2.2. Następstwa ruchu obrotowego Ziemi

Samolot z Warszawy do Moskwy startuje o 12.20. Gdy ląduje w Moskwie, jest godzina 16.20. Start lotu powrotnego z Moskwy następuje o 18.40, lądowanie w Warszawie też o 18.40. Jak to możliwe? Zapoznaj się z zawiłościami związanymi z czasem na Ziemi, a przekonasz się, że tak może być naprawdę.

Już wiesz: 

  • że Ziemia obraca się wokół własnej osi, wykonując pełny obrót w czasie ok. 24 godzin;
  • jak odczytywać z mapy długość geograficzną;
  • że w jednej chwili na Ziemi występują wszystkie pory dnia i nocy;
  • że każdy południk ma swój czas słoneczny – taki sam dla całego południka i inny niż na pozostałych południkach.

Nauczysz się: 

  • objaśniać, jak określa się czas słoneczny;
  • obliczać różnicę czasu słonecznego pomiędzy punktami leżącymi na różnych długościach geograficznych;
  • przyporządkowywać dany obszar do określonej strefy czasowej;
  • wyjaśniać zasady wprowadzania czasu urzędowego;
  • wyjaśniać znaczenie czasu uniwersalnego.

Przygotuj przed lekcją: 

  • globus.

1. Czas słoneczny

Na całym obszarze położonym na tym samym południku w jednej chwili odnotowuje się południe słoneczne. Słońce góruje jednocześnie na całym południku, ale na różnej wysokości w stosunku do horyzontu. Zawsze jest to jednak najwyższa pozycja Słońca w danym miejscu w ciągu doby. Oczywiście tam, gdzie panuje akurat noc polarna, Słońce nawet w południe jest niewidoczne, gdyż także w momencie górowania znajduje się poniżej linii horyzontu. Gdyby obserwator znajdujący się w dowolnym punkcie kuli ziemskiej zaznaczył na sferze niebieskiej miejsce górowania Słońca i połączył je łukiem po najkrótszej linii z punktem na horyzoncie określającym kierunek południowy (S), a w przeciwną stronę przedłużył do zenitu i dalej do punktu na horyzoncie określającego północ (N), to w ten sposób powstałaby linia zwana południkiem niebieskim. Rzut południka niebieskiego na powierzchnię Ziemi odpowiada południkowi miejscowemu.
Uznano, że górowanie Słońca na dowolnym południku jest środkiem doby, która zaczęła się w tym miejscu 12 godzin wcześniej, czyli o północy. Górowanie Słońca jest podstawą określania czasu słonecznego. Przyjęto, że w południe jest godzina 12.00, a cała doba dzieli się na 24 godziny. Dla Ziemi długości geograficzne opisujemy od 0° do 180° długości wschodniej i od 0° do 180° długości zachodniej, co razem daje 360°. Przy takich założeniach łatwo obliczyć (dzieląc 360° na 24 godziny), że każde 15° długości geograficznej odpowiada różnicy czasu wynoszącej godzinę, a 1° długości geograficznej odpowiada różnicy czasu wynoszącej 4 minuty. Dla przykładu, jeśli założymy, że na południku 0° jest południe, czyli godzina 12.00 czasu miejscowego słonecznego, to na południku 15°W będzie o godzinę wcześniej, czyli 11.00, a na południku 15°E będzie o godzinę później, czyli 13.00 czasu słonecznego.

Zapamiętaj

15° – 1 godzina
1° – 4 minuty

Ćwiczenie 2.2.1.

Dokonaj obliczeń i określ czas słoneczny we wskazanych miejscach w momencie, gdy Słońce góruje na południku 0°. Jaki jest wtedy czas słoneczny na południkach 30°E i 45°W?
Odpowiedź
14.00 i 9.00
  1. 1.
    Najpierw obliczamy różnicę długości geograficznej pomiędzy południkiem 0° a południkiem 30°E oraz pomiędzy południkiem 0° a południkiem 45°W. W pierwszym przypadku wynosi ona 30°, a w drugim 45°.
  2. 2.
    Następnie, wiedząc, że obrót o 1° trwa 4 minuty, zamieniamy obliczone powyżej miary kątowe na miary czasowe:
    1. a.
      30° x 4 minuty = 120 minut, czyli 2 godziny;
    2. b.
      45° x 4 minuty = 180 minut, czyli 3 godziny.
  3. 3.
    Południk 30°E leży na wschód od południka zerowego, zatem czas słoneczny jest tam późniejszy, to znaczy, że do 12.00 należy dodać 2 godziny. W ten sposób otrzymamy czas słoneczny, jaki jest na 30°E, czyli godzinę 14.00.
  4. 4.
    Południk 45°W leży na zachód od południka zerowego, więc czas słoneczny jest tam wcześniejszy, to znaczy, że od 12.00 należy odjąć 3 godziny. W ten sposób otrzymamy czas słoneczny, jaki jest na 45°W, czyli godzinę 9.00.

Ćwiczenie 2.2.2.

Dokonaj obliczeń i określ czas słoneczny we wskazanych miejscach w momencie, gdy Słońce góruje na południku 0°. Jaki jest wtedy czas słoneczny na południkach 20°E i 177°W?
Odpowiedź
13.20 i 0.12
  1. 1.
    Najpierw obliczamy różnicę długości geograficznej pomiędzy południkiem 0° a południkiem 20°E oraz pomiędzy południkiem  0° a południkiem 177°W. W pierwszym przypadku wynosi ona 20°, a w drugim 177°.
  2. 2.
    Następnie, wiedząc, że obrót o 1° trwa 4 minuty, zamieniamy obliczone powyżej miary kątowe na miary czasowe:
    1. a.
      20° x 4 minuty = 80 minut, czyli 1 godzina i 20 minut;
    2. b.
      177° x 4 minuty = 708 minut, czyli 11 godzin i 48 minut.
  3. 3.
    Południk 20°E leży na wschód od południka zerowego, więc czas słoneczny jest tam późniejszy. Oznacza to, że do 12.00 należy dodać godzinę i 20 minut. W ten sposób otrzymamy czas słoneczny, jaki jest na 20°E, czyli godzinę 13.20.
  4. 4.
    Południk 177°W leży na zachód od południka zerowego, więc czas słoneczny jest tam wcześniejszy. Oznacza to, że od 12.00 należy odjąć 11 godzin i 48 minut. W ten sposób otrzymamy czas słoneczny, jaki jest na 177°W, czyli godzinę 0.12.

Ciekawostka

Aby nie zmieniać daty w środku dnia, umówiono się, że doba zaczyna się o północy, czyli dokładnie 12 godzin wcześniej niż faktyczny początek doby słonecznej, i trwa do następnej północy.

Ciekawostka

Większość krajów świata stosuje podział doby na 24 godziny opisywane od 0 do 24. Sporo państw (zwłaszcza anglojęzycznych) stosuje jednak podział doby na dwie części po 12 godzin, dodając określenia, które należy tłumaczyć: przed południem (AM, A.M., am albo a.m.; z łaciny ante meridiem) i po południu (PM, P.M., pm lub p.m.; z łaciny post meridiem). Co ciekawe, w Polsce oficjalnie obowiązuje podział 24-godzinny, ale w języku potocznym stosuje się obydwa systemy.

Ważne

Jeżeli obliczamy różnicę czasu słonecznego miejsc leżących na tej samej półkuli, to od większej długości geograficznej odejmujemy mniejszą. Różnicę długości geograficznej przeliczamy na różnicę czasu słonecznego. Gdy miejsca leżą jednak na dwóch półkulach, to sumujemy różnice długości każdego z tych południków i leżącego między nimi południka 0° albo 180°. To obliczenie jest bardziej skomplikowane.

Ćwiczenie 2.2.3.

