Täpse aja astronoomia salvestamine ja edastamine. Täpse aja määramine. Kvantgeneraatoriga astronoomiline kell

Tähetornides on instrumendid, mille abil määratakse aeg kõige täpsemini - kontrollitakse kellasid. Aja määrab valgustite asukoht horisondi kohal. Et tähetorni kellad õhtute vahel võimalikult täpselt ja ühtlaselt töötaksid, kui neid tähtede asendi järgi kontrollitakse, on kellad paigutatud sügavatesse keldritesse. Sellised keldrid hoiavad aastaringselt ühtlast temperatuuri. See on väga oluline, sest temperatuurimuutused mõjutavad kella.

Täpsete ajasignaalide edastamiseks raadio teel on observatooriumis spetsiaalne keerukas kell, elektri- ja raadioseadmed. Moskvast edastatavad täpsed ajasignaalid on ühed kõige täpsemad maailmas. Täpse kellaaja määramine tähtede järgi, aja salvestamine täpsete kellade abil ja edastamine raadio teel – kõik see moodustab ajateenistuse.

KUS ASTRONOOMID TÖÖTAAVAD

Astronoomid teevad teadustööd observatooriumides ja astronoomilistes instituutides.

Viimased tegelevad peamiselt teoreetilise uurimistööga.

Pärast Suurt Sotsialistlikku Oktoobrirevolutsiooni meie riigis Leningradi Teoreetilise Astronoomia Instituut, nimeline Astronoomia Instituut. P.K. Sternberg Moskvas, astrofüüsikalised vaatluskeskused Armeenias, Gruusias ja mitmed teised astronoomilised asutused.

Astronoomid koolitatakse ja koolitatakse ülikoolides mehaanika ja matemaatika või füüsika ja matemaatika osakondades.

Meie riigi peamine observatoorium on Pulkovo. See ehitati 1839. aastal Peterburi lähedal suurima vene teadlase juhtimisel. Paljudes riikides nimetatakse seda õigusega maailma astronoomiliseks pealinnaks.

Krimmis asuv Simeizi observatoorium taastati täielikult pärast Suurt Isamaasõda ja selle lähedal ehitati Bahtšisarai lähedal Partizanskoje külla uus observatoorium, kus asub NSV Liidu suurim peegeldav teleskoop 1 ¼ m läbimõõduga peegliga. on nüüd paigaldatud ja peagi 2,6 m läbimõõduga peegliga helkur – suuruselt kolmas maailmas. Mõlemad vaatluskeskused moodustavad nüüd ühe asutuse – NSVL Teaduste Akadeemia Krimmi Astrofüüsika Observatooriumi. Kaasanis, Taškendis, Kiievis, Harkovis ja mujal on astronoomiaobservatooriumid.

Kõikides observatooriumides teeme teadustööd vastavalt kokkulepitud plaanile. Meie riigi astronoomiateaduse saavutused aitavad töötavate inimeste laiadel kihtidel kujundada õige, teadusliku arusaama meid ümbritsevast maailmast.

Teistes riikides on palju astronoomilisi vaatluskeskusi. Neist kuulsaimad on vanimad olemasolevad - Pariis ja Greenwich, mille meridiaani järgi arvutatakse maakera geograafilisi pikkuskraade (see vaatluskeskus viidi hiljuti uude asukohta, Londonist kaugemale, kus on palju häireid öiste taevavaatluste jaoks). Maailma suurimad teleskoobid on paigaldatud Californias Mount Palomari, Mount Wilsoni ja Licki observatooriumidesse. Viimane neist ehitati 19. sajandi lõpus ja kaks esimest - juba 20. sajandil.

Kui leiate vea, tõstke esile mõni tekstiosa ja klõpsake Ctrl+Enter.

Ajahetkede hankimisega lahendatakse ainult ajateenistuse esimene ülesanne. Järgmine ülesanne on salvestada täpne aeg selle astronoomiliste määramiste vahelistesse intervallidesse. See probleem lahendatakse astronoomiliste kellade abil.

Ajamõõtmise suure täpsuse saavutamiseks võetakse astronoomiliste kellade valmistamisel arvesse ja võimalusel kõrvaldatakse kõik veaallikad ning luuakse nende tööks soodsaimad tingimused.

Kella kõige olulisem osa on pendel. Vedrud ja rattad toimivad ülekandemehhanismina, nooled indikaatoritena ja pendel mõõdab aega. Seetõttu püütakse astronoomilistes kellades luua selle tööks parimad võimalikud tingimused: muuta ruumi temperatuur ühtlaseks, välistada põrutused, nõrgendada õhutakistust ja lõpuks muuta mehaaniline koormus võimalikult väikeseks.

Kõrge täpsuse tagamiseks asetatakse astronoomiline kell sügavasse keldrisse, mis on kaitstud põrutuste eest Ruumi hoitakse aastaringselt ühtlasel temperatuuril. Õhutakistuse vähendamiseks ja atmosfäärirõhu muutuste mõju kõrvaldamiseks asetatakse kella pendel korpusesse, milles õhurõhku on veidi vähendatud (joonis 20).

Kahe pendliga astronoomiline kell (lühikella) on väga suure täpsusega, millest üks - mittevaba ehk "orja" - on ühendatud ülekande- ja näidikumehhanismidega ning seda ise juhib teine ​​- vaba pendel, ei ole ühendatud ühegi ratta ega vedruga (joonis 21).

Vaba pendel asetatakse sügavasse keldrisse metallkorpuses. See juhtum tekitab alandatud rõhu. Vaba pendli ja mittevaba pendli vaheline ühendus toimub kahe väikese elektromagneti kaudu, mille lähedal see kõikub. Vaba pendel juhib "orja" pendlit, sundides seda endaga ajas kõikuma.

Kellanäitudes on võimalik saavutada väga väike viga, kuid seda ei saa täielikult kõrvaldada. Kui aga kell ei tööta õigesti, kuid on ette teada, et see kiirustab või on päevas teatud sekundite võrra maas, siis pole nii vale kella abil täpset aega keeruline välja arvutada. Selleks piisab, kui on teada, kui kiire kell on, s.t mitu sekundit päevas on kiire või taga. Kuude ja aastate jooksul koostatakse astronoomilise kella antud eksemplari parandustabelid. Astronoomiliste kellade osutid ei näita peaaegu kunagi täpselt kellaaega, kuid parandustabelite abil on täiesti võimalik saada ajatempleid tuhandiksekundi täpsusega.

Paraku ei püsi taktsagedus konstantsena. Väliste tingimuste – ruumitemperatuuri ja õhurõhu – muutumisel detailide valmistamisel ja üksikute osade töötamisel alati esineva ebatäpsuse tõttu võib sama kell aja jooksul oma suunda muuta. Muutus või varieerumine kella käigus on selle töö kvaliteedi peamine näitaja. Mida väiksem on kellasageduse kõikumine, seda parem on kell.

Seega võib hea astronoomiline kell olla liiga kiire ja liiga aeglane, võib ette joosta või isegi kümnendiku sekundiga päevas maha jääda, kuid ometi suudab see tema abiga aega usaldusväärselt hoida ja üsna täpseid näitu, kui ainult oma käitumise olemust. on konstantne, st päevane kursi kõikumine on väike.

Shorti pendliga astronoomilises kellas on kursi päevane kõikumine 0,001-0,003 sek. Pikka aega püsis selline kõrge täpsus ületamatu Meie sajandi viiekümnendatel täiustas insener F. M. Fedchenko pendli vedrustust ja parandas selle soojuskompensatsiooni. See võimaldas tal kujundada kella, milles kiiruse päevane kõikumine vähenes 0,0002-0,0003 sekundini.

Viimastel aastatel ei ole astronoomiliste kellade kujundamisega tegelenud mitte mehaanikud, vaid elektrikud ja raadioinsenerid. Nad valmistasid kella, milles pendlivõnkumiste asemel kasutati aja hoidmiseks kvartskristalli elastseid vibratsioone.

Kvartskristallist sobivalt lõigatud plaadil on huvitavad omadused. Kui selline plaat, mida nimetatakse piesokvartsiks, suruda kokku või painutada, tekivad selle vastaspindadele erineva märgiga elektrilaengud. Kui piesokvartsplaadi vastaspindadele suunatakse vahelduv elektrivool, siis piesokvarts võngub. Mida väiksem on võnkeseadme summutus, seda püsivam on võnkesagedus. Piesokvartsil on selles osas erakordselt head omadused, kuna selle vibratsiooni summutus on väga väike. Seda kasutatakse laialdaselt raadiotehnikas raadiosaatjate konstantse sageduse säilitamiseks. Piesokvartsi sama omadus – võnkesageduse kõrge püsivus – võimaldas konstrueerida väga täpseid astronoomilisi kvartskellasid.

Kvartskell (joonis 22) koosneb piesoelektrilise kvartsiga stabiliseeritud raadioostsillaatorist, sagedusjaotuse kaskaadidest, sünkroonsest elektrimootorist ja osutinooltega sihverplaadist.

Raadiogeneraator toodab kõrgsageduslikku vahelduvvoolu ja piesoelektriline kvarts hoiab suure täpsusega oma võnkumiste konstantset sagedust. Sagedusjaotuse kaskaadides vähendatakse vahelduvvoolu sagedust mitmesajalt tuhandelt mitmesajale vibratsioonile sekundis. Madalsageduslikul vahelduvvoolul töötav sünkroonne elektrimootor pöörab osuti nooli, sulgeb ajasignaale toidavad releed jne.

Sünkroonse elektrimootori pöörlemiskiirus sõltub selle vahelduvvoolu sagedusest. Seega määrab kvartskella puhul osutite pöörlemiskiiruse lõpuks piesokvartsi võnkesagedus. Kvartsplaadi võnkesageduse suur püsivus tagab kvartsastronoomiliste kellade ühtlase liikumise ja näitude suure täpsuse.

Praegu toodetakse erinevat tüüpi ja erineva otstarbega kvartskellasid, mille sageduse igapäevane kõikumine ei ületa sajandikuid ja isegi tuhandikuid.

Esimesed kvartskellade kujundused olid üsna mahukad. Kvartsplaadi omavõnkesagedus on ju suhteliselt kõrge ning sekundite ja minutite lugemiseks on vaja seda sagedusjaotuse kaskaadide jada abil vähendada. Samal ajal võtavad selleks kasutatavad lampraadioseadmed palju ruumi. Viimastel aastakümnetel on pooljuhtraadiotehnoloogia kiiresti arenenud ning selle baasil on arendatud mini- ja mikrominiatuurseid raadioseadmeid. See võimaldas ehitada väikese suurusega kaasaskantavaid kvartskellasid mere- ja õhunavigatsiooniks ning erinevateks ekspeditsioonitöödeks. Need kaasaskantavad kvartskronomeetrid ei ole oma suuruse ja kaalu poolest suuremad kui tavalised mehaanilised kronomeetrid.

Kui aga teise klassi mehaanilise merekronomeetri päevakiiruse viga ei ületa ±0,4 sekundit ja esimese klassi - mitte rohkem kui ±0,2 sekundit, siis kaasaegsete kaasaskantavate kvartskronomeetrite päevakiiruse ebastabiilsus on ±0,1 sekundit. ; ±0,01 ja isegi ±0,001 sek.

Näiteks Šveitsis toodetud Chronotome mõõtmed on 245X137X100 mm ja selle liikumise ebastabiilsus päevas ei ületa ±0,02 sek. Statsionaarsel kvartskronomeetril "Izotom" on pikaajaline suhteline ebastabiilsus mitte rohkem kui 10 -8, st igapäevane variatsiooniviga on umbes ±0,001 sek.

Kvartskelladel pole aga tõsiseid puudusi, mille olemasolu on ülitäpse astronoomiliste mõõtmiste jaoks hädavajalik. Kvartsastronoomiliste kellade peamised puudused on kvartsi võnkesageduse sõltuvus ümbritsevast temperatuurist ja "kvartsi vananemine", st selle võnkesageduse muutumine ajas. Esimene puudus ületas kella selle osa, milles kvartsplaat asub, hoolikalt termostaadiga. Kvartsi vananemist, mis põhjustab kella aeglast triivi, pole veel kõrvaldatud.

"Molekulaarne kell"

Kas on võimalik luua ajaintervallide mõõtmiseks seadet, mille täpsus on suurem kui pendel- ja kvartsastronoomilistel kelladel?

Selleks sobivaid meetodeid otsides pöördusid teadlased süsteemide poole, milles tekivad molekulaarsed vibratsioonid. See valik ei olnud muidugi juhuslik ja just see määras edasise edu. "Molekulaarsed kellad" võimaldasid kõigepealt suurendada aja mõõtmise täpsust tuhandeid ja isegi sadu tuhandeid kordi. Tee molekulist ajaindikaatorini osutus aga keeruliseks ja väga raskeks.

Miks ei olnud võimalik pendli- ja kvartsastronoomiliste kellade täpsust parandada? Mille poolest olid molekulid aja mõõtmisel paremad kui pendlid ja kvartsplaadid? Millised on molekulaarkellade tööpõhimõtted ja struktuur?

Tuletagem meelde, et iga kell koosneb plokist, milles esinevad perioodilised võnkumised, nende arvu lugemiseks mõeldud loendusmehhanismist ja seadmest, kuhu salvestatakse nende säilitamiseks vajalik energia. Kellanäitude täpsus on aga enamasti sõltub selle elemendi töö stabiilsusest, mis mõõdab aega.

Pendliga astronoomiliste kellade täpsuse suurendamiseks on nende pendel valmistatud spetsiaalsest sulamist, millel on minimaalne soojuspaisumistegur, asetatud termostaadi, riputatud erilisel viisil, mis asub anumas, kust õhku välja pumbatakse jne. Teadaolevalt võimaldasid kõik need meetmed vähendada astronoomiliste pendlikellade liikumise variatsioone kuni tuhandikuteni päevas. Kuid liikuvate ja hõõrduvate osade järkjärguline kulumine, aeglased ja pöördumatud muutused konstruktsioonimaterjalides, üldiselt ei võimaldanud selliste kellade "vananemine" nende täpsust veelgi parandada.

