Úvod
V následujícím článku se nachází několik grafů (graphs). První dva prezentují hlavní myšlenku přirozeného slunečního času, kterou je kontinuální přechod od jedné křivky pásmového času k další. Středoevropský (zimní) čas přechází na letní, a pak se vrací zpět k středoevropskému. Pro jednoduchost a názornost je prezentována jen jedna varianta SNST7312 (-). V dalších grafech se nachází už všechny čtyři zpracované varianty SNST v zajímavých a důležitých bodech obratu (letním a zimním). Všechny grafy (graphs) jsou zpracované pro východy a západy slunce v Praze v přestupném roce 2020.
Prezentace hlavní myšlenky (main time graphs)
Při využití tzv. středoevropského času v době zimního slunovratu slunce vychází v Praze kolem 8:00 a zapadá přibližně v 16:00 (přesnější hodnoty se nachází v tabulkách: https://zimnialetnicas.cz/symmetrical-natural-solar-time-tables/). Den je dlouhý asi 8 hodin a noc 16 hodin. Kolem letního slunovratu dle CET slunce vychází kolem 4:00 a zapadá ve 20:15, den má 16 hodin a noc 8 hodin. Podle letního času slunce vychází v 5:00 a zapadá ve 21:15.
Na východě Evropské unie, v Košicích, slunce vychází v době letního slunovratu podle CET už ve 3:32, to znamená, že světlo je tam už od 2:49 a západ slunce podle CET nastává v 19:41.
Myšlenka přirozeného slunečního času spočívá v tom, že čas s variabilní sekundou přechází kontinuálně (jako v přírodě) bez nepřirozených skoků ze „zimního“ na „letní“. To znamená, že v zimě se kolem zimního slunovratu přibližujeme hodnotám času dle CET, a v létě kolem letního slunovratu zas hodnotám dle CEST. V meziobdobí se hodnoty mění spojitě tak, jak to dělá i roční cyklus slunce.
Grafy (graphs) jsou velmi přesné, pro každý jeden den z 366 dní přestupného roku 2020 byl pro každou křivku spočten jeden bod pro východ slunce a jeden bod pro západ slunce. Grafy prezentují cca 4,5 tisíce bodů pro jednotlivé konkrétní varianty času. Základní a obecně známé jsou křivky pro zimní (CET) a letní čas (CEST) a křivka reprezentující střídání časů. Pro jednoduchost a názornost je jako křivka reprezentující přirozený sluneční čas vybrána varianta s posunem času o 1 sekundu za hodinu tj. 73 minut za půl roku v běžném roce a 73 minut a 12 sekund v přestupném roce.
Sunrise sunset graphs
Hodnoty východů a západů slunce pro zimní (CET) a letní (CEST) čas v Praze jsou pro výpočty a grafy převzaté z webové stránky http://www.world-timedate.com/. SNST hodnoty jsou vypočítané dle definice přirozeného slunečního času uvedené v předchozích textech. Výpočet provedl autor textu.
Křivky SNST v bodech obratu (turning point graphs)
V této části už následují křivky zobrazující všechny čtyři varianty výpočtů přirozeného slunečního času v zajímavých bodech obratu. Na rozdíl od nespojitého skoku u střídavého času se u přirozeného času skokově mění jen první derivace, tzn. směrnice křivky.
Volba časového systému
Při hledání možností, jak zvolit ideální průběh přirozeného slunečního času, byly zvoleny dvě základní varianty. První je posun času o jednu sekundu za hodinu, tu reprezentuje křivka SNST7312, která znamená celkový časový posun o 73 minut a 12 sekund. Ve druhém případě byl zvolen posun o 1,25 sekundy za hodinu, ten reprezentuje druhá křivka s celkovým posunem času o 91 minut a 30 sekund. Detaily a matematické podrobnosti se nachází v jiných článcích. Úlohou tohoto článku a následných grafů je pouze detailnější představení základní koncepce a výsledků výpočtů.
