Международная линия дат (IDL) - это воображаемая и произвольная линия на поверхности Земли, которая проходит от Северного полюса до Южного полюса. Когда вы пересекаете IDL, день и дата меняются. Если вы пересечете его, двигаясь на запад, день продвигается на единицу, а дата увеличивается на единицу. Если вы пересекаете его, путешествуя на восток, происходит обратное.
IDL не является предметом международного права, но это один из немногих стандартов, принятых во всем мире. IDL имеет решающее значение для глобальной взаимосвязанности, мгновенной связи, измерения времени и согласованных международных баз данных. В основном это удобство, коммерция и политика. IDL произошло по тем же причинам, что и появление Интернета - он работает и делает жизнь немного проще. Прежде чем обсуждать, как и почему появилась Международная линия дат, мы должны сначала рассмотреть вопрос о сохранении времени.
'Кто-нибудь действительно знает, который час?'
В те времена, когда еще не было механических часов, время измерялось в основном с помощью солнечных часов. Люди полагались на определение, что «полдень» был тогда, когда солнце было наивысшим в небе и было на юге. Один "день" был просто количеством времени между двумя последовательными "полднями". Большинство городов на планете установили часы на этот цикл, и все было хорошо - по крайней мере, в каком-то конкретном городе.
Проблема заключалась в том, что каждый город переживал полдень в свое (очевидное) время 12:00. В зависимости от долготы, соседние города могут иметь время, скажем, 11:45 или 12:15. отображается на их солнечных часах. Около экватора путешествие на запад примерно на 1000 миль (1600 км) задерживает прибытие полдня на один час.
В 19 веке появление трансконтинентальных железных дорог еще более усложнило ситуацию. В этом веке также стали доступны точные механические часы. Путешественники обнаружили, что их часы сбрасываются на несколько минут на каждой станции на востоке или западе. В лучшем случае это было неудобно.
Также в том столетии появление телеграфии создало проблемы с хронометрированием для коммерческих и военных организаций - ранних последователей. Телеграф, изобретенный в 1832 году Павлом Шиллингом, был первой настоящей системой обмена мгновенными сообщениями. Это позволило общаться на большие расстояния с помощью электричества, которое движется (почти) со скоростью света.
Телефон, запатентованный в 1876 году Александром Грэмом Беллом, был второй такой системой обмена мгновенными сообщениями. И, конечно же, для эффективного использования любой системы полезно знать время на часах как у отправителя, так и у получателя.
Широта и долгота
Прежде чем мы объясним, как часовые пояса решили эти проблемы с часами, давайте кратко рассмотрим широту и долготу. Около 150 г. до н. Э. Гиппарх из Никии, греческий математик и астроном, предложил глобальную сетку линий долготы и широты для измерения положения. Это была система координат для определения местоположения точек на поверхности сферы. По вертикальной оси измеряется «широта», а по горизонтальной оси «долгота». Несмотря на то, что он был дальновидным, его идея томилась более тысячелетия.
В эпоху открытий, начиная с 15-го века, картографы увидели необходимость стандартизированных измерений широты и долготы. Если вы намереваетесь нанести на карту или указать географическое местоположение, вам необходимо однозначно описать его местоположение. Британия «управляла волнами» в то время и заняла первые места в этом начинании.
Португалия и Испания, другие крупные морские державы, использовали свои собственные системы, но в конце концов перенесли в Англию. Широта была не столько проблемой, сколько долготой, поскольку не было споров о том, где находятся полюса (широта 90 градусов северной широты и 90 градусов южной широты) и экватор (широта 0 градусов). Однако выбор начальной точки для измерения долготы (меридиан 0 градусов) был произвольным. Это было основано больше на национальной гордости и удобстве.
В 1851 году Англия определила главный меридиан (0 градусов) как меридиан, проходящий через Гринвичскую обсерваторию. В то время они были доминирующей морской державой, имели колонии по всему земному шару, использовали самые современные механические часы и имели научную квалификацию для установления стандарта. Вы слышали поговорку «Солнце никогда не заходит над Британской империей». Это когда-то было правдой. В Англии были колонии по всему земному шару, поэтому это всегда было «днем» где-то в британской империи. Британия имела влияние.