Astronoomilises kvartskellas mõõdetakse aega kvartsiga stabiliseeritud ostsillaatoriga ja nende kellade näitude täpsuse määrab kvartsplaadi võnkesageduse püsivus. Aja jooksul tekivad kvartsplaadis ja sellega seotud elektrikontaktides pöördumatud muutused. Seega see kvartskella põhielement "vanaks". Sel juhul muutub kvartsplaadi võnkesagedus veidi. See on selliste kellade ebastabiilsuse põhjus ja seab piiri nende täpsuse edasisele tõusule.

Molekulaarsed kellad on konstrueeritud nii, et nende näidud määratakse lõpuks molekulide neeldunud ja kiiratavate elektromagnetiliste vibratsioonide sagedusega. Samal ajal neelavad ja kiirgavad aatomid ja molekulid energiat ainult perioodiliselt, ainult teatud osades, mida nimetatakse energiakvantideks. Neid protsesse kujutatakse praegu järgmiselt: kui aatom on normaalses (ergastamata) olekus, hõivavad selle elektronid madalamal energiatasemel ja asuvad tuumast kõige lähemal. Kui aatomid neelavad energiat, näiteks valgust, hüppavad nende elektronid uutesse positsioonidesse ja asuvad tuumadest mõnevõrra kaugemal.

Tähistame elektroni madalaimale positsioonile vastava aatomi energiat E-ga ja tema edasisele asukohale tuumast vastavat energiat E 2-ga. Kui aatomid, mis kiirgavad elektromagnetilisi vibratsioone (näiteks valgust), liiguvad ergastatud olekust energiaga E 2 ergastamata olekusse energiaga E 1, siis on elektromagnetilise energia emiteeritud osa võrdne ε = E 2 -E 1. On lihtne mõista, et ülaltoodud seos pole midagi muud kui üks energia jäävuse seaduse väljendusi.

Samal ajal on teada, et valguskvanti energia on võrdeline selle sagedusega: ε = hv, kus ε on elektromagnetiliste võnkumiste energia, v on nende sagedus, h = 6,62*10 -27 erg*sec on Plancki konstant. Nende kahe seose põhjal ei ole raske leida aatomi poolt kiiratava valguse sagedust v. On ilmne, et v = (E 2 - E 1)/h sek -1

Igal teatud tüüpi aatomil (näiteks vesinikul, hapnikul jne) on oma energiatasemed. Seetõttu kiirgab iga ergastatud aatom madalamatesse olekutesse üleminekul väga spetsiifilise sageduskomplektiga elektromagnetilisi vibratsioone, st annab ainult talle iseloomuliku sära. Täpselt sama olukord on molekulidega, selle ainsa erinevusega, et neil on hulk täiendavaid energiatasemeid, mis on seotud neid moodustavate osakeste erineva paigutusega ja nende vastastikuse liikumisega.

Seega on aatomid ja molekulid võimelised neelama ja kiirgama vaid piiratud sagedusega elektromagnetilisi vibratsioone. Tuumasüsteemide stabiilsus on äärmiselt kõrge. See on miljardeid kordi kõrgem kui mis tahes makroskoopiliste seadmete stabiilsus, mis tajuvad või kiirgavad teatud tüüpi vibratsioone, näiteks keelpillid, häälekahvlid, mikrofonid jne. Seda seletatakse asjaoluga, et mis tahes makroskoopilistes seadmetes, näiteks masinad, , mõõteriistad jne., on nende stabiilsust tagavad jõud enamasti vaid kümneid või sadu kordi suuremad kui välised jõud. Seetõttu muutuvad aja jooksul ja välistingimuste muutudes selliste seadmete omadused mõnevõrra. Seetõttu peavad muusikud nii sageli oma viiulit ja klaverit häälestama. Vastupidi, mikrosüsteemides, näiteks aatomites ja molekulides, mõjuvad neid moodustavate osakeste vahel nii tugevad jõud, et tavalised välismõjud on suurusjärgus palju väiksemad. Seetõttu ei põhjusta tavalised muutused välistingimustes - temperatuur, rõhk jne - nendes mikrosüsteemides märgatavaid muutusi.

See seletab nii suurt spektraalanalüüsi täpsust ja paljusid muid aatom- ja molekulaarvibratsioonil põhinevaid meetodeid ja instrumente. See teebki nende kvantsüsteemide kasutamise astronoomiliste kellade põhielemendina nii atraktiivseks. Lõppude lõpuks ei muuda sellised mikrosüsteemid aja jooksul oma omadusi, see tähendab, et nad ei "vana".

Kui insenerid hakkasid konstrueerima molekulaarkellasid, olid aatomi- ja molekulaarvibratsiooni põnevad meetodid juba hästi teada. Üks neist on see, et konkreetse gaasiga täidetud anumale rakendatakse kõrgsageduslikke elektromagnetilisi võnkumisi. Kui nende võnkumiste sagedus vastab nende osakeste ergastusenergiale, siis toimub elektromagnetilise energia resonantsne neeldumine. Mõne aja pärast (vähem kui miljondik sekundit) lähevad ergastatud osakesed (aatomid ja molekulid) spontaanselt üle ergastatud olekust normaalolekusse ja kiirgavad samal ajal elektromagnetilist energiat.

Näib, et järgmiseks sammuks sellise kella konstrueerimisel peaks olema nende võnkumiste arvu loendamine, kuna pendli pöördeid loetakse pendlikellas. Selline otsene, “frontaalne” tee osutus aga liiga keeruliseks. Fakt on see, et molekulide kiirgavate elektromagnetiliste vibratsioonide sagedus on väga kõrge. Näiteks ühe peamise ülemineku ammoniaagi molekulis on see 23 870 129 000 perioodi sekundis. Erinevate aatomite poolt kiiratavate elektromagnetiliste vibratsioonide sagedus võib olla samas suurusjärgus või isegi suurem. Ükski mehaaniline seade ei sobi selliste kõrgsageduslike võnkumiste loendamiseks. Pealegi osutusid selleks sobimatuks ka tavapärased elektroonikaseadmed.

Sellest raskusest väljapääs leiti leidliku lahenduse abil. Gaas ammoniaak asetati pikka metalltorusse (lainejuht). Käsitsemise hõlbustamiseks on see toru keritud. Selle toru ühte otsa toodi generaatorist kõrgsageduslikud elektromagnetvõnked, teise otsa paigaldati seade, mis mõõtis nende intensiivsust. Generaator võimaldas teatud piirides muuta enda poolt ergastavate elektromagnetiliste võnkumiste sagedust.

Ammoniaagi molekulide üleminekuks ergastamata olekust ergastatud olekusse on vaja täpselt määratletud energiat ja vastavalt ka täpselt määratletud elektromagnetiliste võnkumiste sagedust (ε = hv, kus ε on kvantenergia, v on elektromagnetilised võnked, h on Plancki konstant). Kuni generaatori tekitatud elektromagnetiliste võnkumiste sagedus on sellest resonantssagedusest suurem või väiksem, ei neela ammoniaagi molekulid energiat. Kui need sagedused langevad kokku, neelab märkimisväärne hulk ammoniaagi molekule elektromagnetilist energiat ja satub ergastatud olekusse. Loomulikult osutub sel juhul (tulenevalt energia jäävuse seadusest) lainejuhi otsas, kuhu mõõteseade on paigaldatud, elektromagnetvõnkumiste intensiivsus väiksemaks. Kui muudate sujuvalt generaatori sagedust ja registreerite mõõteseadme näidud, tuvastatakse resonantssagedusel elektromagnetiliste võnkumiste intensiivsuse langus.

Järgmine samm molekulaarkella konstrueerimisel on just selle efekti kasutamine. Selleks pandi kokku spetsiaalne seade (joonis 23). Selles tekitab toiteallikaga varustatud kõrgsagedusgeneraator kõrgsageduslikke elektromagnetilisi võnkumisi. Nende võnkumiste sageduse püsivuse suurendamiseks stabiliseeritakse generaator. kasutades piesokvartsi. Seda tüüpi olemasolevates seadmetes valitakse kõrgsagedusgeneraatori võnkesagedus mitmesaja tuhande tsükliga sekundis vastavalt neis kasutatavate kvartsplaatide loomulikule võnkesagedusele.

Riis. 23. "Molekulaarse kella" skeem

Kuna see sagedus on liiga kõrge ühegi mehaanilise seadme otseseks juhtimiseks, siis sagedusjaotusseadme abil vähendatakse see mitmesaja võnkumiseni sekundis ja alles pärast seda antakse see signaalreleedele ja sünkroonsele elektrimootorile, mis pöörab osuti nooli. asub kella sihverplaadil. Seega kordab see molekulaarkella osa eelnevalt kirjeldatud kvartskella kujundust.

Ammoniaagi molekulide ergastamiseks juhitakse osa kõrgsagedusgeneraatori tekitatud elektromagnetilistest võnkumistest vahelduvvoolu sageduskordistisse (vt joonis 23). Selle sageduse korrutustegur valitakse nii, et see viiks resonantsi. Sageduskordaja väljundist juhitakse elektromagnetvõnkumised ammoniaagigaasiga lainejuhile. Lainejuhi väljundis asuv seade, diskriminaator, märgib lainejuhti läbivate elektromagnetiliste võnkumiste intensiivsust ja mõjub kõrgsagedusgeneraatorile, muutes sellega ergastavate võnkumiste sagedust. Diskriminaator on konstrueeritud nii, et kui lainejuhi sisendisse jõuavad resonantssagedusest madalama sagedusega võnked, reguleerib see generaatorit, suurendades selle võnkumiste sagedust. Kui lainejuhi sisend võtab vastu võnkumisi, mille sagedus on suurem kui resonants, siis see vähendab generaatori sagedust. Sel juhul muutub resonantsi häälestamine täpsemaks, mida järsem on neeldumiskõver. Seega on soovitav, et elektromagnetiliste võnkumiste intensiivsuse langus, mis tuleneb nende energia resonantsest neeldumisest molekulide poolt, oleks võimalikult kitsas ja sügav.

Kõik need omavahel ühendatud seadmed – generaator, kordaja, gaasiga ammoniaagiga lainejuht ja diskriminaator – kujutavad endast tagasisideahelat, milles ammoniaagi molekulid ergastatakse generaatori poolt ja samal ajal juhivad seda, põhjustades soovitud sagedusega võnkumisi. . Seega kasutab molekulaarkell lõpuks sageduse ja aja standardina ammoniaagi molekule. Esimeses molekulaarses ammoniaakkellas, mille töötas sellel põhimõttel välja G. Lyons 1953. aastal, oli ebastabiilsus umbes 10 -7, s.t sageduse muutus ei ületanud kümnemiljonikut osa. Seejärel vähendati ebastabiilsust 10-8-ni, mis vastab 1-sekundiliste ajavahemike mõõtmise veale mitme aasta jooksul.

Üldiselt on see muidugi suurepärane täpsus. Selgus aga, et konstrueeritud seadmes osutus elektromagnetilise energia neeldumiskõver kaugeltki nii teravaks, kui eeldati, vaid pigem “määrdunud”. Sellest lähtuvalt osutus kogu seadme täpsus oodatust oluliselt madalamaks. Nende molekulaarkellade järgnevatel aastatel tehtud hoolikad uuringud näitasid, et nende näidud sõltuvad teatud määral lainejuhi konstruktsioonist, samuti selles oleva gaasi temperatuurist ja rõhust. Leiti, et need mõjud põhjustavad selliste kellade töös ebastabiilsust ja piiravad nende täpsust.

Seejärel ei saanud neid molekulaarkella defekte täielikult kõrvaldada. Küll aga oli võimalik välja mõelda teisi, arenenumat tüüpi kvantajamõõtjaid.

Aatom-tseesiumkell

Ammoniaagi molekulaarkella puuduste põhjuste selge mõistmise põhjal saavutati sageduse ja aja standardite edasine täiustamine. Meenutagem, et ammoniaagi molekulaarkellade peamisteks puudusteks on resonantsneeldumiskõvera teatav “määrdumine” ja nende kellade jõudluse sõltuvus lainejuhis oleva gaasi temperatuurist ja rõhust.

Mis on nende defektide põhjused? Kas neid on võimalik kõrvaldada? Selgus, et resonantsi määrdumine toimub lainejuhti täitvate gaasiosakeste termilise liikumise tagajärjel. Osa gaasiosakesi ju liigub elektromagnetlaine suunas ja seetõttu on nende võnkesagedus veidi suurem generaatori poolt antavast. Teised gaasiosakesed, vastupidi, liiguvad sissetulevast elektromagnetlainest, justkui põgeneksid selle eest; nende jaoks on elektromagnetiliste võnkumiste sagedus nominaalsest veidi madalam. Vaid suhteliselt väga väikese arvu statsionaarsete gaasiosakeste puhul on nende poolt tajutav elektromagnetvõnkumiste sagedus võrdne nominaalsega, s.o. generaatori poolt antud.

Kirjeldatud nähtus on üldtuntud pikisuunaline Doppleri efekt. Just see viib selleni, et resonantskõver tasaneb ja määritakse ning ilmneb lainejuhi väljundis oleva voolutugevuse sõltuvus gaasiosakeste liikumiskiirusest, s.o. gaasi temperatuuri kohta.

Rühmal Ameerika Standardibüroo teadlasi õnnestus need raskused ületada. Kuid see, mida nad tegid, oli üldiselt uus ja palju täpsem sageduse ja aja standard, kuigi see kasutas mõningaid juba teadaolevaid asju.

See seade ei kasuta enam molekule, vaid aatomeid. Need aatomid ei täida lihtsalt anumat, vaid liiguvad kiirelt. Veelgi enam, nende liikumise suund on risti elektromagnetlaine levimissuunaga. On lihtne mõista, et sel juhul ei ole pikisuunalist Doppleri efekti. Seade kasutab tseesiumi aatomeid, mille ergastamine toimub elektromagnetiliste võnkumiste sagedusel, mis võrdub 9 192 631 831 tsükliga sekundis.

