Международната дата на линията (IDL) е въображаема - и произволна - линия на земната повърхност, която протича от Северния полюс до Южния полюс. Когато пресечете IDL, денят и датата се променят. Ако го прекосите, пътувайки на запад, денят продължава напред с една, а датата се увеличава с една. Ако го прекосите, пътувайки на изток, настъпва обратното.
IDL не е въпрос на международното право, но е един от малкото стандарти, приети в световен мащаб. IDL е от решаващо значение за глобалната взаимосвързаност, мигновената комуникация, измерването на времето и последователните международни бази данни. Най-вече става въпрос за удобство, търговия и политика. ИДЛ се случи по много същите причини като появата на Интернет - той работи и прави живота малко по-лесен. Преди да обсъдим как и защо се появи Международната дата, първо трябва да разгледаме въпроса за запазването на времето.
- Някой наистина ли знае колко е часът?
В дните преди механичните часовници времето се измерва най-вече с помощта на слънчеви часовници. Хората разчитаха на определението, че „обяд“ е, когато слънцето е най-високо в небето, и на юг. Един "ден" беше просто времето между два последователни "обеда". Повечето градове на планетата настроиха часовника си на този цикъл и всичко беше добре - поне в рамките на всеки конкретен град.
Проблемът беше, че всеки град преживя обяд в собствения си (очевидно) 12:00 ч. В зависимост от географската дължина, съседните градове могат да имат време, да речем, 11:45 ч. Или 12:15 ч. показани на слънчевите часове. В близост до екватора пътуването на запад с около 1 000 мили забавя пристигането на обяд с един час.
През 19 век възникването на трансконтиненталните железопътни линии допълнително усложнява въпросите. Този век също видя точни механични часовници да станат широко достъпни. Пътуващите намериха нулиране на часовниците си по няколко минути на всяка гара на изток или на запад. Това в най-добрия случай беше неудобно.
Също в онзи век появата на телеграфията създава времетраещи въпроси за търговските и военните образувания - ранните осиновители. Телеграфът, изобретен през 1832 г. от Павел Шилинг, беше първата истинска система за „незабавни съобщения“ (IM). Това позволява комуникация на големи разстояния с помощта на електричество, което се движи (почти) със скоростта на светлината.
Телефонът, патентован през 1876 г. от Александър Греъм Бел, е втората такава система за УИ. И разбира се, за да използвате ефективно всяка от двете системи, е полезно да знаете часовете на часовника както в местоположенията на изпращача, така и на получателя.
Географска ширина и дължина
Преди да обясним как часовите зони са решили тези проблеми с часовника, нека да направим бърз преглед на географската ширина и дължина. Около 150 г. пр. Н. Е. Хипарх от Никея, гръцки математик и астроном, предложи глобална мрежа от дължини и географски линии за измерване на позицията. Това беше координатна система за локализиране на точки по повърхността на сфера. Вертикалната ос измерва "географска ширина", а хоризонталната ос "дължина". Макар и древен, идеята му изчезна повече от хилядолетие.
По време на епохата на откриване, започваща през XV век, картографите виждат необходимостта от стандартизирано измерване на географската ширина и дължина. Ако вашето намерение е да картографирате или заявите географско местоположение, трябва да опишете недвусмислено неговото положение. Великобритания по това време „управляваше вълните“ и пое ранната преднина в това начинание.
Португалия и Испания, другите големи морски държави, използваха собствените си системи, но в крайна сметка се отложиха на Англия. Широтата беше по-малко проблем от дължината, тъй като нямаше спор за това къде са разположени полюсите (ширина 90 градуса на север и 90 градуса на юг) и екватора (ширина 0 градуса). Изборът на начална точка за измерване на дължината (0-градусов меридиан) обаче е произволен. Тя се основаваше повече на националната гордост и удобство.
