. Как показывает простой расчет, длина звездных суток на Марсе на 2,9% больше чем на Земле, а длина солнечных суток на 2,7%.
По международному соглашению, для аппаратов, работающих на поверхности Марса, приняты т.н. «марсианские солнечные сутки» (Сол) разбитые на 24 «марсианских часа». Соответственно, эталон «марсианской секунды» на 2,7% длиннее земного. Это приводит к тому, что график работы операторов каждый день смещается на 40 минут, и они носят на руках специально разработанные часы с «марсианским временем». Существовали также и другие проекты марсианских часов. По одному из них предлагалось ввести на Марсе метрическое время, установив 10 часов в сутках, 100 минут в часе и 100 секунд в минуте, по другому – вводился укороченный 25-й час, длительностью 39 мин 35.24 с, но данные варианты были отклонены. Счет солов для космических аппаратов начинался с Sol 0 для миссий Viking, Mars Phoenix и MSL Curiosity и с Sol 1 для Mars Pathfinder, MER-A Spirit и MER-B Opportunity.
Нулевой меридиан Марса проходит через небольшой кратер Airy-0 который имеет координаты 5°06′59.99″ ю. ш. и 0°00′00″ в. д. На Марсе применяется планетоцентрический стандарт долготы, при котором долгота меняется от 0° до 360° в.д. Старый планетографический стандарт (0° до 360° з.д.) используется на плоских картах.
Координированное марсианское время (Coordinated Mars Time, MTC) является аналогом всемирного времени (Universal Time, UT). Оно определяется как среднее солнечное время на нулевом меридиане. Обозначение MTC может ввести в заблуждение о схожести со стандартом UTC, однако MTC не использует координационные високосные секунды, и наиболее близким земным аналогом MTC является стандарт UT1. Из-за большего эксцентриситета орбиты и другого наклона оси, разница между истинным солнечным временем (ИСВ/LTST) и средним солнечным временем (ССВ/LMST) изменяется в течение года гораздо сильнее, нежели на Земле. Если на Земле уравнение времени (УВ = ИСВ - ССВ) колеблется от «минус 14 мин 22 с» до «плюс 16 мин 23 с», то на Марсе эта разница составляет от «минус 50 мин» до «плюс 40 мин», что уже немало. В отечественной литературе чаще используется обратная разница (УВ = ССВ - ИСВ). Однако, нельзя путать солнечное время с поясным временем, которое связанно с солнечным лишь формально. Часовых поясов, в привычном для нас виде, на Марсе нет, и из шести марсоходов пять пользуются местным солнечным временем (LMST), а шестой (Mars Pathfinder) использует истинное солнечное время (LTST).
Стандарт MTC впервые появился в программе Mars24Sunclock, созданной институтом Годдарда, придя на смену стандарту AMT (Airy Mean Time), бывшему прямым аналогом устаревшего стандарта GMT. Стандарт AMT ни в одной из миссий не используется по причине его недостаточной точности. Однако теперь, когда существуют четкие и точные карты Марса, стандарт AMT снова может стать актуальным.
Для простоты астрономических расчетов на Земле применяется так называемая Юлианская дата (JD), где за нулевую точку принято 1 января 4713 г до н. э юлианского календаря или, что то же самое, 24 ноября 4714 г. до н. э. григорианского календаря. Первый день имел номер 0. Даты сменяются в полдень. Аналогичная дата для Марса установлена в сол совпадающий с 29 декабря 1873 года (дата рождения астронома Карла Отто Лампланда, первым осуществившего астрофотосъемку приснопамятных каналов на Марсе). Другими вариантами отсчета были 1608 г (изобретение телескопа) и весеннее равноденствие 11 апреля 1955 года.
Год на Земле и Марсе
Как выше было сделано с понятием суток определимся с тем, что такое год.