Dokonaj obliczeń i określ czas słoneczny na południku 20°W, gdy Słońce góruje na południku 20°E.
Odpowiedź
9.20
  1. 1.
    Najpierw obliczamy różnicę długości geograficznej pomiędzy południkiem 20°E a południkiem 20°W. Żeby tę różnicę obliczyć, musimy do 20° długości geograficznej wschodniej dodać 20° długości geograficznej zachodniej. Otrzymujemy 40°.
  2. 2.
    Następnie, wiedząc, że obrót o 1° trwa 4 minuty, zamieniamy obliczoną powyżej miarę kątową na miarę czasową:
    40° x 4 minuty = 160 minut, czyli 2 godziny i 40 minut.
  3. 3.
    Południk 20°W leży na zachód od południka 20°E, więc czas słoneczny jest tam wcześniejszy, to znaczy, że od 12.00 należy odjąć 2 godziny i 40 minut. W ten sposób otrzymamy czas słoneczny, jaki jest na południku 20°W, czyli godzinę 9.20.

Ćwiczenie 2.2.4.

Dokonaj obliczeń i określ czas słoneczny na południku 160°E, gdy Słońce góruje na południku 170°W.
Odpowiedź
10.00 następnego dnia
Najpierw obliczamy różnicę długości geograficznej pomiędzy południkiem 170°W a południkiem 160°E. Możemy to zrobić na dwa sposoby.
Pierwszy sposób:
  1. 1.
    Podobnie jak w poprzednim ćwiczeniu do 170° długości geograficznej zachodniej dodajemy 160° długości geograficznej. Otrzymujemy 330°.
  2. 2.
    Następnie, wiedząc, że obrót o 1° trwa 4 minuty, zamieniamy obliczoną powyżej miarę kątową na miarę czasową:
    330° x 4 minuty = 1320 minut, czyli 22 godziny.
  3. 3.
    Południk 170°W leży na zachód od południka 160°E, jeśli na glob ziemski patrzymy od strony południka zerowego. Oznacza to, że czas słoneczny na południku 160°E jest późniejszy, czyli do 12.00 należy dodać 22 godziny. W ten sposób otrzymamy czas słoneczny, jaki jest na 160°E – godzinę 10.00 dnia następnego.
Drugi sposób:
  1. 1.
    Sumujemy różnice długości pomiędzy interesującymi nas południkami a południkiem 180°,
    czyli (180° – 170°) + (180° – 160°) = 10° + 20° = 30°.
  2. 2.
    Otrzymany wynik zamieniamy na miarę czasową:
    30° x 4 minuty = 120 minut, czyli 2 godziny.
  3. 3.
    Teraz od godziny 12.00 możemy odjąć 2 godziny, gdyż południk 160°E znajduje się na zachód od 170°W, patrząc na kulę ziemską od strony południka 180°.
  4. 4.
    Otrzymujemy również godzinę 10.00, ale w związku z tym, że obliczając tę różnicę jakby przekroczyliśmy południk 180°, czyli tzw. linię zmiany daty (omówienie w dalszej części lekcji), musimy pamiętać, że będzie to godzina 10.00 dnia następnego.

2. Czas strefowy i uniwersalny

Rozwój podróży międzykontynentalnych, a potem także większości dziedzin techniki w XIX wieku wymusił na ludzkości uporządkowanie kwestii czasu na Ziemi. Nie mogło być już tak, że każda miejscowość na jakimś obszarze miała swój własny lokalny czas. Na międzynarodowej konferencji w Waszyngtonie w 1884 roku przedstawiciele większości gospodarczo rozwiniętych państw świata porozumieli się, że początkowym południkiem dla obliczeń długości geograficznej i czasu na Ziemi będzie południk 0°, przechodzący przez obserwatorium astronomiczne w Greenwich. Czas słoneczny tego południka nazwano czasem uniwersalnym.
Uzgodniono także podział Ziemi na 24 strefy czasowe przyporządkowane wszystkim godzinom w ciągu doby. Każda strefa ma czas odpowiedni dla czasu słonecznego środkowego południka strefy i rozciąga się na 7°30' na wschód i 7°30' na zachód od niego. Środkowymi południkami stref zostały południki 0°, 180° i wszystkie, które są wielokrotnościami 15° na obu półkulach.
Znaczna część zachodniej i środkowej Europy, w tym Polska, znalazła się w strefie południka 15°E, która rozciąga się od południka 7°30'Edo 22°30'E. Kiedy w strefie południka 0° – nazywanej strefą czasu uniwersalnego lub strefą czasu zachodnioeuropejskiego – jest godzina 12.00, to w naszej strefie czasu środkowoeuropejskiego jest 13.00. W strefie czasu wschodnioeuropejskiego (od 22°30'E do 37°30'E, środkowy południk to 30°E) jest wówczas 14.00. Im więcej stref czasowych na wschód od południka 0°, tym więcej godzin trzeba dodać, a im więcej stref na zachód od 0°, tym więcej godzin trzeba odjąć.