Vastav seade on monteeritud torusse, mille ühes otsas on elektriahi 1, mis soojendab metallist tseesiumi kuni selle aurustumiseni ja teises otsas on detektor 6, mis loeb kokku jõudnud tseesiumi aatomite arvu. see (joonis 24). Nende vahel on: esimene magnet 2, lainejuht 3, mis varustab kõrgsageduslikke elektromagnetilisi võnkumisi, kollimaator 4 ja teine ​​magnet 5. Kui ahi sisse lülitada, paiskuvad metalliaurud pilu ja kitsa kiire kaudu torusse. tseesiumi aatomid lendavad piki selle telge, puutudes kokku püsimagnetite tekitatud magnetväljadega ja generaatorist torusse edastatava kõrgsagedusliku elektromagnetväljaga, nii et lainete levimise suund on risti. osakeste lennusuunale.

Selline seade võimaldab meil lahendada ülesande esimese osa: ergutada aatomeid, s.t viia need ühest olekust teise üle ja samal ajal vältida pikisuunalist Doppleri efekti. Kui teadlased piirduks ainult selle täiustusega, siis seadme täpsus suureneks, kuid mitte palju. Tõepoolest, kuumutatud allikast väljastatud aatomikiires on alati ergastamata ja ergastatud aatomeid. Seega, kui allikast emiteeritud aatomid lendavad läbi elektromagnetvälja ja ergastuvad, lisandub juba olemasolevatele ergastatud aatomitele teatud arv ergastatud aatomeid. Seetõttu ei ole ergastatud aatomite arvu muutus suhteliselt suur ja sellest tulenevalt ei ole elektromagnetlainete toime osakeste kiirele väga terav. Selge on see, et kui algul poleks ergastatud aatomeid üldse ja siis tekiks, siis oleks üldefekt palju kontrastsem.

Seega tekib lisaülesanne: allikast elektromagnetväljani ulatuval alal lasta läbi normaalses olekus olevad aatomid ja eemaldada ergastatud aatomid. Selle probleemi lahendamiseks polnud vaja midagi uut leiutada, sest juba meie sajandi neljakümnendatel töötasid Rabbi ja seejärel Ramsay välja vastavad meetodid spektroskoopilisteks uuringuteks. Need meetodid põhinevad asjaolul, et kõigil aatomitel ja molekulidel on teatud elektrilised ja magnetilised omadused ning need omadused on ergastatud ja ergastamata osakeste puhul erinevad. Seetõttu on elektri- ja magnetväljas ergastatud ja ergastamata aatomid ja molekulid erinevalt painutatud.

Kirjeldatud tseesiumi aatomkellas, osakeste kiire teele allika ja kõrgsagedusliku elektromagnetvälja vahel, paigaldati püsimagnet 2 (vt joonis 24), nii et ergastamata osakesed fokuseeriti kollimaatori pilule ja ergastatud osakesed. eemaldati tala küljest. Teine magnet 5, mis seisis kõrgsagedusliku elektromagnetvälja ja detektori vahel, oli vastupidi paigaldatud nii, et kiirelt eemaldati ergastamata osakesed ja detektorile fokuseeriti ainult ergastatud osakesed. See kahekordne eraldamine toob kaasa asjaolu, et detektorini jõuavad ainult need osakesed, mis olid enne elektromagnetvälja sisenemist ergastamata ja seejärel selles väljas erutunud. Sel juhul osutub detektori näitude sõltuvus elektromagnetvõnkumiste sagedusest väga teravaks ja vastavalt sellele osutub elektromagnetilise energia resonantsi neeldumiskõver väga kitsaks ja järsuks.

Kirjeldatud meetmete tulemusel osutus tseesiumi aatomkella põhiplokk võimeliseks reageerima ka kõrgsagedusostsillaatori väga väikesele detuunimisele ja seeläbi saavutati väga kõrge stabiliseerimistäpsus.

Ülejäänud seade kordab üldiselt molekulaarkella skemaatilist diagrammi: kõrgsagedusgeneraator juhib elektrikella ja ergastab samaaegselt osakesi läbi sageduse korrutusahelate. Tseesiumtoru ja kõrgsagedusgeneraatoriga ühendatud diskriminaator reageerib toru tööle ja reguleerib generaatorit nii, et selle tekitatud võnkumiste sagedus langeb kokku osakeste ergastamise sagedusega.

Kogu seda seadet nimetatakse tseesiumi aatomkellaks.

Esimestel tseesiumkellade mudelitel (näiteks Inglismaa riikliku füüsikalabori tseesiumkell) oli ebastabiilsus vaid 1–9 . Seda tüüpi viimastel aastatel välja töötatud ja ehitatud seadmetes vähenes ebastabiilsus väärtuseni 10 -12 -10 -13.

Varem on juba öeldud, et isegi parimad mehaanilised astronoomilised kellad muudavad nende osade kulumise tõttu aja jooksul mõnevõrra oma kurssi. Isegi kvarts-astronoomilised kellad pole selle puuduseta, kuna kvartsi vananemise tõttu triivivad nende näidud aeglaselt. Tseesiumi aatomkelladel pole sagedustriivi tuvastatud.

Nende kellade erinevate koopiate omavahelisel võrdlemisel ilmnes nende võnkesageduse kokkulangevus vahemikus ±3 * 10 -12, mis vastab vaid 1 sekundi veale 10 000 aasta jooksul.

Sellel seadmel pole aga puudusi: elektromagnetvälja kuju moonutused ja selle toime suhteliselt lühike kestus kiire aatomitele piiravad veelgi ajavahemike mõõtmise täpsust selliste süsteemide abil.

Kvantgeneraatoriga astronoomiline kell

Veel üks samm ajavahemike mõõtmise täpsuse suurendamise suunas tehti kasutades molekulaargeneraatorid- seadmed, milles seda kasutatakse elektromagnetlainete emissioon molekulide poolt.

See avastus oli ootamatu ja loomulik. Ootamatu – sest tundus, et vanade meetodite võimalused on ammendunud, aga teisi polnud. Loomulik – sest mitmed teadaolevad efektid moodustasid juba peaaegu kõik uue meetodi osad ja jäi vaid need osad korralikult kombineerida. Teadaolevate asjade uus kombinatsioon on aga paljude avastuste olemus. Selle väljamõtlemiseks on alati vaja palju julgust. Üsna sageli, kui see on tehtud, tundub kõik väga lihtne.

Instrumente, mis kasutavad sagedusstandardi saamiseks molekulaarkiirgust, nimetatakse maseriteks; see sõna on moodustatud väljendi algustähtedest: mikrolainevõimendus stimuleeritud kiirguse emissiooniga, s.o raadiolainete võimendamine sentimeetri ulatuses, kasutades indutseeritud kiirgust. Praegu nimetatakse seda tüüpi seadmeid kõige sagedamini kvantvõimenditeks või kvantgeneraatoriteks.

Mis valmistas ette kvantgeneraatori avastamise? Millised on selle tööpõhimõtted ja struktuur?

Teadlased teadsid, et kui ergastatud molekulid, näiteks ammoniaagi molekulid, liiguvad madalamale energiatasemele ja kiirgavad elektromagnetkiirgust, nende emissioonijoonte loomulik laius on äärmiselt väike, igal juhul mitu korda väiksem kui molekulaarkellades kasutatava neeldumisjoone laius. Samal ajal, kui võrrelda kahe võnke sagedust, siis resonantskõvera teravus sõltub spektrijoonte laiusest ja saavutatav stabiliseerimistäpsus sõltub resonantskõvera teravusest.

On selge, et teadlasi huvitas ülimalt võimalus saavutada ajaintervallide mõõtmisel suurem täpsus, kasutades mitte ainult neeldumist, vaid ka elektromagnetlainete emissiooni molekulide poolt. Näib, et kõik selleks on juba olemas. Tõepoolest, molekulaarkella lainejuhis kiirgavad ergastatud ammoniaagi molekulid spontaanselt valgust, see tähendab, et nad liiguvad madalamale energiatasemele ja samal ajal kiirgavad elektromagnetkiirgust sagedusega 23 870 129 000 tsüklit sekundis. Selle spektraalse emissioonijoone laius on tõepoolest väga väike. Lisaks, kuna molekulaarkella lainejuht on täidetud generaatorist saadavate elektromagnetiliste võnkudega ja nende võnkumiste sagedus on võrdne ammoniaagi molekulide kiirgavate energiakvantide sagedusega, tekib lainejuhis indutseeritud ergastatud ammoniaagi molekulide emissioon, mille tõenäosus on palju suurem kui spontaanne emissioon. Seega suurendab see protsess kiirgussündmuste koguarvu.

Selline süsteem nagu molekulaarkella lainejuht osutus aga molekulaarkiirguse vaatlemiseks ja kasutamiseks täiesti sobimatuks. Tõepoolest, sellises lainejuhis on ergastamata ammoniaagiosakesi palju rohkem kui ergastatud ja isegi indutseeritud kiirgust arvesse võttes toimuvad elektromagnetilise energia neeldumise aktid palju sagedamini kui emissiooniaktid. Lisaks on ebaselge, kuidas eraldada sellises lainejuhis molekulide kiirgavaid energiakvante, kui generaatori elektromagnetkiirgusega täidetakse sama ruumala ning sellel kiirgusel on sama sagedus ja palju suurem intensiivsus.

Kas pole tõsi, et kõik protsessid osutuvad nii segaseks, et esmapilgul tundub võimatu neist õiget välja tuua? Siiski ei ole. On ju teada, et ergastatud molekulid erinevad ergastamata molekulidest oma elektriliste ja magnetiliste omaduste poolest ning see võimaldab neid eraldada.

Aastatel 1954-1955 selle probleemi lahendasid suurepäraselt N. G. Basov ja A. M. Prohhorov NSV Liidus ning Gordon, Zeiger ja Townes USA-s *. Need autorid kasutasid ära asjaolu, et ergastatud ja ergastamata ammoniaagi molekulide elektriline olek on mõnevõrra erinev ning ebaühtlases elektriväljas lennates kalduvad nad erinevalt kõrvale.

* (J. Singer, Mazery, IL, M., 1961; Basov N. G., Letokhov V. S., Optilised sagedusstandardid, UFN, kd 96, nr. 4, 1968.)

Tuletame meelde, et kahe elektriliselt laetud paralleelse plaadi, näiteks kondensaatori plaatide vahel tekib ühtlane elektriväli; laetud plaadi ja punkti või kahe laetud punkti vahel - ebahomogeenne. Kui elektrivälju kujutatakse jõujoonte abil, siis homogeensed väljad on esindatud võrdse tihedusega joontega ja mittehomogeensed väljad ebavõrdse tihedusega, näiteks tasapinnas on väiksem ja tipus suurem, kus jooned koonduvad. Ühe või teise vormi ebaühtlaste elektriväljade tekitamise meetodid on tuntud juba ammu.

Molekulaargeneraator on kombinatsioon molekulide allikast, elektrilisest separaatorist ja resonaatorist, mis on kokku pandud torusse, millest õhk välja pumbatakse. Sügavaks jahutamiseks asetatakse see toru vedelasse lämmastikku. Sellega saavutatakse kogu seadme kõrge stabiilsus. Molekulaargeneraatori osakeste allikaks on kitsa avaga pudel, mis on täidetud gaasilise ammoniaagiga. Selle augu kaudu siseneb torusse teatud kiirusega kitsas osakeste kiir (joon. 25, a).

Kiir sisaldab alati ergastamata ja ergastatud ammoniaagi molekule. Erututuid on aga tavaliselt palju rohkem kui erutatuid. Torus, nende osakeste teel, on neljast vardast koosnev elektriliselt laetud kondensaator - nn kvadrupoolkondensaator. Selles olev elektriväli on ebaühtlane ja sellise kujuga (joonis 25, b), et seda läbides hajuvad ergastamata ammoniaagi molekulid külgedele ja ergastatud molekulid kalduvad toru telje suunas ja seega. keskenduda. Seetõttu toimub sellises kondensaatoris osakeste eraldumine ja toru teise otsa jõuavad ainult ergastatud ammoniaagi molekulid.

Selles toru teises otsas on teatud suuruse ja kujuga anum - nn resonaator. Sellesse sattudes lähevad ergastatud ammoniaagi molekulid lühikese aja pärast spontaanselt üle ergastatud olekust ergastamata olekusse ja kiirgavad samal ajal teatud sagedusega elektromagnetlaineid. Selle protsessi kohta öeldakse, et molekulid valgustatakse. Sel viisil on võimalik mitte ainult saada molekulaarset kiirgust, vaid ka seda isoleerida.

Mõelgem nende ideede edasiarendamisele. Resonantssagedusega elektromagnetkiirgus, mis interakteerub ergastamata molekulidega, viib need üle ergastatud olekusse. Sama kiirgus, suheldes ergastatud molekulidega, viib need üle ergastamata olekusse, stimuleerides seega nende kiirgust. Sõltuvalt sellest, millised molekulid on suuremad, ergastamata või ergastatud, domineerib elektromagnetilise energia neeldumise või indutseeritud emissiooni protsess.

Luues teatud mahus, näiteks resonaatoris, ergastatud ammoniaagi molekulide olulise ülekaalu ja viies sellesse resonantssageduse elektromagnetvõnkumisi, on võimalik ülikõrget sagedust võimendada. On selge, et see paranemine tuleneb ergastatud ammoniaagi molekulide pidevast pumpamisest resonaatorisse.

Resonaatori roll ei piirdu sellega, et see on anum, milles toimub ergastatud molekulide emissioon. Kuna resonantssagedusega elektromagnetkiirgus stimuleerib ergastatud molekulide kiirgust, siis mida suurem on selle kiirguse tihedus, seda aktiivsem on see indutseeritud kiirguse protsess.

Valides resonaatori mõõtmed vastavalt nende elektromagnetiliste võnkumiste lainepikkustele, on seega võimalik luua selles tingimused seisulainete tekkeks (sarnaselt orelitorude mõõtmete valimisega vastava elastsusega seisulainete tekkeks helivibratsioonid neis). Valmistades resonaatori seinad vastavast materjalist, on võimalik tagada, et need peegeldavad elektromagnetilisi võnkumisi väikseima kaoga. Mõlemad meetmed võimaldavad tekitada resonaatoris suure elektromagnetilise energia tiheduse ja seeläbi tõsta kogu seadme kui terviku efektiivsust.

