Międzynarodowa linia dat (IDL) to wyobrażona - i dowolna - linia na powierzchni Ziemi, która biegnie od bieguna północnego do bieguna południowego. Po przekroczeniu IDL dzień i data ulegają zmianie. Jeśli go przekroczysz, podróżując na zachód, dzień przesunie się o jeden, a data zwiększy się o jeden. Jeśli przekroczysz go, podróżując na wschód, nastąpi odwrotność.
IDL nie jest kwestią prawa międzynarodowego, ale jest jednym z niewielu standardów przyjętych na całym świecie. IDL ma kluczowe znaczenie dla globalnej łączności, natychmiastowej komunikacji, pomiaru czasu i spójnych międzynarodowych baz danych. Chodzi przede wszystkim o wygodę, handel i politykę. IDL wydarzyło się z tych samych powodów, co pojawienie się Internetu - działa i sprawia, że życie jest trochę łatwiejsze. Przed omówieniem, jak i dlaczego powstała Międzynarodowa Linia Daty, powinniśmy najpierw przeanalizować kwestię zachowania czasu.
„Czy ktoś naprawdę wie, która jest godzina?”
W czasach poprzedzających zegary mechaniczne czas mierzono głównie za pomocą zegarów słonecznych. Ludzie polegali na definicji, że „południe” jest wtedy, gdy słońce jest najwyższe na niebie i na południe. Jeden „dzień” był po prostu czasem między dwoma kolejnymi „południem”. Większość miast na tej planecie ustawia swoje zegary na ten cykl i wszystko było w porządku - przynajmniej w obrębie konkretnego miasta.
Problem polegał na tym, że każde miasto przeżywało południe we własnym (pozornym) 12:00. W zależności od długości geograficznej sąsiednie miasta mogą mieć czas, powiedzmy, 11:45 lub 12:15 wyświetlane na zegarkach słonecznych. W pobliżu równika podróż na zachód o około 1 000 mil (1 600 kilometrów) opóźnia przybycie na południe o godzinę.
W XIX wieku pojawienie się kolei transkontynentalnych jeszcze bardziej skomplikowało sprawę. W tamtym stuleciu dokładne mechaniczne zegarki stały się szeroko dostępne. Podróżujący zaczęli resetować zegarki o kilka minut na każdej stacji na wschodzie lub zachodzie. W najlepszym wypadku było to niewygodne.
Również w tym stuleciu pojawienie się telegrafii spowodowało problemy związane z utrzymywaniem czasu przez podmioty komercyjne i wojskowe - pierwszych użytkowników. Telegraf, wynaleziony w 1832 roku przez Pavela Schillinga, był pierwszym prawdziwym systemem „wiadomości błyskawicznych” (IM). Umożliwiło komunikację na duże odległości za pomocą elektryczności, która porusza się (prawie) z prędkością światła.
Telefon, opatentowany w 1876 roku przez Aleksandra Grahama Bella, był drugim takim systemem IM. Oczywiście, aby efektywnie korzystać z dowolnego systemu, dobrze jest znać godziny w lokalizacjach nadawcy i odbiorcy.
Szerokość i długość geograficzna
Zanim wyjaśnimy, jak strefy czasowe rozwiązały te problemy z zegarem, zróbmy szybki przegląd szerokości i długości geograficznej. Około 150 r.p.n.e. Hipparch z Nicei, grecki matematyk i astronom, zaproponował globalną siatkę linii długości i szerokości geograficznej do pomiaru pozycji. Był to układ współrzędnych do lokalizowania punktów na powierzchni kuli. Oś pionowa mierzyła „szerokość”, a oś pozioma „długość”. Choć proroczy, jego pomysł pozostawał w tyle przez tysiąc lat.
Podczas Age of Discovery, począwszy od XV wieku, kartografowie zauważyli potrzebę znormalizowanego pomiaru szerokości i długości geograficznej. Jeśli masz zamiar zmapować lub zgłosić lokalizację geograficzną, musisz jednoznacznie opisać jej położenie. Wielka Brytania „rządziła wówczas falami” i objęła wczesne prowadzenie w tym przedsięwzięciu.
