Délka dne na Zemi aneb od setrvačníku až k slunečnici

Úvod

V tomto článku je probírána délka dne jako 24 hodinového cyklu i dne jako opaku noci. Skutečná délka dne závisí vždy na tom, jak si měření definujeme, ale ať už to uděláme jakkoliv, nikdy to není přesně 24 hodin. Přesně 24 hodin je to jen v rámci jisté abstrakce, kdy si v nějakém zvoleném modelu dne řekneme, že za den budeme považovat cyklus o délce 24 hodin, 1440 min, 86 400 sekund a délku sekundy svážeme s rotací Země tak, aby to v delším (ročním) průměru souhlasilo. Je proto důležité si jednotlivé modely dne prostudovat, porovnat a najít východisko v lepším zdokonaleném modelu dne, který bude lépe odpovídat skutečným „lidským“ dnům.

Délka dne – Země jako setrvačník

Setrvačník a otočení o 3600

Setrvačník je rotující těleso (většinou symetrické), kde je akumulovaná kinetická energie. V technice se používá například na stabilizaci otáček. Čím je těleso větší, tím jsou otáčky stabilnější, protože na změnu rychlosti otáček je třeba větší síla. Setrvačník se bude otáčet prakticky nekonečně dlouho, pokud ho nějaká síla nebude brzdit až ho nakonec zabrzdí úplně.

Země je obrovské poměrně symetrické těleso rotující v prostoru, a proto otáčky takto velkého setrvačníku jsou velice stabilní. Tyto otáčky bylo možné v minulosti využít na měření času a definici jednotek času. Jedno otočení kolem osy definovalo den a ten byl rozdělen na 24 hodin, hodina na 60 minut a minuta na 60 sekund. Z historických důvodů se na dělení dne nepoužívá desetinný systém a vzhledem k tomu, že toto atypické dělení jednotek má dlouhou tradici a dobře funguje po mnoho staletí, nejspíš toto dělení zůstane už navždy.

Pokud chceme měřit otáčky rotujícího tělesa, uděláme si na něm nějaké značky (alespoň jednu) a měříme čas, kdy se tyto značky po otočení tělesa o 3600 kolem své osy objeví ve stejné poloze vůči něčemu pevnému, co se netočí, vytvoříme nějaký souřadný systém. Země se do laboratoře nevejde, a tak takový pevný souřadný systém (laboratoř) tvoří vesmír. Podle současných poznatků se i hvězdy pohybují a nic není nehybné, ale ve srovnání s pohybem Země kolem Slunce je to docela dobrá soustava „pevných bodů“, dobrý souřadný systém.

Hvězdný (siderický) den

Hvězdný den (otočení Země vůči hvězdám, otočení o 3600) trvá podle současných jednotek času 23 hod 56 min a 4 s. Hvězdný den je kratší než sluneční den (otočení vůči Slunci), protože Země při pohybu kolem Slunce vykonává vůči Slunci proti-otáčení (právě tím, že se těleso při oběhu automaticky neotáčí). Každý den se Země musí otočit víc než o 3600 a ten úhel navíc trvá ve srovnání s hvězdným dnem ještě další cca 4 minuty.

Stabilita rotace

I když je rotace Země hodně stabilní, podle současných mimořádně přesných měření přesto dochází ke změnám. Ty jsou způsobené tím, že Země není absolutně pevné těleso, proto může například Měsíc rotaci Země vlivem přitažlivosti dlouhodobě mírně zpomalovat. Zpomalování důsledkem slapových sil je cca 0,002 sekundy za století.

Kromě vlivu Měsíce se na změně rychlosti rotace Země podílí jakýkoliv přesun hmot – změna výšky ledovců, pohyby zemské kůry atd., vše co mění moment setrvačnosti tělesa, protože moment hybnosti (L = J*ω) musí být vždy zachován. Při změně rozložení hmoty se tak mění rychlost rotace. Některé vlivy rychlost rotace zpomalují, jiné zas zrychlují.

