Выделяют три вида неравномерностей вращения Земли.

Неравномерность вращения Земли

Переход от звездного времени к среднему и обратно

Звездное время в среднюю полночь на различных меридианах

В момент средней полночи (нижней кульминации среднего экваториального Солнца) часовой угол среднего экваториального Солнца равен 12^h, и звездное время в среднюю полночь есть

 

s₀ = a_{¤ ср.экв} + 12^h.

Звездное время в полночь на меридиане Гринвича обозначается S₀. В Астрономическом Ежегоднике публикуются значения S₀ на каждый день года. Выражение для S₀ на любую дату находится по формуле:

S₀ = 6^h41^m50.55^s + 236.555^sd + 0.093104^s T² - 6.27 ^s ×10^-6 T³.

 

где d - число суток, прошедших от эпохи 2000, янв.,1, до гринвичской полуночи рассматриваемой даты,

T - промежуток времени d, выраженный в юлианских столетиях по 36525 суток, то есть

T = (JD-2451545)/36525.

Так как полночь на разных меридианах наступает не одновременно, то звездное время в местную полночь на разных меридианах не одинаково. Момент s_0E к востоку от Гринвича наступает раньше S₀, а момент s_0W (к западу) - позже. В одном и том же пункте звездное время в полночь за сутки увеличивается на вели­чину m×24^h, а за промежуток времени, равный l, звездное время в местную полночь будет отличаться от S₀ на ml, т.е.

 

s₀ = S₀ ± lm |^W_Е .

Переход от звездного времени s к среднему m и обратно понятен с использованием рис. 19, где физическое время измеряется двумя шкалами – средней солнечной и звездной. Здесь среднее солнечное время m равно промежутку времени (s- s₀), переведенному в средние солнечные единицы,

m = (s-s₀)(1- n) =(s-s₀) - (s-s₀)n ,

 

а звездное время s есть время в полночь s₀ плюс интервал среднего солнечного времени m, переведенный в звездные единицы,

 

s = s₀ + m(1+ m) = s₀ + m + mm.

 

Для Гринвичского меридиана формулы аналогичны:

 

UT = (S-S₀)(1- n) = (S-S₀) - (S-S₀)n,

S = S₀ + UT(1+m) = S₀ + UT + UTm .

Системы измерения времени, основанные на суточном вращении Земли, считаются равномерными настолько, насколько равномерно вращение Земли. Однако продолжительность полного оборота Земли вокруг оси не постоянна. Еще в XYII веке на основании расхождений в вычисленных и наблюденных координатах Луны и планет было обнаружено, что скорость вращения Земли непрерывно замедляется. С изобретением кварцевого, а затем атомного генераторов частоты, позволяющих измерять промежутки времени с погрешностью 10^-11 сек, было установлено, что вращение Земли имеет периодические и случайные изменения скорости.

1. Вековое замедление скорости вращения Земли – продолжительность суток увеличивается на 0.0023^s за 100 лет. Замедление вращения Земли вызвано тормозящим действием лунных и солнечных приливов.

2. Периодические (сезонные) изменения скорости вращения Земли. Периоды колебаний – 0.5 года и 1 год. Продолжительность суток в течение года может отличаться от средней на 0.001^s. Причина явления – сезонные перераспределения воздушных масс на поверхности Земли.

3. Нерегулярные изменения скорости вращения Земли. Продолжительность суток увеличивается или уменьшается на несколько тысячных долей секунды (“скачком”), что по амплитуде превышает столетние приливные изменения. Возможные причины явления – изменение атмосферной циркуляции, перемещение масс внутри Земли, влияние тяготения планет и Солнца.

 

Вывод: из-за своих неравномерностей вращение Земли вокруг оси не может являться эталоном для измерения времени. В небесной механике и дифференциальных уравнениях гравитационных теорий движения небесных тел в качестве независимого аргумента должна быть идеально равномерная шкала времени.