ناظر زمینی و اندازه‌گیری زمان

اکنون چند مفهوم را تعريف مى‌کنيم:

- سمت‌الرأس يا سرسو (zenith) عبارت است از نقطه‌اى بر آسمان که مستقيماً بالاى سر ناظرى که روى زمين ايستاده قرار گرفته است

- سمت‌القدم يا پاسو (nadir) عبارت است از نقطه‌اى بر آسمان که درست در نقطهٔ مقابل سمت‌الرأس يا سرسو، يعنى در جهت پاهاى ناظر ايستاده قرار گرفته است

- افق (horizon) عبارت است از دايرهٔ عظيمهٔ حاصل از تقاطع صفحهٔ عموم بر راستاى سرسو - پاسو با کرهٔ آسماني

- نصف‌النهار [نيمروز / دايرهٔ نيمروزان / خطّ زوال] (meridian) زمينى عبارت است از دايرهٔ عظيمه‌اى که بر روى کرهٔ زمين در قطب از شمال و جنوب و يک نقطهٔ دلخواه عبور مى‌کند. هر نصف‌النهار زمينى به آن نقطهٔ دلخواهى تعلق دارد که روى آن قرار گرفته است. روشن است که بى‌نهايت نصف‌النهار زمينى وجود دارد که همگى بر دايرهٔ استواى زمينى عمود هستند. نصف‌النهار در اندازه‌گيرى زمان نقش مهمى دارد. براى اين منظور ابتدا نصف‌النهار خاصى را به‌‌عنوان نصف‌النهار مبداء تعريف مى‌کنيم.

در سال ۱۸۸۴ م با توافق بين‌المللي، نصف‌النهار گذرنده از گرينويچ انگلستان نصف‌النهار مبداء انتخاب شد. نصف‌النهارهاى واقع در شرق و غرب گرينويچ را به‌ترتيب با E و W نشان مى‌دهيم. هريک از دو نيم‌دايرهٔ استوا را، از مبداء گرينويچ، به ۱۸۰ درجه تقسيم مى‌کنيم، به‌طورى که فاصلهٔ نقاط شرقى و غربى تا گرينويچ از صفر تا ۱۸۰ درجه تغيير مى‌کند. بدين‌سان مى‌توانيم فاصلهٔ هر نقطهٔ زمين تا گرينويچ را به‌صورت فاصلهٔ زاويه‌اى نصف‌النهار آن نقطه تا نصف‌النهار مبداء، يعنى نصف‌النهار گرينويچ، تعريف کنيم. بدين‌سان به‌ تعريف طول جغرافيائى مى‌رسيم

- طول جغرافيائى (longitude) يک نقطه عبارت است از زاويهٔ ميان نصف‌النهار گرينويچ و نصف‌النهارى که از آن نقطه مى‌گذرد. صفحهٔ اين دو نصف‌النهار يکديگر را بر محور زمين قطع مى‌کنند و کمانى که بين محل تقاطع اين دو نصف‌النهار و استوا قرار مى‌گيرد فاصلهٔ دو نصف‌النهار را به‌دست مى‌دهد

- دايرهٔ ساعتى (hour circle) عبارت است از دايرهٔ عظيمه‌اى بر روى کرهٔ آسمانى که از دو قطب آسمانى شمال و جنوب و يک جرم آسمانى خاص عبور مى‌کند و طبيعتاً، بر استواى آسمانى عمود است. دايرهٔ ساعتى معادل آسمانى نصف‌النهار زمينى است

- زاويهٔ ساعتى (hour angle) عبارت است از زاويهٔ ميان نصف‌النهار ناظر و دايرهٔ ساعتى يک جرم آسمانى که برخلاف حرکت عقربهٔ ساعت روى استواى آسمانى اندازه‌گيرى مى‌شود. از اين‌رو نصف‌النهار هرکس زاويهٔ ساعتى صفر او است، و با دوران زمين زاويهٔ ساعتى هر جرم آسمانى افزايش مى‌يابد.

از طول جغرافيائى براى تعيين فاصلهٔ زاويه‌اى يک نقطه بر روى زمين تا نصف‌النهار مبداء، و از دايرهٔ ساعتى براى تعيين فاصلهٔ زاويه‌اى يک جرم آسماني، بر روى کرهٔ آسماني، تا دايرهٔ ساعتى مبداء استفاده مى‌کنيم.

دايرةالبروج، اعتدالين، تقديم اعتدالين، رقص محورى

حرکت ظاهرى سالانه مبناى تعريف ماه برجى خورشيدى و سال خورشيد است. نظر به اهميت مسير حرکت ظاهرى سالانهٔ خورشيد چند مفهوم را تعريف مى‌کنيم:

دايرةالبروج (ecliptic) عبارت است از مسير حرکت ظاهرى دورانى سالانهٔ خورشيد به‌دور زمين، از نظر ناظر زميني. اين دايره در واقع عبارت است از تصوير مدار زمين بر کرهٔ آسماني، يا مدار زمين به دور خورشيد، از نظر ناظرى که بيرون از منظومهٔ خورشيدى ايستاده است. خورشيدگرفتگى [کسوف] ([solar eclipse [ = eclipse of the sun ) و ماه‌گرفتگى (lunar eclipse[ = eclipse of the moon]) زمانى روى مى‌دهند که ماه نزديک صفحهٔ دايرةالبروج باشد. از اين‌رو به اين صفحه صفحهٔ گرفت [گرفتگى / خسوف و کسوف] (eclipse) مى‌گويند.