Zeme
Země jako setrvačník

Délka dne od jednoho poledne ke druhému

Komplikace a problémy

Klasické měření délky dne probíhá od jednoho poledne ke druhému. I když to vypadá velmi jednoduše až triviálně, realita je mnohem komplikovanější a sluneční den se chová nečekaně složitě. V čem spočívá ona složitost v případě slunečního dne?

Jednoduchý a bezproblémový je jen „setrvačníkový“ den, kterému se říká hvězdný (siderický) den. Tam probíhá rotace Země vůči něčemu „pevnému a nehybnému“ tj. ke vzdáleným hvězdám. Pokud ale chceme měřit pohyb Země vůči Slunci, vzniká hned několik problémů. Když pevné těleso jako Země oběhne kolem Slunce, vykoná vůči Slunci jedno otočení, které má opačný směr než je otáčení Země vůči hvězdám. Tuto otočku (jednu za rok) musíme od ostatních odečíst.

Pokud by se Země pohybovala rovnoměrně po kružnici se Sluncem ve středu kružnice a osa rotace Země by byla kolmá k rovině oběhu, bylo by to docela jednoduché. Země se ale pohybuje po elipse a Slunce není ve středu této elipsy, ale v ohnisku, v létě dál a v zimě blíž. To znamená, že na základě Keplerových zákonů se nepohybuje rovnoměrně, ale v perihéliu rychleji a v aféliu pomaleji. Navíc je tam složitější geometrie. Důsledkem je, že proti-otáčení Země není konstantní a den měřený vůči Slunci (tedy včetně tohoto proti-otáčení) nebude konstantní.

A aby se to ještě trochu zkomplikovalo, tak osa rotace Země vůči rovině oběhu není kolmá. To znamená, že vše se ještě musí promítnout do roviny skloněné o 23,50. Jinak se úhly a rychlosti v různých rovinách nemohou správně odečíst. Vzniká docela slušná matematicko – fyzikální úloha.

Co říká astronomie

Astronomie musela tento problém řešit a udělala to tak, že zavedla pojem první střední slunce, kdy se nerovnoměrný pohyb po elipse nahradí rovnoměrným. Potom zavedla pojem druhé střední slunce, kde se řeší vztah rovin v prostoru (pak je osa rotace Země k rovině oběhu středního slunce už kolmá a Slunce „obíhá“ kolem rovníku). Až na základě druhého pojmu je definován střední sluneční čas (jako pohyb druhého středního slunce) a střední sluneční den jako doba mezi dvěma kulminacemi druhého středního slunce. Konečně vzniká den o 24 hodinách. Střední sluneční den je proto dost abstraktní teoretickou veličinou, která sice má vztah k realitě, ale s běžným dnem totožná rozhodně není. Detaily patří do učebnic astronomie, ale je jasné, že den jako 24 hodinový cyklus je jen výsledkem dlouhého středování a průměrování naprosto nerovnoměrných a měnících se veličin.

Jaké jsou tedy závěry astronomických výpočtů? Nejdříve definujme několik základních astronomických pojmů. Pravé poledne je okamžik, kdy je slunce nad obzorem nejvýš. Pravý sluneční den je délka dne mezi dvěma po sobě jdoucími průchody slunce rovinou místního poledníku. Z pohledu pozorovatele je to vlastně délka dne mezi dvěma po sobě následujícími kulminacemi pravého (skutečného) slunce.

Protože Země se kolem Slunce důsledkem Keplerových zákonů nepohybuje rovnoměrně, délka pravého slunečního dne v průběhu roku není stejná. Rozdíl mezi nejkratším pravým dnem 14. – 19. září 2020 (-21,4 s) a nejdelším 21. – 24. prosince 2020 (+29,8 s) je až 51 sekund. Proto má smysl pojem střední sluneční den, který je „průměrem“ délky všech dní a trvá přesně 24 hodin. Odchylku pravého slunce od středního udává tzv. časová rovnice: https://cs.wikipedia.org/wiki/sluneční_čas. Z dat této rovnice je možné sestavit následující tabulku:

Odchylka pravého slunce a pravého dne od středního
Delka praveho dne
Odchylka pravého slunce a pravého dne od středního v roce 2020 ve 12:00 UT

Zdroje dat:
https://kalendar.beda.cz/o-casu
https://kalendar.beda.cz/hodnoty-casove-rovnice

Záporná odchylka Tp – Ts (pravý – střední čas) znamená, že se pravé slunce opožďuje a poledne nastane později, kladná, že pravé poledne předchází střední.