Polecenie 2.2.1.

Korzystając z globusa, sprawdź, czy są na kuli ziemskiej południki środkowe stref czasowych położone w całości na oceanie, które nie przechodzą przez jakikolwiek ląd.

Ciekawostka

Polska leży w dwóch strefach czasowych – w strefie czasu środkowoeuropejskiego i wschodnioeuropejskiego. Granica między tymi strefami przebiega wzdłuż południka 22°30'E.

Ważne

Czas południka 0° bywa określany jako czas uniwersalny i zapisywany różnymi skrótami: GMT (ang. Greenwich Mean Time), TU (ang. Temps Universal) albo UTC (ang. Universal Time Clock). Znajomość tych skrótów jest ważna, ponieważ wiele informacji, np. bilety lotnicze, zawiera odwołanie do czasu uniwersalnego.

3. Czas urzędowy i międzynarodowa linia zmiany daty

Wprowadzenie stref czasowych nie rozwiązało wszystkich problemów. Konieczne było podjęcie decyzji urzędowych zmieniających przebieg granic stref czasowych tak, aby dostosować je do granic państwowych. Decyzje urzędowe zmieniają czasem radykalnie położenie kraju w odniesieniu do stref czasowych. Niemal cała Francja, Belgia i Holandia leżą w strefie czasu uniwersalnego, ale ze względów praktycznych jako czas urzędowy wprowadziły czas środkowoeuropejski, chcąc w ten sposób uniknąć komplikacji na granicach z sąsiednimi krajami. Hiszpania leży jeszcze dalej na zachód, sięgając nawet po strefę czasową południka 15°W, a i tak podjęła urzędową decyzję o przeniesieniu całego swojego terytorium do strefy czasu środkowoeuropejskiego. Niektóre kraje, w drodze decyzji urzędowych, wprowadzają także czas sezonowy (letni). W całej Unii Europejskiej, zatem także i w Polsce, obowiązuje on od ostatniej niedzieli marca do ostatniej niedzieli października, czyli przez ok. 7 miesięcy.
Przyznanie południkowi 0° i jego strefie czasowej statusu czasu uniwersalnego spowodowało konieczność uznania południka 180° za międzynarodową linię zmiany daty. Przebieg tej linii w pewnych miejscach odbiega od południka 180°, gdyż przecina obszary zamieszkane. Po obu jej stronach daty różnią się o jedną dobę. Przy przekraczaniu linii zmiany daty w podróży z półkuli wschodniej na półkulę zachodnią odejmujemy jeden dzień od bieżącej daty (obowiązującej po zachodniej stronie linii, patrz rysunek do ćwiczenia nr 4, „zyskujemy” jeden dzień), natomiast przy poruszaniu się w przeciwnym kierunku – z półkuli zachodniej na wschodnią – dodajemy jeden dzień do daty (obowiązującej po wschodniej stronie linii, jeden dzień „tracimy”).

Polecenie 2.2.2.

Oblicz, która godzina czasu słonecznego jest w okolicach Hrubieszowa (24°E), gdy w Greenwich jest 12.00.

Polecenie 2.2.3.

Oblicz, która godzina czasu strefowego jest w okolicach Hrubieszowa (24°E), gdy w Greenwich jest 12.00.

Polecenie 2.2.4.

Oblicz, która godzina czasu urzędowego jest w grudniu w okolicach Hrubieszowa (24°E), gdy w Greenwich jest 12.00.