През 1851 г. Англия определи основния меридиан (0 градуса дължина) като меридиан, преминаващ през обсерватория Гринуич. Те бяха доминиращата морска нация в тази епоха, имаха колонии по цялото земно кълбо, използваха най-съвременните механични часовници и бяха научно квалифицирани да установят стандарт. Чували сте поговорката „Слънцето никога не залязва Британската империя“. Някога това беше вярно. Англия имаше колонии по целия свят, така че винаги беше "през деня" някъде в Британската империя. Великобритания имаше ефект.
Времеви зони
През последната част на 19-ти век учените, железопътните пътища и други нововъзникващи индустрии усещат необходимостта от глобален стандарт на времето. Първата подобна система, използваща 24 стандартни часови зони, е предложена от сър Сандфорд Флеминг през 1876 г. Сандфорд е шотландски инженер, който помага за проектирането на канадската железопътна мрежа. Неговата система не е официално санкционирана от никое глобално образувание, но до 1900 г. породи приемането на системата на часовите зони, която се използва днес. Нация по нация, светът е включен в идеята на Флеминг.
Във всяка часова зона всички часовници ще бъдат настроени на средно време, което най-добре представя мястото, където се намира слънцето в небето. Това време се нарича средно слънчево време, Слънчевите часовници, за сравнение, измерват привидно слънчево време, наричан понякога истинско слънчево време.
Процесът на часовата зона започва през 1883 г. за САЩ, когато нацията е разделена на четири стандартни часови зони. Всяка зона беше съсредоточена върху меридиан на дължина:
- Източно стандартно време (EST) при 75 градуса W (западно от основния меридиан)
- Централно стандартно време (CST) при 90 градуса W
- Стандартно планинско време (MST) при 105 градуса W
- Тихоокеанско стандартно време (PST) при 120 градуса W
Обединеното кралство вече беше започнало подобен процес и останалата част от света скоро последва примера. До 1900 г. глобалната система от часови зони, която използваме днес, беше сравнително добре установена. Увеличаването на глобалната свързаност изискваше някаква универсална система за измерване на времето, а стандартните часови зони бяха отговорът.
Повечето часови зони не следват точно меридианите на дължина. Те зиг и заг, колкото е необходимо, за да запазят островите, по-малките страни и големите метрополиси по едно и също време - очевидна отстъпка за удобство.
Стандартните часови зони са широки 15 градуса, тъй като 360 градуса, разделени на 24 часа, се равняват на 15 градуса на час. Те са номерирани по час, като се започне от основния меридиан (дължина 0 градуса), който минава през Гринуич, Англия. Часът на Гринуич показва това, което се нарича средно време на Гринуич (GMT). Системата за номериране улеснява намирането на времето в други зони.
Например, Калифорния, осем часови зони западно от Гринуич, е в зона, наречена Тихоокеанско стандартно време (PST). Тази зона също е обозначена като "GMT-8" или GMT + 16. "Така че, ако времето в Гринуич е 12:00 следобед, времето в Калифорния е 4:00 следобед (12:00 - 8 часа).
GMT срещу UTC
От 1972 г. GMT до голяма степен е заменен от UTC (универсално координирано време). Когато през 50-те години бяха изобретени атомни часовници, стана възможно да се измери времето с точност, по-добра от тази, осигурена от въртящата се Земя.
GMT беше система за „средно време“, базирана на телескопични наблюдения от обсерваторията в Гринуич. UTC, докато е синхронизиран с GMT, отчита малки изменения в скоростта на въртене на Земята. От време на време към световния часовник се добавя „или секунда“ - това е корекция между GMT и UTC. Периодът на въртене на Земята може да варира от точно 24 часа с части от секундата, или в двата случая, в зависимост от геоложки смущения.
Например, когато ледниците се топят, има пренос на маса от по-високи географски ширини към екватора. Както при фигуристката, която забавя скоростта си на въртене чрез разтягане на ръка или крак, законът за запазване на ъгловата скорост изисква намаляване на скоростта на въртене, за да компенсира това преразпределение на масата. Учените изчисляват земетресение с магнитуд 9,0 в Япония през 2011 г. измести достатъчно маса от екватора, за да съкрати деня с 1,8 микросекунди (0,0000018 s).
