Секстант оснащен двумя зеркалами, одно из которых используют для наблюдения за горизонтом. (Он работает лучше на море, где нет холмов, деревьев или домов, закрывающих горизонт.) Второе зеркало используют для наблюдения за Солнцем. Угол между двумя зеркалами, когда совмещают светило и линию горизонта, является половиной угла, на который Солнце поднимается над горизонтом. (Почему половину? Это следует из оптических законов отражения света.)

Если секстант показывает, что Солнце находится в точке 90 градусов над горизонтом — это полдень.

Воображаемая северо-южная линия, которая проходит через зенит неба, находится в 90 градусах от горизонта и может определяться но полуденному Солнцу. Эту линию называют меридианом. Сравнивая часы с результатами измерений секстанта, человек может определить время, когда Солнце «пересекает меридиан». Часы можно отрегулировать, если они спешат или отстают.

Но современные временные интервалы стали так точны, что вместо этого мы урегулируем» Солнце, По причинам, о которых я расскажу позже, время между двумя последовательными зенитами не равно 24 часам. Солнце может отставать или спешить, проходя зенит на 15 минут раньше, в 11:45 а.м., или позже, в 12:15 р.м.

Значит ли это, что вращение Земли неравномерное?

Чтобы понять это, мы должны помнить, что Солнце не единственный объект, который поднимается, пересекает меридиан и садится. Другие небесные тела тоже делают это.

Предположим, вместо Солнца вы каждую ночь наблюдаете за какой-то звездой и отмечаете время, когда она пересекает меридиан. Вы увидите, что последовательные пересечения происходят с равными интервалами.

Звезда, в отличие от Солнца, движется равномерно.

Время между двумя последовательными пересечениями меридиана звездой называют звездными сутками+ Исходя из того факта, что звездный день стабилен, мы можем заключить, что Земля вращается равномерно. Странное поведение Солнца объясняется не какой-либо неравномерностью в ращения Земли, а другими ее движениями, о которых я еще расскажу.

Время между двумя последовательными пересечениями меридиана Солнцем называют солнечными сутками. Поскольку солнечный день изо дня в день немного меняется, что обусловлено более ранним восходом Солнца или его «опозданием», обычно используют среднее значение продолжительности солнечного дня за весь год. Это называют средними солнечными сутками (в этом смысле слово «средние» означает «усредненные») или календарными сутками.

Поэтому среднее Солнце — воображаемое Солнце, которое вращается вокруг Земли так равномерно, как звезда. Полдень наступает, когда среднее Солнце, а не настоящее, пересекает меридиан.

Время, основанное на среднем Солнце, называют средним временем. Время, основанное на настоящем Солнце, — истинным временем. Таким образом, в каждом дне есть средний полдень, когда среднее Солнце пересекает меридиан, и истинный полдень, когда это совершает настоящее Солнце, Эти два полудня могут отличаться на 15 минут, но четыре раза в год они совпадают, Разницу между средним и истинным полуднем, так как она меняется изо дня в день, называют уравнением времени.

Вы можете подумать, что средний солнечный день с уравненными отклонениями движения Солнца равен по продолжительности звездным суткам, но это не так. Продолжительность среднего солнечного дня составляет ровно 24 часа с точностью до секунды. Звездные сутки, как показывают современные измерения времени, почти на 4 минуты короче. Чтобы быть точным, они составляют 23 часа 56 минут 4,09 секунды.

Позже я вернусь к этой разнице между звездными сутками и средним солнечным днем, поскольку это важно.

Многие древние греческие философы считали, что Земля круглая. Некоторые карты мира, которые они рисовали, были разделены северо-южными линиями, похожими на те, которые рисовали вавилоняне на небесном своде.

Для жителя Афин северо-южная линия на небе, проходившая через зенит, находилась на поверхности Земли прямо над северо-южной линией, которая проходила через Афины.

Для жителя Рима это была линия через Рим, Все северо-южные линии, изображенные на карте Земли, называют меридианами. Древние предпочитали говорить о «меридиане Афин», «меридиане Рима» и так далее. Но путешественникам, особенно тем, которые плыли морем, не видя обычных наземных ориентиров, необходимо было что-то систематическое.

Поэтому было вполне естественным разделить сферу Земли на 360 меридианов, каждый из которых составляет 1 градус (но вавилонской системе). Затем каждый градус разделили на 60 минут и каждую минуту на 60 секунд.

Если посмотрите на глобус, то увидите меридианы с севера на юг, сходящиеся на Северном и Южном полюсах. Обозначен не каждый градус во избежание излишнего нагромождения. Их обычно указывают через 10 градусов. Заметьте, что они «делят» Землю на части, напоминающие дольки мандарина.