Jak ukazuje tabulka, shoda mezi pravým polednem a středním (tedy i časem podle hodinek) nastává pouze 4x ročně, ale sluneční den nemá v těchto bodech přesně 24 hodin. Den má „přesně“ 24 hodin jen v bodech maxim a minim uvedené křivky (opět 4x ročně), protože právě tam se odchylka (pravého slunce od středního) nemění. Slovo „nemění“ tu znamená jen to, že se přírůstek mění na úbytek (a opačně), takže změna prochází nulou. Změny nejsou diskrétní, ale jsou spojité a malé odchylky jsou proto dokonce i v těchto dnech. V ostatních bodech časové křivky se pravé poledne každý den posouvá právě proto, že den nemá 24 hodin.

Pravé poledne i délka slunečního dne se v průběhu roku mění víc než by člověk čekal. Pravé poledne až o ± čtvrt hodiny a pravý den až o ± půl minuty. Tato komplikace naštěstí ovlivňuje pouze jednoduchost resp. složitost měření a výpočtů, ale pro biologický cyklus člověka nemá absolutně žádný význam, protože nejsme na kulminaci slunce (tj. na pravé poledne) žádným způsobem biologicky navázáni (fixováni).

Těžká rána je to jen pro lidi, kteří si myslí, že pravé poledne nastane, když mají na hodinkách přesně 12:00:00. Po přičtení šířky pásma (±30 min) tam může být rozdíl až 3/4 hodiny.

Významnější otázkou je, zda má v reálném životě lidí smysl trvat rigidně na 24 hodinovém dni, když přesně vzato 24 hodin (přesně 86 400 sekund) nemá žádný den a 4 dny v roce se tomu jen přibližují.

Délka dne od východu do západu slunce v závislosti na zeměpisné šířce

Střídání ročních období

Země obíhá kolem Slunce po eliptické dráze, která vytváří rovinu. Osa, kolem které se Země otáčí, není k této rovině kolmá, ale má sklon 23,5 stupně. Sklon osy vůči rovině oběhu je konstantní a osa směřuje k jednomu bodu ve vesmíru, k vzdálené hvězdě Polárce.

Důsledkem pohybu Země kolem Slunce je, že v průběhu roku se mění relativní sklon zemské osy vůči Slunci. Zemská osa se přiklání a odklání jako kyvadlo. Vzniká periodický děj, který způsobuje střídání ročních období. Pokud je k Slunci nakloněna severní polokoule, je u nás léto a na jižní polokouli zima. Pokud je k Slunci nakloněna jižní polokoule, je léto tam a na severní polokouli je zima. V případě, že zemská osa je kolmá ke spojnici Země a Slunce, nastává jarní a podzimní rovnodennost, kdy je den stejně dlouhý jako noc.

Od rovníku k pólům

Na rovníku jsou v létě i v zimě, na jaře i na podzim, dny i noci vždy stejně dlouhé, mají 12 hodin a nezávisí na ročním období. Od rovníku k pólům se ale délka dne a noci mění.

Délka dne v pásmu od rovníku k obratníkům už nemá po celý rok 12 hodin, ale je variabilní. Světlo a stín nejsou symetrické, den a noc se začínají rozcházet, ale ještě to není významný rozdíl. Na obratníku Raka má den v době letního slunovratu asi 13,5 hodiny.

Směrem na sever se rozdíl zvětšuje, na 300 jsou to (ve srovnání s 12 hodinovým dnem) už +2 hodiny navíc, na 400 asi 3 hodiny, na 500 asi 4 hodiny a na 600 je to už 7 hodin. Délka dne je tím větší, čím dané místo leží severněji a mění se v rozpětí od 12 hodin na rovníku až po půl roku na pólu.

