Из повседневных наблюдений мы знаем, что полдень, какое бы время года ни было, задает Солнце в самом высоком положении текущего дня, то есть в кульминации. Возникает идея принять за сутки промежуток времени между двумя последовательными кульминациями Солнца. Эта идея приводит нас к системе так называемых солнечных времен, которыми мы займемся чуть позже, а пока обратим внимание на тот факт, что солнечное время не дает времени в точном смысле полного оборота Земли. В самом деле, на рис. 20 видно, что за то время, пока Земля совершала оборот вокруг своей оси, она уже успела немного продвинуться по своей орбите движения вокруг Солнца. И поэтому чтобы Солнце опять оказалось в кульминации, Земле нужно повернуться еще немного, приблизительно на 1°. Таким образом, солнечные сутки соответствуют около 361° оборота Земли.
Значит, если мы захотим взять за основу суток оборот в 360°, то нам придется вместо направления на Солнце выбрать направление на какой-либо отдаленный предмет, например на неподвижную звезду или на точку весеннего равноденствия, в этом случае мы приходим к системе так называемых звездных времен, обозначаемых ST (Sidereal Time). Поскольку солнечный день соответствует 361° поворота, то в году, длящемся 365 дней, оказывается 366 полных оборотов по 360°, то есть 366 звездных суток.
Точное соотношение между солнечными и звездными сутками выглядит следующим образом:
1 звездные сутки = 23 ч. 56 мин. 04 сек. солнечного времени;
1 солнечные сутки = 24 ч. 03 мин. 56 сек. звездного времени.
Представим себе, что у нас есть звездные часы, и пусть однажды в полдень (когда Солнце кульминирует) они показывают, как и обычные часы, 12 часов 00 минут. Что будет в полдень следующего дня? Наши обычные часы соответственно покажут 12 часов 00 минут, а звездные часы – на 3 минуты 56 секунд больше, то есть 12 часов 3 минуты 56 секунд. И так изо дня в день они будут уходить вперед на 3 минуты 56 секунд, пока через год опять не совпадут с показаниями солнечных часов.
Рис. 20. Продолжительность истинных солнечных и звездных суток
Эту разницу между солнечным и звездным временем мы будем обозначать STo. Она дается в таблицах эфемерид и принимает нулевое значение 22 сентября, когда Солнце совпадает с 0° Весов (то есть точкой осеннего равноденствия). В этот день ночью точка 0° Овна проходит верхнюю кульминацию. И в этот момент звездное и солнечное время совпадают.
STo принимает значение 0 часов 22 сентября, а 22 марта оно будет равно 12 часам. Это, собственно говоря, звездное время в полночь солнечного времени. Приблизительный расчет этой величины прост – для каждого прошедшего месяца добавляется 2 часа, для одного дня – 3 минуты 56 секунд. Но из таблиц эфемерид видно, что в один год в одно и то же время STo имеет одно значение, в другой год – другое, уменьшаясь примерно на 1 минуту три года подряд, а затем на четвертый год увеличивается чуть больше, чем на 3 минуты (в високосный год). Это связано с несоизмеримостью истинного года и суток, в год не укладывается целое число суток. Поэтому для точного определения STo существует формула: