Ukladanie a prenos astronómie presného času. Určenie presného času. Orloj s kvantovým generátorom

Na observatóriách sú prístroje, pomocou ktorých sa čas určuje najpresnejšie - kontrolujú hodinky. Čas je určený polohou, ktorú zaberajú svietidlá nad horizontom. Aby hodiny hvezdárne medzi večermi prebiehali čo najpresnejšie a najrovnomernejšie, keď ich kontrolujú polohy hviezd, sú hodiny umiestnené v hlbokých pivniciach. Takéto pivnice si udržujú stálu teplotu po celý rok. To je veľmi dôležité, pretože zmeny teploty ovplyvňujú hodiny.

Na prenos presných časových signálov prostredníctvom rádia má observatórium špeciálne komplexné hodinové, elektrické a rádiové vybavenie. Presné časové signály vysielané z Moskvy patria medzi najpresnejšie na svete. Stanovenie presného času hviezdami, ukladanie času pomocou presných hodín a jeho vysielanie rádiom - to všetko tvorí časovú službu.

KDE PRACUJÚ ASTRONÓMI

Astronómovia vykonávajú vedeckú prácu na observatóriách a astronomických ústavoch.

Posledne menovaní sa venujú najmä teoretickému výskumu.

Po Veľkej októbrovej socialistickej revolúcii u nás Inštitút teoretickej astronómie v Leningrade, pomenovaný Astronomický ústav. P.K. Sternberga v Moskve, astrofyzikálne observatóriá v Arménsku, Gruzínsku a rad ďalších astronomických inštitúcií.

Astronómovia sa pripravujú a pripravujú na univerzitách v odboroch mechanika a matematika alebo fyzika a matematika.

Hlavnou hvezdárňou u nás je Pulkovo. Postavili ho v roku 1839 neďaleko Petrohradu pod vedením najväčšieho ruského vedca. V mnohých krajinách je právom nazývané astronomickým hlavným mestom sveta.

Observatórium Simeiz na Kryme bolo po Veľkej vlasteneckej vojne úplne obnovené a neďaleko od neho bolo vybudované nové observatórium v ​​obci Partizanskoye pri Bakhchisarai, kde sa nachádza najväčší odrazový ďalekohľad v ZSSR so zrkadlom s priemerom 1 ¼ m. je teraz nainštalovaný a čoskoro reflektor so zrkadlom s priemerom 2,6 m - tretí najväčší na svete. Obidve observatóriá dnes tvoria jednu inštitúciu – Krymské astrofyzikálne observatórium Akadémie vied ZSSR. Astronomické observatóriá sú v Kazani, Taškente, Kyjeve, Charkove a na ďalších miestach.

Na všetkých observatóriách vykonávame vedeckú prácu podľa dohodnutého plánu. Úspechy astronomickej vedy v našej krajine pomáhajú širokým vrstvám pracujúcich ľudí rozvíjať správne, vedecké chápanie sveta okolo nás.

Mnoho astronomických observatórií existuje aj v iných krajinách. Z nich najznámejšie sú najstaršie existujúce - Paríž a Greenwich, z ktorých poludníka sa počítajú zemepisné dĺžky na zemeguli (toto observatórium bolo nedávno presunuté na nové miesto, ďalej od Londýna, kde je veľa rušení na nočné pozorovania oblohy). Najväčšie teleskopy na svete sú inštalované v Kalifornii na observatóriách Mount Palomar, Mount Wilson a Lick. Posledný z nich bol postavený na konci 19. storočia a prvé dva - už v 20. storočí.

Ak nájdete chybu, zvýraznite časť textu a kliknite Ctrl+Enter.

Získaním momentov v čase sa rieši len prvá úloha časovej služby. Ďalšou úlohou je uložiť presný čas v intervaloch medzi jeho astronomickými určovaniami. Tento problém je vyriešený pomocou orloja.

Pre dosiahnutie vysokej presnosti merania času sa pri výrobe orlojov zohľadňujú a pokiaľ je to možné eliminujú všetky zdroje chýb a vytvárajú sa čo najpriaznivejšie podmienky pre ich fungovanie.

Najdôležitejšou časťou hodín je kyvadlo. Pružiny a kolesá slúžia ako prevodový mechanizmus, šípky slúžia ako ukazovatele a kyvadlo meria čas. Preto sa v orloji snažia vytvárať čo najlepšie podmienky pre jeho fungovanie: udržiavať konštantnú teplotu v miestnosti, eliminovať otrasy, oslabovať odpor vzduchu a napokon čo najmenej mechanickú záťaž.

Pre zabezpečenie vysokej presnosti je orloj umiestnený v hlbokej pivnici, chránenej pred otrasmi, v miestnosti je celoročne udržiavaná stála teplota. Pre zníženie odporu vzduchu a elimináciu vplyvu zmien atmosférického tlaku je hodinové kyvadlo umiestnené v puzdre, v ktorom je mierne znížený tlak vzduchu (obr. 20).

Orloj s dvoma kyvadlami (Short's clock) má veľmi vysokú presnosť, z ktorých jedno - neslobodné, alebo "otrok" - je napojené na prevodové a indikačné mechanizmy a je samo riadené iným - voľným kyvadlom, nie sú spojené so žiadnymi kolesami alebo pružinami ( Obr. 21).

Voľné kyvadlo je umiestnené v hlbokom suteréne v kovovom puzdre. Toto puzdro vytvára znížený tlak. Spojenie medzi voľným a nevoľným kyvadlom sa uskutočňuje prostredníctvom dvoch malých elektromagnetov, v blízkosti ktorých sa kýva. Voľné kyvadlo ovláda „otrocké“ kyvadlo a núti ho kývať sa v súlade so sebou samým.

Je možné dosiahnuť veľmi malú chybu v odčítaní hodín, ale nedá sa úplne odstrániť. Ak však hodiny nebežia správne, ale je vopred známe, že sa ponáhľajú alebo zaostávajú o určitý počet sekúnd za deň, potom nie je ťažké vypočítať presný čas pomocou takýchto nesprávnych hodín. Na to stačí vedieť, ako rýchlo sú hodiny, t.j. koľko sekúnd za deň sú rýchle alebo pozadu. V priebehu mesiacov a rokov sa pre danú inštanciu orloja zostavujú korekčné tabuľky. Ručičky orloja takmer nikdy neukazujú čas presne, ale pomocou korekčných tabuliek je celkom možné získať časové pečiatky s presnosťou na tisíciny sekundy.

Bohužiaľ, frekvencia hodín nezostáva konštantná. Pri zmene vonkajších podmienok - izbovej teploty a tlaku vzduchu - v dôsledku vždy existujúcej nepresnosti pri výrobe dielov a činnosti jednotlivých dielov môžu tie isté hodiny časom meniť svoj chod. Zmena, alebo variácia v priebehu hodiniek je hlavným ukazovateľom kvality ich práce. Čím menšie kolísanie frekvencie hodín, tým lepšie sú hodiny.

Dobrý orloj môže byť teda príliš rýchly a príliš pomalý, môže predbiehať alebo zaostávať aj o desatiny sekundy za deň, a predsa s jeho pomocou dokáže spoľahlivo udržiavať čas a získavať pomerne presné údaje, ak len povaha jeho správania je konštantná, t.j. denné kolísanie kurzu je malé.

V Shortovom kyvadlovom orloji je denná odchýlka rýchlosti 0,001-0,003 s. Takáto vysoká presnosť zostala dlho neprekonaná V päťdesiatych rokoch nášho storočia inžinier F. M. Fedchenko zdokonalil zavesenie kyvadla a zlepšil jeho tepelnú kompenzáciu. To mu umožnilo navrhnúť hodinky, v ktorých bola denná odchýlka rýchlosti znížená na 0,0002-0,0003 sekundy.

V posledných rokoch sa dizajnu orlojov nechopili mechanici, ale elektrikári a rádiotechnici. Vyrobili hodiny, v ktorých sa namiesto kmitov kyvadla používali na udržanie času elastické vibrácie kryštálu kremeňa.

Doska vhodne vybrúsená z kryštálu kremeňa má zaujímavé vlastnosti. Ak je takáto platňa, nazývaná piezoquartz, stlačená alebo ohnutá, potom sa na jej protiľahlých povrchoch objavia elektrické náboje rôznych znakov. Ak sa na protiľahlé povrchy piezokryštálovej platne privádza striedavý elektrický prúd, piezokremeň kmitá. Čím nižšie je tlmenie oscilačného zariadenia, tým je frekvencia oscilácií konštantnejšia. Piezoquartz má v tomto smere mimoriadne dobré vlastnosti, pretože tlmenie jeho vibrácií je veľmi malé. Toto je široko používané v rádiovom inžinierstve na udržanie konštantnej frekvencie rádiových vysielačov. Rovnaká vlastnosť piezoquartzu - vysoká stálosť frekvencie kmitov - umožnila zostrojiť veľmi presné kremenné astronomické hodiny.