Kui kõik muud tegurid on võrdsed, siis mida suurem on ergastatud molekulide voo tihedus, seda suurem on selle seadme võimendus. On tähelepanuväärne, et ergastatud molekulide teatud piisavalt suure voo tiheduse ja sobivate resonaatoriparameetrite juures muutub molekulide kiirgusintensiivsus piisavalt suureks, et katta erinevaid energiakadusid ning võimendi muutub mikrolainevõnkumiste molekulaarseks generaatoriks – nn. kvantgeneraator. Sel juhul ei ole enam vaja anda resonaatorile kõrgsageduslikku elektromagnetenergiat. Mõnede ergastatud osakeste indutseeritud emissiooni protsessi toetab teiste emissioon. Veelgi enam, sobivates tingimustes ei peatu elektromagnetilise energia genereerimise protsess isegi siis, kui osa sellest küljele eemaldatakse.

Väga kõrge stabiilsusega kvantgeneraator Toodab kõrge sagedusega elektromagnetilisi võnkumisi rangelt määratletud sagedusega ja seda saab kasutada ajavahemike mõõtmiseks. Pole vaja, et see pidevalt töötaks. Piisab perioodiliselt, teatud ajavahemike järel, võrrelda astronoomilise kella elektrigeneraatori sagedust selle molekulaarse sageduse standardiga ja vajadusel teha parandus.

Molekulaarse ammoniaagi generaatori korrektsiooniga astronoomiline kell ehitati viiekümnendate lõpus. Nende lühiajaline ebastabiilsus ei ületanud 10–12 minutis ja nende pikaajaline ebastabiilsus oli umbes 10–10, mis vastab ajaintervallide loendamise moonutustele vaid 1 sekundi võrra mitmesaja aasta jooksul.

Nende samade ideede ja mõnede muude osakeste, nagu tallium ja vesinik, kasutamisel töövedelikuna saavutati sagedus- ja ajastandardite edasine täiustamine. Sel juhul osutus eriti paljutõotavaks vesinikuaatomite kiirel töötav kvantgeneraator, mille töötasid välja ja ehitasid kuuekümnendate alguses Goldenberg, Klepner ja Ramsey. See generaator koosneb ka osakeste allikast, separaatorist ja resonaatorist, mis on paigaldatud torusse (joonis 26), mis on sukeldatud sobivasse jahutusvedelikku. Allikas kiirgab vesinikuaatomite kiirt. See kiir sisaldab ergastamata ja ergastatud vesinikuaatomeid ning ergastamata neid on oluliselt rohkem kui ergastatuid.

Kuna ergastatud vesinikuaatomid erinevad ergastamata aatomitest oma magnetilise oleku (magnetmomendi) poolest, kasutatakse nende eraldamisel mitte elektrilist, vaid magnetpaari tekitatud magnetvälja. Ka vesinikugeneraatori resonaatoril on olulised omadused. See on valmistatud sulatatud kvartsist valmistatud kolvi kujul, mille siseseinad on kaetud parafiiniga. Tänu vesinikuaatomite mitmekordsele (umbes 10 000) elastsele peegeldumisele parafiinikihist suureneb osakeste lennupikkus ja vastavalt ka nende viibimisaeg resonaatoris võrreldes molekulaargeneraatoriga tuhandeid kordi. Nii on võimalik saada väga kitsaid vesinikuaatomite spektraalseid emissioonijooni ja võrreldes molekulaargeneraatoriga vähendada kogu seadme ebastabiilsust tuhandeid kordi.

Vesiniku kvantgeneraatoriga astronoomiliste kellade kaasaegsed disainid on oma jõudluses ületanud tseesiumi aatomikiire standardi. Süstemaatilist triivi neil ei tuvastatud. Nende lühiajaline ebastabiilsus on vaid 6 * 10 -14 minutis ja pikaajaline ebastabiilsus on 2 * 10 -14 päevas, mis on kümme korda väiksem kui tseesiumistandardil. Kella näitude reprodutseeritavus vesiniku kvantgeneraatoriga on ±5*10 -13, tseesiumistandardi puhul aga ±3*10 -12. Järelikult on selles indikaatoris vesinikugeneraator ligikaudu kümme korda parem. Seega on vesinikastronoomilise kella abil võimalik tagada ajamõõtmise täpsus suurusjärgus 1 sekund umbes saja tuhande aastase intervalliga.

Samal ajal on mitmed viimaste aastate uuringud näidanud, et see aatomkiire generaatorite baasil saavutatud ajaintervallide mõõtmise kõrge täpsus ei ole veel piir ja seda saab suurendada.

Täpse aja ülekandmine

Ajateenistuse ülesanne ei piirdu täpse aja vastuvõtmise ja salvestamisega. Sama oluline osa selles on täpse aja edastamise korraldamine selliselt, et see täpsus kaotsi ei läheks.

Vanasti edastati ajasignaale mehaaniliste, heli- või valgusseadmete abil. Peterburis lasti kahur täpselt keskpäeval; Samuti võiksite oma kella võrrelda Metroloogia Instituudi tornikellaga, mis kannab nüüd D. I. Mendelejevi nime. Meresadamates kasutati ajasignaalina langevat palli. Sadamas seisnud laevadelt oli näha, kuidas täpselt keskpäeval pall spetsiaalse masti otsast alla kukkus ja jalale kukkus.

Kaasaegse intensiivse elu normaalseks kulgemiseks on väga oluline ülesanne tagada täpne aeg raudteedele, postkontoritele, telegraafidele ja suurlinnadele. Siin ei nõuta nii suurt täpsust kui astronoomilises ja geograafilises töös, küll aga on vaja, et igas linnaosas, meie suure riigi kõikides osades, minuti täpsusega, kõik kellad näitaksid sama aega. Tavaliselt lahendatakse see probleem elektrikella abil.

Raudtee- ja sideasutuste kellatööstuses, kaasaegse linna kellatööstuses on elektrikelladel oluline roll. Nende seade on väga lihtne, kuid üheminutilise täpsusega näitavad nad kõigis linna punktides sama aega.

Elektrikellad on kas primaarsed või sekundaarsed. Primaarsetel elektrikelladel on pendel, rattad, põgenemine ja need on reaalajas mõõdikud. Sekundaarsed elektrikellad on ainult osutid: neil pole kellamehhanismi, vaid on vaid suhteliselt lihtne seade, mis liigutab osuteid kord minutis (joon. 27). Iga voolukatkestuse korral vabastab elektromagnet armatuuri ja armatuuri küljes olev “käpp”, mis toetub vastu põrkratast, pöörab seda ühe hamba võrra. Elektrivoolu signaalid antakse sekundaarkellale kas keskseadmest või primaarsest elektrikellast. Viimastel aastatel on ilmunud helikino põhimõttel disainitud rääkivad kellad, mis mitte ainult ei näita, vaid ka näitavad kellaaega.

Edastamise jaoks täpne aeg Tänapäeval teenindavad peamiselt telefoni, telegraafi ja raadio teel saadetavad elektrilised signaalid. Viimastel aastakümnetel on nende edastamise tehnoloogiat täiustatud ja vastavalt suurenenud täpsus. 1904. aastal edastas Bigurdan Pariisi tähetornist rütmilisi ajasignaale, mille Montsourise observatoorium võttis vastu 0,02-0,03 sekundilise täpsusega. 1905. aastal alustas Washingtoni mereväe vaatluskeskus korrapäraselt ajasignaalide edastamist alates 1908. aastast, rütmilisi ajasignaale hakati edastama Eiffeli tornist ja 1912. aastast Greenwichi observatooriumist.

Praegu edastatakse täpseid ajasignaale paljudes riikides. NSV Liidus viib selliseid saateid läbi nimeline Riiklik Astronoomiainstituut. P.K. Sternberg, aga ka mitmed teised organisatsioonid. Samal ajal kasutatakse keskmise päikeseaja näitude raadio teel edastamiseks mitmeid erinevaid programme. Näiteks edastatakse ajasignaali saade iga tunni lõpus ja see koosneb kuuest lühikesest impulssist. Neist viimase algus vastab konkreetse tunni ajale ja 00 minutile 00 sekundile. Mere- ja lennunavigatsioonis kasutatakse programmi, mis koosneb viiest 60 impulsist koosnevast seeriast ja kolmest kuuest lühisignaalist koosnevast seeriast, mis on eraldatud pikemate signaalidega. Lisaks on mitmeid spetsiaalseid ajasignaaliprogramme. Teave erinevate ajasignaali eriprogrammide kohta avaldatakse eriväljaannetes.

Edastussaadete ajasignaalide edastamise viga on umbes ±0,01 - 0,001 sek ning mõne eriprogrammi puhul ±10 -4 ja isegi ±10 -5 sek. Seega on nüüdseks välja töötatud meetodid ja instrumendid, mis võimaldavad väga suure täpsusega aega vastu võtta, salvestada ja edastada.

Viimasel ajal on täpse aja salvestamise ja edastamise vallas ellu viidud oluliselt uusi ideid. Oletame, et mis tahes territooriumi mitmes punktis on vajalik, et seal seisvate kellade täpsus ei oleks halvem kui ±30 sekundit, eeldusel, et kõik need kellad töötavad aastaringselt. Sellised nõuded kehtivad näiteks linna- ja raudteekelladele. Nõuded ei ole väga karmid, kuid nende täitmiseks eraldiseisva kella abil on vaja, et iga kella päevamäär oleks parem kui ±0,1 sek ja selleks on vaja täppiskvartskronomeetreid.

Vahepeal selle probleemi lahendamiseks kasutatakse ühtne ajasüsteem, mis koosneb esmasest kellast ja suurest hulgast nendega seotud sekundaarsetest kelladest, siis peaks suure täpsusega olema ainult esmased. Sellest tulenevalt on isegi primaarse kella suurenenud kulude ja vastavalt madalate sekundaarkellade kulude korral võimalik suhteliselt madalate kogukuludega tagada kogu süsteemi hea täpsus.

Muidugi peate veenduma, et sekundaarne kell ise ei tekita vigu. Eelnevalt kirjeldatud põrkratta ja käpaga sekundaarsed kellad, milles osuti liigub signaali peale kord minutis, esinevad mõnikord rikkes. Veelgi enam, aja jooksul koguneb nende näidu viga. Kaasaegsetes sekundaarkellades kasutatakse erinevat tüüpi näitude kontrollimist ja korrigeerimist. Veelgi suurema täpsuse tagavad sekundaarsed kellad, mis kasutavad tööstusliku sagedusega vahelduvvoolu (50 Hz), mille sagedus on rangelt stabiliseeritud. Selle kella põhiosa moodustab vahelduvvooluga käitatav sünkroonne elektrimootor. Seega on selles kellas vahelduvvool ise pidev ajasignaal, mille kordusperiood on 0,02 sekundit.

Praegu on loodud ülemaailmne aatomkellade sünkroonimine. Selle süsteemi peamine esmane kell asub Roomas, New Yorgis, USA-s ja koosneb kolmest atomikronist (tseesiumi aatomkellad), mille näidud on keskmistatud. See tagab aja täpsuse, mis on võrdne (1-3)*10 -11. Need esmased kellad on ühendatud ülemaailmse sekundaarsete kellade võrguga.

Test näitas, et edastades WHOAC-i kaudu täpseid ajasignaale New Yorgi osariigist (USA) Oahu saarele (Hawaii saared), s.o ligikaudu 30 000 km kaugusel, tagati aja joondamine 3 mikrosekundi täpsusega.

Tänapäeval saavutatud kõrge ajatemplite salvestamise ja edastamise täpsus võimaldab lahendada süvakosmose navigeerimise keerulisi ja uusi küsimusi, aga ka vanu, kuid siiski olulisi ja huvitavaid küsimusi maakoore liikumise kohta.

Kuhu mandrid liiguvad?

Nüüd saame naasta eelmises peatükis kirjeldatud mandrite liikumise probleemi juurde. See on seda huvitavam, et poole sajandi jooksul, mis on möödunud Wegeneri teoste ilmumisest meie ajani, pole teaduslikud vaidlused nende ideede ümber veel vaibunud. Näiteks W. Munk ja G. MacDonald kirjutasid 1960. aastal: "Mõned Wegeneri andmed on vaieldamatud, kuid enamik tema argumente põhinevad täielikult meelevaldsetel oletustel." Ja veel: "Suured mandrinihked toimusid enne telegraafi leiutamist, keskmised nihked toimusid enne raadio leiutamist ja pärast seda nihkeid praktiliselt ei täheldatud."

Need sööbivad märkused ei ole aluseta, vähemalt esimeses osas. Tõepoolest, pikisuunalised mõõtmised, mille Wegeper ja tema kaastöötajad oma ekspeditsioonidel Gröönimaale tegid (millest ühel Wegener suri traagiliselt), viidi läbi täpsusega, mis ei olnud piisav käesoleva ülesande täpseks lahendamiseks. Seda märkisid tema kaasaegsed.

Kontinentaalse liikumise teooria üks veendunumaid pooldajaid selle tänapäevases versioonis on P. N. Kropotkin. 1962. aastal kirjutas ta: „Paleomagnetilised ja geoloogilised andmed näitavad, et mesosoikumi ja kenosoikumi ajal oli maakoore liikumise juhtmotiiviks kahe iidse mandri – Lauraasia ja Gondwana – killustumine ning nende osade levimine Vaikse ookeani ja Tethyse geosünklinaalsele vööle. Meenutagem, et Laurasia hõlmas Põhja-Ameerikat, Gröönimaad, Euroopat ja kogu Aasia põhjapoolt, Gondwana hõlmas lõunamandreid ja Indiat. Tethyse ookean ulatus Vahemerest läbi Alpide, Kaukaasia ja Himaalaja kuni Indoneesiani.