Proč byly zvoleny právě tyto hodnoty? Jedna sekunda za hodinu se nejen dobře pamatuje, ale dá se o ní také diskutovat, jak velký časový posun to v reálném životě vlastně je. Výsledných 73 minut za půl roku se blíží k používanému a vyzkoušenému hodinovému skoku času. Třináct minut navíc nevadí, protože tyto minuty se dají velmi dobře využít. Druhá varianta znamená asi 1,5 hodinové možné maximum z hlediska zavedení globálního času na velmi velkém území (viz 3. kapitola a „omezení jihem“: https://zimnialetnicas.cz/prirozeny-slunecni-cas-3-cast/).
Letní bod obratu (summer turning point)
Na následující straně se nachází detailní napojení technických křivek symetrického přirozeného slunečního času (SNST) na oranžovou křivku reprezentující středoevropský letní čas (CEST). Křivky (graphs) zobrazují východy a západy slunce v Praze kolem letního bodu obratu.
Z grafu i z uvedených číselných hodnot je vidět, že tyto základní křivky by znamenaly velmi pozdní západ slunce v létě. V prvním případě by slunce zapadalo nejpozději ve 21:28, ve druhém až ve 21:46. Z tohoto důvodu jsou obě křivky posunuté tak, aby maximální posun času v letním období byl 60 minut, jak jsme na to zvyklí, a jak nám to většinou i vyhovuje. Posunuté křivky jsou značené jako (-).
Na křivkách SNST a jejich napojení na tradiční letní čas (CEST) je vidět letní bod obratu, který nastává na přelomu 183. a 184. dne. Na rozdíl od současného hodinového skoku časové křivky ze zimního na letní čas je nová křivka spojitá, nespojitá je jen změna směrnice křivky. Oblast mezi žlutou a červenou křivkou zobrazuje poměrně úzký optimalizační interval možného posunu času mezi 73 minutami a cca 1,5 hodinou. Za červenou křivkou už to není možné (viz 3. kapitola) a pro výrazně méně než 73 minut (pod 60 min) to nemá (vzhledem k nákladům na technické a administrativní řešení) smysl ani provádět.
Posun maxima a minima CEST vůči slunovratu
Zajímavý je posun maxima a minima žluté křivky (CEST) vůči slunovratu i posun těchto bodů vůči sobě navzájem. V roce 2020 nastává nejčasnější východ slunce 16. června (168. den), letní slunovrat 20. června (172. den), nejpozdější západ slunce 24. – 25. června (176. – 177. den) a afélium 4. července (186. den). To je zajímavý sled událostí. Člověk by čekal, že právě do slunovratu bude každý den slunce vycházet dřív a zapadat později, a po slunovratu zas naopak. Proč to neplatí?
Určení konkrétních dnů umožňuje jen přesný astronomický výpočet (nebo měření), ale kvalitativní úvaha ukazuje princip jevu. Afélium je odsluní, v létě je Země od Slunce dál než v zimě. Důsledkem Keplerových zákonů Země při pohybu do afélia zpomaluje svoji rychlost oběhu kolem Slunce. Rotace Země vůči Slunci se skládá ze „setrvačníkové“ rotace a „proti-rotace“ způsobené oběhem Země kolem Slunce (1 oběh Země kolem Slunce je jedna proti-otočka).
Zpomalování pohybu znamená, že proti-otáčení se do afélia zpomaluje, není konstantní v čase a ovlivňuje průběh východů a západů slunce. Sčítá se tedy vliv od slunovratu tj. od náklonu zemské osy s vlivem od afélia, příspěvky je proto nutné kvantifikovat a výsledkem je, že se nejčasnější východ slunce posune z 20. na 16. června a nejpozdější západ slunce z 20. až na 24. – 25. června.
Summer turning point graphs
Zimní bod obratu (winter turning point)
Dalším zajímavým bodem je zimní bod obratu. Na následujících obrázcích vidíme detailní napojení technických křivek symetrického přirozeného slunečního času (SNST) na modrou křivku reprezentující zimní čas (CET). Grafy zobrazují východy a západy slunce v Praze kolem zimního bodu obratu.