Часовые пояса
К концу 19-го века ученые, железные дороги и другие развивающиеся отрасли почувствовали необходимость в мировом стандарте времени. Первая такая система, использующая 24 стандартных часовых пояса, была предложена сэром Сэндфордом Флемингом в 1876 году. Сэндфорд был шотландским инженером, который помогал проектировать канадскую железнодорожную сеть. Его система не была официально санкционирована какой-либо глобальной организацией, но к 1900 году она породила принятие системы часовых поясов, используемой сегодня. Нация за нацией, мир увлекся идеей Флеминга.
В каждом часовом поясе для всех часов будет установлено среднее время, которое наилучшим образом отражает местоположение солнца на небе. Это время называется среднее солнечное время, Солнечные часы, для сравнения, мера видимое солнечное времяиногда называют истинное солнечное время.
Процесс часовых поясов начался в 1883 году для Соединенных Штатов, когда страна была разделена на четыре стандартных часовых пояса. Каждая зона была сосредоточена на меридиане долготы:
- Стандартное восточное время (EST), 75 градусов западной долготы (к западу от меридиана)
- Центральное стандартное время (CST) при 90 градусах западной долготы
- Горное стандартное время (MST) при 105 градусах западной долготы
- Стандартное тихоокеанское время (PST) при 120 градусах западной долготы
Соединенное Королевство уже начало аналогичный процесс, и весь остальной мир вскоре последовал его примеру. К 1900 году глобальная система часовых поясов, которую мы используем сегодня, была достаточно хорошо развита. Расширение глобальной связи требовало некоторой универсальной системы измерения времени, и стандартные часовые пояса были ответом.
Большинство часовых поясов точно не следуют меридианам долготы. Они делают зигзаги по мере необходимости, чтобы держать острова, небольшие страны и большие столичные районы в одно и то же время - очевидная уступка удобству.
Стандартные часовые пояса имеют ширину 15 градусов, так как 360 градусов, разделенные на 24 часа, равны 15 градусам в час. Они пронумерованы по часам, начиная с Первого меридиана (долгота 0 градусов), который проходит через Гринвич, Англия. Гринвичские часы показывают то, что называется временем по Гринвичу (GMT). Система нумерации позволяет легко находить время в других зонах.
Например, Калифорния, в восьми часовых поясах к западу от Гринвича, находится в зоне с именем Pacific Standard Time (PST). Эта зона также помечена как «GMT-8» или GMT + 16. «Так, если время в Гринвиче - 12:00, время в Калифорнии - 4:00 (12:00 - 8 часов).
GMT против UTC
С 1972 года по Гринвичу в значительной степени заменяется UTC (Всемирное координированное время). Когда в 1950-х годах были изобретены атомные часы, стало возможным измерять время с точностью, превосходящей точность вращения вращающейся Земли.
GMT была системой «среднего времени», основанной на телескопических наблюдениях Гринвичской обсерватории. UTC, будучи синхронизированным с GMT, учитывает небольшие колебания скорости вращения Земли. Время от времени к мировым часам добавляется (или вычитается) «високосная секунда» - это коррекция между GMT и UTC. Период вращения Земли может варьироваться от ровно 24 часов до доли секунды в любом случае, в зависимости от геологических возмущений.
Например, когда ледники тают, происходит перенос массы из более высоких широт к экватору. Как и у фигуриста, который замедляет скорость вращения, вытягивая руку или ногу, закон сохранения момента импульса требует уменьшения скорости вращения, чтобы компенсировать это перераспределение массы. По оценкам ученых, землетрясение магнитудой 9,0 в Японии в 2011 году сместило достаточно массы от экватора, чтобы сократить день на 1,8 микросекунды (0,0000018 с).