Sama autor kirjutas edasi: „Gondwana ühtsust on nüüd jälgitud eelkambriumi ajast kuni kriidiajastu keskpaigani ning selle killustumine näib praegu olevat pika protsessina, mis sai alguse paleosoikumis ja jõudis eriti ulatuslikuni alates 2010. aasta keskpaigast. Kriidiperiood Sellest ajast on möödunud 80 miljonit aastat. Järelikult on Aafrika ja Lõuna-Ameerika vaheline kaugus kasvanud 6 cm võrra aastas. Sama kiirus on saadud ka Hindustani liikumise kohta lõunapoolkeralt põhjaosa." Olles minevikus paleomagnetilisi andmeid kasutades rekonstrueerinud mandrite asukoha, jõudis P. N. Kropotkin järeldusele, et "sel ajal koondati mandrid tõesti ühte plokki, mis meenutas Wegeneri peamise mandriplatvormi piirjooni."

Niisiis näitab erinevate meetoditega saadud andmete summa, et mandrite praegune asukoht ja nende piirjooned kujunesid kauges minevikus mitmete rikete ja mandriplokkide olulise liikumise tulemusena.

Mandrite tänapäevase liikumise küsimus lahendatakse piisava täpsusega läbiviidud pikisuunaliste uuringute tulemuste põhjal. Mida tähendab antud juhul piisav täpsus, saab näha sellest, et näiteks Washingtoni laiuskraadil vastab pikkuskraadi muutumine ühe kümnetuhandiksekundi võrra nihkele 0,3 cm alates hinnangulisest liikumiskiirusest on ca 1 m aastas ning kaasaegsed ajateenused juba Kuna ajahetki on võimalik määrata, salvestada ja edastada täpset aega tuhandiku ja kümnetuhandiksekundilise täpsusega, siis veenvate tulemuste saamiseks piisab, kui kanda. teha asjakohaseid mõõtmisi mitmeaastaste või mitmekümneaastaste intervallidega.

Selleks loodi 1926. aastal 32 vaatluspunktist koosnev võrgustik ja viidi läbi astronoomilised pikisuunalised uuringud. 1933. aastal viidi läbi korduvad astronoomilised longituuduuringud ning töösse oli kaasatud juba 71 observatooriumi. Need heal kaasaegsel tasemel, kuigi mitte väga pika aja (7 aasta) jooksul tehtud mõõtmised näitasid eelkõige seda, et Ameerika ei eemaldu Euroopast 1 meetri võrra aastas, nagu Wegener arvas, vaid läheneb sellele ligikaudu 60 cm aastas.

Nii sai väga täpsete pikimõõtmiste abil kinnitust suurte mandriplokkide tänapäevase liikumise olemasolu. Veelgi enam, oli võimalik välja selgitada, et nende mandriplokkide üksikutel osadel on veidi erinev liikumine.

5. tunni metoodika
"Aeg ja kalender"

Tunni eesmärk: kujundada praktilise astromeetria mõistete süsteem aja mõõtmise, loendamise ja salvestamise meetodite ja vahendite kohta.

Õppeeesmärgid:
Üldharidus: mõistete moodustamine:

Praktiline astromeetria teemal: 1) astronoomilised meetodid, instrumendid ja mõõtühikud, aja loendamine ja salvestamine, kalendrid ja kronoloogia; 2) piirkonna geograafiliste koordinaatide (pikkuskraad) määramine astromeetriliste vaatluste põhjal;

Kosmilistest nähtustest: Maa tiirlemine ümber Päikese, Kuu tiirlemine ümber Maa ja Maa pöörlemine ümber oma telje ning nende tagajärgedest - taevanähtused: päikesetõus, loojang, igapäevane ja iga-aastane nähtav liikumine ja kulminatsioonid valgustid (Päike, Kuu ja tähed), Kuu faaside muutmine.

Hariduslik: teadusliku maailmavaate ja ateistliku kasvatuse kujundamine inimteadmiste ajaloo, kalendrite põhitüüpide ja kronoloogiasüsteemidega tutvumise käigus; "liigaaasta" mõistega seotud ebauskude kummutamine ning Juliuse ja Gregoriuse kalendri kuupäevade tõlkimine; polütehniline ja tööõpetus materjali esitamisel aja mõõtmise ja salvestamise instrumentide (kellad), kalendrite ja kronoloogiasüsteemide ning astromeetriliste teadmiste praktiliste rakendusmeetodite kohta.

Arendav: oskuste arendamine: ülesannete lahendamine kellaaja ja kuupäevade arvutamisel ning aja ülekandmisel ühest salvestus- ja loendussüsteemist teise; sooritada harjutusi praktilise astromeetria põhivalemite rakendamiseks; kasutada liikuvat tähekaarti, teatmeteoseid ja Astronoomilist kalendrit taevakehade asukoha ja nähtavuse ning taevanähtuste esinemise määramiseks; määrata astronoomiliste vaatlusandmete põhjal piirkonna geograafilised koordinaadid (pikkuskraad).

Õpilased peavad tean:

1) Kuu pöördest ümber Maa tekkinud igapäevaselt vaadeldavate taevanähtuste põhjused (Kuu faaside muutused, Kuu näiline liikumine üle taevasfääri);
2) üksikute kosmiliste ja taevanähtuste kestuse seos aja ja kalendrite mõõtmise, loendamise ja salvestamise ühikute ja meetoditega;
3) ajaühikud: efemeriidi sekund; päev (sideer, tõeline ja keskmine päike); nädal; kuu (sünoodiline ja sideeraalne); aasta (tähe- ja troopiline);
4) aegade seost väljendavad valemid: universaalne, lapsepuhkus, kohalik, suvine;
5) aja mõõtmise instrumendid ja meetodid: peamised kellatüübid (päikese-, vee-, tule-, mehaanilised, kvarts-, elektroonilised) ning nende kasutamise eeskirjad aja mõõtmisel ja salvestamisel;
6) kalendri põhiliigid: kuu-, kuu-, päikese- (juuliuse ja gregooriuse) ning kronoloogia alused;
7) praktilise astromeetria põhimõisted: piirkonna aja ja geograafiliste koordinaatide määramise põhimõtted astronoomiliste vaatlusandmete põhjal.
8) astronoomilised väärtused: kodulinna geograafilised koordinaadid; ajaühikud: efemeerne sekund; päev (sideeraalne ja keskmine päikeseenergia); kuu (sünoodiline ja sideeraalne); aasta (troopiline) ja aasta pikkus peamistes kalendritüüpides (kuu-, kuu-, päikese-, Juliuse- ja Gregoriuse kalendrid); Moskva ja kodulinna ajavööndi numbrid.

Õpilased peavad suutma:

1) Kasutage kosmiliste ja taevanähtuste uurimiseks üldplaani.
2) Leidke Kuu abil oma suund.
3) Lahendage ülesandeid, mis on seotud ajaühikute teisendamisega ühest loendussüsteemist teise, kasutades valemeid, mis väljendavad seost: a) sidereaalse ja keskmise päikeseaja vahel; b) maailmaaeg, sünnitusaeg, kohalik aeg, suveaeg ja ajavööndi kaardi kasutamine; c) erinevate kronoloogiasüsteemide vahel.
4) Lahendage ülesandeid vaatluskoha ja -aja geograafiliste koordinaatide määramiseks.

Visuaalsed abivahendid ja demonstratsioonid:

Fragmendid filmist "Astronoomia praktilised rakendused".

Filmiribade fragmendid "Taevakehade nähtav liikumine"; "Universumi ideede arendamine"; "Kuidas astronoomia ümber lükkas religioossed ideed universumi kohta."

Instrumendid ja instrumendid: geograafiline maakera; ajavööndi kaart; gnomoon ja ekvatoriaalne päikesekell, liivakell, vesikell (ühtlase ja ebaühtlase skaalaga); jaotustega küünal tulekella mudelina, mehaanilised, kvarts- ja elektroonilised kellad.

Joonised, diagrammid, fotod: Kuu faaside muutused, mehaaniliste (pendel ja vedru), kvarts- ja elektrooniliste kellade siseehitus ja tööpõhimõte, aatomi ajastandard.

Kodutöö:

1. Õppeõpiku materjal:
B.A. Vorontsov-Velyaminova: § 6 lõige 1, 7.
E.P. Levitan: § 6; ülesanded 1, 4, 7
A.V. Zasova, E.V. Kononovitš: § 4 lõige 1; 6; harjutus 6.6 (2.3)

2. Täitke ülesanded Vorontsov-Velyaminov B.A. ülesannete kogust. : 113; 115; 124; 125.

Tunniplaan

Materjali esitamise metoodika

Tunni alguses tuleks testida kolmes eelmises tunnis omandatud teadmisi, täiendades õppetööks mõeldud materjali küsimuste ja ülesannetega frontaalküsitluse ja õpilastega vestluse käigus. Osa õpilasi täidab programmeeritud ülesandeid, lahendades liikuva tähekaardi kasutamisega seotud ülesandeid (sarnaselt ülesannete 1-3 ülesannetega).

Küsimuste jada taevanähtuste põhjuste, taevasfääri põhijoonte ja punktide, tähtkujude, valgustite nähtavuse jm kohta. langeb kokku eelmiste tundide alguses esitatud küsimustega. Neid täiendavad küsimused:

1. Defineerige mõisted "heledus" ja "tähe suurus". Mida teate suurusskaalast? Mis määrab tähtede heleduse? Kirjutage tahvlile Pogsoni valem.

2. Mida sa tead horisontaalsest taevakoordinaatsüsteemist? Milleks seda kasutatakse? Millised tasapinnad ja jooned on selles süsteemis peamised? Mis on valgusti kõrgus? Valgusti Zeniidi kaugus? Valgusti asimuut? Millised on selle taeva koordinaatsüsteemi eelised ja puudused?

3. Mida sa tead I ekvatoriaalsest taevakoordinaadisüsteemist? Milleks seda kasutatakse? Millised tasapinnad ja jooned on selles süsteemis peamised? Mis on valgusti deklinatsioon? Polaarkaugus? Valgusti tunninurk? Millised on selle taeva koordinaatsüsteemi eelised ja puudused?

4. Mida sa tead II ekvatoriaalsest taevakoordinaadist? Milleks seda kasutatakse? Millised tasapinnad ja jooned on selles süsteemis peamised? Milline on valgusti õige ülestõus? Millised on selle taeva koordinaatsüsteemi eelised ja puudused?

1) Kuidas Päikese abil maastikul navigeerida? Põhjatähe poolt?
2) Kuidas määrata astronoomiliste vaatluste põhjal piirkonna geograafilist laiust?

Vastavad programmeeritavad tööd:

1) Ülesannete kogumik G.P. Subbotina, ülesanded NN 46-47; 54-56; 71-72.
2) Ülesannete kogumik E.P. Katki, ülesanded NN 4-1; 5-1; 5-6; 5-7.
3) Strout E.K. : kontrolltööd NN 1-2 teemad “Astronoomia praktilised alused” (õppejõu töö tulemusena muudetud programmeeritavateks).

Tunni esimeses etapis loengu vormis mõistete kujundamine aja, mõõtühikute ja aja loendamise kohta, lähtudes kosmiliste nähtuste kestusest (Maa pöörlemine ümber oma telje, Kuu ümber Maa ja Kuu pööre ümber Päikese), seos erinevate “aegade” ja kellavihmade vahel Peame vajalikuks anda õpilastele üldine arusaam sidereaalajast.

Õpilased peavad pöörama tähelepanu:

1. Päeva ja aasta pikkus oleneb referentssüsteemist, milles Maa liikumist vaadeldakse (kas see on seotud fikseeritud tähtede, Päikese vms). Viitesüsteemi valik kajastub ajaühiku nimetuses.

2. Ajaühikute kestus on seotud taevakehade nähtavustingimustega (kulminatsioonidega).

3. Aatomi ajastandardi kasutuselevõtt teaduses oli tingitud Maa ebaühtlasest pöörlemisest, mis avastati kellade täpsuse kasvades.

4. Standardaja kehtestamine on tingitud majandustegevuse koordineerimise vajadusest ajavööndite piiridega määratletud territooriumil. Laialt levinud igapäevane viga on kohaliku aja segamine sünnitusajaga.

1 kord. Mõõtühikud ja ajalugemine

Aeg on peamine füüsikaline suurus, mis iseloomustab nähtuste ja aine olekute järjestikust muutumist, nende eksisteerimise kestust.

Ajalooliselt on kõik aja põhi- ja tuletisühikud määratud astronoomiliste vaatluste põhjal taevanähtuste kulgemise kohta, mis on põhjustatud: Maa pöörlemisest ümber oma telje, Kuu pöörlemisest ümber Maa ja Maa pöörlemisest ümber oma telje. päike. Astromeetrias aja mõõtmiseks ja loendamiseks kasutatakse erinevaid referentssüsteeme, mis on seotud teatud taevakehade või taevasfääri teatud punktidega. Kõige levinumad on:

1. "Zvezdnoe"aeg, mis on seotud tähtede liikumisega taevasfääril. Kevadise pööripäeva tunninurga järgi mõõdetuna: S = t ^ ; t = S - a

2. "Päikeseline"seotud aeg: Päikese ketta keskpunkti nähtava liikumisega piki ekliptikat (tõeline päikeseaeg) või "keskmise Päikese" liikumisega - kujuteldav punkt, mis liigub ühtlaselt piki taevaekvaatorit samal ajavahemikul tõeline päike (keskmine päikeseaeg).

Aatomi ajastandardi ja rahvusvahelise SI-süsteemi kasutuselevõtuga 1967. aastal hakati füüsikas kasutama aatomisekundit.

Teine on füüsikaline suurus, mis on arvuliselt võrdne 9192631770 kiirgusperioodiga, mis vastab üleminekule tseesium-133 aatomi põhioleku ülipeente tasemete vahel.

Kõik ülaltoodud "ajad" on spetsiaalsete arvutuste abil üksteisega kooskõlas. Igapäevaelus kasutatakse keskmist päikeseaega.

Täpse kellaaja määramine, selle salvestamine ja raadio teel edastamine on ajateenistuse töö, mis eksisteerib kõigis maailma arenenud riikides, sealhulgas Venemaal.