Звездный (сидерический) год - период орбитального движения вокруг Солнца относительно «неподвижных звёзд»;
Тропический год – период полной смены времен года или период в течении которого долгота Солнца изменяется на 360° ровно.
Эти периоды различаются меду собой примерно на 20 минут (тропический меньше звездного), что обусловлено гироскопическими процессами, в частности прецессией и нутацией оси планет.
Длительность одного оборота Марса вокруг Солнца составляет около 686,98 солнечных земных суток, или 668,59 солов. Поскольку эксцентриситет орбиты Марса (0,0934) существенно больше земного (0,0167), если принять за сезон периоды между равноденствиями и солнцестояниями, то самым длинным сезоном для северного полушария будет весна (193 сола), а самым коротким осень (142 сола).
Также как и на Земле на Марсе лучшим вариантом для основы календаря будет тропический год, так как циклы прецессии на Земле и на Марсе достаточно велики, для того, чтобы ими можно было пренебречь на относительно коротких промежутках времени. Длина тропического года зависит от выбора начальной точки. Обычно в качестве такой точки выбирают равноденствия или солнцестояния. Но обычно, для григорианского календаря используется весеннее равноденствие. Так как орбита Марса боле вытянута, то различия в длительности тропического года немного больше чем на Земле. Если для Земли отличается третий знак после запятой (от 365,2416 сут до 365,2427 сут), то для Марса существенно отличается уже второй знак (от 668.5880 сол до 668.5958 сол).
Календарь
В обыденной жизни мы используем григорианский календарь, а не юлианские даты, по той простой причине, что циклический календарь гораздо более удобен и полезен в быту. И поэтому будущим марсианским колониям потребуется именно циклический календарь. Одной из основных проблем любого календаря является интеркаляция високосов. Она связана с тем, что в году не целое число суток и если не учитывать поправку на это, то очень быстро набегает ошибка между гражданским календарем и тропическим годом. Одним из вариантов такого календаря является дарийский календарь созданный аэрокосмическим инженером и политологом Томасом Гангале. Данный календарь состоит из 24 месяцев по 27-28 дней и основан на десятилетнем цикле с шестью високосными годами по 669 дней и четырьмя обычными по 668. Данный календарь дает ошибку в 1 сол за 100 лет и вполне подходит для текущих целей. Однако на текущий момент ни этот календарь, ни какой-либо другой не используется, счет идет только на солы.
Даже время, сколько на Красной планете длятся сутки, почти совпадает с сутками нашей планеты. Марс совершает полный оборот вокруг своей оси за 24 часа, 39 минут и 35 секунд.
В астрономии для измерения времени используют звездные, а также солнечные сутки. Звездные сутки обозначают период, в течение которого небесное тело совершает оборот вокруг своей оси, находясь в инерциальной системе отсчета. Обычно это – система отсчета по отношению к далеким звездам. Сутки отмеряют время, которое необходимо, чтобы звезды появились на небе в том же положении, что и днем раньше.
Так, звездные сутки нашей планеты составляют 23 часа, 56 минут и 4 секунды. Солнечные сутки обозначают время, в течение которого небесное тело оборачивается вокруг собственной оси по отношению к светилу Солнечной системы. В свою очередь, они отмеряют время, необходимое, чтобы Солнце заняло на небосводе то же положение, что и сутками раньше.
Звездные сутки на Марсе составляют 24 часа, 37 минут и 22,6 секунды. Солнечные – 24 часа, 39 минут и 35 секунд. Таким образом, день на Красной планете на 2,7 % продолжительнее, чем земной.
Исходя из этого, проекты современных посадочных аппаратов для освоения Марса делались, чтобы соответствовать суткам Красной планеты. В них встраивали специальные часы, в которых показатели времени (часы, минуты и секунды) были на 2,7 % продолжительнее, по сравнению со стандартными.
Для миссий на Марс в последние десятилетия было разработано специальное «Марсианское время». График работы созданных для них марсоходов синхронизировался с сутками изучаемого объекта Солнечной системы.