Астрономы также должны учитывать разницу между видимым и средним временем. Эта разница будет зависеть от того, насколько далеко восток или запад находится в пределах часового пояса, а также от уравнения времени, которое зависит от даты. И затем есть то сбивающее с толку исправление, которое называется Летнее время (DST). Но опять же, чтобы понять IDL, мы можем игнорировать эти осложнения.
Что такое IDL?
Мы все знаем, что день и дата меняются в полночь, независимо от вашего местоположения на планете. Но чтобы использовать глобальную систему часовых поясов с IDL, день и дата должны быть разделены в два локации - нельзя разделить круг на две части одним «разрезом». Решение было предложено в 1884 году Международной конференцией меридианов (IMC), состоявшейся в Вашингтоне, округ Колумбия, и в которой приняли участие представители 26 стран.
IMC выбрал 180-градусный меридиан в качестве другого «среза», а не потому, что он был прямо противоположен первичному меридиану (любой меридиан мог быть тем другим «срезом»). 180-градусный меридиан был выбран потому, что он проходит в основном через открытый океан в центральной части Тихого океана, зигзагами и зигзагами, чтобы держать соседние народы в своем собственном дне и дате. Таким образом, выбор 180 градусов был произвольным, но он установил IDL, используемый сегодня.
Хотя IDL начинается в середине своего часового пояса UTC ± 12 на обоих полюсах - точно на долготе 180 градусов - на большей части своей длины, он смещается на восток и совпадает с восточным краем своего часового пояса, который также имеет зигзаг. и загсы. Суть в том, что это жилье хранит островные государства Океании у каждого по своим часам и календарю. Но есть и исключения.
Острова, которые пропустили день
Незадолго до полуночи 29 декабря 2011 года самоанцы собрались вокруг часовой башни в столице Апиа, чтобы отметить исторический момент прыжка на другую сторону Международной линии дат.
Когда часы пробили 12:00 утра, жители Самоа вместе со своими соседями на острове Токелау прыгнули вперед до субботы, 31 декабря 2011 года, полностью пропустив пятницу. Считалось, что острова находятся на западной стороне ИДЛ в Восточном полушарии. В частности, они изменили свой часовой пояс с UTC-11 на UTC + 13.
Решение было экономическим. Хотя в прошлом веке Самоа в значительной степени сотрудничало с Соединенными Штатами, эта торговля значительно сместилась в Азиатско-Тихоокеанский регион, особенно в Новую Зеландию и Австралию.
Так что, хотя географически Самоа была ближе к тихоокеанским странам, между Самоа и Новой Зеландией существовала 23-часовая разница, а между Самоа и восточным побережьем Австралии - 21 час, сообщает EarthSky Communications. Поэтому, чтобы лучше синхронизировать рабочие недели со своими основными торговыми партнерами, две островные страны решили перепрыгнуть через IDL.
В статье, опубликованной 28 декабря 2011 года в The Guardian, премьер-министр Самоа Туилаепа Саилеле Малиелегаои выразил неудобство в связи с предыдущей ситуацией с IDL:
«Имея дело с Новой Зеландией и Австралией, мы теряем два рабочих дня в неделю. Хотя здесь пятница, в Новой Зеландии суббота, а когда мы в воскресенье в церкви, они уже ведут бизнес в Сиднее. и Брисбен ".
Этот переход IDL был чем-то вроде возвращения домой для самоанцев. Более века назад страна находилась на западной стороне ИДЛ, но в 1892 году решила перейти на восточную сторону, чтобы быть ближе к времени США. Таким образом, в течение 119 лет самоанцы были свидетелями последнего заката дня и были последними, кто позвонил в Новый год - теперь они являются одними из первых.
К сожалению, в непосредственной близости от ИДЛ всегда будут возникать некоторые неудобства: теперь между Самоа, расположенным в западной части цепочки островов Самоа, существует 24-часовая разница, и с Американского Самоа на восточной стороне.
Тонга также предпочла быть в UTC + 13 (или UTC-11) из соображений коммерции и удобства. Острова Чатем, расположенные почти в 500 милях (800 км) к востоку от Новой Зеландии, устанавливают часы по UTC + 12,75, создавая «сиротский» часовой пояс внутри UTC ± 12. Дробные часовые пояса используются в 16 местах по всему миру. Страны просто выбирают, что лучше для них.