Sideerilise, tõelise ja keskmise päikeseaja põhiühik on päev. Sideer-, päikese- ja muud sekundid saame, jagades vastava päeva 86400-ga (24 h´ 60 m´ 60 s).

Päevast sai esimene aja mõõtühik üle 50 000 aasta tagasi.

Päev on ajavahemik, mille jooksul Maa teeb mingi maamärgi suhtes ühe täispöörde ümber oma telje.

Sideerpäev on Maa pöörlemise periood ümber oma telje fikseeritud tähtede suhtes, mis on defineeritud kui ajavahemik kevadise pööripäeva kahe järjestikuse ülemise kulminatsiooni vahel.

Tõeline päikesepäev on periood, mil Maa pöörleb ümber oma telje päikeseketta keskpunkti suhtes, mis on defineeritud kui ajavahemik kahe järjestikuse samanimelise kulminatsiooni vahel päikeseketta keskel.

Tulenevalt asjaolust, et ekliptika on taevaekvaatori poole kaldu 23º 26¢ nurga all ja Maa pöörleb ümber Päikese elliptilisel (veidi piklikul) orbiidil, on Päikese näiva liikumise kiirus üle taevasfääri ja seetõttu muutub tõelise päikesepäeva kestus pidevalt aastaringselt: kõige kiiremini pööripäevade lähedal (märts, september), aeglasem pööripäevade lähedal (juuni, jaanuar).

Astronoomia ajaarvutuste lihtsustamiseks võeti kasutusele keskmise päikesepäeva mõiste - Maa pöörlemisperiood ümber oma telje "keskmise päikese" suhtes.

Keskmine päikese päev on defineeritud kui ajavahemik "keskmise päikese" sama nimega kahe järjestikuse kulminatsiooni vahel.

Keskmine päikesepäev on 3 m 55,009 s lühem kui sideerne päev.

24 h 00 m 00 s sidereaalaeg võrdub 23 h 56 m 4,09 s keskmise päikeseajaga.

Teoreetiliste arvutuste kindluse huvides võeti see vastu efemeriid (tabelikujuline) sekund, mis on võrdne keskmise päikesesekundiga 0. jaanuaril 1900 kell 12 samal ajal, mis ei ole seotud Maa pöörlemisega. Umbes 35 000 aastat tagasi märkasid inimesed Kuu välimuse perioodilist muutumist – Kuu faaside muutumist. Faas F taevakeha (Kuu, planeet jne) määrab ketta valgustatud osa suurima laiuse suhe d¢ selle läbimõõduni D: . Liin terminaator eraldab valgusti ketta tumedad ja heledad osad.

Riis. 32. Kuu faaside muutumine

Kuu liigub ümber Maa samas suunas, milles Maa pöörleb ümber oma telje: läänest itta. See liikumine peegeldub Kuu nähtavas liikumises tähtede taustal taeva pöörlemise suunas. Iga päev liigub Kuu tähtede suhtes 13º itta ja teeb täisringi 27,3 päevaga. Nii kehtestati teine ​​ajamõõt pärast päeva - kuu(joonis 32).

Sideeraalne (sideeraalne) kuukuu- ajavahemik, mille jooksul Kuu teeb fikseeritud tähtede suhtes ühe täieliku tiiru ümber Maa. Võrdne 27 p 07 h 43 m 11,47 s.

Sünoodiline (kalender) kuu on ajavahemik kahe järjestikuse sama nimega faasi (tavaliselt noorkuu) vahel. Võrdne 29 p 12 h 44 m 2,78 s.

Riis. 33. Orienteerumise meetodid maastik Kuul

Kuu nähtava liikumise nähtuste kombinatsioon tähtede taustal ja Kuu muutuvate faaside kombinatsioon võimaldab liigelda Kuu järgi maapinnal (joonis 33). Kuu paistab läänes kitsa poolkuuna ja kaob koidukiirtes samasuguse kitsa poolkuuga idas. Tõmbame mõtteliselt sirge kuu poolkuust vasakule. Taevast võime lugeda kas tähte “R” - “kasvab”, kuu “sarved” on pööratud vasakule - kuu on näha läänes; või täht “C” - “vananemine”, kuu “sarved” on pööratud paremale - kuu on näha idas. Täiskuu ajal on keskööl lõuna pool näha kuud.

Päikese asukoha horisondi kohal mitme kuu jooksul toimunud muutuste vaatluste tulemusena tekkis kolmas ajamõõt - aastal.

Aasta on ajavahemik, mille jooksul Maa teeb mingi maamärgi (punkti) suhtes ühe täistiiru ümber Päikese.

Sideeraasta on Maa ümber Päikese tiirlemise sidereaalne (tähe)periood, mis võrdub 365,256320... keskmise päikesepäevaga.

Anomalistlik aasta – ajaintervall keskmise Päikese kahe järjestikuse läbimise vahel läbi oma orbiidi punkti (tavaliselt periheeli) on võrdne 365,259641... keskmise päikesepäevaga.

Troopiline aasta on ajavahemik keskmise Päikese kahe järjestikuse läbimise vahel läbi kevadise pööripäeva, mis võrdub 365,2422... keskmise päikesepäevaga ehk 365 d 05 h 48 m 46,1 s.

Universaalaeg on defineeritud kui kohalik keskmine päikeseaeg algmeridiaanil (Greenwich).

Maa pind on jagatud 24 piirkonda, mida piiravad meridiaanid - Ajatsoonid. Null-ajavöönd paikneb sümmeetriliselt algmeridiaani (Greenwichi) suhtes. Vööd on läänest itta nummerdatud 0 kuni 23. Vööde tegelikud piirid on kombineeritud ringkondade, piirkondade või osariikide halduspiiridega. Ajavööndite keskmeridiaane eraldab üksteisest täpselt 15 kraadi (1 tund), seega ühest ajavööndist teise liikudes muutub aeg täisarv tundide võrra, kuid minutite ja sekundite arv ei muutu. . Uued kalendripäevad (ja uusaasta) algavad kuupäeva read(demarkatsioonijoon), kulgeb peamiselt mööda meridiaani 180° idapikkust Vene Föderatsiooni kirdepiiri lähedal. Kuupäeva joonest lääne pool on kuu kuupäev alati ühe võrra suurem kui sellest ida pool. Ületades seda joont läänest itta, väheneb kalendrinumber ühe võrra ja idast läände suundudes suureneb kalendrinumber ühe võrra, mis välistab aja lugemise vea ümbermaailmareisil ja inimeste teisaldamisel. Idast kuni Maa läänepoolkeradeni.

Standardaeg määratakse järgmise valemiga:
T n = T 0 + n , Kus T 0 - universaalaeg; n- ajavööndi number.

Suveaeg on standardaeg, mida muudetakse valitsuse määrusega täisarvu tundide võrra. Venemaa jaoks võrdub see tsooni ajaga, millele lisandub 1 tund.

Moskva aeg - teise ajavööndi sünnitusaeg (pluss 1 tund):
Tm = T 0 + 3 (tundi).

Suveaeg on standardne standardaeg, mida muudetakse valitsuse korraldusega suveaja perioodiks täiendavalt pluss 1 tund energiaressursside säästmise eesmärgil.

Maa pöörlemise tõttu on teadaolevate ekvatoriaalkoordinaatidega tähtede keskpäevahetkede või kulminatsiooni hetkede vahe 2 punktis võrdne punktide geograafiliste pikkuskraadide erinevusega, mis võimaldab määrata ekvaatori pikkuskraadi. antud punkt Päikese ja teiste valgustite astronoomilistest vaatlustest ja vastupidi, kohalik aeg mis tahes punktis, mille pikkuskraad on teada .

Piirkonna geograafilist pikkuskraadi mõõdetakse "null" (Greenwichi) meridiaanist ida pool ja see on arvuliselt võrdne ajavahemikuga sama tähe samade haripunktide vahel Greenwichi meridiaanil ja vaatluspunktis: , kus S- sidereaalne aeg antud geograafilise laiuskraadiga punktis, S 0 - sidereaalne aeg algmeridiaanil. Väljendatakse kraadides või tundides, minutites ja sekundites.

Piirkonna geograafilise pikkuskraadi määramiseks on vaja teadaolevate ekvatoriaalsete koordinaatidega valgusti (tavaliselt Päikese) kulminatsiooni hetk kindlaks määrata. Teisendades vaatlusaja keskmisest päikesest sidereaalseks spetsiaalsete tabelite või kalkulaatori abil ja teades teatmeraamatust selle tähe kulminatsiooni aega Greenwichi meridiaanil, saame hõlpsasti määrata piirkonna pikkuskraadi. Ainus raskus arvutustes on ajaühikute täpne teisendamine ühest süsteemist teise. Kulminatsioonimomenti pole vaja “jälgida”: piisab valgusti kõrguse (seniidikauguse) määramisest suvalisel täpselt salvestatud ajahetkel, kuid arvutused lähevad üsna keeruliseks.

Tunni teises etapis tutvuvad õpilased aja mõõtmise, salvestamise ja loendamise instrumentidega - kelladega. Kella näidud on standard, millega saab ajavahemikke võrrelda. Õpilased peaksid pöörama tähelepanu asjaolule, et hetkede ja ajaperioodide täpse määramise vajadus stimuleeris astronoomia ja füüsika arengut: kuni kahekümnenda sajandi keskpaigani moodustasid maailma aluse astronoomilised mõõtmis-, aja ja ajastandardite salvestamise meetodid. Ajateenistus. Kella täpsust kontrolliti astronoomiliste vaatlustega. Praegu on füüsika areng kaasa toonud täpsemate aja ja standardite määramise meetodite loomise, mida astronoomid hakkasid kasutama varasemate ajamõõtmismeetodite aluseks olnud nähtuste uurimiseks.

Materjal esitatakse loengu vormis, millega kaasnevad erinevat tüüpi kellade tööpõhimõtte ja sisemise ülesehituse demonstratsioonid.

2. Instrumendid aja mõõtmiseks ja salvestamiseks

Isegi Vana-Babülonis jagati päikesepäev 24 tunniks (360њ: 24 = 15њ). Hiljem jagati iga tund 60 minutiks ja iga minut 60 sekundiks.

Esimesed vahendid aja mõõtmiseks olid päikesekellad. Lihtsaim päikesekell - gnomon- kujutavad vertikaalset poolust jaotustega horisontaalse platvormi keskel (joonis 34). Gnomoni vari kirjeldab keerulist kõverat, mis sõltub Päikese kõrgusest ja muutub päevast päeva sõltuvalt Päikese asendist ekliptikas, samuti muutub varju kiirus. Päikesekell ei vaja kerida, ei peatu ja töötab alati õigesti. Kallutades platvormi nii, et gnomoni poolus on suunatud taevapoolusele, saame ekvatoriaalse päikesekella, milles varju kiirus on ühtlane (joonis 35).

Riis. 34. Horisontaalne päikesekell. Igale tunnile vastavatel nurkadel on erinevad väärtused ja need arvutatakse järgmise valemi abil: , kus a on nurk keskpäevajoone (taevameridiaani projektsioon horisontaalpinnale) ja suuna vahel numbritele 6, 8, 10..., mis näitab tunde; j on koha laiuskraad; h - Päikese tunninurk (15њ, 30њ, 45њ)

Riis. 35. Ekvatoriaalne päikesekell. Iga tund sihverplaadil vastab 15º nurgale

Öösel ja halva ilmaga aja mõõtmiseks leiutati liiva-, tule- ja veekellad.

Liivakellad eristuvad disaini lihtsuse ja täpsuse poolest, kuid need on mahukad ja kerkivad üles vaid lühikest aega.

Tulekell on tuleohtlikust ainest valmistatud spiraal või pulk, millel on märgistatud jaotused. Vana-Hiinas loodi segusid, mis põlesid kuid ilma pideva järelevalveta. Nende kellade puudused: madal täpsus (põlemiskiiruse sõltuvus aine koostisest ja ilmastikust) ning valmistamise keerukus (joonis 36).

Vesikellad (clepsydras) olid kasutusel kõigis antiikmaailma riikides (joon. 37 a, b).

Mehaanilised kellad raskuste ja ratastega leiutati 10.-11.saj. Venemaal paigaldas esimese mehaanilise tornikella Moskva Kremlisse 1404. aastal munk Lazar Sorbin. Pendelkell leiutas 1657. aastal Hollandi füüsik ja astronoom H. Huygens. Vedruga mehaanilised kellad leiutati 18. sajandil. Meie sajandi 30ndatel leiutati kvartskellad. 1954. aastal tekkis NSV Liidus idee luua aatomkell- "Märkige esmane aja ja sageduse standard." Need paigaldati Moskva lähedal asuvasse uurimisinstituuti ja andsid juhusliku vea 1 sekund iga 500 000 aasta järel.

Veelgi täpsem aatomi (optiline) ajastandard loodi NSV Liidus 1978. aastal. 1 sekundi pikkune viga esineb kord 10 000 000 aasta jooksul!

Nende ja paljude teiste kaasaegsete füüsiliste instrumentide abil oli võimalik väga suure täpsusega määrata aja põhi- ja tuletisühikute väärtused. Selgitati paljusid kosmiliste kehade näilise ja tõelise liikumise tunnuseid, avastati uusi kosmilisi nähtusi, sealhulgas muutusid aasta jooksul Maa pöörlemiskiiruses ümber oma telje 0,01-1 sekundi võrra.

3. Kalendrid. Arvutus

Kalender on suurte ajaperioodide pidev arvusüsteem, mis põhineb loodusnähtuste perioodilisusel, mis eriti selgelt avaldub taevanähtustes (taevakehade liikumine). Kogu sajanditepikkune inimkultuuri ajalugu on kalendriga lahutamatult seotud.

Vajadus kalendrite järele tekkis iidsel ajal, mil inimesed veel lugeda ja kirjutada ei osanud. Kalendrites määrati kevade, suve, sügise ja talve algus, taimede õitsemise perioodid, viljade valmimine, ravimtaimede kogumine, muutused loomade käitumises ja elus, ilmamuutused, põllutööde aeg ja palju muud. Kalendrid vastavad küsimustele: "Mis kuupäev täna on?", "Mis nädalapäev?", "Millal see või teine ​​sündmus toimus?" ning võimaldab reguleerida ja planeerida inimeste elu ja majandustegevust.