Использование таких часов важно, потому что марсоходы работают на солнечных батарейках, для которых необходим дневной свет. Также для экспедиций на Марс разрабатывали специальные часы, которые включали 24 часа, 39 минут и 35 секунд, после чего переходили на следующий день. Но ни в одном из проектов миссий на Красную планету не решились их использовать.
Нулевым меридианом Марса признают тот, который проходит через кратер Эйри-0. Но планета не разделена на часовые пояса, отделенные равными промежутками от нулевого меридиана (как на Земле). Каждый посадочный модель, попадавший на Красную планету, использовал как точку отсчета примерное местное солнечное время.
В 2008 году исследовательский аппарат обнаружил на полюсах Марса водяной лед (ранее было известно о наличии только углекислого льда). Позднее ученые выяснили, что на планете из облаков выпадают осадки в виде снега. Позднее обнаружилось, что в районе Южного полюса четвертой планеты выпадает также углекислый снег. В течение года на Марсе возникают пылевые бури, покрывающие порой тысячи километров, и мешают наблюдению за небесным телом.
Марс совершает оборот вокруг Солнца в течение 686 земных дней, двигаясь со скорость 24 тысячи километров в секунду. В современной науке существует система обозначения лет относительно Марса. Точкой отсчета выбран день весеннего равноденствия 1955 года, время считается в марсианских годах (Martian Year - MY).
Изучение вопроса "Сколько на Марсе длятся сутки?" показывает, сколько открытий человечеству может предоставить даже родная Солнечная система. Марс – уникальная планета, некоторыми свойствами напоминающая Землю. Дальнейшие исследования позволят открыть загадки ее прошлого и перспективы будущего освоения Марса человечеством.
> > > День на Марсе
Сколько длится день на Марсе : солнечный день и сидерический сол, сравнение с Землей и временем, влияние расстояния к Солнцу, смена сезонов и описание погоды.
Марс таит в себе много загадок. С одной стороны, это холодное и пустынное место. Но сама планета по многим параметрам напоминает Землю. Например, внутренняя структура представлена металлическим ядром, силикатной мантией и корой земного типа. Большая часть воды спрятана в полярных регионах.
День на Марсе превышает день на Земле на 40 минут. И это наиболее приближенный к нам вариант. Но важно разобраться с этим моментом. Существует звездный и солнечный дни, которые одинаково используют ученые.
Сидерический и солнечный день на Марсе
Сидерический день – время, за которое планета выполняет одно вращение вокруг оси. На Земле – 23 часа, 56 минут и 4.1 секунд. У Марса – 24 часа, 37 минут и 22 секунды. Солнечный – период, за который Солнце полностью проходит путь по небу и возвращается в изначальную точку. На Марсе – 24 часа, 39 минут и 35 секунд.
Но это не все сходства с нашей планетой.
Смена сезонов
Красная планета также обладает сезонной цикличностью. К этому приводит наклон оси в 25.19°. Эксцентричность орбитального пути колеблется от 206.7 млн км до 249.2 млн. км. Все это влияет на температурные показатели. Средняя опускается до -46°C, но может снизиться к -143°C и прогреться до 35°C.
В 2008 году обнаружили залежи водяного льда на полярных территориях. Это предсказывали, но никто не ожидал увидеть, как с облаков выпадает снег. Это намекает на влажность климата в прошлом.
В 2012 году MRO отследил снегопады из двуокиси углерода в южной полярной шапке. Кроме того, за годы изучения зондами и роверами удалось зафиксировать много интересного о марсианском прошлом. Образцы почвы показали, что 3.7 млрд. лет назад на поверхности планеты было больше воды, чем в Атлантическом океане сейчас. Также можно рассчитывать на плотный атмосферный слой, который снесло солнечными ветрами.