Portugalia i Hiszpania, inne główne kraje żeglugi morskiej, korzystały z własnych systemów, ale ostatecznie przełożyły się na Anglię. Szerokość geograficzna stanowiła mniejszy problem niż długość geograficzna, ponieważ nie było sporów o to, gdzie znajdują się bieguny (szerokość geograficzna 90 stopni na północ i 90 stopni na południe) i równik (szerokość 0 stopni). Wybór punktu początkowego pomiaru długości geograficznej (południka 0 stopni) był jednak dowolny. Opierał się bardziej na narodowej dumie i wygodzie.
W 1851 r. Anglia wyznaczyła południk główny (0 stopni długości geograficznej) jako południk biegnący przez Obserwatorium w Greenwich. Byli dominującym narodem morskim w tamtych czasach, mieli kolonie na całym świecie, korzystali z najnowocześniejszych zegarów mechanicznych i posiadali kwalifikacje naukowe do ustanowienia standardu. Słyszeliście powiedzenie „Słońce nigdy nie zachodzi nad Imperium Brytyjskim”. To kiedyś była prawda. Anglia miała kolonie na całym świecie, więc zawsze była „dzienna” gdzieś w Imperium Brytyjskim. Wielka Brytania miała siłę przebicia.
Strefy czasowe
W drugiej połowie XIX wieku naukowcy, koleje i inne wschodzące branże odczuły potrzebę globalnego standardu czasu. Pierwszy taki system, wykorzystujący 24 standardowe strefy czasowe, został zaproponowany przez Sir Sandford Fleming w 1876 roku. Sandford był szkockim inżynierem, który pomógł zaprojektować kanadyjską sieć kolejową. Jego system nie został oficjalnie usankcjonowany przez żadną globalną jednostkę, ale w 1900 roku zrodził się przyjęcie systemu stref czasowych, który jest obecnie używany. Naród z narodu świat kupił pomysł Fleminga.
W każdej strefie czasowej wszystkie zegary byłyby ustawione na średni czas, który najlepiej odzwierciedlałby położenie słońca na niebie. Ten czas się nazywa średni czas słoneczny. Zegary słoneczne, dla porównania, miara pozorny czas słoneczny, Czasami nazywany prawdziwy czas słoneczny.
Proces stref czasowych rozpoczął się w 1883 r. Dla Stanów Zjednoczonych, kiedy naród został podzielony na cztery standardowe strefy czasowe. Każda strefa była wyśrodkowana na południku długości geograficznej:
- Wschodni czas standardowy (EST) przy 75 stopniach W (na zachód od głównego południka)
- Centralny czas standardowy (CST) przy 90 stopniach W
- Górski czas standardowy (MST) przy 105 stopniach W
- Czas pacyficzny standardowy (PST) przy 120 stopniach W
Wielka Brytania rozpoczęła już podobny proces, a reszta świata wkrótce poszła w jego ślady. Do 1900 roku globalny system stref czasowych, z którego korzystamy dzisiaj, był dość dobrze ugruntowany. Zwiększenie globalnej łączności wymagało uniwersalnego systemu pomiaru czasu, a odpowiedzią były standardowe strefy czasowe.
Większość stref czasowych nie podąża dokładnie za południkami długości geograficznej. Zygzak i zag w razie potrzeby utrzymują wyspy, mniejsze kraje i duże obszary metropolitalne w tym samym czasie - oczywiste ustępstwo dla wygody.
Standardowe strefy czasowe mają 15 stopni szerokości, ponieważ 360 stopni podzielonych przez 24 godziny równa się 15 stopniom na godzinę. Są one ponumerowane według godzin, zaczynając od Prime Meridian (0 stopni długości), która biegnie przez Greenwich w Anglii. Zegar Greenwich pokazuje, co nazywa się czasem Greenwich (GMT). System numeracji ułatwia znalezienie czasu w innych strefach.