Kalendreid on kolme peamist tüüpi:

1. Kuu kalender, mis põhineb sünoodilisel kuukuul, mille keskmine päikesepäeva pikkus on 29,5. Tekkis üle 30 000 aasta tagasi. Kalendri kuuaasta sisaldab 354 (355) päeva (11,25 päeva lühem kui päikese oma) ja jaguneb 12 kuuks, millest igaüks koosneb 30 (paaris) ja 29 (paaris) päevast (moslemikalendris nimetatakse neid Muharram, Safar, Rabi al-Awwal, Rabi al-Sani, Jumada al-Ula, Jumada al-Ahira, Rajab, Sha'ban, Ramadan, Shawwal, Dhul-Qaada, Dhul-Hijra). Kuna kalendrikuu on sünoodilisest kuust 0,0306 päeva lühem ja üle 30 aasta ulatub nende vahe 11 päevani, araabia keel Kuukalendri igas 30-aastases tsüklis on 19 "liht" aastat, millest igaüks on 354 päeva, ja 11 "liigaastat", millest igaüks on 355 päeva (2., 5., 7., 10., 13., 16., 18., 21., 24., 26. iga tsükli 29. aastat). türgi keel Kuukalender on vähem täpne: selle 8-aastases tsüklis on 5 “liht-” ja 3 “liigaastat”. Uusaasta kuupäev ei ole fikseeritud (see liigub aastast aastasse aeglaselt): näiteks 1421. aasta hijri algas 6. aprillil 2000 ja lõpeb 25. märtsil 2001. Kuukalender on religioosse ja riikliku kalendrina kasutusele võetud moslemiriikides Afganistanis, Iraagis, Iraanis, Pakistanis, Araabia Ühendriigis jt. Päikese- ja kuupäikesekalendreid kasutatakse paralleelselt majandustegevuse planeerimisel ja reguleerimisel.

2.Päikese kalender, mis põhineb troopilisel aastal. Tekkis üle 6000 aasta tagasi. Praegu aktsepteeritud maailma kalendrina.

"Vana stiilis" Juliuse päikesekalender sisaldab 365,25 päeva. Töötas välja Aleksandria astronoom Sosigenes, keiser Julius Caesar võttis kasutusele Vana-Roomas aastal 46 eKr. ja seejärel levinud üle maailma. Venemaal võeti see vastu aastal 988 pKr. Juliuse kalendris on aasta pikkuseks määratud 365,25 päeva; kolm "lihtaastat" sisaldavad 365 päeva, ühes liigaastas on 366 päeva. Aastas on 12 kuud, kumbki 30 ja 31 päeva (va veebruar). Juliuse aasta jääb troopilisest aastast maha 11 minuti ja 13,9 sekundi võrra aastas. Üle 1500 kasutusaasta on kogunenud 10 päeva pikkune viga.

IN Gregoriuse“Uue stiili” päikesekalendri järgi on aasta pikkuseks 365,242500 päeva. 1582. aastal reformiti paavst Gregorius XIII korraldusel Juliuse kalender vastavalt itaalia matemaatiku Luigi Lilio Garalli (1520-1576) projektile. Päevade lugemist nihutati 10 päeva võrra edasi ja lepiti kokku, et iga sajandit, mis ei jagu jäägita 4-ga: 1700, 1800, 1900, 2100 jne, ei loeta liigaastaks. See parandab vea 3 päeva iga 400 aasta järel. 1-päevane viga “koguneb” 2735 aastaga. Uued sajandid ja aastatuhanded algavad antud sajandi ja aastatuhande “esimese” aasta 1. jaanuaril: seega algab 21. sajand ja 3. aastatuhandel pKr Gregoriuse kalendri järgi 1. jaanuaril 2001. aastal.

Meie riigis kasutati enne revolutsiooni "vana stiili" Juliuse kalendrit, mille viga 1917. aastaks oli 13 päeva. 1918. aastal võeti riigis kasutusele maailmas tunnustatud "uue stiiliga" Gregoriuse kalender ja kõik kuupäevad nihutati 13 päeva võrra edasi.

Kuupäevade teisendamine Juliuse kalendrist Gregoriuse kalendrisse toimub järgmise valemi abil: , kus T G ja T YU– kuupäevad Gregoriuse ja Juliuse kalendri järgi; n – päevade täisarv, KOOS– tervete möödunud sajandite arv, KOOS 1 on lähim sajandite arv, mis jagub neljaga.

Muud tüüpi päikesekalendrid on:

Pärsia kalender, mis määras troopilise aasta pikkuseks 365,24242 päeva; 33-aastane tsükkel sisaldab 25 "lihtaastat" ja 8 "hüppeaastat". Palju täpsem kui gregooriuse oma: 1 aasta viga “koguneb” 4500 aastaga. Töötas välja Omar Khayyam 1079. aastal; kasutati Pärsia ja mitmete teiste riikide territooriumil kuni 19. sajandi keskpaigani.

Kopti kalender on sarnane Juliuse kalendriga: aastas on 12 kuud 30 päeva; pärast 12. kuud “lihtaastal” lisandub 5, “liigaastal” – 6 lisapäeva. Kasutatakse Etioopias ja mõnes teises osariigis (Egiptus, Sudaan, Türgi jne) koptide territooriumil.

3.Kuu-päikese kalender, milles Kuu liikumine on kooskõlas Päikese aastase liikumisega. Aasta koosneb 12 kuukuust, millest igaüks on 29- ja 30-päevane, millele Päikese liikumise arvessevõtmiseks lisatakse perioodiliselt 13-ndat kuud sisaldavad hüppeaastad. Selle tulemusena kestavad "lihtsad" aastad 353, 354, 355 päeva ja "hüppeaastad" 383, 384 või 385 päeva. See tekkis 1. aastatuhande alguses eKr ja seda kasutati Vana-Hiinas, Indias, Babüloonias, Juudamaal, Kreekas ja Roomas. Praegu vastu võetud Iisraelis (aasta algus langeb erinevatele päevadele vahemikus 6. september kuni 5. oktoober) ja on koos riiklikuga kasutusel Kagu-Aasia riikides (Vietnam, Hiina jne).

Lisaks ülalkirjeldatud peamistele kalendritüüpidele on loodud kalendreid, mis võtavad arvesse planeetide näilist liikumist taevasfääril, ja neid kasutatakse mõnes Maa piirkonnas siiani.

Ida-kuu-planetaarne 60 aastane kalender põhineb Päikese, Kuu ning planeetide Jupiteri ja Saturni liikumise perioodilisusel. See tekkis 2. aastatuhande alguses eKr. Ida- ja Kagu-Aasias. Praegu kasutatakse Hiinas, Koreas, Mongoolias, Jaapanis ja mõnes teises piirkonna riigis.

Kaasaegse idakalendri 60-aastases tsüklis on 21912 päeva (esimesed 12 aastat sisaldavad 4371 päeva; teine ​​ja neljas aasta - 4400 ja 4401 päeva; kolmas ja viies aasta - 4370 päeva). Kaks 30-aastast Saturni tsüklit mahuvad sellesse ajaperioodi (võrdne tema revolutsiooni sidereaalsete perioodidega T Saturn = 29,46 » 30 aastat), ligikaudu kolm 19-aastast lunisolaarset tsüklit, viis Jupiteri 12-aastast tsüklit (võrdne tema revolutsiooni sidereaalsete perioodidega T Jupiter= 11,86 » 12 aastat) ja viis 12-aastast kuutsüklit. Päevade arv aastas ei ole konstantne ja võib olla 353, 354, 355 päeva "lihtaastal" ja 383, 384, 385 päeva liigaaastatel. Aasta algus langeb erinevates riikides erinevatele kuupäevadele 13. jaanuarist 24. veebruarini. Praegune 60-aastane tsükkel algas 1984. aastal. Andmed idakalendri märkide kombinatsiooni kohta on toodud lisas.

Ajavahemikul 300–1530 kasutati Kesk-Ameerika maiade ja asteekide kultuuride kalendrit. AD Põhineb Päikese, Kuu liikumise perioodilisusel ja planeetide Veenuse (584 d) ja Marsi (780 d) sünoodilistel pöördeperioodidel. "Pikk" aasta, 360 (365) päeva pikkune, koosnes 18 kuust, millest igaüks oli 20 päeva ja 5 pühast. Samal ajal kasutati kultuurilistel ja religioossetel eesmärkidel 260-päevast "lühikest aastat" (1/3 Marsi revolutsiooni sünoodilisest perioodist), mis jagati 13 kuuks, millest igaüks oli 20 päeva; “Nummerdatud” nädalad koosnesid 13 päevast, millel oli oma number ja nimi. Troopilise aasta pikkus määrati suurima täpsusega 365,2420 d (1 päeva viga ei kogune 5000 aasta peale!); kuu sünoodiline kuu – 29,53059 p.

Kahekümnenda sajandi alguseks tingis rahvusvaheliste teaduslike, tehniliste, kultuuriliste ja majanduslike sidemete kasv vajaduse luua ühtne, lihtne ja täpne maailmakalender. Olemasolevatel kalendritel on mitmeid puudusi, näiteks: ebapiisav vastavus troopilise aasta kestuse ja Päikese üle taevasfääri liikumisega seotud astronoomiliste nähtuste kuupäevade vahel, kuude ebavõrdne ja ebaühtlane pikkus, troopilise aasta arvude ebaühtlus. kuu ja nädalapäevad, nende nimede mittevastavus positsioonile kalendris jne. Selguvad tänapäevase kalendri ebatäpsused

Ideaalne igavene Kalender on muutumatu ülesehitusega, mis võimaldab kiiresti ja üheselt määrata nädalapäevad mis tahes kalendrikuupäeva järgi. Ühte parimat igikalendri projekti soovitas 1954. aastal kaaluda ÜRO Peaassamblee: kuigi see sarnanes Gregoriuse kalendriga, oli see lihtsam ja mugavam. Troopiline aasta jaguneb 4 veerandiks, mis koosneb 91 päevast (13 nädalat). Iga veerand algab pühapäeval ja lõpeb laupäeval; koosneb 3 kuust, esimene kuu on 31 päeva, teine ​​ja kolmas – 30 päeva. Igas kuus on 26 tööpäeva. Aasta esimene päev on alati pühapäev. Selle projekti andmed on toodud lisas. Seda ei rakendatud usulistel põhjustel. Ühtse maailma igavese kalendri kasutuselevõtt jääb üheks meie aja probleemiks.

Nimetatakse alguskuupäev ja sellele järgnev kronoloogiasüsteem ajastu. Ajastu alguspunktiks nimetatakse ajastu.

Alates iidsetest aegadest on teatud ajastu algust (Maa eri piirkondade erinevates osariikides on teada enam kui 1000 ajastut, sealhulgas 350 Hiinas ja 250 Jaapanis) ja kogu kronoloogia kulgu on seostatud oluliste legendaarsete, religioossete sündmustega. või (harvemini) reaalsed sündmused: teatud dünastiate ja üksikute keisrite valitsusaeg, sõjad, revolutsioonid, olümpiamängud, linnade ja osariikide asutamine, Jumala (prohveti) "sünd" või "maailma loomine".

Keiser Huangdi 1. valitsemisaastat peetakse Hiina 60-aastase tsüklilise ajastu alguseks - 2697 eKr.

Rooma impeeriumis hoiti krahvi "Rooma asutamisest" alates 21. aprillist 753 eKr. ja alates keiser Diocletianuse liitumise päevast 29. augustil 284 pKr.

Bütsantsi impeeriumis ja hiljem, traditsioonide kohaselt, Venemaal - alates kristluse vastuvõtmisest vürst Vladimir Svjatoslavovitši poolt (988 pKr) kuni Peeter I dekreedini (1700 pKr) viidi aastate loendus läbi "loomisest alates maailmast”: alguskuupäev oli 1. september 5508 eKr ("Bütsantsi ajastu" esimene aasta). Vana-Iisraelis (Palestiinas) toimus "maailma loomine" hiljem: 7. oktoobril 3761 eKr ("juudi ajastu" esimene aasta). Oli ka teisi, mis erinevad kõige tavalisematest ülalnimetatud ajastutest "maailma loomisest".

Kultuuriliste ja majanduslike sidemete kasv ning kristliku religiooni laialdane levik Lääne- ja Ida-Euroopas tekitas vajaduse ühtlustada kronoloogiasüsteeme, mõõtühikuid ja ajalugemist.

Kaasaegne kronoloogia - " meie ajastu", "uus ajastu" (AD), "ajastu alates Kristuse sündimisest" ( R.H..), Anno Domeni ( A.D.– “Issanda aasta”) – põhineb Jeesuse Kristuse suvaliselt valitud sünnikuupäeval. Kuna seda pole üheski ajaloolises dokumendis märgitud ja evangeeliumid on üksteisega vastuolus, otsustas Diocletianuse ajastu õppinud munk Dionysios Väike aastal 278 "teaduslikult", astronoomilistele andmetele tuginedes, välja arvutada ajastu kuupäeva. Arvutuse aluseks oli: 28-aastane "päikesering" - ajavahemik, mille jooksul kuude arv langeb täpselt samadele nädalapäevadele, ja 19-aastane "kuuring" - ajavahemik mille samad Kuu faasid langevad samadele päevadele. "Päikese" ja "Kuu" ringide tsüklite korrutis, mis on kohandatud Kristuse 30-aastasele elueale (28 × 19S + 30 = 572), andis tänapäevase kronoloogia alguskuupäeva. Aastate lugemine ajastu “Kristuse sünnist” järgi “juurdus” väga aeglaselt: kuni 15. sajandini pKr. (s.o isegi 1000 aastat hiljem) on Lääne-Euroopa ametlikes dokumentides märgitud 2 kuupäeva: maailma loomisest ja Kristuse sünnist (A.D.).

Moslemimaailmas on kronoloogia alguseks 16. juuli 622 pKr - "Hijra" (prohvet Muhamedi ränne Mekast Mediinasse) päev.