صفحهٔ دايرةالبروج با صفحهٔ استواى آسمانى زاويه‌اى برابر با حدود ۵/۲۳ درجه، به‌نام ميل دايرةالبروج (obliquity of the ecliptic)، مى‌سازد.

دايرةالبروج، استواى آسمانى را در دو نقطه قطع مى‌کند که به آنها اعتدالين [برابران / نقاط اعتدال] (equinoxes) مى‌گوئيم. هنگامى که خورشيد به اين نقاط مى‌رسد طول شب و طول روز با هم برابر (هريک ۱۲ ساعت) مى‌شوند. نقطه‌اى که خورشيد در عبور از آن از شمال وارد جنوب مى‌شود، نقطهٔ اعتدال پائيزى [اعتدال خريفي] (autumnal equinox) نام دارد. فاصلهٔ اين دو نقطه حدود شش ماه است. اعتدال بهارى حدود اول فروردين (حدود ۲۱ مارس) روى مى‌دهد و اعتدال پائيزى حدود اول مهر (حدود ۲۳ سپتامبر).

حد وسط اعتدالين، بر روى دايرةالبروج، که خورشيد بيشترين فاصله را با استوا دارد، دو نقطه در شمال و جنوب هستند که انقلابين (solstices) ناميده مى‌شوند. نقطهٔ واقع در بخش شمالي، که در آن تقريباً روز بيشترين طول و شب کمترين طول را دارد، انقلاب تابستانى [انقلاب صيفي] (summer solstice) ناميده مى‌شود و حدود اول تير (حدود ۲۱ ژوئن) روى مى‌دهد. نقطهٔ واقع در بخش جنوبي، که در آن تقريباً روز کمترين طول و شب بيشترين طول را دارد، انقلاب زمستانى [انقلاب شتوي] (winter solstice) ناميده مى‌شود و حدود اول دى (حدود ۲۲ دسامبر) روى مى‌دهد.

گفتيم که زاويهٔ ميل استوا با مدار زمين (يا زاويهٔ صفحهٔ استواء آسمانى با صفحهٔ دايرةالبروج) حدود ۵/۲۳ درجه (۲۳ درجه و ۲۷دقيقه) است. به‌علت زاويهٔ ۶۶ درجه و ۳۳ دقيقه‌اى محور حرکت وضعى زمين و صفحهٔ دايرةالبروج، محور زمين حول محور دايرةالبروج مخروطى را طى مى‌کند که زاويهٔ رأس آن دو برابر زاويهٔ آن دو محور، يعنى ۴۶ درجه و ۵۴ دقيقه است. اين حرکت تقديمى [پيشروي] (presession) ناميده مى‌شود. دورهٔ تناوب آن ۲۵۸۰۰ سال و بنابراين مقدار ساليانهٔ آن ۲۳/۵۰ = ۲۵۸۰۰ / ۳۶۰۰×۳۶۰ ثانيه است. آنچه موجب اين حرکت تقديمى مى‌شود تأثير نيروهاى گرانش خورشيد و ماه (و حتى ستارگان) بر برآمدگى‌هاى استوائى زمين است. اين حرکت از مشرق به مغرب صورت مى‌گيرد.

نتيجهٔ اين حرکت تقديمى زمين پيشروى يا تقديم اعتدالين (precession of the equinoxes) است، به‌گونه‌اى که اعتدالين با همان دورهٔ تناوب ۲۵۸۰۰ سال يک‌بار، از مشرق به مغرب، کل دايرةالبروج را طى مى‌کند. حرکت ديگرى که بايد به آن توجه کنيم رقص محورى (nutation) زمين است. از آنجا که مدار ماه بر صفحهٔ دايرةالبروج منطبق نيست و نيز به‌علت حرکت زمين در مدار غير دايره‌اى تغييراتى در نيروهاى گرانشى اعمال‌شدهٔ خورشيد و ماه بر زمين وجود دارد به‌‌گونه‌اى که محور زمين حول وضعيت ميانگينِ ۳۳ درجه و ۲۷ دقيقه دايرهٔ يکنواختى را طى نمى‌کند بلکه داراى نوسان‌ها و انحراف‌هائى از وضعيت ميانگين است. دامنهٔ اين نوسان‌ها حدود نُه ثانيه قوس و دورهٔ تناوب آنها حدود ۱۸۱۶ سال است. اين نوسان دوره‌اى رقص محورى ناميده مى‌شود و موجب تغييرات دوره‌اى کوچکى در موضع ستارگان ثابت است.

خورشيد بر متن آسمان

به‌علت حرکت وضعى و حرکت انتقالى زمين چنين مى‌نمايد که خورشيد داراى دو نوع حرکت، به‌نام حرکت ظاهرى (apparent motion)، است: حرکت ظاهرى شبانه‌روزي، حرکت ظاهرى سالانه.

حرکت ظاهرى شبانه‌روزى موجب پيدايش شب و روز و مبناى اندازه‌گيرى طول روز، يا طول شبانه‌روز است.