Это не просто день, который наступает каждые четыре года; это все, что нам нужно, чтобы наш календарь соответствовал орбите Земли.
Раз в четыре года, по крайней мере в большинстве случаев, человечество добавляет дополнительный день в наш календарный год, чтобы помочь сохранить время: Високосный день. 29 февраля - дата, которая редко украшает нашу жизнь, но играет чрезвычайно важную роль: чтобы наш годовой календарь и смена времен года согласовывались в очень длительных временных масштабах. Несмотря на причудливое историческое происхождение и окружающий его ряд городских легенд, Високосный день существует по научным, а не суеверным причинам.
Без високосного дня физика планеты Земля быстро привела бы к тому, что времена года сместились бы не по фазе с нашим годовым календарем, а равноденствия и солнцестояния сместились бы относительно дней, месяцев и сезонов. На самом деле, если бы мы устраивали високосный день каждые четыре года в обязательном порядке, все тоже складывалось бы не очень хорошо. Только если мы должным образом учтем осевое вращение нашей планеты и обращение вокруг Солнца, мы сможем сохранить правильность нашего календаря, и именно в этом заключается суть Високосного дня. Вот восемь научных фактов, которые должен знать каждый.
1.) На самом деле в сутках не 24 часа Движение Земли состоит из двух основных частей: нашего вращательного движения вокруг нашей оси и наше революционное движение вокруг Солнца. Обычно мы думаем, что наше вращение длится 24 часа, поэтому в сутках 24 часа, а наше вращение требует 365 дней, поэтому год длится 365 дней.
Только эти эффекты неразделимы, так как всегда происходят оба движения. Если бы Земля была полностью неподвижна, оставаясь в том же положении, то полный оборот на все 360° равнялся бы дню. Но это полное вращение на 360° - это не день: это чуть меньше на два показателя. Во-первых, Земле требуется всего 23 часа 56 минут и 4 секунды, чтобы повернуться на 360°. Но, во-вторых, поскольку Земля движется в космосе по своей орбите вокруг Солнца, ей приходится вращаться немного больше, чтобы расположить Солнце в том же относительном положении, что и в предыдущий день. Из-за этого дополнительного необходимого движения дни в среднем длятся 24 часа.
2.) Некоторые дни на самом деле длиннее других Задумывались ли вы, почему самый ранний восход и самый поздний закат не приходятся на летнее солнцестояние и почему самый поздний восход и самый ранний закат не совпадают с зимним солнцестоянием? Это потому, что Земля вращается вокруг Солнца по эллипсу, а это означает, что когда Земля находится ближе всего к Солнцу (перигелий), она движется быстрее всего, а когда она дальше всего от Солнца (афелий), она движется медленнее.
Сочетайте это с тем фактом, что перигелий/афелий не совпадает ни с солнцестоянием, ни с равноденствием, и вы обнаружите, что в одни дни меньше 24 часов, а в другие больше.24-часовой день, к которому мы привыкли, - это всего лишь среднее значение всех дней в году, и даже при этом они не совпадают идеально.
3.) Земля, совершающая один оборот вокруг Солнца, не составляет в сумме календарный год В астрономии, как и в математике, полный оборот определяется как возвращение Земли в то же положение, которое она занимала в космосе полные 360° назад. В астрономии это то, что мы называем сидерическим (вздох-DEER-ee-ul) годом, или количеством времени, которое требуется Земле, чтобы вернуться в то же относительное положение, которое она занимала ранее по отношению к Солнцу.
Но звездный год - это не то же самое, что календарный (также известный как тропический) год. Земля вращается вокруг своей оси, когда она вращается вокруг Солнца, и эта ось со временем прецессирует, а это означает, что Земля немного по-другому ориентируется по отношению к Солнцу, когда она совершает один астрономический оборот по сравнению с предыдущим годом. Разница между сидерическим и тропическим годом невелика, всего около 20 минут, но это означает, что календарный год, необходимый для выравнивания времен года, на самом деле на 20 минут короче полного оборота вокруг Солнца.
4.) Комбинированные эффекты осевого вращения Земли, обращения по орбите и прецессии дают нечетное количество дней в году Теперь мы переходим к забавным вещам. Если вы посчитаете, насколько нам известно, вы обнаружите, что в истинном календарном году 365,242188931 дней. Это не четное число. Если бы у нас было 365 дней в году каждый год, то каждое проходящее столетие сбивало бы наш календарь почти на целый месяц.
Если мы будем проводить один високосный день каждые четыре года, мы получим 365,25 дней в год, что очень близко, но не совсем правильно. На самом деле, это то, что старый юлианский календарь, которому мы следовали около 1600 лет, учитывал эти годы. К концу 1500-х годов эта разница стала настолько очевидной (наш календарь отличался от нормы примерно на 10 дней), что календарь пришлось пересмотреть.