Астрономите също трябва да вземат предвид разликата между привидното и средното време. Тази разлика ще зависи от това колко далеч е източната или западната част в часовата зона, а също и от уравнението на времето, което зависи от датата. И тогава има онази объркваща корекция, наречена лятно часово време (DST). Но отново, за да разберем IDL, можем да игнорираме тези усложнения.
Какво е IDL?
Всички знаем, че денят и датата се променят в полунощ, независимо от местоположението ви на планетата. Но за да използвате глобална система от часови зони с IDL, денят и датата трябва да бъдат разделени на две местоположения - не можете да разделите кръг на две части с едно „отрязване“. Решението е предоставено през 1884 г. от Международната меридианска конференция (IMC), проведена във Вашингтон, D.C., и на която присъстват представители на 26 държави.
IMC избра 180-градусовия меридиан като другия "отсечен", а не защото беше точно срещу основния меридиан (всеки меридиан можеше да бъде този друг "разрез". Избран е 180-градусов меридиан, тъй като той протича най-вече през открит океан в централния Тихи океан, цигира и заяжда, за да запази близките държави в деня и датата си. Така че изборът от 180 градуса беше произволен, но той установи IDL, който се използва днес.
Въпреки че IDL започва в средата на часовата зона си UTC ± 12 на двата полюса - точно на дължина 180 градуса - през по-голямата част от дължината си, той се измества на изток и съвпада с източния ръб на часовата си зона, който също зигира и заги. Най-важното е, че това помещение държи островните държави на Океания всяка по свой часовник и календар. Но има и изключения.
Островите, които прескачаха един ден
Малко преди полунощ на 29 декември 2011 г. самоанците се събраха около часовниковата кула в столицата Апия, за да отпразнуват историческия момент на скачане от другата страна на Международната дата линия.
Докато часовникът удари 12:00 ч., Хората от Самоа, заедно със съседите си на остров Токелау, скочиха напред в събота, 31 декември 2011 г. - прескочиха петък изцяло. Сега се смяташе, че островите са от западната страна на ИДЛ в източното полукълбо. По-конкретно, те промениха своята часова зона от UTC-11 на UTC + 13.
Решението беше икономическо. Въпреки че Самоа е провеждала голяма част от бизнеса си със Съединените щати през миналия век, тази търговия значително се е изместила към Азиатско-Тихоокеанския регион, по-специално Нова Зеландия и Австралия.
Така че, макар Самоа да беше по-близо географски до тихоокеанските страни, имаше много притеснителна 23-часова разлика между Самоа и Нова Зеландия и 21-часова разлика между Самоа и източното крайбрежие на Австралия, според EarthSky Communications. Така в опит да подобрят синхронизирането на работните си седмици с основните си търговски партньори, двете страни от островните страни решиха да прескочат IDL.
В статия, публикувана на 28 декември 2011 г., в The Guardian, премиерът на Самоа, Туилаепа Сайлеле Малилегаой изрази неудобството с предишната ситуация на IDL:
"При правене на бизнес с Нова Зеландия и Австралия ние губим в два работни дни седмично. Докато тук е петък, в Нова Зеландия е събота и когато в неделя сме на църква, те вече извършват бизнес в Сидни и Бризбейн. "
Този преход на ИДЛ беше нещо като връщане в дома на самоанците. Преди повече от век страната беше от западната страна на ИДЛ, но през 1892 г. реши да премине към източната страна, за да бъде по-близо до американското време. Така в продължение на 119 години самоанците станаха свидетели на последния залез на деня и за последно позвъниха през Нова година - сега те са едни от първите.
За съжаление, винаги ще има някакво неудобство, живеещо толкова близо до IDL: Сега има 24-часова разлика между Самоа - разположена в западната част на веригата на острова Самоа - и Американска Самоа от източната страна.