Polární kruh

Polární kruh je rovnoběžka 66,50 severní nebo jižní zeměpisné šířky. Na severní polokouli se nachází severní polární kruh, na jižní polokouli se nachází jižní polární kruh. Dvakrát ročně, v době zimního a letního slunovratu, se sluneční paprsky dotýkají povrchu Země v tečně právě v bodech polárního kruhu. Proto na severním polárním kruhu v době zimního slunovratu slunce 24 hodin nevyjde nad obzor a v době letního slunovratu 24 hodin slunce za obzor nezapadne.

Polární kruh je z hlediska délky dne významnou hranicí. V pásmu mezi rovníkem a polárním kruhem slunce každý den vychází i zapadá. Na území mezi polárním kruhem a pólem může den (stejně jako noc) trvat víc než 24 hodin.

Severní a jižní pól

Na severním pólu slunce (důsledkem relativního kyvadlového pohybu zemské osy vůči Slunci) vychází v době jarní rovnodennosti a svítí nad obzorem až do podzimní rovnodennosti, kdy se severní část zemské osy vychýlí na opačnou stranu.

Polární den trvá na severním pólu půl roku, potom slunce zapadne a další půl roku trvá polární noc. Ta končí až v době následující jarní rovnodennosti. Na jižním pólu probíhá vše v opačném cyklu, když je na severním pólu polární den, na jižním pólu je polární noc, když je na severním pólu noc, na jižním pólu je den.

Délka dne a noci v době letního slunovratu
Delka dne v dobe letniho slunovratu
Délka dne a noci v době letního slunovratu v závislosti na zeměpisné šířce

Zdroj dat:
https://www.esrl.noaa.gov/gmd/grad/solcalc/

Zkracování délky dne v zimě

Stejným způsobem jako se den v létě prodlužuje, se v zimě naopak zkracuje. Délka dne v předchozí tabulce udává celkovou délku dne v době letního slunovratu a přírůstek ve srovnání s 12 hodinovým dnem. To je nejen rozdíl oproti délce dne na rovníku, ale také rozdíl vůči délce dne na dané zeměpisné šířce v době rovnodennosti. Celkový přírůstek délky dne mezi zimou a létem je přibližně dvojnásobný. Zkrácení dne je zhruba symetrické k prodloužení (neplatí to přesně).

Například v Praze je den v létě o 8 hodin (ne o 4 hodiny) delší než v zimě. Na druhé straně právě proto, že celkové prodloužení dne vzniká posunem východů i západů slunce (prodlužují se dopoledne i odpoledne), polovina celkového prodloužení dne reprezentuje posun východu slunce mezi zimou a létem. Proto jsou „poloviční délky“ (rozdíly oproti 12 hodinám na rovníku) velmi užitečné. Tabulka je tak současně orientační tabulkou posunů východů slunce mezi zimním a letním slunovratem. Proč jsou právě východy slunce tak důležité je zdůvodněno v další části článku. V následující tabulce jsou některé hodnoty ještě upřesněny za účelem možnosti přesnějšího srovnání.

Délka dne a posun východů slunce
Delka dne a posuny vychodu slunce v zavislosti na zemepisne sirce
Délka dne a posun východů slunce v závislosti na zeměpisné šířce a ročním období

Zdroj dat: https://www.esrl.noaa.gov/gmd/grad/solcalc/

Zpět k přírodě a přirozenosti

Velký rozdíl mezi délkou dne v zimě a v létě a s tím související posun svítání byl důvodem konstrukce přirozeného slunečního času v roce 2018. Bylo třeba se zamyslet, zda astronomy tolik oslavované poledne je skutečně tak důležité, a zda nejsou v životě lidí mnohem důležitější jiné body slunečního cyklu. A ukázalo se, že ano. Poledne bylo třeba smést z oltáře.

Co je přirozený sluneční čas a jak byl tento koncept v roce 2018 popsán?

Přirozený sluneční čas je čas určený slunečním cyklem. Není deformován (pokřiven) žádnou nepřirozenou definicí, na které by se lidé z moci úřední nebo z moci panovnické dohodli. Je to reálný čas taktující cyklus života, který funguje v přírodě po tisíce let. Nepotřebuje žádné hodinky ani umělé definice. Stačí popsat denní cyklus slunce a zohlednit jeho změny v průběhu roku.

Každý den začíná svítáním, pak nastává východ slunce a celá příroda se probouzí. Později s přibývajícím časem slunce stoupá po obloze stále výš a výš, kulminuje v nejvyšším bodě své dráhy a následně zas klesá, aby nakonec pozdě večer na rozhraní dne a noci za obzorem zapadlo a po soumraku nastala noc. Právě tento časový cyklus vnímá celá příroda jako přirozený.

Které body slunečního cyklu jsou pro člověka významné?

Prvním významným bodem pro živou přírodu je moment, kdy noc ztrácí na síle, začíná svítání a po nějakých 30 až 40 minutách vychází slunce. To pozná každé zvířátko i každá rostlina.

Druhým významným bodem je západ slunce a následný soumrak, kdy přichází noc. Čas, který se řídí podle těchto důležitých a významných bodů je možné označit za přirozený sluneční čas a moderní měření času by se mu mělo alespoň v rámci nějakého „technického kompromisu“ co nejvíce přiblížit.

Které body slunečního cyklu nejsou pro člověka významné?

Poledne není pro živou přírodu nijak zvlášť významný bod. Zvířata ani rostliny poledne jako exaktní bod kulminace slunce neregistrují, významný je hlavně růst teploty prostředí, ale ta roste s jistým zpožděním až v odpoledních hodinách a nekulminuje ve 12:00, takže zvířata vnímají spíše kulminaci odpoledního horka než nějaké pravé poledne. Přes to, že existuje přímá souvislost mezi kulminací slunce na obloze a odpoledním horkem vrcholícím kolem druhé až čtvrté hodiny odpolední, pravé poledne jako bod má smysl spíš v teorii než v realitě.

Poledne jako exaktní časový bod 12:00:00 není pro živou přírodu vůbec významné, důležitá je spíš kulminace odpoledního tepla.

Půlnoc je ještě daleko bezvýznamnější, tu neregistruje už vůbec nikdo. Půlnoc je naprosto umělý matematický bod, který není bez měření a „technických pomůcek“ vlastně vůbec „rozeznatelný“. Těžko by někdo mohl uprostřed noci jen na základě svého vnitřního pocitu nebo pohledem po krajině prohlásit nějaký časový okamžik za půlnoc.

Z tohoto důvodu je možné říci, že půlnoc jako exaktní časový bod 24:00:00 je pro živou přírodu zcela bezcenná.

Které body slunečního cyklu jsou významné pro vědu a techniku?

Současné měření času, definované na základě intervalu od jednoho poledne do druhého, svoji logiku má, protože na začátku bylo potřebné hledat nějaké stabilní periodické děje, a právě tato „mezi-polední“ doba takovým relativně stabilním periodickým dějem je.

Kdyby lidé měřili čas od jednoho východu slunce do druhého, časové intervaly by se nikdy nemohly správně nastavit a řádné měření času by možná nikdy nevzniklo. Od našich předků to bylo velmi moudré rozhodnutí měřit čas právě takto a ne jinak. Věda tak mohla definovat například střední sluneční den jako abstraktní veličinu vhodnou k dalším teoretickým nebo experimentálním účelům. V minulosti bylo možné právě na základě těchto měření nastavit délku sekundy jako jednotky času a přesto, že sekunda dnes už není definována jako 1/86 400 část dne, původně tak vznikla. Dnešní definice je už mnohem přesnější a umožňuje měřit dokonce i změny a nepravidelnosti rotace Země.  

Poledne je proto jednoznačně významným bodem pro vědu, časový interval mezi následujícími kulminacemi slunce na obloze trvá cca 24 hodin a je periodickým dějem vhodným k měření.

Půlnoc je v cyklu dne opakem poledne a v teorii má také svoje místo. V moderním světě definuje například začátek dne, týdne, měsíce i nového roku. Zcela nepřirozený a odlidštěný bod, kdy jsou lidské aktivity významně utlumené, je vhodný na technické oddělení dvou dnů v rámci kalendářního systému.