Kremenné hodinky (obr. 22) pozostávajú z rádiového oscilátora stabilizovaného piezoelektrickým kremeňom, frekvenčných deliacich kaskád, synchrónneho elektromotora a číselníka so šípkami ukazovateľa.

Rádiový generátor vyrába vysokofrekvenčný striedavý prúd a piezoelektrický kremeň udržuje konštantnú frekvenciu svojich kmitov s veľkou presnosťou. V kaskádach s frekvenčným delením sa frekvencia striedavého prúdu znižuje z niekoľkých stoviek tisíc na niekoľko stoviek vibrácií za sekundu. Synchrónny elektromotor pracujúci na nízkofrekvenčnom striedavom prúde otáča šípkami ukazovateľa, zatvára relé, ktoré dodávajú časové signály atď.

Rýchlosť otáčania synchrónneho elektromotora závisí od frekvencie striedavého prúdu, ktorým je napájaný. V quartzových hodinkách je teda rýchlosť otáčania ručičiek ukazovateľa v konečnom dôsledku určená frekvenciou oscilácií piezoquartzu. Vysoká stálosť oscilačnej frekvencie kremennej platne zaisťuje rovnomerný pohyb a vysokú presnosť odčítania kremenných orlojov.

V súčasnosti sa quartzové hodinky rôznych typov a účelov vyrábajú s denným kolísaním rýchlosti nepresahujúcej stotiny a dokonca tisíciny sekundy.

Prvé návrhy quartzových hodiniek boli dosť objemné. Vlastná frekvencia kmitania kremennej platne je totiž pomerne vysoká a na počítanie sekúnd a minút je potrebné ju znížiť pomocou série frekvenčných deliacich kaskád. Medzitým elektrónkové rádiové zariadenia, ktoré sa na to používajú, zaberajú veľa miesta. V posledných desaťročiach sa polovodičová rádiová technológia rýchlo rozvíjala a na jej základe boli vyvinuté miniatúrne a mikrominiatúrne rádiové zariadenia. To umožnilo postaviť malé prenosné quartzové hodinky pre námornú a leteckú navigáciu, ako aj pre rôzne expedičné práce. Tieto prenosné quartzové chronometre nie sú väčšie čo do veľkosti a hmotnosti ako bežné mechanické chronometre.

Ak však mechanický námorný chronometer druhej triedy má dennú chybu rýchlosti najviac ± 0,4 sekundy a prvej triedy - nie viac než ± 0,2 sekundy, potom moderné kremenné prenosné chronometre majú dennú nestabilitu rýchlosti ± 0,1 ; ±0,01 a dokonca ±0,001 sek.

Napríklad chronotóm vyrobený vo Švajčiarsku má rozmery 245X137X100 mm a nestabilita jeho pohybu za deň nepresahuje ±0,02 sek. Stacionárny kremenný chronometer "Izotom" má dlhodobú relatívnu nestabilitu nie viac ako 10-8, t.j. denná odchýlka odchýlky je asi ±0,001 s.

Quartzové hodinky však nie sú bez vážnych nedostatkov, ktorých prítomnosť je nevyhnutná pre vysoko presné astronomické merania. Hlavnými nevýhodami kremenných orlojov je závislosť frekvencie kremenných oscilácií od teploty okolia a „starnutie kremeňa“, t.j. zmena frekvencie jeho oscilácií v čase. Prvý nedostatok bol prekonaný starostlivým termostatovaním časti hodiniek, v ktorej sa nachádza kremenná doštička. Starnutie kremeňa, ktoré vedie k pomalému driftu hodiniek, sa zatiaľ nepodarilo odstrániť.

"Molekulové hodiny"

Je možné vytvoriť zariadenie na meranie časových intervalov, ktoré by malo vyššiu presnosť ako kyvadlové a kremenné orloje?

Pri hľadaní vhodných metód na to sa vedci obrátili na systémy, v ktorých sa vyskytujú molekulárne vibrácie. Tento výber, samozrejme, nebol náhodný a bol to práve on, kto predurčil ďalšie úspechy. „Molekulové hodiny“ najskôr umožnili zvýšiť presnosť merania času tisíckrát a dokonca stotisíckrát. Cesta od molekuly k ukazovateľu času sa však ukázala ako zložitá a veľmi náročná.

Prečo nebolo možné zlepšiť presnosť kyvadlových a kremenných orlojov? V čom boli molekuly pri meraní času lepšie ako kyvadla a kremenné platne? Aké sú princípy fungovania a štruktúra molekulárnych hodín?

Pripomeňme, že akékoľvek hodiny pozostávajú z bloku, v ktorom dochádza k periodickým osciláciám, počítacieho mechanizmu na počítanie ich počtu a zariadenia, v ktorom je uložená energia potrebná na ich udržanie. Presnosť údajov z hodiniek je však väčšinou závisí od stability prevádzky tohto prvku, ktorý meria čas.

Pre zvýšenie presnosti kyvadlových orlojov je ich kyvadlo vyrobené zo špeciálnej zliatiny s minimálnym koeficientom tepelnej rozťažnosti, umiestnené v termostate, špeciálne zavesené, umiestnené v nádobe, z ktorej sa odčerpáva vzduch a pod. Ako je známe, všetky tieto opatrenia umožnili znížiť odchýlky v pohybe astronomických kyvadlových hodín až na tisíciny sekundy za deň. Postupné opotrebovanie pohyblivých a trecích častí, pomalé a nezvratné zmeny konštrukčných materiálov, vo všeobecnosti „starnutie“ takýchto hodiniek však neumožňovalo ďalšie zlepšovanie ich presnosti.

V astronomických kremenných hodinách sa čas meria pomocou oscilátora stabilizovaného kremeňom a presnosť odčítania týchto hodín je určená stálosťou frekvencie kmitov kremennej platne. V priebehu času dochádza k nezvratným zmenám v kremennej doske a elektrických kontaktoch s ňou spojených. Tento hlavný prvok kremenných hodiniek teda „starne“. V tomto prípade sa frekvencia kmitov kremennej dosky mierne mení. To je dôvodom nestability takýchto hodín a obmedzuje ďalšie zvyšovanie ich presnosti.

Molekulové hodiny sú navrhnuté tak, že ich hodnoty sú v konečnom dôsledku určené frekvenciou elektromagnetických vibrácií absorbovaných a emitovaných molekulami. Medzitým atómy a molekuly absorbujú a vyžarujú energiu len prerušovane, len v určitých častiach, nazývaných energetické kvantá. Tieto procesy sú v súčasnosti reprezentované nasledovne: keď je atóm v normálnom (neexcitovanom) stave, jeho elektróny zaberajú nižšie energetické hladiny a sú v najbližšej vzdialenosti od jadra. Ak atómy absorbujú energiu, napríklad svetlo, ich elektróny preskočia do nových pozícií a nachádzajú sa o niečo ďalej od ich jadier.

Energiu atómu zodpovedajúcu najnižšej polohe elektrónu označme E a energiu zodpovedajúcu jeho ďalšiemu umiestneniu od jadra E 2 . Keď sa atómy, vyžarujúce elektromagnetické vibrácie (napríklad svetlo), pohybujú z excitovaného stavu s energiou E 2 do nevybudeného stavu s energiou E 1, potom sa emitovaná časť elektromagnetickej energie rovná ε = E 2 -E 1. Je ľahké vidieť, že vyššie uvedený vzťah nie je ničím iným ako jedným z vyjadrení zákona zachovania energie.

Medzitým je známe, že energia svetelného kvanta je úmerná jeho frekvencii: ε = hv, kde ε je energia elektromagnetických oscilácií, v je ich frekvencia, h = 6,62*10-27 erg*sec je Planckova konštanta. Z týchto dvoch vzťahov nie je ťažké nájsť frekvenciu v svetla vyžarovaného atómom. Je zrejmé, že v = (E 2 - E 1)/h sek -1

Každý atóm daného typu (napríklad vodík, kyslík atď.) má svoje vlastné energetické hladiny. Preto každý excitovaný atóm pri prechode do nižších stavov vyžaruje elektromagnetické vibrácie s veľmi špecifickou sadou frekvencií, t.j. dáva žiaru charakteristickú len pre neho. S molekulami je situácia úplne rovnaká, len s tým rozdielom, že majú množstvo dodatočných energetických hladín spojených s odlišným usporiadaním častíc, ktoré ich tvoria a s ich vzájomným pohybom,

Atómy a molekuly sú teda schopné absorbovať a vyžarovať elektromagnetické vibrácie len s obmedzenou frekvenciou. Stabilita, s ktorou to jadrové systémy robia, je extrémne vysoká. Je to miliardy krát vyššia ako stabilita akýchkoľvek makroskopických zariadení, ktoré vnímajú alebo vyžarujú určité typy vibrácií, napríklad struny, ladičky, mikrofóny atď. , meracie prístroje a pod., sily zabezpečujúce ich stabilitu sú vo väčšine prípadov len niekoľko desiatok alebo stokrát väčšie ako vonkajšie sily. Preto sa časom a zmenou vonkajších podmienok vlastnosti takýchto zariadení trochu menia. Preto musia hudobníci tak často ladiť svoje husle a klavíry. Naopak, v mikrosystémoch, napríklad atómoch a molekulách, pôsobia medzi časticami, ktoré ich tvoria, také silné sily, že bežné vonkajšie vplyvy sú oveľa menšie. Bežné zmeny vonkajších podmienok – teploty, tlaku a pod. – preto nespôsobujú vo vnútri týchto mikrosystémov žiadne badateľné zmeny.

To vysvetľuje takú vysokú presnosť spektrálnej analýzy a mnohých ďalších metód a nástrojov založených na použití atómových a molekulárnych vibrácií. To je dôvod, prečo je použitie týchto kvantových systémov ako hlavného prvku v astronomických hodinách také atraktívne. Koniec koncov, takéto mikrosystémy nemenia svoje vlastnosti v priebehu času, to znamená, že „nestarnú“.

Keď inžinieri začali konštruovať molekulárne hodiny, metódy na vzrušujúce atómové a molekulárne vibrácie už boli dobre známe. Jedným z nich je, že na nádobu naplnenú konkrétnym plynom sa aplikujú vysokofrekvenčné elektromagnetické oscilácie. Ak frekvencia týchto kmitov zodpovedá excitačnej energii týchto častíc, dochádza k rezonančnej absorpcii elektromagnetickej energie. Po určitom čase (menej ako milióntina sekundy) excitované častice (atómy a molekuly) spontánne prechádzajú z excitovaného stavu do normálneho stavu a zároveň emitujú kvantá elektromagnetickej energie.

Zdalo by sa, že ďalším krokom pri konštrukcii takýchto hodín by malo byť spočítanie počtu týchto kmitov, keďže v kyvadlových hodinách sa počíta počet výkyvov kyvadla. Takáto priama „čelná“ cesta sa však ukázala byť príliš ťažká. Faktom je, že frekvencia elektromagnetických vibrácií emitovaných molekulami je veľmi vysoká. Napríklad v molekule amoniaku pre jeden z hlavných prechodov je to 23 870 129 000 periód za sekundu. Frekvencia elektromagnetických vibrácií vyžarovaných rôznymi atómami môže byť rovnakého rádu alebo dokonca vyššia. Na počítanie počtu takýchto vysokofrekvenčných kmitov nie je vhodné žiadne mechanické zariadenie. Navyše sa na to ukázali ako nevhodné aj bežné elektronické zariadenia.

Cesta z tohto problému bola nájdená pomocou dômyselného riešenia. Plynný amoniak sa umiestnil do dlhej kovovej trubice (vlnovod). Pre ľahkú manipuláciu je táto trubica stočená. Na jeden koniec tejto trubice boli z generátora privádzané vysokofrekvenčné elektromagnetické oscilácie a na druhom konci bolo nainštalované zariadenie, ktoré meralo ich intenzitu. Generátor umožňoval v rámci určitých limitov meniť frekvenciu elektromagnetických kmitov, ktoré excitoval.

Na prechod molekúl amoniaku z neexcitovaného do excitovaného stavu je potrebná presne definovaná energia, a teda aj presne definovaná frekvencia elektromagnetických kmitov (ε = hv, kde ε je kvantová energia, v je frekvencia elektromagnetické kmity, h je Planckova konštanta). Pokiaľ je frekvencia elektromagnetických kmitov generovaných generátorom väčšia alebo menšia ako táto rezonančná frekvencia, molekuly amoniaku neabsorbujú energiu. Keď sa tieto frekvencie zhodujú, značný počet molekúl amoniaku absorbuje elektromagnetickú energiu a vstúpi do excitovaného stavu. Samozrejme, v tomto prípade (vzhľadom na zákon zachovania energie) na konci vlnovodu, kde je inštalované meracie zariadenie, sa intenzita elektromagnetických kmitov ukazuje ako menšia. Ak plynule zmeníte frekvenciu generátora a zaznamenáte hodnoty meracieho zariadenia, pri rezonančnej frekvencii sa zistí pokles intenzity elektromagnetických oscilácií.

Ďalším krokom pri konštrukcii molekulárnych hodín je práve využitie tohto efektu. Na tento účel bolo zostavené špeciálne zariadenie (obr. 23). V ňom vysokofrekvenčný generátor vybavený napájacím zdrojom vytvára vysokofrekvenčné elektromagnetické oscilácie. Na zvýšenie stálosti frekvencie týchto kmitov je generátor stabilizovaný. pomocou piezoquartzu. V existujúcich zariadeniach tohto typu je frekvencia oscilácií vysokofrekvenčného generátora zvolená rovnajúcu sa niekoľkým stovkám tisíc cyklov za sekundu v súlade s vlastnou frekvenciou oscilácií kremenných dosiek, ktoré sa v nich používajú.

Ryža. 23. Schéma „molekulárnych hodín“

Keďže táto frekvencia je príliš vysoká na priame ovládanie akéhokoľvek mechanického zariadenia, pomocou jednotky frekvenčného delenia sa zníži na niekoľko stoviek kmitov za sekundu a až potom sa privedie do signálnych relé a synchrónneho elektromotora, ktorý otáča šípkami ukazovateľa. umiestnený na ciferníku hodiniek. Táto časť molekulárnych hodín teda opakuje dizajn predtým popísaných kremenných hodín.

Na vybudenie molekúl amoniaku sa časť elektromagnetických kmitov generovaných vysokofrekvenčným generátorom privádza do násobiteľa frekvencie striedavého prúdu (pozri obr. 23). Frekvenčný multiplikačný faktor v ňom je zvolený tak, aby ho priviedol do rezonancie. Z výstupu frekvenčného multiplikátora sú elektromagnetické kmity privádzané do vlnovodu s plynným amoniakom. Zariadenie umiestnené na výstupe vlnovodu, diskriminátor, zaznamenáva intenzitu elektromagnetických kmitov prechádzajúcich vlnovodom a pôsobí na vysokofrekvenčný generátor, pričom mení frekvenciu kmitov, ktoré budí. Diskriminátor je navrhnutý tak, že keď sa na vstup vlnovodu dostanú kmity s frekvenciou pod rezonančnou frekvenciou, upraví generátor a zvýši frekvenciu jeho kmitov. Ak vstup vlnovodu prijíma oscilácie s frekvenciou vyššou ako rezonančná, potom znižuje frekvenciu generátora. V tomto prípade je ladenie na rezonanciu presnejšie, čím je krivka absorpcie strmšia. Preto je žiaduce, aby pokles intenzity elektromagnetických kmitov v dôsledku rezonančnej absorpcie ich energie molekulami bol čo najužší a najhlbší.

Všetky tieto vzájomne prepojené zariadenia - generátor, multiplikátor, vlnovod s plynným amoniakom a diskriminátor - predstavujú spätnoväzbový obvod, v ktorom sú molekuly amoniaku excitované generátorom a zároveň ho riadia, čím spôsobujú, že produkuje oscilácie požadovanej frekvencie. . Molekulové hodiny teda v konečnom dôsledku využívajú molekuly amoniaku ako frekvenčný a časový štandard. V prvých molekulárnych amoniakových hodinách, ktoré na tomto princípe vyvinul G. Lyons v roku 1953, bola nestabilita asi 10 -7, t.j. zmena frekvencie nepresiahla desaťmilióntinu. Následne sa nestabilita znížila na 10 -8, čo zodpovedá chybe merania časových intervalov 1 sekunda počas niekoľkých rokov.

Vo všeobecnosti je to samozrejme vynikajúca presnosť. Ukázalo sa však, že v skonštruovanom zariadení sa absorpčná krivka elektromagnetickej energie ukázala byť zďaleka tak ostrá, ako sa očakávalo, ale skôr „vymazaná“. V súlade s tým sa presnosť celého zariadenia ukázala byť výrazne nižšia, ako sa očakávalo. Starostlivé štúdie týchto molekulárnych hodín uskutočnené v nasledujúcich rokoch odhalili, že ich hodnoty závisia do určitej miery od konštrukcie vlnovodu, ako aj od teploty a tlaku plynu v ňom. Zistilo sa, že tieto vplyvy sú zdrojom nestability pri prevádzke takýchto hodiniek a obmedzujú ich presnosť.

Následne sa tieto defekty v molekulárnych hodinách nepodarilo úplne odstrániť. Bolo však možné prísť s inými, pokročilejšími typmi kvantových meračov času.

Atómové céziové hodiny

Ďalšie zlepšenia frekvenčných a časových štandardov sa dosiahli na základe jasného pochopenia príčin nedostatkov molekulárnych hodín amoniaku. Pripomeňme, že hlavnými nevýhodami amoniakových molekulárnych hodín je určité „premazanie“ rezonančnej absorpčnej krivky a závislosť výkonu týchto hodín od teploty a tlaku plynu vo vlnovode.

Aké sú príčiny týchto porúch? Je možné ich eliminovať? Ukázalo sa, že k rozmazaniu rezonancie dochádza v dôsledku tepelného pohybu častíc plynu vypĺňajúcich vlnovod. Niektoré častice plynu sa totiž pohybujú smerom k elektromagnetickej vlne a preto je ich frekvencia kmitov o niečo vyššia ako udáva generátor. Iné častice plynu sa naopak pohybujú od prichádzajúcej elektromagnetickej vlny, akoby pred ňou utekali; pre nich je frekvencia elektromagnetických kmitov o niečo nižšia ako nominálna. Len pre relatívne veľmi malý počet stacionárnych častíc plynu sa frekvencia nimi vnímaných elektromagnetických kmitov rovná nominálnej, t.j. daný generátorom.

Opísaný jav je známy pozdĺžny Dopplerov jav. Práve to vedie k tomu, že rezonančná krivka je sploštená a rozmazaná a odhalí sa závislosť sily prúdu na výstupe vlnovodu od rýchlosti pohybu častíc plynu, t.j. na teplote plynu.

Skupine vedcov z American Bureau of Standards sa tieto ťažkosti podarilo prekonať. Avšak to, čo urobili, bol vo všeobecnosti nový a oveľa presnejší štandard frekvencie a času, hoci využíval niektoré už známe veci.

Toto zariadenie už nepoužíva molekuly, ale atómy. Tieto atómy jednoducho nenaplnia nádobu, ale pohybujú sa v lúči. Smer ich pohybu je navyše kolmý na smer šírenia elektromagnetickej vlny. Je ľahké pochopiť, že v tomto prípade neexistuje pozdĺžny Dopplerov efekt. Zariadenie využíva atómy cézia, ktorých excitácia nastáva pri frekvencii elektromagnetických kmitov rovnajúcej sa 9 192 631 831 periódam za sekundu.

Príslušné zariadenie je namontované v trubici, na ktorej jednom konci je elektrická pec 1, ktorá ohrieva kovové cézium, kým sa neodparí, a na druhom konci je detektor 6, ktorý počíta počet atómov cézia, ktoré dosiahli to (obr. 24). Medzi nimi sú: prvý magnet 2, vlnovod 3, ktorý dodáva vysokofrekvenčné elektromagnetické oscilácie, kolimátor 4 a druhý magnet 5. Pri zapnutí pece vnikajú do trubice cez štrbinu kovové pary a úzky lúč atómov cézia letí pozdĺž svojej osi, pričom sú vystavené magnetickým poliam vytvoreným permanentnými magnetmi a vysokofrekvenčnému elektromagnetickému poľu dodávanému pomocou vlnovodu z generátora do trubice tak, aby smer šírenia vĺn bol kolmý. do smeru letu častíc.

Takéto zariadenie nám umožňuje vyriešiť prvú časť problému: excitovať atómy, t. j. preniesť ich z jedného stavu do druhého a zároveň sa vyhnúť pozdĺžnemu Dopplerovmu efektu. Ak by sa výskumníci obmedzili len na toto vylepšenie, potom by sa presnosť zariadenia zvýšila, ale nie veľmi. V lúči atómov vyžarovanom z vyhrievaného zdroja sú totiž vždy nevybudené a excitované atómy. Keď teda atómy emitované zo zdroja preletia elektromagnetickým poľom a sú excitované, určitý počet excitovaných atómov sa pridá k už existujúcim excitovaným atómom. Preto zmena počtu excitovaných atómov nie je relatívne veľká a následne ani efekt pôsobenia elektromagnetických vĺn na zväzok častíc nie je veľmi prudký. Je jasné, že ak by najprv vôbec neboli žiadne excitované atómy a potom by sa objavili, potom by bol celkový efekt oveľa kontrastnejší.

Vzniká teda ďalšia úloha: v oblasti od zdroja po elektromagnetické pole prepustiť atómy, ktoré sú v normálnom stave, a odstrániť excitované. Na vyriešenie tohto problému nebolo potrebné vymýšľať nič nové, pretože už v štyridsiatych rokoch nášho storočia Rabbi a potom Ramsay vyvinuli zodpovedajúce metódy pre spektroskopické štúdie. Tieto metódy sú založené na skutočnosti, že všetky atómy a molekuly majú určité elektrické a magnetické vlastnosti a tieto vlastnosti sú rozdielne pre excitované a neexcitované častice. Preto sú v elektrických a magnetických poliach excitované a neexcitované atómy a molekuly odlišne vychyľované.

V popísaných céziových atómových hodinách bol na dráhe lúča častíc medzi zdrojom a vysokofrekvenčným elektromagnetickým poľom nainštalovaný permanentný magnet 2 (pozri obr. 24) tak, že nevybudené častice boli zaostrené na štrbinu kolimátora a excitované častice boli odstránené z lúča. Druhý magnet 5, stojaci medzi vysokofrekvenčným elektromagnetickým poľom a detektorom, bol naopak inštalovaný tak, že nevybudené častice boli z lúča odstránené a na detektor boli zaostrené iba excitované. Táto dvojitá separácia vedie k tomu, že k detektoru sa dostanú len tie častice, ktoré pred vstupom do elektromagnetického poľa neboli excitované, a potom sa v tomto poli excitovali. V tomto prípade sa závislosť hodnôt detektora od frekvencie elektromagnetických kmitov ukazuje ako veľmi ostrá, a preto sa krivka rezonančnej absorpcie elektromagnetickej energie ukazuje ako veľmi úzka a strmá.

V dôsledku popísaných opatrení sa ukázalo, že hlavný blok céziových atómových hodín dokáže reagovať aj na veľmi malé rozladenie vysokofrekvenčného oscilátora a tým sa dosiahla veľmi vysoká presnosť stabilizácie.

Zvyšok zariadenia vo všeobecnosti opakuje schematický diagram molekulárnych hodín: vysokofrekvenčný generátor riadi elektrické hodiny a súčasne excituje častice prostredníctvom frekvenčných multiplikačných obvodov. Diskriminátor pripojený k céziovej elektrónke a vysokofrekvenčnému generátoru reaguje na činnosť elektrónky a nastavuje generátor tak, aby frekvencia kmitov, ktoré vytvára, sa zhodovala s frekvenciou, ktorou sú častice excitované.

Celé toto zariadenie sa nazýva céziové atómové hodiny.

V prvých modeloch céziových hodín (napríklad céziových hodín Národného fyzikálneho laboratória Anglicka) bola nestabilita len 1 -9 . V zariadeniach tohto typu, vyvinutých a vyrobených v posledných rokoch, sa nestabilita znížila na 10 -12 -10 -13.

Už skôr bolo povedané, že aj tie najlepšie mechanické orloje v dôsledku opotrebovania svojich častí časom trochu menia svoj chod. Dokonca ani kremenné orloje nie sú bez tejto nevýhody, pretože v dôsledku starnutia kremeňa sa ich hodnoty pomaly posúvajú. V céziových atómových hodinách nebol zistený žiadny frekvenčný posun.

Pri vzájomnom porovnaní rôznych kópií týchto hodín bola zhoda vo frekvencii ich kmitov v rozmedzí ±3 * 10 -12, čo zodpovedá chybe iba 1 sekundy za 10 000 rokov.

Toto zariadenie však nie je bez nevýhod: skreslenie tvaru elektromagnetického poľa a relatívne krátke trvanie jeho účinku na atómy limitu lúča ďalej zvyšuje presnosť merania časových intervalov pomocou takýchto systémov.

Orloj s kvantovým generátorom

Ďalší krok k zvýšeniu presnosti merania časových intervalov bol urobený pomocou molekulárne generátory- zariadenia, v ktorých sa používa emisie elektromagnetických vĺn molekulami.

Tento objav bol nečakaný a prirodzený. Nečakané – pretože sa zdalo, že možnosti starých metód sa vyčerpali, ale iné neboli. Prirodzené – pretože množstvo známych efektov už tvorilo takmer všetky časti novej metódy a ostávalo už len tieto časti správne skombinovať. Nová kombinácia známych vecí je však podstatou mnohých objavov. Vymyslieť to chce vždy veľa odvahy. Docela často, keď sa to stane, všetko sa zdá byť veľmi jednoduché.

Prístroje, ktoré využívajú molekulárne žiarenie na získanie frekvenčného štandardu, sa nazývajú masery; toto slovo je utvorené zo začiatočných písmen výrazu: mikrovlnné zosilnenie stimulovanou emisiou žiarenia, teda zosilnenie rádiových vĺn v centimetrovom rozsahu pomocou indukovaného žiarenia. V súčasnosti sa zariadenia tohto typu najčastejšie nazývajú kvantové zosilňovače alebo kvantové generátory.

Čo pripravilo objav kvantového generátora? Aké sú jeho princípy fungovania a štruktúra?

Vedci vedeli, že keď sa excitované molekuly, ako napríklad molekuly amoniaku, pohybujú na nižšie energetické hladiny a vyžarujú elektromagnetické žiarenie, prirodzená šírka týchto emisných čiar je extrémne malá, v každom prípade mnohonásobne menšia ako šírka absorpčnej čiary používanej v molekulárnych hodinách. Medzitým pri porovnaní frekvencie dvoch kmitov závisí ostrosť rezonančnej krivky od šírky spektrálnych čiar a dosiahnuteľná presnosť stabilizácie závisí od ostrosti rezonančnej krivky.

Je zrejmé, že výskumníkov mimoriadne zaujímala možnosť dosiahnutia vyššej presnosti merania časových intervalov využitím nielen absorpcie, ale aj emisie elektromagnetických vĺn molekulami. Zdalo by sa, že všetko pre to už existuje. Vo vlnovode molekulárnych hodín totiž excitované molekuly amoniaku spontánne vyžarujú svetlo, to znamená, že sa pohybujú na nižšie energetické hladiny a zároveň vyžarujú elektromagnetické žiarenie s frekvenciou 23 870 129 000 cyklov za sekundu. Šírka tejto spektrálnej emisnej čiary je skutočne veľmi malá. Okrem toho, keďže vlnovod molekulárnych hodín je naplnený elektromagnetickými osciláciami dodávanými z generátora a frekvencia týchto oscilácií sa rovná frekvencii energetických kvánt emitovaných molekulami amoniaku, potom vo vlnovode dochádza vyvolané emisia excitovaných molekúl amoniaku, ktorej pravdepodobnosť je oveľa väčšia ako spontánna emisia. Tento proces teda zvyšuje celkový počet radiačných udalostí.

Systém, akým je vlnovod molekulárnych hodín, sa však ukázal ako úplne nevhodný na pozorovanie a využitie molekulárneho žiarenia. V takomto vlnovode je skutočne oveľa viac neexcitovaných častíc amoniaku ako excitovaných, a aj keď vezmeme do úvahy indukované žiarenie, dochádza k absorpcii elektromagnetickej energie oveľa častejšie ako k emisiám. Okrem toho nie je jasné, ako izolovať kvantá energie emitované molekulami v takomto vlnovode, keď je rovnaký objem naplnený elektromagnetickým žiarením z generátora a toto žiarenie má rovnakú frekvenciu a oveľa vyššiu intenzitu.

Nie je pravda, že všetky procesy sú tak pomiešané, že sa na prvý pohľad zdá nemožné vybrať z nich ten správny? Avšak nie je. Je predsa známe, že excitované molekuly sa líšia svojimi elektrickými a magnetickými vlastnosťami od neexcitovaných, a to umožňuje ich oddelenie.

V rokoch 1954-1955 tento problém brilantne vyriešili N. G. Basov a A. M. Prokhorov v ZSSR a Gordon, Zeiger a Townes v USA *. Títo autori využili skutočnosť, že elektrický stav excitovaných a neexcitovaných molekúl amoniaku je trochu odlišný a pri prelete nerovnomerným elektrickým poľom sú inak vychyľované.

* (J. Singer, Mazery, IL, M., 1961; Basov N. G., Letokhov V. S., Optické frekvenčné štandardy, UFN, zv. 4, 1968.)

Pripomeňme, že medzi dvoma elektricky nabitými paralelnými doskami, napríklad doskami kondenzátora, sa vytvára rovnomerné elektrické pole; medzi nabitou doskou a bodom alebo dvoma nabitými bodmi - nehomogénne. Ak sú elektrické polia znázornené pomocou siločiar, potom homogénne polia sú znázornené čiarami rovnakej hustoty a nehomogénne polia sú znázornené čiarami nerovnakej hustoty, napríklad menej v rovine a väčšie na hrote, kde sa čiary zbiehajú. Spôsoby vytvárania nerovnomerných elektrických polí tej či onej formy sú už dlho známe.

Molekulárny generátor je kombináciou zdroja molekúl, elektrického separátora a rezonátora, zostavených v trubici, z ktorej sa odčerpáva vzduch. Pre hlboké chladenie je táto trubica umiestnená v tekutom dusíku. Tým je dosiahnutá vysoká stabilita celého zariadenia. Zdrojom častíc v molekulárnom generátore je fľaša s úzkym otvorom naplnená plynným amoniakom. Cez tento otvor vstupuje úzky lúč častíc do trubice s určitou rýchlosťou (obr. 25, a).

Lúč vždy obsahuje neexcitované a excitované molekuly amoniaku. Nevzrušených ľudí je však zvyčajne oveľa viac ako vzrušených. V trubici, v dráhe týchto častíc, sa nachádza elektricky nabitý kondenzátor pozostávajúci zo štyroch tyčí - takzvaný štvorpólový kondenzátor. Elektrické pole v ňom je nerovnomerné a má taký tvar (obr. 25, b), že pri jeho prechode sa nevybudené molekuly amoniaku rozptyľujú do strán a excitované sa vychyľujú k osi trubice a tým sústrediť sa. Preto v takomto kondenzátore dochádza k separácii častíc a na druhý koniec trubice sa dostanú iba excitované molekuly amoniaku.

Na tomto druhom konci trubice je nádoba určitej veľkosti a tvaru - takzvaný rezonátor. Keď sú v ňom excitované molekuly amoniaku, po krátkom čase spontánne prechádzajú z excitovaného stavu do neexcitovaného a súčasne vyžarujú elektromagnetické vlny určitej frekvencie. Hovorí sa, že tento proces spočíva v tom, že molekuly sú osvetlené. Týmto spôsobom je možné molekulárne žiarenie nielen získať, ale aj izolovať.

Uvažujme o ďalšom vývoji týchto myšlienok. Elektromagnetické žiarenie rezonančnej frekvencie, ktoré interaguje s nevybudenými molekulami, ich prenáša do excitovaného stavu. Rovnaké žiarenie, ktoré interaguje s excitovanými molekulami, ich prenáša do neexcitovaného stavu, čím stimuluje ich žiarenie. V závislosti od toho, ktoré molekuly sú väčšie, neexcitované alebo excitované, prevláda proces absorpcie alebo indukovanej emisie elektromagnetickej energie.

Vytvorením výraznej prevahy excitovaných molekúl amoniaku v určitom objeme, napríklad rezonátora, a zavedením elektromagnetických kmitov rezonančnej frekvencie do neho je možné ultravysokú frekvenciu zosilniť. Je zrejmé, že k tomuto zvýšeniu dochádza v dôsledku nepretržitého čerpania excitovaných molekúl amoniaku do rezonátora.

Úloha rezonátora nie je obmedzená na skutočnosť, že ide o nádobu, v ktorej dochádza k emisii excitovaných molekúl. Keďže elektromagnetické žiarenie rezonančnej frekvencie stimuluje žiarenie excitovaných molekúl, čím väčšia je hustota tohto žiarenia, tým je tento proces indukovaného žiarenia aktívnejší.

Voľbou rozmerov rezonátora v súlade s vlnovou dĺžkou týchto elektromagnetických kmitov je tak možné v ňom vytvárať podmienky pre vznik stojatého vlnenia (podobne ako pri výbere rozmerov organových píšťal pre výskyt stojatého vlnenia zodpovedajúceho elastického vlnenia zvukové vibrácie v nich). Vyhotovením stien rezonátora z vhodného materiálu je možné zabezpečiť, aby odrážali elektromagnetické kmity s najmenšou stratou. Obe tieto opatrenia umožňujú vytvoriť v rezonátore vysokú hustotu elektromagnetickej energie a tým zvýšiť účinnosť celého zariadenia ako celku.