Тонга също предпочита да бъде в UTC + 13 (или UTC-11) поради причини за търговия и удобство. Островите Чатъм, близо 500 мили (800 км) източно от Нова Зеландия, поставят часовници в UTC + 12,75, създавайки часова зона „сирак“ в UTC ± 12. Фракционните часови зони се използват на 16 места по целия свят. Страните просто избират това, което работи най-добре за тях.
Гледайте как работи IDL
Във видеото по-горе проучете първия кадър на пауза, преди да натиснете „пусни“. Показва IDL (бяла линия) в полунощната точка. В името на етикетите, да кажем, че зеленият клин представлява първия час на събота. Синята част на Земята е все още в петък. Червената част (която ще се появи по-късно) ще бъде в неделя.
Този зелен клин е първата часова зона западно от IDL. Запад е по посока на часовниковата стрелка, както се вижда от този изглед над Северния полюс. Забележка, тази зелена часова зона:
- широк е 15 градуса, обхваща 1/24 от обиколката на Земята и един час време;
- е съсредоточен върху 180-градусовия меридиан;
- се простира от дължина 172,5 градуса до дължина 187,5 градуса;
- съвпада с ИДЛ по по-голямата част от източната му граница;
В момента, в който IDL премине полунощ, цялата часова зона регистрира началото на нов ден. Всички местоположения в дадена часова зона трябва да са на едно и също време. Има някои изключения: нации (и региони в рамките на нациите), които са се отказали от DST, и такива, които са избрали да използват дробни часови зони. Но можем да пренебрегнем това засега.
Моделът в тази анимация е идеализиран по много начини. Най-важното е, че всички часови зони са с ширина точно 15 градуса и са съсредоточени върху 24 равномерно разположени меридиана с дължина. Също така IDL точно следва източния ръб на цялата часова зона UTC ± 12. Това не е съвсем така, както стоят нещата в реалния свят, но значително опростява моя модел.
Сега не се колебайте да натиснете „игра“. Гледайте как синият петък се свива, докато зелената събота расте. Гледайте какво се случва, когато IDL се върне към полунощ и на следващия ден и дата започне. Ще видите червената неделя "неотпускане" и заместване на зелена събота, докато Земята се върти. Използвайте плъзгача, за да се върнете напред и назад и да гледате как се случва това.
Има две неща, които трябва да забележите за IDL. Първо, във всеки един момент на Земята има два последователни дни и дати, които са в сила. Тези дни и дати са разделени от IDL, който върви от Северния полюс до Южния полюс (приблизително) по протежение на меридиана на дължина 172,5 градуса.
Второ, тези два дни и дати също са разделени от полунощната линия, меридианът точно срещу слънцето. Така че на Земята наистина има две "линии на дата" - едната се върти с планетата (ИДЛ), а другата остава фиксирана в полунощния меридиан. На противоположните страни и на двете „дати на реда“ денят и датата винаги са различни.
Гринуич, имаме проблем ...
Но почакай. Изглежда, че има изключение от това правило. Целият глобус изглежда е на същото ден и дата за един час всеки ден. Той започва, когато източният край на часовата зона UTC-11 удари полунощ. Той завършва, когато източният край на следващата часова зона, IDL (UTC ± 12), удари полунощ. По това време нов ден започва да се отменя.
Гледайте отново анимацията, ако не сте я хванали. Това трае само един час или около секунда във видеото. Ще го видите два пъти, всеки път, когато IDL наближи полунощ.
Но, както беше обяснено преди, това е идеализиран модел. Много часови зони в близост до IDL са били "gerrymander" до точката, където е никога същия ден по целия свят. В интерес на истината, това е за един безкрайно „миг“ - когато IDL удари полунощ.
Има някои изключения от този сценарий. Например островите Мидуей са в UTC-11, а Маршаловите острови са в UTC ± 12. Вижте тази подробна карта на часовите зони в тази област. Ако използвате функцията за планиране на срещи на сървъра за световно време за тези два острова, ще видите, че те наистина споделят същия ден и дата за последния час от деня, както показва моята анимация. Можете да видите този резултат тук.