Na przykład Kalifornia, osiem stref czasowych na zachód od Greenwich, znajduje się w strefie o nazwie Pacific Standard Time (PST). Strefa ta jest również oznaczona jako „GMT-8” lub GMT + 16. ”Jeśli więc czas w Greenwich to 12:00, w Kalifornii jest 4:00 (12:00 - 8 godzin).
GMT vs. UTC
Od 1972 r. GMT zostało w dużej mierze zastąpione przez UTC (Universal Coordinated Time). Kiedy w latach 50. XX wieku wynaleziono zegary atomowe, możliwe stało się mierzenie czasu z dokładnością lepszą niż ta zapewniana przez obracającą się Ziemię.
GMT był systemem „średniego czasu” opartym na obserwacjach teleskopowych z Obserwatorium Greenwich. UTC, zsynchronizowany z GMT, uwzględnia niewielkie zmiany prędkości obrotowej Ziemi. Raz na jakiś czas dodawany jest (lub odejmowany) zegar światowy - to korekta między GMT a UTC. Okres obrotu Ziemi może zmieniać się od dokładnie 24 godzin o ułamek sekundy w obu kierunkach, w zależności od zaburzeń geologicznych.
Na przykład, gdy topnieją lodowce, następuje przeniesienie masy z wyższych szerokości geograficznych w kierunku równika. Podobnie jak w przypadku łyżwiarza figurowego, który spowalnia prędkość wirowania poprzez wyciągnięcie ręki lub nogi, prawo zachowania pędu kątowego wymaga zmniejszenia prędkości wirowania w celu skompensowania tej redystrybucji masy. Naukowcy szacują, że trzęsienie ziemi o sile 9,0 w Japonii w 2011 r. Przesunęło wystarczająco masę od równika, aby skrócić dzień o 1,8 mikrosekundy (0,0000018 s).
Astronomowie muszą również wziąć pod uwagę różnicę między czasem pozornym a średnim. Różnica będzie zależeć od tego, jak daleko wschód lub zachód znajduje się w strefie czasowej, a także od równania czasu, które zależy od daty. I jest jeszcze ta myląca korekta zwana czasem letnim (DST). Ale znowu, aby zrozumieć IDL, możemy zignorować te komplikacje.
Co to jest IDL?
Wszyscy wiemy, że dzień i data zmieniają się o północy, niezależnie od twojej lokalizacji na planecie. Ale aby użyć globalnego systemu stref czasowych z IDL, dzień i data muszą być oddzielone o godz dwa lokalizacje - nie można podzielić koła na dwie części za pomocą jednego „wycięcia”. Rozwiązanie zostało dostarczone w 1884 r. Przez Międzynarodową Konferencję Meridian (IMC), która odbyła się w Waszyngtonie, w której uczestniczyli przedstawiciele 26 narodów.
IMC wybrała południk 180 stopni jako drugie „cięcie”, nie dlatego, że było naprzeciwko Południka Pierwszego (każdy południk mógł być tym innym „cięciem”). Wybrano południk 180 stopni, ponieważ biegnie on głównie przez otwarty ocean w środkowym Pacyfiku, zygzakując i grzebiąc, aby utrzymać pobliskie narody we własnym dniu i dniu. Tak więc wybór 180 stopni był arbitralny, ale ustalił IDL w użyciu dzisiaj.
Chociaż IDL zaczyna się w środku swojej strefy czasowej UTC ± 12 na obu biegunach - dokładnie na długości 180 stopni - przez większą część swojej długości, przesuwa się na wschód i pokrywa się ze wschodnim krańcem swojej strefy czasowej, która również zygzakowata i zags. Podsumowując, zakwaterowanie to utrzymuje narody wyspiarskie Oceanii na ich własnym zegarze i kalendarzu. Ale są wyjątki.
Wyspy, które opuściły dzień
Tuż przed północą, 29 grudnia 2011 r., Samoańczycy zgromadzili się wokół wieży zegarowej w stolicy Apii, aby uczcić historyczny moment skoku na drugą stronę Międzynarodowej Linii Daty.