Ak sú všetky ostatné veci rovnaké, čím vyššia je hustota toku excitovaných molekúl, tým väčší je zisk v tomto zariadení. Je pozoruhodné, že pri určitej dostatočne vysokej hustote toku excitovaných molekúl a vhodných parametroch rezonátora sa intenzita žiarenia molekúl stane dostatočne veľkou na pokrytie rôznych energetických strát a zosilňovač sa zmení na molekulárny generátor mikrovlnných kmitov - tzv. kvantový generátor. V tomto prípade už nie je potrebné dodávať vysokofrekvenčnú elektromagnetickú energiu do rezonátora. Proces indukovanej emisie niektorých excitovaných častíc je podporovaný emisiou iných. Navyše za vhodných podmienok sa proces generovania elektromagnetickej energie nezastaví ani vtedy, keď sa časť z nej odoberie nabok.

Kvantový generátor s veľmi vysokou stabilitou Vytvára vysokofrekvenčné elektromagnetické oscilácie presne definovanej frekvencie a možno ho použiť na meranie časových intervalov. Nie je potrebné, aby fungoval nepretržite. Stačí periodicky v určitých intervaloch porovnávať frekvenciu elektrického generátora orloja s týmto štandardom molekulovej frekvencie a v prípade potreby zaviesť korekciu.

Koncom päťdesiatych rokov bol zostrojený orloj s korekciou generátora molekulového amoniaku. Ich krátkodobá nestabilita nepresiahla 10 -12 za minútu a dlhodobá asi 10 -10 , čo zodpovedá skresleniu v počítaní časových intervalov len o 1 sekundu za niekoľko sto rokov.

Ďalšie zlepšenia frekvenčných a časových štandardov boli dosiahnuté na základe rovnakých myšlienok a použitia niektorých ďalších častíc, ako je tálium a vodík, ako pracovnej tekutiny. V tomto prípade sa ako sľubný ukázal najmä kvantový generátor pracujúci na zväzku atómov vodíka, ktorý vyvinuli a zostrojili začiatkom šesťdesiatych rokov Goldenberg, Klepner a Ramsey. Aj tento generátor pozostáva zo zdroja častíc, separátora a rezonátora namontovaného v trubici (obr. 26) ponorenej do vhodnej chladiacej kvapaliny. Zdroj vysiela lúč atómov vodíka. Tento lúč obsahuje neexcitované a excitované atómy vodíka a tých neexcitovaných je podstatne viac ako excitovaných.

Keďže excitované atómy vodíka sa líšia od neexcitovaných svojim magnetickým stavom (magnetickým momentom), pri ich separácii sa nepoužíva elektrické, ale magnetické pole vytvorené dvojicou magnetov. Významné vlastnosti má aj rezonátor vodíkového generátora. Vyrába sa vo forme banky z taveného kremeňa, ktorej vnútorné steny sú potiahnuté parafínom. Vďaka viacnásobným (asi 10 000) elastickým odrazom atómov vodíka od parafínovej vrstvy sa dĺžka letu častíc a tým aj doba ich zotrvania v rezonátore v porovnaní s molekulárnym generátorom tisíckrát predĺži. Týmto spôsobom je možné získať veľmi úzke spektrálne emisné čiary atómov vodíka a v porovnaní s molekulárnym generátorom tisíckrát znížiť nestabilitu celého zariadenia.

Moderné konštrukcie orlojov s vodíkovým kvantovým generátorom prekonali vo svojom výkone štandard céziového atómového lúča. Nebol u nich zistený žiadny systematický posun. Ich krátkodobá nestabilita je len 6 * 10 -14 za minútu a dlhodobá nestabilita je 2 * 10 -14 za deň, čo je desaťkrát menej ako pri céziovom štandarde. Reprodukovateľnosť odčítania hodín pomocou vodíkového kvantového generátora je ±5*10-13, zatiaľ čo pre céziový štandard je reprodukovateľnosť ±3*10-12. V dôsledku toho je v tomto ukazovateli generátor vodíka približne desaťkrát lepší. Pomocou vodíkového orloja je teda možné zabezpečiť presnosť merania času rádovo 1 sekunda v intervale asi stotisíc rokov.

Medzitým množstvo štúdií z posledných rokov ukázalo, že táto vysoká presnosť merania časových intervalov, dosiahnutá na báze generátorov atómových lúčov, ešte nie je limitná a možno ju zvýšiť.

Prevod presného času

Úloha časovej služby nie je obmedzená na príjem a ukladanie presného času. Jeho nemenej dôležitou súčasťou je organizácia prenosu presného času tak, aby sa táto presnosť nestratila.

Za starých čias sa časové signály prenášali pomocou mechanických, zvukových alebo svetelných zariadení. V Petrohrade presne napoludnie vystrelilo delo; Môžete tiež skontrolovať svoje hodinky oproti vežovým hodinám Inštitútu metrológie, ktoré sú teraz pomenované po D.I. V námorných prístavoch sa padajúca guľa používala ako časový signál. Z lodí umiestnených v prístave bolo vidieť, ako presne na poludnie lopta spadla z vrcholu špeciálneho sťažňa a spadla na nohu.

Pre normálny priebeh moderného intenzívneho života je veľmi dôležitou úlohou zabezpečiť presný čas pre železnice, pošty, telegrafy a veľké mestá. Tu sa nevyžaduje taká vysoká presnosť ako pri astronomických a zemepisných prácach, ale je potrebné, aby s presnosťou na minútu vo všetkých častiach mesta, vo všetkých častiach našej obrovskej krajiny ukazovali všetky hodiny rovnaký čas. Tento problém sa zvyčajne rieši pomocou elektrických hodín.

V hodinárskom priemysle železníc a komunikačných inštitúcií, v hodinárskom priemysle moderného mesta hrajú elektrické hodiny dôležitú úlohu. Ich zariadenie je veľmi jednoduché a napriek tomu s presnosťou jednej minúty ukazujú rovnaký čas vo všetkých bodoch mesta.

Elektrické hodiny sú primárne alebo sekundárne. Primárne elektrické hodiny majú kyvadlo, kolieska, únik a sú meračmi reálneho času. Sekundárne elektrické hodiny sú len ukazovatele: nemajú hodinový mechanizmus, ale len pomerne jednoduché zariadenie, ktoré hýbe ručičkami raz za minútu (obr. 27). Pri každom prerušení prúdu elektromagnet uvoľní kotvu a na kotve pripevnená „západka“ opretá o rohatku ju pootočí o jeden zub. Signály elektrického prúdu sa do sekundárnych hodín privádzajú buď z centrálnej jednotky, alebo z primárnych elektrických hodín. V posledných rokoch sa objavili hovoriace hodiny navrhnuté na princípe zvukového kina, ktoré nielen ukazujú, ale aj ukazujú čas.

Na prenos presný čas V súčasnosti slúžia najmä elektrické signály vysielané telefónom, telegrafom a rádiom. V priebehu posledných desaťročí sa technológia ich prenosu zdokonaľovala a patrične sa zvýšila aj presnosť. V roku 1904 Bigurdan vysielal rytmické časové signály z parížskeho observatória, ktoré prijímalo observatórium Montsouris s presnosťou 0,02-0,03 sekundy. V roku 1905 začalo Washingtonské námorné observatórium pravidelne vysielať časové signály, od roku 1908 sa začali vysielať rytmické časové signály z Eiffelovej veže a od roku 1912 z observatória v Greenwichi.

V súčasnosti sa prenos presných časových signálov vykonáva v mnohých krajinách. V ZSSR takéto vysielanie vykonáva Štátny astronomický ústav pomenovaný po ňom. P.K. Sternberg, ako aj rad ďalších organizácií. Zároveň sa na prenos údajov priemerného slnečného času rádiom používa množstvo rôznych programov. Napríklad vysielanie časového signálu sa vysiela na konci každej hodiny a pozostáva zo šiestich krátkych impulzov. Začiatok posledného z nich zodpovedá času konkrétnej hodiny a 00 minút 00 sekúnd. V námornej a leteckej navigácii sa používa program piatich sérií po 60 impulzov a troch sérií po šiestich krátkych signáloch, oddelených dlhšími signálmi. Okrem toho existuje množstvo špeciálnych programov s časovým signálom. Informácie o rôznych špeciálnych programoch časového signálu sú publikované v špeciálnych publikáciách.

Chyba pri prenose časových signálov pre vysielané programy je približne ±0,01 - 0,001 s a pre niektoré špeciálne programy ±10 -4 a dokonca ±10 -5 s. Preto boli teraz vyvinuté metódy a nástroje, ktoré umožňujú prijímať, ukladať a vysielať čas s veľmi vysokou presnosťou.