Погодный шаблон
Марс располагает системой погодных условий. Это отмечается в виде опасных пылевых бурь, которые периодически охватывают всю поверхность. Способны простираться на тысячи километров и окружают планету густым слоем. Когда они разрастаются, то могут перекрыть обзор поверхности.
Таким образом не повезло Маринеру-9 в 1971 году. Когда он послал свои первые фото Марса, то поверхность планеты полностью укрылась бурей. Она была настолько массивной, что отыскать можно было лишь наивысшую гору Олимп.
В 2001 году за пылевой бурей следил телескоп Хаббл на территории бассейна Эллады. Она стала крупнейшей за 25 лет. Причем за ней могли наблюдать даже астрономы-любители.
Еще одна общая черта – глобальное потепление. В марсианском воздухе присутствуют частички, которые впитывают солнечную энергию и отправляют ее в атмосферный слой, что приводит к повышению температурной отметки.
Бури появляются чаще всего, когда планета приближается к звезде. Почва высыхает и пыль легче поднять. Мы видим, что Марс – не самое гостеприимное место. Но человечество все же настроено на колонизацию.
Здесь на Земле, мы склонны воспринимать время как должное, никогда не задумываясь, что шаг, с которым мы измеряем его, довольно относителен.
Например, то, как мы измеряем наши дни и годы, является фактическим результатом расстояния нашей планеты до Солнца, время, требующееся для совершения оборота вокруг него, и обращения вокруг собственной оси. То же самое верно для других планет в нашей Солнечной системе. В то время как мы – земляне рассчитываем день за 24 часа от рассвета до заката, длина одного дня на другой планете существенно отличается. В некоторых случаях, он очень короткий, в то время как в других, он может длиться более года.
День на Меркурии:
Меркурий является самой близкой планетой к нашему Солнцу, начиная от 46 001 200 км в перигелии (ближайшее расстояние к Солнцу) до 69 816 900 км в афелии (дальше всего). Оборот Меркурия вокруг своей оси занимает 58,646 земных суток, это означает, что день на Меркурии проходит примерно за 58 земных дня от рассвета до заката.
Однако, всего 87,969 земных дня требуется Меркурию, чтобы облететь Солнце один раз (иначе говоря, орбитальный период). Это означает, что год на Меркурии эквивалентен приблизительно 88 земным суткам, что в свою очередь означает, что один год на Меркурии длится 1,5 меркурианских дня. Более того, северные полярные области Меркурия постоянно находятся в тени.
Это происходит из-за его наклона оси – 0,034° (для сравнения у Земли 23,4°), это означает, что на Меркурии нет экстремальных сезонных изменений, когда дни и ночи могут длиться месяцами, в зависимости от сезона. На полюсах Меркурия всегда темно.
День на Венере:
Также известная как «близнец Земли», Венера – вторая самая близкая планета к нашему Солнцу – в пределах от 107 477 000 км в перигелии до 108 939 000 км в афелии. К сожалению, Венера и самая медленная планета, этот факт очевиден, если взглянуть на ее полюса. Принимая во внимание, что планеты в Солнечной системе испытала уплощение на полюсах из-за скорости вращения, Венера не пережила его.
Венера вращается со скоростью всего 6,5 км/ч (по сравнению с рациональной скоростью Земли в 1670 км/ч), которая приводит к сидерическому периоду вращения 243,025 дня. Технически это минус 243,025 дня, так как вращение Венеры ретроградное (т.е вращение в противоположную сторону ее орбитального пути вокруг Солнца).
Тем ни менее Венера все таки обращается вокруг своей оси за 243 земных дня, т.е между ее восходом и закатом проходит очень много дней. Это может казаться странным, пока Вы не знаете, что один Венерианский год длится 224,071 земных суток. Да, Венере необходимо 224 дня чтобы завершить орбитальный период, но более 243 дня, чтобы пройти от рассвета до заката.