Nad sebou umístěné grafy v tomto i předchozím případě názorně ukazují, že se v létě křivky východů a západů slunce od sebe vzdalují (den se prodlužuje) a v zimě přibližují (den se zkracuje). Napojení křivek SNST7312 a SNST9130 na hlavní křivku středoevropského času (CET) ukazuje původní myšlenku. První navrhovaný bod počátku nového času byl definován jako půlnoc na Silvestra (the show must go on). Ve stejném bodě, kde křivka začíná, křivka po roce i končí. 366. den roku reprezentuje na grafu poslední den roku 2020, 367. den je první den roku 2021.
Žlutá a červená křivka, tj. křivky SNST7312 (-) a SNST9130 (-), jsou dalším krokem optimalizace. První křivka znamená posun SNST7312 o 13 min a 12 s, druhá posun SNST9130 o 31 min a 30 s. Průběh hodnot východů a západů slunce nám ukazuje, že časovou křivku je možné vyladit i na zimní období. V případě červené křivky je cca půl hodiny světla pro zimní rána v nejhorším období roku (z hlediska dostatku denního světla) vynikajícím řešením.
Posun maxima a minima CET vůči slunovratu
Stejně jako v předchozím případě i zde platí, že maximum a minimum modré křivky (CET) pro východy a západy slunce se neshodují ani se slunovratem ani mezi sebou navzájem. V roce 2020 nastává nejčasnější západ slunce 11. prosince (346. den), zimní slunovrat 21. prosince (356. den), nejpozdější východ slunce 1. ledna 2021 (367. den) a perihélium 2. ledna 2021 (368. den).
Opět platí jako v předchozím případě, že určení konkrétních dnů umožňuje jen přesný astronomický výpočet nebo měření, ale kvalitativní úvaha nám ukáže princip jevu. Perihélium je přísluní, v zimě je Země Slunci blíž než v létě. Důsledkem Keplerových zákonů Země do perihélia zrychluje svůj oběh kolem Slunce. Rotace Země vůči Slunci se skládá ze „setrvačníkové“ rotace a „proti-rotace“ způsobené oběhem Země kolem Slunce (1 oběh je jedna proti-otočka).
Zrychlení pohybu Země na oběžné dráze kolem Slunce znamená, že proti-otáčení se do perihélia zrychluje, není konstantní v čase a ovlivňuje průběh východů a západů slunce. Opět se sčítá vliv od slunovratu tj. vliv od náklonu zemské osy s vlivem od perihélia, příspěvky se sčítají a výsledkem je, že nejčasnější západ slunce se posune z 21. na 11. prosince a nejpozdější východ slunce z 21. prosince až na 1. ledna následujícího roku.
Winter turning point graphs
Zdvojení lokálního maxima křivky SNST (pro východy slunce) v zimním bodě obratu
Nová časová křivka východů slunce vytváří kolem zimního bodu obratu dvojité lokální maximum. Jak je vidět z grafu, k „nejpozdějšímu“ východu slunce dochází opakovaně dvakrát po sobě. Nejpozdější východ slunce nastane pro SNST9130 (-) poprvé 21. 12. 2020 (356. den) v 7:32:49, pak slunce začne vycházet stále dřív. Po obratu křivky SNST slunce vyjde 1. 1. 2020 (367. den) už v 7:30:05, ale pak slunce vychází stále později až do 10. 1. 2021 (376. den), kdy nastává druhý nejpozdější východ slunce v 7:32:07. Poté už slunce vychází dle očekávání stále dřív a dřív. Obě lokální maxima se nachází asi 10 dnů od bodu obratu křivky SNST.
Vzhledem k tomu, že krátkodobé „umělé zvlnění“ křivky je menší než 3 minuty, pro reálný život to nemá žádné důsledky. Vznik dvou maxim je dán způsobem konstrukce SNST tj. tím, že směrnice křivky SNST se mění právě v oblasti maxima křivky CET, kde je změna hodnot křivky CET minimální. Pokud by z nějakého důvodu bylo žádoucí křivku „vyhladit“, řešení je velmi jednoduché, stačí obrat posunout do bodu druhého lokálního maxima (viz předchozí graf východů slunce kolem letního bodu obratu).
Autor: Miloš Antes