V poslednej dobe sa v oblasti ukladania a prenosu presného času implementujú výrazne nové nápady. Predpokladajme, že je potrebné, aby v mnohých bodoch akéhokoľvek územia nebola presnosť stojacich hodín horšia ako ±30 sekúnd za predpokladu, že všetky tieto hodiny sú v nepretržitej prevádzke počas celého roka. Takéto požiadavky platia napríklad pre mestské a železničné hodiny. Požiadavky nie sú veľmi prísne, ale na ich splnenie pomocou samostatných hodiniek je potrebné, aby denná frekvencia každých hodiniek bola lepšia ako ±0,1 s, a to si vyžaduje presné kremenné chronometre.

Medzitým, ak na vyriešenie tohto problému človek používa jednotný časový systém, pozostávajúce z primárnych hodín a veľkého počtu s nimi spojených sekundárnych hodín, potom by mali mať vysokú presnosť len tie primárne. V dôsledku toho, dokonca aj so zvýšenými nákladmi na primárne hodiny a zodpovedajúcimi nízkymi nákladmi na sekundárne hodiny, je možné zabezpečiť dobrú presnosť v celom systéme pri relatívne nízkych celkových nákladoch.

Samozrejme, musíte sa uistiť, že sekundárne hodiny samotné nezavádzajú chyby. Predtým opísané sekundárne hodiny s rohatkou a západkou, v ktorých sa ručička pohybuje na signál raz za minútu, niekedy nefungujú. Navyše, v priebehu času sa chyba v ich čítaní hromadí. Moderné sekundárne hodinky využívajú rôzne typy kontroly a korekcie hodnôt. Ešte väčšiu presnosť poskytujú sekundárne hodiny využívajúce priemyselný frekvenčný striedavý prúd (50 Hz), ktorého frekvencia je prísne stabilizovaná. Hlavnou časťou týchto hodín je synchrónny elektromotor poháňaný striedavým prúdom. V týchto hodinách je teda samotný striedavý prúd spojitým časovým signálom s periódou opakovania 0,02 sekundy.

V súčasnosti bola vytvorená celosvetová synchronizácia atómových hodín. Hlavné primárne hodiny tohto systému sa nachádzajú v Ríme, New York, USA a pozostávajú z troch atomichrónov (céziových atómových hodín), ktorých hodnoty sú spriemerované. To zaisťuje presnosť času rovnajúcu sa (1-3)*10-11. Tieto primárne hodiny sú pripojené k celosvetovej sieti sekundárnych hodín.

Test ukázal, že pri prenose presných časových signálov cez WHOAC zo štátu New York (USA) na ostrov Oahu (Havajské ostrovy), t.j. približne 30 000 km, bolo zabezpečené zosúladenie času s presnosťou 3 mikrosekúnd.

Vysoká presnosť ukladania a prenosu časových pečiatok, ktorá sa dnes dosahuje, umožňuje riešiť zložité a nové problémy navigácie v hlbokom vesmíre, ako aj staré, ale stále dôležité a zaujímavé otázky o pohybe zemskej kôry.

Kam smerujú kontinenty?

Teraz sa môžeme vrátiť k problému kontinentálneho pohybu opísaného v predchádzajúcej kapitole. Je to o to zaujímavejšie, že za polstoročie, ktoré uplynulo od objavenia sa Wegenerových diel až do našej doby, vedecké spory okolo týchto myšlienok ešte neutíchli. Napríklad W. Munk a G. MacDonald v roku 1960 napísali: „Niektoré Wegenerove údaje sú nespochybniteľné, ale väčšina jeho argumentov je úplne založená na svojvoľných predpokladoch.“ A ďalej: „K veľkým kontinentálnym posunom došlo pred vynálezom telegrafu, k stredným posunom pred vynálezom rádia a potom už neboli pozorované prakticky žiadne posuny.“

Tieto štipľavé poznámky nie sú neopodstatnené, aspoň v prvej časti. Vskutku, pozdĺžne merania, ktoré v istom čase vykonal Wegeper a jeho spolupracovníci na ich expedíciách do Grónska (pri jednej z nich Wegener tragicky zomrel), boli vykonané s presnosťou nedostatočnou na dôsledné riešenie danej úlohy. Zaznamenali to jeho súčasníci.

Jedným z najpresvedčenejších zástancov teórie kontinentálneho pohybu v jej modernej verzii je P. N. Kropotkin. V roku 1962 napísal: „Paleomagnetické a geologické údaje naznačujú, že počas druhohôr a kenozoika bolo leitmotívom pohybu zemskej kôry fragmentácia dvoch starovekých kontinentov – Laurázie a Gondwany a rozširovanie ich častí smerom k Tichému oceánu a do geosynklinálny pás Tethys. Pripomeňme, že Laurázia pokrývala Severnú Ameriku, Grónsko, Európu a celú severnú polovicu Ázie, Gondwana pokrývala južné kontinenty a Indiu. Oceán Tethys sa tiahol od Stredozemného mora cez Alpy, Kaukaz a Himaláje až po Indonéziu.

Ten istý autor ďalej napísal: „Jednota Gondwany bola teraz vysledovaná od prekambria po strednú kriedu a jej fragmentácia teraz vyzerá ako dlhý proces, ktorý sa začal v paleozoiku a dosiahol obzvlášť veľký rozsah od polovice kriedy. Odvtedy uplynulo 80 miliónov rokov a vzdialenosť medzi Afrikou a Južnou Amerikou sa zväčšovala rýchlosťou 6 cm za rok severnej." Po rekonštrukcii polohy kontinentov v minulosti pomocou paleomagnetických údajov dospel P. N. Kropotkin k záveru, že „v tom čase boli kontinenty skutočne spojené do bloku, ktorý sa podobal obrysom Wegenerovej primárnej kontinentálnej platformy“.

Súčet údajov získaných rôznymi metódami teda ukazuje, že súčasná poloha kontinentov a ich obrysy sa vytvorili v dávnej minulosti v dôsledku série porúch a výrazného pohybu kontinentálnych blokov.

Otázka moderného pohybu kontinentov je vyriešená na základe výsledkov longitudinálnych štúdií vykonaných s dostatočnou presnosťou. Čo v tomto prípade znamená dostatočná presnosť, možno vidieť zo skutočnosti, že napríklad v zemepisnej šírke Washington zmena zemepisnej dĺžky o jednu desaťtisícinu sekundy zodpovedá posunutiu o 0,3 cm od odhadovanej rýchlosti pohybu je asi 1 m za rok a služby moderného času už Keďže je možné určovať momenty v čase, ukladať a prenášať presný čas s presnosťou na tisíciny a desaťtisíciny sekundy, potom na získanie presvedčivých výsledkov stačí prenášať vykonávať príslušné merania v intervaloch niekoľkých rokov alebo niekoľkých desaťročí.

Za týmto účelom bola v roku 1926 vytvorená sieť 32 pozorovacích bodov a realizované astronomické pozdĺžne štúdie. V roku 1933 sa uskutočnili opakované astronomické longitudinálne štúdie a do prác bolo zapojených už 71 observatórií. Tieto merania, realizované na dobrej modernej úrovni, aj keď počas nie veľmi dlhého obdobia (7 rokov), ukázali najmä to, že Amerika sa nevzďaľuje od Európy o 1 m za rok, ako si myslel Wegener, ale približuje sa k nej rýchlosťou približne 60 cm za rok.

Pomocou veľmi presných pozdĺžnych meraní sa teda potvrdila prítomnosť moderného pohybu veľkých kontinentálnych blokov. Navyše sa podarilo zistiť, že jednotlivé časti týchto kontinentálnych blokov majú mierne odlišné pohyby.

Metodika na lekciu 5
"Čas a kalendár"

Účel lekcie: vytvoriť systém pojmov praktickej astrometrie o metódach a nástrojoch na meranie, počítanie a ukladanie času.

Učebné ciele:
Všeobecné vzdelanie: tvorba pojmov:

Praktická astrometria o: 1) astronomických metódach, prístrojoch a jednotkách merania, počítaní a ukladaní času, kalendároch a chronológii; 2) určenie geografických súradníc (zemepisnej dĺžky) oblasti na základe astrometrických pozorovaní;

O kozmických javoch: obeh Zeme okolo Slnka, obeh Mesiaca okolo Zeme a rotácia Zeme okolo svojej osi a o ich dôsledkoch – nebeské javy: východ, západ slnka, denný a ročný viditeľný pohyb a kulminácie r. svietidlá (Slnko, Mesiac a hviezdy), meniace sa fázy Mesiaca.

Vzdelávacie: formovanie vedeckého svetonázoru a ateistického vzdelávania v rámci oboznamovania sa s dejinami ľudského poznania, s hlavnými typmi kalendárov a chronologických systémov; odhaľovanie povier spojených s pojmami „prestupný rok“ a preklad dátumov juliánskeho a gregoriánskeho kalendára; polytechnická a pracovná výchova pri prezentovaní materiálu o prístrojoch na meranie a ukladanie času (hodiny), kalendároch a chronologických systémoch a praktických metódach aplikácie astrometrických poznatkov.