Таким образом, один день Венеры немного больше чем Венерианский год! Хорошо, что Венера имеет другие сходства с Землёй, но это явно не суточный цикл!
День на Земле:
Когда мы думаем о дне на Земле, мы склоны думать, что это просто 24 часа. По правде говоря, сидерический период вращения Земли 23 часа 56 минут и 4,1 секунды. Так один день на Земле эквивалентен 0,997 земным суткам. Странно, но опять же, люди предпочитают простоту, когда дело доходит до управления временем, поэтому мы округляем.
В то же время, существуют различия в длине одного дня на планете в зависимости от сезона. Ввиду наклона земной оси, количество получаемого солнечного света в некоторых полушариях будет меняться. Наиболее яркие случаи происходят на полюсах, где день и ночь могут длиться на протяжении нескольких дней и даже месяцев, в зависимости от сезона.
На Северном и Южном полюсах в зимний период, одна ночь может длиться до шести месяцев, известна как «полярная ночь». Летом на полюсах начнется так называемый «полярный день», где солнце не заходит 24 часа. Это на самом деле не так просто, как хотелось бы представить.
День на Марсе:
Во многих отношениях Марс тоже можно назвать «близнецом Земли». Добавим к полярной ледяной шапке сезонные колебания и воду (хотя и в замороженном виде), и день на Марсе довольно близок к земному. Один оборот вокруг своей оси Марс делает за 24 часа 
37 минут и 22 секунды. Это означает, что один день на Марсе эквивалентен 1,025957 земным дням.
Сезонные циклы на Марсе, похожи на наши земные, больше чем на любой другой планете, из-за его наклона оси 25,19°. В результате марсианские дни испытывают подобные изменения с Солнцем, которое рано всходит и поздно садится летом, а зимой наоборот.
Однако сезонные изменения длятся на Марсе вдвое дольше, потому что Красная планета находится на большем расстоянии от Солнца. Это приводит к тому, что Марсианский год длится вдвое дольше земного – 686,971 земных дня или 668,5991 марсианских дня или Сола.
День на Юпитере:
Учитывая тот факт, что это самая большая планета в Солнечной системе, можно было бы ожидать, что день на Юпитере будет длиться долго. Но, как оказывается, официально день на Юпитере длится всего 9 часов 55 минут и 30 секунд, что составляет меньше трети продолжительности земного дня. Это связано с тем, что газовый гигант имеет очень большую скорость вращения примерно 45300 км/ч. Такая высокая скорость вращения также одна из причин, по которой на планете такие сильные штормы.
Обратите внимание на использование слова официально. Так как Юпитер не твердое тело, его верхняя атмосфера движется со скоростью отличной от скорости на его экваторе. В основном, вращение полярной атмосферы Юпитера на 5 минут быстрее, чем у экваториальной атмосферы. Из-за этого астрономы используют три системы отсчета.
Система I применяется в широтах с 10°N до 10°S, где его период вращения составляет 9 часов 50 минут и 30 секунд. Система II применяется на всех широтах к северу и к югу от них, там период вращения равен 9 часам 55 минутам и 40,6 секундам. Система III соответствует вращению магнитосферы планеты, и этот период используется IAU и IAG, чтобы определить официальное вращение Юпитера (т.е 9 часов 44 минуты и 30 секунд)
Так что, если Вы теоретически могли бы стоять на облаках газового гиганта, вы бы наблюдали восход Солнца меньше чем раз в 10 часов в любой широте Юпитера. А за один год на Юпитере Солнце восходит примерно 10 476 раз.
День на Сатурне:
Ситуация Сатурна очень подобна Юпитеру. Несмотря на его крупный размер, у планеты есть предположительная скорость вращения 35 500 км/ч. Одно сидерическое вращение Сатурна занимает приблизительно 10 часов 33 минуты, делая один день на Сатурне меньше, чем половина земного дня.