Dnešní doba je naštěstí už někde jinde, věda a technika zvládají měření času s vysokou přesností, sekunda je dnes taktována atomovými hodinami, a proto se můžeme posunout o krok dál s vědomím, že bez dlouhé a náročné cesty, kterou technika v minulosti urazila, by následující krok nebyl možný.

Technický přirozený sluneční čas

Významné body pro živou přírodu jsou východ a západ slunce, ale protože měření času musí splňovat také podmínku smysluplnosti měření fyzikální veličiny a nemůžeme měřit „od buka do buka“ jako Jánošík, byl zaveden pojem technický přirozený sluneční čas, který se v rámci kompromisu snaží zohlednit jak ideální přirozený sluneční čas, tak rozumné měření fyzikální veličiny, včetně zakomponování dnešní „globalizace“ života lidí. V moderní době není možné, aby měl každý člověk nějaký svůj osobní, byť ideální čas. Synchronizace časů je nutnost.

Technický přirozený sluneční čas je z hlediska jednotek a taktování hodin odvozen od UTC. Na tomto v současnosti nejmodernějším strojovém času jsou postaveny nové technické křivky, které se v rámci možností snaží modelovat ideální přirozený sluneční čas. To jasně vymezuje potřebné mantinely a trochu uměleckou až bohémskou definici přirozeného slunečního času vrací zpět k technice, fyzice a potřebné přesnosti.

Synchronizace východem nebo západem slunce?

Který ze dvou bodů synchronizuje náš životní cyklus? Je to svítání a východ slunce nebo soumrak a západ slunce?

Slunečnice se otáčí za sluncem, zejména když je mladá. Ráno směřuje na východ a večer na západ. V noci se otočí zpět ze západu na východ. Dospělá, velká a „těžká“ slunečnice je otočena na východ. Pro slunečnici jsou tedy oba body důležité. Jak je to u lidí?

Ve světě, kde lidstvo už dlouho (sto tisíc, možná milión let) používá oheň, louče, svíčky, pochodně vydávající světlo, nemá západ slunce už dlouho význam momentu, kdy lidé uléhají k spánku. Přicházející tma je spíše povel k rozsvícení světelných zdrojů. K naprosté dokonalosti to přivedla moderní doba s elektrickým osvětlením, které dokáže stále lépe imitovat denní světlo. Soumrak a západ slunce proto není synchronizačním momentem pro biologický cyklus. Zima ani léto nemají velký vliv na to, kdy člověk chodí spát. V zimě jen dřív zažínáme světlo, ale nechodíme dřív spát. Ulehnout nás donutí až únava.

Jinak je to s ranním světlem. Každý, kdo má trochu svobody a možnost vstávat bez budíku jako mučicího nástroje, vstává v létě dřív a v zimě později. Vnímání ranního světla je výrazně odlišné. Postupný růst intenzity ranního světla venku znamená přirozené probouzení. Do světlého rána se vstává dobře. Rozsvícení umělého světla v bytě nebo v domě do naprosté a zničující tmy, která vládne všude kolem, vnímáme jako velmi nepříjemné, možná i pro náhlou a prudkou změnu z úplné tmy na silné světlo.

Za bod synchronizace tedy můžeme považovat svítání a východ slunce. Podívejme se proto na délku dne měřenou od jednoho východu slunce ke druhému.

Slunecnice
Slunečnice otáčející se za sluncem a později směřující trvale k východu

Délka dne od jednoho východu slunce ke druhému

Východisko a systém značení

Z důvodu srozumitelnosti a přesnosti textu bude v dalších několika odstavcích použito slovo „den1“ jako doba od jednoho poledne ke druhému, „den2“ jako doba od jednoho východu slunce ke druhému a slovo „den“ jako časový interval, kdy je světlo, tj. část dne1 nebo dne2.

Následující tabulka prezentuje délku dne2 v průběhu roku. Jak bylo ukázáno výše, ani běžný den1 nemá přesně 24 hodin, i když rotaci měříme od jednoho poledne ke druhému. Předpokládáme, že nás ve smyslu biologického cyklu synchronizuje svítání a následný východ slunce. Podívejme se proto, jak se mění délka dne2 v průběhu roku, když ji budeme měřit od jednoho východu slunce ke druhému.