Kuupäevade tõlge "moslemite" kronoloogiasüsteemist T M"Kristlasele" (Gregoriuse) T G saab teha järgmise valemi abil: (aastad).

Astronoomiliste ja kronoloogiliste arvutuste hõlbustamiseks on J. Scaligeri pakutud kronoloogiat kasutatud alates 16. sajandi lõpust. Juliuse periood(J.D.). Pidevat päevade lugemist on tehtud alates 1. jaanuarist 4713 eKr.

Nagu eelmistes tundides, tuleks õpilastel juhendada tabelit ise täitma. 6 infot tunnis uuritud kosmiliste ja taevanähtuste kohta. Selleks ei eraldata rohkem kui 3 minutit, seejärel kontrollib ja parandab õpetaja õpilaste tööd. Tabelit 6 täiendatakse teabega:

Materjali koondatakse probleemide lahendamisel:

Harjutus 4:

1. 1. jaanuaril näitab päikesekell kella 10 hommikul. Mis kellaaega su kell praegu näitab?

2. Määrake täpse kella ja sidereaalajal töötava kronomeetri näitude erinevus 1 aasta pärast nende samaaegset käivitamist.

3. Määrake kuuvarjutuse täieliku faasi alguse hetked 4. aprillil 1996 Tšeljabinskis ja Novosibirskis, kui universaalaja järgi toimus nähtus kell 23 h 36 m.

4. Tehke kindlaks, kas Vladivostokis on võimalik jälgida Jupiteri varjutust (okultatsiooni) Kuu juures, kui see toimub kell 1 h 50 m universaalse aja järgi ja Kuu loojub Vladivostokis kell 0 h 30 m kohaliku suve aja järgi.

5. Mitu päeva kestis 1918. aasta RSFSR-is?

6. Kui palju saab veebruaris olla kõige rohkem pühapäevi?

7. Mitu korda aastas Päike tõuseb?

8. Miks on Kuu alati sama küljega Maa poole?

9. Laeva kapten mõõtis 22. detsembri tõelisel keskpäeval Päikese seniidi kauguse ja leidis, et see on 66º 33". Greenwichi aja järgi jooksev kronomeeter näitas vaatlushetkel 11:54. Määrake Päikese koordinaadid. laev ja selle asukoht maailmakaardil.

10. Millised on selle koha geograafilised koordinaadid, kus Põhjatähe kõrgus on 64º 12" ja tähe a Lyrae kulminatsioon toimub 4 tundi 18 m hiljem kui Greenwichi observatooriumis?

11. Määrake tähe ülemise kulminatsiooni koha geograafilised koordinaadid a - - didaktika - testid - ülesanne

Täpse kellaaja määramine, salvestamine ja raadio teel kogu elanikkonnale edastamine on paljudes riikides eksisteeriva täpse ajateenistuse ülesanne.

Täpseid ajasignaale raadio teel võtavad vastu mere- ja õhuväe navigaatorid ning paljud teadus- ja tööstusorganisatsioonid, kes peavad teadma täpset aega. Täpse aja teadmine on vajalik eelkõige geograafilise asukoha määramiseks

nende pikkuskraadid maapinna erinevates punktides.

Aja lugemine. Geograafilise pikkuskraadi määramine. Kalender

NSV Liidu füüsilise geograafia käigust teate kohaliku, tsooni ja sünnitusaja mõisteid ning ka seda, et kahe punkti geograafilise pikkuskraadi erinevuse määrab nende punktide kohaliku aja erinevus. See probleem lahendatakse astronoomiliste meetoditega, kasutades tähevaatlusi. Üksikute punktide täpsete koordinaatide määramise põhjal kaardistatakse maa pind.

Suurte ajavahemike lugemiseks on inimesed iidsetest aegadest saati kasutanud kas kuukuu või päikeseaasta kestust, s.o. Päikese pöörde kestus piki ekliptikat. Aasta määrab hooajaliste muutuste sageduse. Päikeseaasta kestab 365 päikesepäeva, 5 tundi 48 minutit 46 sekundit. See on praktiliselt ebaproportsionaalne päeva ja kuu kuu pikkusega - kuufaaside muutumise perioodiga (umbes 29,5 päeva). See on lihtsa ja mugava kalendri loomise raskus. Inimkonna sajanditepikkuse ajaloo jooksul on loodud ja kasutatud palju erinevaid kalendrisüsteeme. Kuid need kõik võib jagada kolme tüüpi: päikese-, kuu- ja kuupäikeseenergia. Lõunapoolsed pastoraalsed rahvad kasutasid tavaliselt kuukuud. 12 kuukuust koosnev aasta sisaldas 355 päikesepäeva. Kuu ja Päikese ajaarvestuse kooskõlastamiseks oli vaja aastasse määrata kas 12 või 13 kuud ning lisada aastasse lisapäevi. Vana-Egiptuses kasutusel olnud päikesekalender oli lihtsam ja mugavam. Praegu on enamikus maailma riikides kasutusele võetud ka päikesekalender, kuid täiustatud kalendri nimega Gregoriuse kalender, millest räägitakse allpool.

Kalendri koostamisel tuleb arvestada, et kalendriaasta kestus oleks võimalikult lähedane Päikese ekliptika tiirlemise kestusele ning kalendriaastas peaks olema täisarv päikesepäevi, kuna ebamugav on aastat alustada erinevatel kellaaegadel.

Neid tingimusi täitis Aleksandria astronoomi Sosigenese välja töötatud kalender, mis võeti kasutusele aastal 46 eKr. Roomas Julius Caesari poolt. Hiljem, nagu teate füüsilise geograafia kursusest, sai see nime Julian või vana stiil. Selles kalendris loetakse aastaid kolm korda järjest 365 päeva ja nimetatakse lihtsaks, neile järgnev aasta on 366 päeva. Seda nimetatakse liigaaastaks. Liigaaastad Juliuse kalendris on need aastad, mille arvud jaguvad 4-ga ilma jäägita.

Aasta keskmine pikkus selle kalendri järgi on 365 päeva 6 tundi, s.o. see on umbes 11 minutit pikem kui tegelik. Seetõttu jäi vana stiil tegelikust ajavoolust maha umbes 3 päeva iga 400 aasta kohta.

NSV Liidus 1918. aastal kasutusele võetud ja enamikus riikides veelgi varem kasutusele võetud Gregoriuse kalendris (uus stiil) kahe nulliga lõppevad aastad, välja arvatud 1600, 2000, 2400 jne. (st neid, mille sadade arv jagub 4-ga ilma jäägita) ei loeta liigapäevadeks. See parandab 3 päeva vea, mis koguneb 400 aasta jooksul. Seega osutub aasta keskmine pikkus uues stiilis väga lähedaseks Maa ümber Päikese pöörlemise perioodile.

20. sajandiks erinevus uue stiili ja vana (Julian) vahel ulatus 13 päevani. Kuna meie riigis võeti uus stiil kasutusele alles 1918. aastal, siis 1917. aastal 25. oktoobril (vana stiil) läbi viidud Oktoobrirevolutsiooni tähistatakse 7. novembril (uus stiil).

13 päeva vana ja uue stiili erinevus jääb 21. sajandisse ja 22. sajandisse. suureneb 14 päevani.

Uus stiil pole muidugi päris täpne, aga 1 päeva viga koguneb selle järgi alles 3300 aasta pärast.

Täpne aeg

Lühikeste ajavahemike mõõtmisel astronoomias on põhiühikuks päikesepäeva keskmine kestus, s.o. keskmine ajavahemik Päikese keskpunkti kahe ülemise (või alumise) kulminatsiooni vahel. Kasutada tuleb keskmist väärtust, sest päikesepaistelise päeva kestus on aasta lõikes veidi kõikuv. See on tingitud asjaolust, et Maa tiirleb ümber Päikese mitte ringis, vaid ellipsis ja selle liikumiskiirus muutub veidi. See põhjustab kergeid ebakorrapärasusi Päikese näivas liikumises piki ekliptikat aastaringselt.

Päikese keskpunkti ülemise kulminatsiooni hetke, nagu me juba ütlesime, nimetatakse tõeliseks keskpäevaks. Kuid kella kontrollimiseks, täpse aja määramiseks pole vaja sellele täpselt märkida Päikese kulminatsiooni hetke. Mugavam ja täpsem on tähistada tähtede kulminatsiooni hetki, kuna mis tahes tähe ja Päikese kulminatsiooni hetkede vahe on täpselt teada iga aja kohta. Seetõttu märgivad nad täpse aja määramiseks spetsiaalsete optiliste instrumentide abil tähtede kulminatsioonide hetked ja kontrollivad nende abil aega “salvetava” kella õigsust. Sel viisil määratud aeg oleks absoluutselt täpne, kui taeva vaadeldav pöörlemine toimuks rangelt konstantse nurkkiirusega. Selgus aga, et Maa pöörlemiskiirus ümber oma telje ja seega ka taevasfääri näiline pöörlemine kogeb ajas väga väikseid muutusi. Seetõttu kasutatakse täpse aja “säästmiseks” nüüd spetsiaalseid aatomkellasid, mille kulgu juhivad konstantse sagedusega aatomites esinevad võnkeprotsessid. Üksikute vaatluskeskuste kellasid kontrollitakse aatomi ajasignaalidega. Aatomkellade järgi määratud aja ja tähtede näilise liikumise võrdlemine võimaldab uurida Maa pöörlemise ebakorrapärasusi.

Täpse kellaaja määramine, salvestamine ja raadio teel kogu elanikkonnale edastamine on paljudes riikides eksisteeriva täpse ajateenistuse ülesanne.

Täpseid ajasignaale raadio teel võtavad vastu mere- ja õhuväe navigaatorid ning paljud teadus- ja tööstusorganisatsioonid, kes peavad teadma täpset aega. Täpse aja tundmine on vajalik eelkõige maapinna erinevate punktide geograafiliste pikkuskraadide määramiseks.

Aja lugemine. Geograafilise pikkuskraadi määramine. Kalender

NSV Liidu füüsilise geograafia käigust teate kohaliku, tsooni ja sünnitusaja mõisteid ning ka seda, et kahe punkti geograafilise pikkuskraadi erinevuse määrab nende punktide kohaliku aja erinevus. See probleem lahendatakse astronoomiliste meetoditega, kasutades tähevaatlusi. Üksikute punktide täpsete koordinaatide määramise põhjal kaardistatakse maa pind.

Suurte ajavahemike lugemiseks on inimesed iidsetest aegadest saati kasutanud kas kuukuu või päikeseaasta kestust, s.o. Päikese pöörde kestus piki ekliptikat. Aasta määrab hooajaliste muutuste sageduse. Päikeseaasta kestab 365 päikesepäeva, 5 tundi 48 minutit 46 sekundit. See on praktiliselt ebaproportsionaalne päeva ja kuu kuu pikkusega - kuufaaside muutumise perioodiga (umbes 29,5 päeva). See on lihtsa ja mugava kalendri loomise raskus. Inimkonna sajanditepikkuse ajaloo jooksul on loodud ja kasutatud palju erinevaid kalendrisüsteeme. Kuid need kõik võib jagada kolme tüüpi: päikese-, kuu- ja kuupäikeseenergia. Lõunapoolsed pastoraalsed rahvad kasutasid tavaliselt kuukuud. 12 kuukuust koosnev aasta sisaldas 355 päikesepäeva. Kuu ja Päikese ajaarvestuse kooskõlastamiseks oli vaja aastasse määrata kas 12 või 13 kuud ning lisada aastasse lisapäevi. Vana-Egiptuses kasutusel olnud päikesekalender oli lihtsam ja mugavam. Praegu on enamikus maailma riikides kasutusele võetud ka päikesekalender, kuid täiustatud kalender, mida nimetatakse Gregoriuse kalendriks, millest räägitakse allpool.

Kalendri koostamisel tuleb arvestada, et kalendriaasta kestus oleks võimalikult lähedane Päikese ekliptika tiirlemise kestusele ning kalendriaastas peaks olema täisarv päikesepäevi, kuna ebamugav on aastat alustada erinevatel kellaaegadel.

Neid tingimusi rahuldas kalender, mille töötas välja Aleksandria astronoom Sosigenes ja võeti kasutusele aastal 46 eKr. Roomas Julius Caesari poolt. Hiljem, nagu teate füüsilise geograafia kursusest, sai see nime Julian või vana stiil. Selles kalendris loetakse aastaid kolm korda järjest 365 päeva ja nimetatakse lihtsaks, neile järgnev aasta on 366 päeva. Seda nimetatakse liigaaastaks. Liigaaastad Juliuse kalendris on need aastad, mille arvud jaguvad 4-ga ilma jäägita.

Aasta keskmine pikkus selle kalendri järgi on 365 päeva 6 tundi, s.o. see on umbes 11 minutit pikem kui tegelik. Seetõttu jäi vana stiil tegelikust ajavoolust maha umbes 3 päeva iga 400 aasta kohta.

NSV Liidus 1918. aastal kasutusele võetud ja enamikus riikides veelgi varem kasutusele võetud Gregoriuse kalendris (uus stiil) kahe nulliga lõppevad aastad, välja arvatud 1600, 2000, 2400 jne. (st neid, mille sadade arv jagub 4-ga ilma jäägita) ei loeta liigapäevadeks. See parandab 3 päeva vea, mis koguneb 400 aasta jooksul. Seega osutub aasta keskmine pikkus uues stiilis väga lähedaseks Maa ümber Päikese pöörlemise perioodile.

20. sajandiks erinevus uue stiili ja vana (Julian) vahel ulatus 13 päevani. Kuna meie riigis võeti uus stiil kasutusele alles 1918. aastal, siis 1917. aastal 25. oktoobril (vana stiil) läbi viidud Oktoobrirevolutsiooni tähistatakse 7. novembril (uus stiil).

13 päeva vana ja uue stiili erinevus jääb 21. sajandisse ja 22. sajandisse. suureneb 14 päevani.

Uus stiil pole muidugi päris täpne, aga 1 päeva viga koguneb selle järgi alles 3300 aasta pärast.