Промежуток времени между двумя возвращениями Солнца к меридиану и называется солнечными сутками. Если бы ежедневное опоздание Солнца к меридиану было одно и то же во все дни года, то длина солнечных суток была бы всегда одинакова и солнечное время было бы так же просто, как звёздное. Но движение Солнца, как мы уже говорили, не совсем равномерно и в разные дни года имеет не совсем одинаковое направление. Поэтому длина так называемых истинных солнечных суток (т. е. дня с ночью вместе) в течение года слегка изменяется. Самые длинные истинные сутки бывают, оказывается, в декабре; но они длиннее самых коротких (сентябрьских) всего лишь на 51 секунду.
Понятно, что и остальные единицы истинного солнечного времени — истинные часы, минуты и секунды — в разные дни года имеют разную длину. Если бы мы захотели жить в точности по истинному солнечному времени, то пришлось бы чуть не каждый день менять регулировку часов, постоянно заставлять их то уходить вперёд, то отставать. В общежитии это было бы крайне неудобно, а для науки и техники прямо недопустимо. Поэтому «истинное» солнечное время было заменено так называемым средним солнечным временем, о котором речь будет дальше.
Впрочем, есть старинный прибор, показывающий истинное солнечное время; это — солнечные часы, в которых стрелкой служит тень от неподвижной пластинки или палочки, направленной к полюсу мира (рис. 7). Но эти часы настолько неточны, что в настоящее время они не имеют серьёзного значения.
Рис. 7. Горизонтальные солнечные часы.
4. СРЕДНЕЕ СОЛНЕЧНОЕ ВРЕМЯ
Итак, наши часы идут не по истинному Солнцу, которое светит на небе, а по так называемому среднему Солнцу, по воображаемой точке, вроде точки весеннего равноденствия. Это воображаемое солнце совершает годичный оборот по звёздному небу во столько же времени, как настоящее Солнце. Но при этом оно движется по экватору и совершенно равномерно.
Когда наше воображаемое солнце стоит на небе прямо на юге (в кульминации), то считается 12 часов «среднего» солнечного времени. Этот «средний полдень» вообще не совпадает с истинным полднем, который указывается солнечными часами.
Промежуток времени между двумя кульминациями этого среднего Солнца называется средними солнечными сутками; длина его всегда одна и та же, ровно 24 часа. Части, на которые разделены средние солнечные сутки, то-есть часы, минуты и секунды среднего времени, и есть те самые единицы времени, по которым мы живём.
Воображаемое среднее солнце может проходить через меридиан то раньше, то позже истинного Солнца. Поэтому «среднее» время бывает то впереди, то позади «истинного». Разница между истинным и средним временем называется уравнением времени. Она оказывается довольно большой; хотя истинные сутки бывают длиннее или короче средних суток самое большее на 20–30 секунд, но с каждым днём разница накопляется и по истечении месяцев выражается уже минутами.
Уравнение времени в течение года непрерывно изменяется. Четыре раза в год оно обращается в нуль и четыре раза достигает максимума, как видно из следующей таблички (уравнение времени имеет знак +, когда истинное время впереди среднего, и знак —, когда истинное время позади).
Таким образом, Солнце бывает в меридиане большею частью не в 12 часов по среднему времени. Например, в начале ноября Солнце проходит через меридиан приблизительно в 12 часов без четверти, а в начале февраля— в четверть первого. Если бы мы захотели определить среднее солнечное время по солнечным часам, то уравнение времени необходимо было бы принять во внимание. Оно даётся в астрономических календарях на каждый день.
Уравнением времени объясняются два странных явления суточного движения. Возьмём пример из календаря на 1946 год: 7 ноября восход Солнца в Москве показан в 7 часов 18 минут, заход — в 16 часов 9 минут. Значит, от восхода до полудня (то-есть до 12 часов) проходит 4 часа 42 минуты, а от полудня до захода — только 4 часа 9 минут. Как это может быть? Дело в том, что восходит и заходит истинное Солнце, а через меридиан в 12 часов проходит среднее солнце; истинное же Солнце проходит через меридиан в 11 часов 44 минуты. Это будет момент истинного полдня; он и приходится точно посредине дня (если учитывать ещё секунды).