В Италии, Польше, Испании и Португалии даты с 5 по 14 октября в 1582 году никогда не существовали. Другие страны пропустили эти 10 дней позже; Исаак Ньютон родился в день Рождества в Англии только потому, что они не пропустили эти даты к 1642 году. В других странах мира Ньютон родился 4 января 1643 года.
5.) Григорианский календарь чрезвычайно хорошо учитывает високосные дни. Способ, которым мы компенсируем несоответствие нашего календарного года потребностям комбинированного движения Земли, гениален и относительно прост:
- каждый год, который делится на 4, является високосным,
- если он также не делится на 100, но не на 400, и в этом случае это не високосный год.
Это означает, что 2004, 2008, 2012, 2016, 2020 и т. д. будут високосными годами, потому что все они делятся на 4. Но если ваш год приходится на начало -века, это только високосный год, если он также делится на 400.2000 год был високосным, а 1900 нет и 2100 не будет. В целом принятие григорианского календаря дает нам 365,2425 дней в году, а это означает, что мы не будем отставать ни на один день, пока не пройдет более 3200 лет, и в это время мы, возможно, захотим пропустить еще один день. День прыжка в будущее.
Если исключить каждый год, который делится на 3200, из високосного дня, мы не отстанем ни на один день, пока не пройдет ~700 000 лет.
6.) В долгосрочной перспективе нам нужно будет снова изменить наш календарь Если бы все было постоянным - наша ротация скорость, ориентация нашего осевого наклона и наше орбитальное движение вокруг Солнца - этот календарь был бы практически идеальным, но только на данный момент. Каждый раз, когда происходит землетрясение, скорость нашего вращения немного увеличивается, но этот эффект перекрывается гравитационным воздействием Солнца и Луны на Землю, которые замедляют нас.
Эффект замедления известен как приливное торможение и длится в среднем 14 микросекунд в год. Это может показаться незначительным, но со временем это действительно складывается. Если мы изучим ежедневные закономерности, которые приливы отпечатывали на нашей почве с давних времен, известные как приливные ритмиты, мы можем рассчитать, какой была скорость вращения Земли раньше. 620 миллионов лет назад, как раз перед кембрийским взрывом, наши сутки длились немногим менее 22 часов, а это означает, что когда Земля только сформировалась, наши сутки длились всего 6-8 часов. Удлиняющиеся дни означают, что с течением времени нам потребуется все меньше и меньше дней, чтобы завершить тропический год.
7.) Через четыре миллиона лет високосные дни станут ненужными Этот необычайно медленный эффект приливного торможения начнет приобретать важное значение по мере того, как тысячелетия продолжают идти. Хотя прямо сейчас мы добавляем только одну дополнительную секунду каждые 18 месяцев или около того, чтобы приспособиться к ней, день продолжает удлиняться. По прошествии еще 4 миллионов лет на Земле день удлинится еще на 56 секунд: точное количество, необходимое для тропического года, равного 365 дням.
Приблизительно к этому моменту мы хотим сначала уменьшить количество високосных дней, а затем вообще избавиться от них, так как они станут совершенно ненужными. Если люди все еще существуют и ведут календари в этот момент, нам следует подумать о дальнейших переходах, поскольку нам нужно будет начать пропускать дни (в сценарии обратного високосного дня), чтобы наши времена года соответствовали друг другу. наш календарь.
8.) Окончательная судьба системы Земля-Луна будет сильно отличаться от того, что мы переживаем сегодня Как следствие приливных торможение продолжается, не только вращение Земли замедлится, но и Луна будет медленно удаляться от Земли по спирали. Через несколько сотен миллионов (но менее одного миллиарда) лет Луна будет настолько удалена от Земли, что полных солнечных затмений больше не будет; вместо этого все они будут кольцевыми.
Предполагая, что мы переживем трансформацию Солнца в комбинацию красного гиганта и планетарной туманности/белого карлика, день на Земле и период обращения Луны будут удлиняться до тех пор, пока не совпадут: пока они оба не займут около 47 наших современные дни, которые произойдут примерно через 50 миллиардов лет в будущем. Вместо того, чтобы одна и та же сторона Луны всегда указывала на вращающуюся Землю, Луна и Земля будут взаимно замкнуты, как сегодня Плутон и Харон друг с другом.
Мы все должны понимать необходимость високосных дней; без них земные времена года, равноденствия и солнцестояния смещались бы во времени, а не приходились бы на одну и ту же дату из года в год. Но в то же время мы должны понимать, что продолжительность дня непостоянна, как непостоянно количество дней в году. По мере того, как время идет, а вращение Земли продолжает замедляться, нам потребуется все меньше и меньше дней, чтобы составить полный календарный год, а это значит, что нам потребуется постоянно меняющаяся календарная система.
Но пока, особенно в масштабе человеческой жизни, григорианский календарь - где високосные дни происходят каждые 4 года, а не в веках, которые также не делятся на 400-летние интервалы - , будет достаточно отлично. Наслаждайтесь своим дополнительным днем в этом году, как считаете нужным, и помните, что без этих високосных дней наш календарь просто не складывался бы.