Gdy zegar wybił godzinę 12:00, mieszkańcy Samoa wraz ze swoimi sąsiadami na wyspie Tokelau skoczyli do soboty 31 grudnia 2011 r. - całkowicie pomijając piątek. Wyspy uważano teraz za znajdujące się po zachodniej stronie IDL na półkuli wschodniej. W szczególności zmienili strefę czasową z UTC-11 na UTC + 13.
Decyzja była decyzją ekonomiczną. Chociaż w ubiegłym stuleciu Samoa prowadziła znaczną część swojej działalności ze Stanami Zjednoczonymi, handel ten znacznie zmienił się w regionie Azji i Pacyfiku, zwłaszcza w Nowej Zelandii i Australii.
Więc chociaż Samoa było bliżej geograficznie do krajów Pacyfiku, istniała bardzo dokuczliwa 23-godzinna różnica między Samoa a Nową Zelandią oraz 21-godzinna różnica między Samoa a wschodnim wybrzeżem Australii, zgodnie z EarthSky Communications. Aby więc lepiej zsynchronizować tygodnie pracy z głównymi partnerami handlowymi, dwa kraje wyspiarskie postanowiły przeskoczyć IDL.
W artykule opublikowanym 28 grudnia 2011 r. W The Guardian, premier Samoa, Tuilaepa Sailele Malielegaoi wyraziła niedogodności związane z poprzednią sytuacją IDL:
„Prowadząc interesy z Nową Zelandią i Australią, tracimy dwa dni robocze w tygodniu. Chociaż jest tutaj piątek, jest sobota w Nowej Zelandii, a kiedy jesteśmy w kościele w niedzielę, już prowadzą interesy w Sydney i Brisbane ”.
Ta zmiana IDL była dla Samoańczyków czymś w rodzaju powrotu do domu. Ponad sto lat temu kraj znajdował się po zachodniej stronie IDL, ale w 1892 roku postanowił przenieść się na wschodnią stronę, aby być bliżej czasów amerykańskich. Tak więc przez 119 lat Samoanie byli świadkami ostatniego zachodu słońca tego dnia i jako ostatni dzwonili w Nowym Roku - teraz są jednymi z pierwszych.
Niestety, zawsze będą niedogodności związane z przebywaniem tak blisko IDL: Teraz istnieje 24-godzinna różnica między Samoa - położonym w zachodniej części łańcucha wysp Samoa - a Samoa Amerykańskim po wschodniej stronie.
Tonga również wolał być w UTC + 13 (lub UTC-11) ze względów handlowych i wygody. Wyspy Chatham, prawie 500 mil (800 km) na wschód od Nowej Zelandii, ustawiają zegary na UTC + 12,75, tworząc strefę czasową „osieroconą” w obrębie UTC ± 12. Ułamkowe strefy czasowe są używane w 16 lokalizacjach na całym świecie. Kraje po prostu wybierają to, co najlepiej im odpowiada.
Obejrzyj pracę IDL
Na powyższym filmie zapoznaj się z pierwszą wstrzymaną klatką, zanim klikniesz „Odtwórz”. Pokazuje IDL (biała linia) w punkcie północy. Ze względu na etykiety załóżmy, że zielony klin reprezentuje pierwszą godzinę soboty. Niebieska część Ziemi jest nadal w piątek. Czerwona część (która pojawi się później) to niedziela.
Ten zielony klin jest pierwszą strefą czasową na zachód od IDL. Zachód jest zgodny z ruchem wskazówek zegara, jak widać na tym widoku z góry bieguna północnego. Warto zauważyć, że ta zielona strefa czasowa:
- ma 15 stopni szerokości, obejmuje 1/24 obwodu Ziemi i jedną godzinę czasu;
- jest wyśrodkowany na południku 180 stopni;
- rozciąga się od 172,5 stopnia długości geograficznej do 187,5 stopnia długości geograficznej;
- pokrywa się z IDL wzdłuż większości jej wschodniej granicy;
W chwili, gdy IDL mija północ, cała strefa czasowa rejestruje początek nowego dnia. Wszystkie lokalizacje w danej strefie czasowej muszą mieć ten sam czas. Istnieją pewne wyjątki: narody (i regiony w obrębie narodów), które zrezygnowały z DST, oraz ci, którzy zdecydowali się na ułamkowe strefy czasowe. Ale na razie możemy to zignorować.