Různě dlouhé dny2 v Praze
Delka dne v Praze od jednoho vychodu slunce do druheho
Tabulka: různě dlouhé dny2 v průběhu roku 2020, Praha, 500 6´ s. š., 140 24´ v. d.

V tabulce je uvedena hodnota času v sekundách udávající, o kolik je průměrný den2 v měsíci kratší nebo delší ve srovnání se středním dnem o 24 hodinách. S – slunovrat, letní slunovrat v roce 2020 nastává 20. června, zimní 21. prosince. Jarní rovnodennost nastává 20. března a podzimní 22. září. Dál je uvedeno několik kalkulátorů východů slunce, v tabulce byl použit první v pořadí.

Kalkulátory východů slunce:
http://www.world-timedate.com/
https://sunrise-sunset.org/
https://www.timeanddate.com/

Změna délky dne2 v průběhu roku

Dny2 jsou nejkratší kolem jarní rovnodennosti, protože tam dochází k největšímu dennímu nárůstu světla a k prodlužování dne (doby, kdy je světlo). V březnu slunce vychází denně asi o 2 minuty dřív (až 2:11). Den2 je proto o 2 minuty kratší.

Nejdelší dny2 jsou kolem podzimní rovnodennosti, kdy světla rychle ubývá, noc se prodlužuje a svítá stále později. V září, říjnu a začátkem listopadu slunce vychází denně o 1:30 až o 1:40 později. Den2 je v tomto období o cca 1,5 minuty delší.

Kolem slunovratů se délka dne2 nejvíce přibližuje 24 hodinám, protože se délka dne (světla) ani noci (tmy) téměř nemění. Posun východů slunce v tomto období se pohybuje od 1 sekundy až po několik desítek sekund. Do letního slunovratu je den2 kratší, od letního slunovratu delší. Ano, je to paradox: den se prodlužuje, je víc světla, ale den2 taktovaný východem slunce je kratší. V zimě je to naopak.

Zajímavou skutečností, související se složitým pohybem Země kolem Slunce je, že čas východů slunce se neobrací od pozdních k dřívějším (a naopak) přesně v den (teď už zase obyčejný den) letního ani zimního slunovratu, ale v létě obrat nastává o něco dříve a v zimě o něco později.  V roce 2020 je v Praze dnem obratu podle uvedeného zdroje už 16. červenec a v zimě je to až 1. leden 2021.

Miami – Florida – USA

Podívejme se teď na město, které leží na jižní hranici uvažovaného pásma na 250 47´ s. š., 800 13´ z. d. a reprezentuje tedy jih území transatlantického prostoru. Evropská Malaga leží daleko severněji na 360 42´ s. š. V tabulce se nachází stejné měsíční průměry jako v předchozí s tím rozdílem, že teď už hraniční body netvoří slunovraty, ale obraty, kdy se mění východ slunce z pozdějšího na dřívější a obráceně.

Různě dlouhé dny2 v Miami
Delka dne v Miami od jednoho vychodu slunce do druheho
Tabulka: různě dlouhé dny2 v průběhu roku 2020, Miami, 250 47´ s. š., 800 13´ z. d.

Obraty ve východu slunce nastávají v Miami v těchto dnech: O1: 12. – 13. 1. 2020, O2: 8. – 9. 6. 2020 a další O1: 12. – 13. 1. 2021.

Zdokonalený model dne pro mírné pásmo

Jako mírné pásmo se zde označuje území od obratníku Raka (23,50 s. š.) k severnímu polárnímu kruhu (66,50 s. š.) a území od obratníku Kozoroha (23,50 j. š.) k jižnímu polárnímu kruhu (66,50 j. š.). Slunce zde vychází a zapadá každý den.

Nastavení časových jednotek

Z výše uvedených argumentů o délce dne je vidět, že je logické a ve shodě s přírodou nastavit jarní sekundu (minutu, hodinu a den) jako kratší než tu podzimní. Nejedná se o žádnou „nepřesnost“ v měření času, pouze čas měříme v jiných pro člověka mnohem vhodnějších jednotkách. Pokud je světla víc, jednotky času a životní cyklus jsou kratší, pokud je světla míň, jednotky času jsou delší. Není nic přirozenějšího než měřit čas půl roku v jarních sekundách a půl roku v podzimních sekundách. V reálném životě celoročně stejné strojové sekundy nepotřebujeme. Ty jsou potřebné jen pro přístroje.