Смотреть работу IDL
В приведенном выше видео изучите этот первый кадр с паузой, прежде чем нажать «Play». Он показывает IDL (белая линия) в полночь. Ради ярлыков, скажем, зеленый клин представляет первый час субботы. Синяя часть Земли все еще в пятницу. Красная часть (которая появится позже) будет в воскресенье.
Этот зеленый клин - первый часовой пояс к западу от ИДЛ. Запад виден по часовой стрелке, как видно на этом виде сверху над Северным полюсом. Следует отметить, что этот зеленый часовой пояс:
- имеет 15 градусов в ширину, охватывает 1/24 окружности Земли и один час времени;
- центрирован на 180-градусном меридиане;
- простирается от долготы 172,5 градуса до долготы 187,5 градуса;
- совпадает с IDL вдоль большей части его восточной границы;
В тот момент, когда IDL проходит полночь, весь часовой пояс регистрирует начало нового дня. Все местоположения в данном часовом поясе должны быть в одно и то же время. Есть некоторые исключения: нации (и регионы внутри наций), которые отказались от DST, и те, кто решил использовать дробные часовые пояса. Но мы можем игнорировать это сейчас.
Модель в этой анимации идеализирована во многих отношениях. Самое главное, что все часовые пояса имеют ширину ровно 15 градусов и сосредоточены на 24 равномерно распределенных меридианах долготы. Кроме того, IDL точно следует за восточным краем всего часового пояса UTC ± 12. Это не совсем то, что происходит в реальном мире, но это сильно упрощает мою модель.
Теперь не стесняйтесь нажимать «играть». Посмотрите, как синяя пятница сжимается, когда растет зеленая суббота. Посмотрите, что произойдет, когда IDL вернется к полуночи, и начнется следующий день и дата. Вы увидите красное воскресенье «размотанным» и заменяющее зеленую субботу, когда Земля вращается. Используйте ползунок, чтобы переходить туда-сюда и смотреть, как это происходит.
Есть две вещи, которые стоит заметить о IDL. Во-первых, в любой момент времени на Земле действуют два последовательных дня и даты. Эти дни и даты разделены IDL, который проходит от Северного полюса до Южного полюса (приблизительно) вдоль меридиана долготы 172,5 градуса.
Во-вторых, эти два дня и даты также разделены линией полуночи, меридиан которой находится прямо напротив Солнца. Таким образом, на Земле действительно есть две «линии даты» - одна вращается вместе с планетой (IDL), а другая остается неподвижной на полуночном меридиане. На противоположных сторонах обеих «строк даты» день и дата всегда разные.
Гринвич, у нас проблема ...
Но ждать. Похоже, есть исключение из этого правила. Весь земной шар, кажется, находится на такой же день и дата в течение одного часа каждый день. Это начинается, когда восточный край часового пояса UTC-11 достигает полуночи. Он заканчивается, когда восточный край следующего часового пояса, IDL (UTC ± 12), достигает полуночи. В это время новый день начинает разматываться.
Посмотрите анимацию еще раз, если вы ее не уловили. Это длится только один час или около секунды в видео. Вы увидите это дважды, каждый раз, когда IDL приближается к полуночи.
Но, как объяснялось ранее, это идеализированная модель. Многие часовые пояса возле IDL были «зачарованы» до точки, где это никогда в тот же день по всему миру. По правде говоря, это на бесконечно малое «мгновение», когда IDL наступает в полночь.
Есть некоторые исключения из этого сценария. Например, Мидуэйские острова находятся в UTC-11, а Маршалловы острова - в UTC ± 12. Проверьте эту подробную карту часовых поясов в этой области. Если вы используете функцию Планировщик собраний на сервере Мирового времени для этих двух островов, вы увидите, что они действительно используют одни и те же день и дату для последнего часа дня, как показывает моя анимация. Вы можете увидеть этот результат здесь.