Model tej animacji jest wyidealizowany na wiele sposobów. Co najważniejsze, wszystkie strefy czasowe mają dokładnie 15 stopni szerokości i są wyśrodkowane na 24 równomiernie rozmieszczonych południkach długości geograficznej. Ponadto IDL dokładnie podąża za wschodnią krawędzią całej strefy czasowej UTC ± 12. Nie jest tak w rzeczywistości, ale znacznie upraszcza mój model.
Teraz możesz kliknąć „graj”. Zobacz, jak niebieski piątek kurczy się, gdy rośnie zielona sobota. Zobacz, co się stanie, gdy IDL powróci do północy i rozpocznie się następny dzień i data. Zobaczysz czerwoną niedzielę „rozwijającą się” i zastępującą zieloną sobotę, gdy Ziemia się obraca. Użyj suwaka, aby poruszać się w przód iw tył i obserwować, jak to się dzieje.
Należy zwrócić uwagę na dwie rzeczy dotyczące IDL. Po pierwsze, w dowolnym momencie na Ziemi obowiązują dwa kolejne dni i daty. Te dni i daty są oddzielone IDL, która biegnie od bieguna północnego do bieguna południowego (w przybliżeniu) wzdłuż południka długości 172,5 stopnia.
Po drugie, te dwa dni i daty są również podzielone przez linię północy, południk dokładnie naprzeciwko Słońca. Tak więc na Ziemi są tak naprawdę dwie „linie daty” - jedna obraca się wraz z planetą (IDL), a druga pozostaje ustalona na południku północy. Po przeciwnych stronach obu „linii daty” dzień i data są zawsze inne.
Greenwich, mamy problem…
Ale poczekaj. Wydaje się, że istnieje wyjątek od tej reguły. Cały glob wydaje się być w Internecie podobnie dzień i data przez godzinę każdego dnia. Zaczyna się, gdy wschodni kraniec strefy czasowej UTC-11 wybija północ. Kończy się, gdy wschodnia krawędź następnej strefy czasowej, IDL (UTC ± 12), wybije północ. W tym czasie zaczyna się nowy dzień.
Obejrzyj animację jeszcze raz, jeśli jej nie złapałeś. Trwa to tylko godzinę lub około sekundy w filmie. Zobaczysz go dwa razy, za każdym razem, gdy IDL zbliża się do północy.
Ale, jak wyjaśniono wcześniej, jest to model wyidealizowany. Wiele stref czasowych w pobliżu IDL zostało „wprowadzonych” do punktu, w którym jest nigdy tego samego dnia na całym świecie. Tak naprawdę jest to nieskończenie mała „chwila” - kiedy IDL wybija północ.
Istnieją pewne wyjątki od tego scenariusza. Na przykład Wyspy Midway znajdują się w UTC-11, a Wyspy Marshalla w UTC ± 12. Sprawdź tę szczegółową mapę stref czasowych w tym obszarze. Jeśli użyjesz funkcji Meeting Planner na serwerze World Time Server dla tych dwóch wysp, zobaczysz, że rzeczywiście udostępniają ten sam dzień i datę ostatniej godziny dnia, jak pokazuje moja animacja. Możesz zobaczyć ten wynik tutaj.
Istnieją inne kombinacje, które zapewniają ten sam wynik. Najważniejsze jest to, że strefy czasowe są tak pomieszane w tym regionie, że wiele „reguł” zostało złamanych. Na przykład: Przekroczenie IDL zmienia dzień i datę, ale nie godzinę. Istnieją wyjątki dla obu części tej „reguły”. Dlatego potrzebujemy map stref czasowych i serwerów czasu na świecie. Na szczęście aplikacje GPS znają wszystkie zasady i wyjątki, więc trzymaj swój smartfon we właściwym czasie, dniu i dacie, gdziekolwiek podróżujesz.
Gdybyś stał na IDL z jedną nogą po każdej stronie, to jaki byłby dzień?