Nové technické řešení respektuje přirozený životní cyklus v souvislosti se střídáním ročních období. Pokud člověk v přírodě bez hodinek a jakéhokoliv měření času v jarním období vstává každý den o trochu dřív, má svůj životní cyklus nastaven na méně než 24 hodin, jeho den je kratší. V podzimním období má člověk v souvislosti s delší nocí naopak tendenci déle spát (komu by se chtělo vstávat do tmy) a jeho den je naopak delší než 24 hodin. Různě dlouhé dny jsou pro nás naprosto přirozené a ve skutečnosti tak žijeme už tisíce let.

Globalizace a jednotný čas na velkém území

Vzhledem k naší závislosti na technice nemůžeme žít v absolutní shodě s cyklem slunce tzn. s lokálním časem a lokálním východem a západem slunce jako zemědělci před tisíci lety. Naštěstí to ani není potřebné. V rámci technického kompromisu stačí přizpůsobení časového systému. V předchozí části: https://zimnialetnicas.cz/symmetrical-natural-solar-time-tables/ byla představena jasná koncepce dvou časových a kalendářních systémů odvozených od jednotek SI a systému UTC.

Při úpravě délky dne hraje důležitou roli to, jak velkou odchylku přirozeného času od strojového je možné připustit. Přirozený čas řídí lidské životy, strojový všechny stroje a přístroje, oboje musí fungovat ve vzájemné symbióze. Další významnou roli má pravidlo „omezení jihem“ z třetí části o přirozeném slunečním čase: https://zimnialetnicas.cz/prirozeny-slunecni-cas-3-cast/. Toto pravidlo umožňuje zavedení jednotného času na velkém území. Následující dva modely dne a kalendáře obě podmínky splňují.

Od nových jednotek k novému kalendáři

Prezentované systémy používají koncepci krátké a dlouhé varianty sekundy, minuty a hodiny, včetně krátkého a dlouhého dne, týdne a měsíce. Velmi jemně a opatrně dávkovaná odlišnost umožňuje těmto časovým systémům životaschopnou symbiózu s technickým strojovým časem.

V časových systémech s novými jednotkami vše funguje stejně jako dnes. Den má 24 slunečních (variabilních) hodin, 1440 slunečních (variabilních) minut, 86 400 slunečních (variabilních) sekund po celý rok. Administrace kalendářního systému proto narušena není. Systém splňuje i tu podmínku, že průměr délky dnů za rok má přesně 24 hodin podle jednotek SI jako je to u současného dne definovaného od jednoho poledne do druhého. Střední sluneční (!variabilní!) den dSSV“ (ve smyslu definic tohoto webu) je roven „střednímu slunečnímu dni d“ jak ho definují astronomové a nedochází tu k rozporu.

1 dSSV = (182,5 * (d – Δt) + 182,5 * (d + Δt))/365 = 1 d. Platí to i pro přestupný rok.

Přirozené dny jsou dostatečně přesné, ale zároveň natolik pružné, že mohou lépe zohlednit roční cyklus slunce, a jak bylo ukázáno v článku https://zimnialetnicas.cz/symetricky-prirozeny-slunecni-cas-a-prestupny-rok/, tato pružnost systému umožňuje nejen řešení problematiky přestupného roku, ale také velmi elegantní „vkládání“ přestupných sekund nebo dokonce i mnohem menších časových intervalů.

Oblast mírného pásma
New day and new calendar for temperate zone, version 1
Nový den a nový kalendář pro oblast mírného pásma, verze 1
New day and new calendar for temperate zone, version 2
Nový den a nový kalendář pro oblast mírného pásma, verze 2

Zdokonalené modely dne a kalendáře a jim příslušné časové systémy jsou člověku bližší než současné, protože délka dnů, týdnů a měsíců lépe odpovídá skutečným „lidským“ dnům.

Autor: Miloš Antes