Есть и другие комбинации, которые дают тот же результат. Суть в том, что часовые пояса в этом регионе настолько перемешаны, что многие «правила» нарушаются. Например: Пересечение IDL меняет день и дату, но не время. Исключения существуют для обеих частей этого «правила». Вот почему нам нужны карты часовых поясов и серверы мирового времени. К счастью, приложения GPS знают все правила и исключения, поэтому держите свой смартфон в нужное время, день и дату, где бы вы ни находились.
Если бы вы стояли на IDL с одной ногой с каждой стороны, какой это был бы день?
Хитрый вопрос. Так как вы «пересекли» IDL, каждая нога будет в другой день. Если вы носили часы на обеих руках, технически они должны быть установлены на разные дни и даты. Вопрос о том, что время эти часы должны быть установлены не так легко ответить.
В зависимости от того, где на IDL вы стоите, время может варьироваться от одного часа до другого. Здесь время перехода на летнее время может испортить ситуацию, поскольку некоторые местоположения наблюдают это, а другие нет. И затем есть то частичное осложнение часового пояса.
Но «стоять верхом на IDL» нелегко. Если вы не на лодке, стоящей на якоре в IDL, на самом деле нет места, где вы могли бы «стоять» описанным способом, кроме как возле полюсов. Поскольку меридианы долготы сходятся на полюсах, можно пройти несколько часовых поясов в произвольно коротком походе. В одном километре от любого полюса, часовые пояса шириной всего 262 метра. Если бы вы были точно на любом полюсе, вы могли бы стоять одной ногой во всех 24 часовых поясах.
Все становится намного проще, если использовать только несколько часовых поясов рядом с полюсами. Некоторые научные базы в Антарктике используют новозеландское время (UTC ± 12), поскольку это популярный пункт посадки для поездок в Антарктику. Другие устанавливают свои часы на UTC. Астронавты на Международной космической станции делают то же самое. МКС движется с поразительной скоростью 4,7 мили в секунду (7,7 км / с). Это в 5,7 раза быстрее, чем у ускоряющейся пули. МКС совершает одно путешествие вокруг Земли каждые 90 минут. Таким образом, за 24 часа пассажиры испытывают 32 смены дня и даты и наслаждаются 16 восходами и 16 закатами. Для простоты их часы установлены на UTC + 0.
Время это просто инструмент
Понимание IDL - это упражнение в арифметике и, возможно, в некоторой геометрии. Это не магия, это не физика и это только астрономия. Все дело в установлении произвольных стандартов времени на вращающейся планете. Время в этом смысле - просто еще один инструмент современного технологического общества.
Последнее историческое примечание: во время кругосветного плавания земного шара Магеллана в 1519-1522 гг. Его штурман старательно записывал прохождение каждого дня своего путешествия. Когда они вернулись в порт приписки, день и дата были на одном. Не потребовалось много времени, чтобы понять, как произошла эта ошибка.
Когда вы путешествуете на запад (в направлении, противоположном направлению вращения Земли), каждый день будет немного длиннее, чем 24 часа, то есть если вы измеряете свой «день» как время между двумя последовательными «полуднями». За три года их путешествия эти небольшие различия составили целый день. Это было почти за три столетия до создания IDL, но это продемонстрировало необходимость корректировки дня и даты во время глобальных путешествий.
Благодаря науке это все выяснилось сейчас. В 21 веке люди принимают IDL как должное. Транстихоокеанское путешествие - это рутина, и мы все знаем что происходит, когда вы пересекаете IDL. Теперь ты знаешь Почему Бывает.
Дэн Хейм преподавал физику и математику в течение 30 лет - больше, если учесть его научный клуб в начальной школе. С 1999 года он является внештатным автором и создает образовательную компьютерную графику и анимацию. Дэн является президентом астрономического клуба Desert Foothills в Нью-Ривер, штат Аризона. Его еженедельный блог Sky Lights освещает такие темы, как астрономия, метеорология и науки о Земле, и вопросы читателей приветствуются.