Орбитальный период вращения Сатурна эквивалентен 10 759,22 земным суткам (или 29,45 земным годам), год длится примерно 24 491 сатурианских дней. Однако, как и у Юпитера, атмосфера Сатурна вращается с разной скоростью в зависимости от широты, что требует использование астрономами трех различных систем отсчета.
Система I охватывает экваториальные зоны Южного экваториального полюса и Северного экваториального пояса, и имеет период 10 часов 14 минут. Система II охватывает все остальные широты Сатурна, за исключением северного и южного полюсов, период вращения 10 часов 38 минут и 25,4 секунды. Система III использует радиоизлучение, чтобы измерить внутреннюю скорость вращения Сатурна, которая привела к периоду вращения 10 часов 39 минут 22,4 секунды.
Используя эти различные системы, ученые получили различные данные из Сатурна за эти годы. Например, данные, полученные в течение 1980-х миссиями Voyager 1 и 2, указали, что день на Сатурне составляет 10 часов 45 минут и 45 секунд (± 36 секунд).
В 2007 это было пересмотрено исследователями на кафедре Земли, планетарных и космических наук UCLA, что привело к текущей оценке 10 часов и 33 минуты. Во многом, как и с Юпитером, проблема точных измерений связана с тем, что разные части вращаются с разной скоростью.
День на Уране:
Когда мы подошли к Урану, вопрос о том, сколько длится день, стал сложнее. С одной стороны, планета имеет звёздный период вращения 17 часов 14 минут и 24 секунды, что является эквивалентным 0,71833 земным суткам. Таким образом, можно сказать, что день на Уране длится почти столько же, сколько день на Земле. Это было бы верно, если бы не чрезвычайный наклон оси этого газо-ледяного гиганта.
С наклоном оси 97,77° Уран, по сути, вращается вокруг Солнца на боку. Это означает, что его север или юг обращены прямо к Солнцу в разное время орбитального периода. Когда на одном полюсе лето, там будет непрерывно светить солнце в течение 42 лет. Когда тот же полюс отвернут от Солнца (то есть на Уране зима), там 42 года будет темнота.
Следовательно, можно сказать, что один день на Уране от восхода до заката длится целых 84 года! Другими словами, один день на Уране длится столько же, сколько и один год.
Кроме того, как и с другими гигантами газа/льда, Уран вращается быстрее в определенных широтах. Следовательно, в то время как вращение планеты на экваторе, приблизительно в 60° южной широты, составляет 17 часов и 14,5 минут, видимые особенности атмосферы движутся гораздо быстрее, делая полный оборот всего за 14 часов.
День на Нептуне:
Наконец, у нас есть Нептун. Здесь также измерение одного дня несколько сложнее. Например, сидерический период вращения Нептуна составляет примерно 16 часов 6 минут и 36 секунд (эквивалентно 0,6713 земным дням). Но из-за его газа/ледяного происхождения, полюса планеты сменяют друг друга быстрее, чем экватор.
Принимая во внимание, что скорость вращения магнитного поля планеты 16,1 часов, экваториальная зона вращается примерно 18 часов. Между тем полярные области вращаются в течение 12 часов. Это дифференциальное вращение ярче, чем у любой другой планеты в Солнечной системе, что приводит к сильному широтному сдвигу ветра.
Кроме того, наклон оси планеты 28.32° приводит к сезонным колебаниям, похожим на Земные и Марсианские. Длинный орбитальный период Нептуна означает, что сезон длится в течение 40 земных лет. Но т.к его осевой наклон сопоставим с Земным, изменение продолжительности его дня в течение его длительного года не так экстремально.
Как Вы видите из этого краткого изложения о различных планетах в нашей Солнечной системе, длительность дня полностью зависит от нашей системы отсчета. В дополнение к тому, варьирующийся, в зависимости от рассматриваемой планеты, сезонный цикл и откуда на планете производятся измерения.
Loading...