Polecenie 2.2.5.

Oblicz, która godzina czasu urzędowego jest w lipcu w okolicach Hrubieszowa (24°E), gdy w Greenwich jest 12.00.

Ciekawostka

Wprowadzanie czasu letniego ma powodować lepsze wykorzystanie światła dziennego. Ludzie są w ten sposób zachęcani do wcześniejszego rozpoczynania dnia i aktywności w czasie, kiedy jest jasno, co przyczynia się do oszczędności energii elektrycznej. Przestawienie zegarów, przestoje środków transportu i dostosowanie systemów informatycznych generują jednak znaczne koszty, które stawiają pod znakiem zapytania opłacalność całej operacji. Dodatkowym elementem podającym w wątpliwość sens zmiany czasu jest to, że powoduje ona kilkudniowe rozregulowanie naszych organizmów.

Podsumowanie

  • Wszystkie punkty leżące na jednym południku mają ten sam czas słoneczny, który jest równocześnie inny niż na pozostałych południkach.
  • W celu uporządkowania wskazywania czasu na całej kuli ziemskiej wprowadzono strefy czasowe.
  • Z różnych powodów władze państwowe wydają decyzje urzędowe zmieniające przebieg granic stref czasowych.
  • W niektórych krajach decyzją urzędową wprowadza się także czas letni.

Praca domowa

Polecenie 2.2.6.

Odczytaj z mapy (przybliżoną do 1 stopnia) długość geograficzną miejscowości, w której mieszkasz, i oblicz:
  1. a.
    czas słoneczny w twojej miejscowości w momencie, gdy w Greenwich jest 9.30;
  2. b.
    czas strefowy w twojej miejscowości w momencie, gdy w Greenwich jest 9.30;
  3. c.
    czas urzędowy w twojej miejscowości w listopadzie w momencie, gdy w Greenwich jest 9.30;
  4. d.
    czas urzędowy w twojej miejscowości w czerwcu w momencie, gdy w Greenwich jest 9.30.

Słowniczek

czas uniwersalny

czas słoneczny na południku zerowym, za który przyjęto południk przechodzący przez obserwatorium astronomiczne Greenwich w Londynie; jest jednocześnie czasem strefowym pierwszej strefy czasowej, od której liczy się czas pozostałych stref

czas urzędowy

umowny czas obowiązujący na danym obszarze; czas urzędowy zwykle ustalany jest w taki sposób, aby cały obszar kraju lub jednostki administracyjnej znajdował się w tej samej strefie; w państwach o dużej rozciągłości równoleżnikowej na różnych obszarach może obowiązywać inny czas urzędowy; w wielu państwach czas urzędowy odpowiada czasowi strefowemu odpowiedniej strefy czasowej; są również kraje, w których urzędowo wprowadza się czas letni przesunięty o godzinę w stosunku do czasu strefowego

międzynarodowa linia zmiany daty

częściowo pokrywa się ona z południkiem 180°; czas obowiązujący na terytoriach położonych na zachód od tej linii (czyli na półkuli wschodniej) jest przesunięty o dobę do przodu względem czasu terytoriów położonych na wschód od niej (czyli na półkuli zachodniej)

południk niebieski

linia na sferze niebieskiej łącząca punkt na horyzoncie określający kierunek południowy (S) z punktem na horyzoncie określającym kierunek północny (N) i przechodząca przez zenit; południk niebieski jest miejscem, gdzie odbywają się górowania ciał niebieskich

strefy czasowe

obszary powierzchni Ziemi o szerokości 15° długości geograficznej, rozciągające się południkowo; w całej tak wyznaczonej strefie obowiązuje jednakowy czas; jednocześnie jest to czas słoneczny środkowego południka tej strefy

Zadania

Zadanie 2.2.1.

Zadanie 2.2.2.

Zadanie 2.2.3.

Zadanie 2.2.4.

Zadanie 2.2.5.

Zadanie 2.2.6.

Zadanie 2.2.7.

Zadanie 2.2.8.