Podchwytliwe pytanie. Ponieważ „przekroczyłeś” IDL, każda stopa byłaby w innym dniu. Jeśli nosiłeś zegarek na obu rękach, technicznie rzecz biorąc, powinny być ustawione na różne dni i daty. Pytanie o co czas te zegarki powinny być ustawione na nie jest tak łatwo odpowiedzieć.
W zależności od miejsca, w którym stoisz, czas może być różny od jednej godziny. Tutaj czas letni może zepsuć wszystko, ponieważ niektóre miejsca go obserwują, a inne tego nie robią. I jest jeszcze ta komplikacja ułamkowej strefy czasowej.
Ale „stać okrakiem na IDL” nie jest łatwe. O ile nie jesteś na łodzi zakotwiczonej w IDL, tak naprawdę nie ma miejsca, w którym można by „stać” w opisany sposób, z wyjątkiem biegunów. Ponieważ południki długości geograficznej zbiegają się na biegunach, możliwe jest przechodzenie przez wiele stref czasowych podczas arbitralnie krótkiej wędrówki. Jeden kilometr od każdego bieguna, strefy czasowe mają tylko 262 metry szerokości. Gdybyś był dokładnie na którymkolwiek słupie, mógłbyś stać jedną stopą we wszystkich 24 strefach czasowych.
Sprawa staje się znacznie prostsza dzięki użyciu tylko kilku stref czasowych w pobliżu biegunów. Niektóre bazy naukowe na Antarktydzie używają czasu nowozelandzkiego (UTC ± 12), ponieważ jest to popularny punkt zaokrętowania na podróż na Antarktydę. Inni ustawiają swoje zegary na UTC. Astronauci na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej robią to samo. ISS porusza się z zadziwiającą prędkością 4,7 mil na sekundę (7,7 km / s). To 5,7 razy szybsze niż pocisk pędzący. ISS odbywa jedną podróż dookoła Ziemi co 90 minut. Tak więc w ciągu 24 godzin mieszkańcy doświadczają 32 dni i dat i korzystają z 16 wschodów i 16 zachodów słońca. Dla uproszczenia ich zegary są ustawione na UTC + 0.
Czas to tylko narzędzie
Zrozumienie IDL jest ćwiczeniem z arytmetyki, a może i pewnej geometrii. To nie magia, to nie fizyka i ledwo astronomia. Chodzi o ustalenie arbitralnych standardów czasowych na obracającej się planecie. W tym sensie czas jest tylko kolejnym narzędziem nowoczesnego społeczeństwa technologicznego.
Ostatnia końcowa nota historyczna: podczas okrążenia globu przez Magellana w latach 1519-1522 jego nawigator pilnie rejestrował upływ każdego dnia podróży. Kiedy wrócili do portu macierzystego, dzień i data upłynęły o jeden. Nie trzeba było długo zastanawiać się, jak ten błąd się wydarzył.
Kiedy podróżujesz na zachód (w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu Ziemi), każdy dzień będzie nieco dłuższy niż 24 godziny - to znaczy, jeśli zmierzysz swój „dzień” jako czas między dwoma kolejnymi „południem”. W ciągu trzech lat podróży te drobne różnice stanowiły cały dzień. To było prawie trzy wieki przed ustanowieniem IDL, ale pokazało to potrzebę dostosowania dnia i daty podczas globalnych podróży.
Dzięki nauce wszystko to zostało już ustalone. W XXI wieku ludzie uważają IDL za coś oczywistego. Podróże po Pacyfiku są rutyną i wszyscy wiemy co dzieje się, gdy przekroczysz IDL. Teraz wiesz dlaczego zdarza się.
Dan Heim wykładał fizykę i matematykę przez 30 lat - więcej, jeśli liczyć jego naukowy klub naukowy. Od 1999 roku jest niezależnym pisarzem i tworzy edukacyjne grafiki komputerowe i animacje. Dan jest prezesem Desert Foothills Astronomy Club w New River w Arizonie. Jego cotygodniowy blog Sky Lights obejmuje takie tematy, jak astronomia, meteorologia i nauki o Ziemi, a także pytania od czytelników.