Има и други комбинации, които осигуряват същия резултат. Долната линия е, че часовите пояси са толкова объркани в този регион, че много "правила" са нарушени. Например: Пресичането на IDL променя деня и датата, но не и часа. Изключения съществуват и за двете части на това "правило". Ето защо се нуждаем от карти на часови зони и сървъри за световно време. За щастие, GPS приложенията знаят всички правила и изключения, така че дръжте вашия смарт телефон в точното време, ден и дата, независимо къде пътувате.
Ако стоите на IDL с един крак от всяка страна, какъв ден щеше да бъде?
Въпрос - уловка. Тъй като сте "пресекли" IDL, всеки крак би бил в различен ден. Ако носите часовник от двете ръце, технически те трябва да бъдат настроени на различни дни и дати. Въпросът какво път тези часовници трябва да бъдат настроени не е толкова лесно да се отговори.
В зависимост от това къде в IDL стоиш, времената могат да бъдат различни от един час по-различни. Ето къде лятното часово време може да обърка нещата, тъй като някои места го наблюдават, а други не. И тогава има онова усложнение във времевата зона.
Но да „застанеш на крачка пред IDL“ не е лесно. Освен ако не сте на лодка, закотвена в IDL, наистина няма място, на което да можете да „стоите“ по описания начин, освен в близост до стълбовете. Тъй като меридианите на дължината се сближават на полюсите, е възможно да преминете през множество часови зони на произволно кратък поход. На един километър от двата полюса часовите зони са широки само 262 метра. Ако бяхте точно на единия полюс, бихте могли да стоите с един крак във всички 24 часови зони.
Нещата стават много по-прости, като се използват само няколко часови зони в близост до полюсите. Някои научни бази в Антарктида използват новозеландско време (UTC ± 12), тъй като това е популярна точка за кацане за пътуване до Антарктида. Други поставят часовниците си на UTC. Астронавтите на Международната космическа станция правят същото. МКС се движи със смайваща скорост от 4,7 мили в секунда (7,7 км / с). Това е 5.7 пъти по-бързо от куршум за превишена скорост. МКС прави едно пътуване около Земята на всеки 90 минути. Така за 24 часа, обитателите преживяват 32 редувания ден и дата и се наслаждават на 16 изгрева и 16 залеза. За да бъдат нещата прости, часовниците им са настроени на UTC + 0.
Времето е само инструмент
Разбирането на IDL е упражнение по аритметика и може би някаква геометрия. Това не е магия, не е физика и едва ли е астрономия. Всичко е в определянето на произволни стандарти за време на въртяща се планета. Времето в този смисъл е просто още един инструмент на модерното технологично общество.
Една последна историческа бележка: По време на обиколката на Земята от 1519-1522 г. на Магелан, неговият навигатор усърдно регистрира преминаването на всеки ден от пътуването им. Когато се върнаха в пристанището, денят и датата бяха изключени от един. Не отне много време да разбера как се е случила тази грешка.
Когато пътувате на запад (срещу посоката, в която Земята се върти), всеки ден ще бъде малко по-дълъг от 24 часа - тоест, ако измерите вашия „ден“ като времето между два последователни „обеда“. През трите години на пътешествието им тези леки разлики се увеличиха за цял ден. Това беше близо три века преди създаването на IDL, но демонстрира необходимостта от корекции на деня и датата по време на глобалното пътуване.
Благодарение на науката, това вече е измислено. През 21 век хората приемат IDL за даденост. Транс-тихоокеанските пътувания са рутинни и всички знаем Какво се случва при преминаване на IDL. Сега знаеш защо Случва се.
Дан Хайм преподава физика и математика в продължение на 30 години - повече, ако се брои неговият научен клуб за класове. От 1999 г. е писател на свободна практика и създава образователна компютърна графика и анимации. Дан е президент на клуба по астрономия на пустинни предплани в Ню Ривър, Ариз. Неговият седмичен блог Sky Lights обхваща теми, включително астрономия, метеорология и наука за земята, а въпросите на читателите се насърчават.