Rozvojové: rozvíjanie zručností: riešenie problémov s výpočtom času a dátumov a prenos času z jedného skladovacieho a počítacieho systému do druhého; vykonávať cvičenia na aplikáciu základných vzorcov praktickej astrometrie; používať pohyblivú hviezdnu mapu, príručky a astronomický kalendár na určenie polohy a podmienok viditeľnosti nebeských telies a výskytu nebeských javov; určiť geografické súradnice (zemepisnú dĺžku) oblasti na základe astronomických pozorovaní.

Študenti musia vedieť:

1) príčiny každodenne pozorovaných nebeských javov generovaných rotáciou Mesiaca okolo Zeme (zmeny fáz Mesiaca, zdanlivý pohyb Mesiaca po nebeskej sfére);
2) súvislosť medzi trvaním jednotlivých kozmických a nebeských javov s jednotkami a metódami merania, počítania a ukladania času a kalendárov;
3) časové jednotky: efemeridová sekunda; deň (hviezdny, skutočný a priemerný slnečný); týždeň; mesiac (synodický a hviezdny); rok (hviezdny a tropický);
4) vzorce vyjadrujúce spojenie časov: univerzálny, materská dovolenka, miestny, letný;
5) prístroje a metódy merania času: hlavné typy hodín (slnečné, vodné, požiarne, mechanické, kremenné, elektronické) a pravidlá ich používania na meranie a ukladanie času;
6) hlavné typy kalendárov: lunárny, lunisolárny, solárny (juliánsky a gregoriánsky) a základy chronológie;
7) základné pojmy praktickej astrometrie: princípy určovania časových a geografických súradníc oblasti na základe údajov z astronomického pozorovania.
8) astronomické hodnoty: zemepisné súradnice rodného mesta; časové jednotky: efemérna sekunda; deň (hviezdny a priemerný slnečný); mesiac (synodický a hviezdny); rok (tropický) a dĺžka roka v hlavných typoch kalendárov (lunárny, lunisolárny, solárny juliánsky a gregoriánsky); čísla časových pásiem Moskvy a rodného mesta.

Študenti musia byť schopný:

1) Použite zovšeobecnený plán na štúdium kozmických a nebeských javov.
2) Nájdite svoju orientáciu pomocou Mesiaca.
3) Riešiť úlohy súvisiace s prevodom jednotiek času z jednej počítacej sústavy do druhej pomocou vzorcov vyjadrujúcich vzťah: a) medzi hviezdnym a stredným slnečným časom; b) svetový čas, materský čas, miestny čas, letný čas a používanie mapy časového pásma; c) medzi rôznymi chronologickými systémami.
4) Vyriešte úlohy na určenie geografických súradníc miesta a času pozorovania.

Vizuálne pomôcky a ukážky:

Fragmenty filmu "Praktické aplikácie astronómie."

Fragmenty filmových pásov "Viditeľný pohyb nebeských telies"; "Vývoj myšlienok o vesmíre"; "Ako astronómia vyvrátila náboženské predstavy o vesmíre."

Prístroje a nástroje: zemepisný glóbus; mapa časového pásma; gnomon a rovníkové slnečné hodiny, presýpacie hodiny, vodné hodiny (s jednotnou a nerovnomernou stupnicou); sviečka s delením ako model ohňových hodiniek, mechanické, kremenné a elektronické hodinky.

Výkresy, schémy, fotografie: zmeny fáz Mesiaca, vnútorná štruktúra a princíp fungovania mechanických (kyvadlo a pružina), kremenných a elektronických hodiniek, atómový časový štandard.

Domáca úloha:

1. Preštudujte si učebnicový materiál:
B.A. Voroncov-Velyaminova: § 6 ods. 1, 7.
E.P. Levitan: § 6; úlohy 1, 4, 7
A.V. Zášová, E.V. Kononovič: § 4 ods. 1; 6; cvičenie 6.6 (2.3)

2. Splňte úlohy zo zbierky úloh od Vorontsova-Velyaminova B.A. : 113; 115; 124; 125.

Plán lekcie

Metodika prezentácie materiálu

Na začiatku hodiny by ste si mali otestovať vedomosti získané v troch predchádzajúcich lekciách, aktualizovať materiál určený na štúdium otázkami a úlohami počas frontálneho prieskumu a rozhovoru so študentmi. Niektorí žiaci plnia naprogramované úlohy, riešia úlohy súvisiace s používaním pohyblivej hviezdnej mapy (podobné úlohám v úlohách 1-3).

Séria otázok o príčinách nebeských javov, hlavných líniách a bodoch nebeskej sféry, konšteláciách, podmienkach viditeľnosti svietidiel atď. sa zhoduje s otázkami položenými na začiatku predchádzajúcich lekcií. Sú doplnené otázkami:

1. Definujte pojmy „svietivosť“ a „veľkosť hviezdy“. Čo viete o magnitúdovej stupnici? Čo určuje jas hviezd? Napíšte Pogsonov vzorec na tabuľu.

2. Čo viete o sústave horizontálnych nebeských súradníc? Načo sa to používa? Aké roviny a čiary sú hlavné v tomto systéme? Aká je výška svietidla? Zenitová vzdialenosť svietidla? Azimut svietidla? Aké sú výhody a nevýhody tohto nebeského súradnicového systému?

3. Čo viete o I rovníkovej nebeskej súradnicovej sústave? Načo sa to používa? Aké roviny a čiary sú hlavné v tomto systéme? Aká je deklinácia svietidla? Polárna vzdialenosť? Hodinový uhol svietidla? Aké sú výhody a nevýhody tohto nebeského súradnicového systému?

4. Čo viete o II rovníkovej nebeskej súradnicovej sústave? Načo sa to používa? Aké roviny a čiary sú hlavné v tomto systéme? Čo je rektascenzia svietidla? Aké sú výhody a nevýhody tohto nebeského súradnicového systému?

1) Ako sa orientovať v teréne pomocou Slnka? Pri Polárke?
2) Ako určiť zemepisnú šírku oblasti z astronomických pozorovaní?

Zodpovedajúce programovateľné úlohy:

1) Zbierka úloh G.P. Subbotina, úlohy NN 46-47; 54-56; 71-72.
2) Zbierka problémov od E.P. Rozbité, úlohy NN 4-1; 5-1; 5-6; 5-7.
3) Strout E.K. : testové práce NN 1-2 témy „Praktické základy astronómie“ (premenené na programovateľné ako výsledok práce učiteľa).

V prvej fáze lekcie sa formou prednášky formuje koncepcia času, jednotiek merania a počítania času na základe trvania kozmických javov (rotácia Zeme okolo svojej osi, rotácia Mesiac okolo Zeme a revolúcia Mesiaca okolo Slnka), spojenie medzi rôznymi „časmi“ a hodinovými pásmi Považujeme za potrebné poskytnúť študentom všeobecné pochopenie hviezdneho času.

Študenti by mali venovať pozornosť:

1. Dĺžka dňa a roka závisí od referenčného systému, v ktorom sa uvažuje o pohybe Zeme (či je spojený s pevnými hviezdami, Slnkom atď.). Voľba referenčného systému sa odráža v názve časovej jednotky.

2. Trvanie časových jednotiek súvisí s podmienkami viditeľnosti (kulmináciami) nebeských telies.

3. Zavedenie štandardu atómového času vo vede bolo spôsobené nerovnomernou rotáciou Zeme, objavenou, keď sa zvýšila presnosť hodín.

4. Zavedenie štandardného času je dôsledkom potreby koordinácie ekonomických aktivít na území vymedzenom hranicami časových pásiem. Bežnou každodennou chybou je spájať miestny čas s materským časom.

1krát. Jednotky merania a počítanie času

Čas je hlavná fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje postupnú zmenu javov a stavov hmoty, trvanie ich existencie.

Historicky sú všetky základné a odvodené jednotky času určené na základe astronomických pozorovaní priebehu nebeských javov spôsobených: rotáciou Zeme okolo svojej osi, rotáciou Mesiaca okolo Zeme a rotáciou Zeme okolo Zeme. slnko. Na meranie a počítanie času v astrometrii sa používajú rôzne referenčné systémy spojené s určitými nebeskými telesami alebo určitými bodmi nebeskej sféry. Najrozšírenejšie sú:

1. "Zvezdnoe"čas spojený s pohybom hviezd na nebeskej sfére. Meraný hodinovým uhlom jarnej rovnodennosti: S = t ^ ; t = S - a

2. "Slnečno"čas spojený: s viditeľným pohybom stredu slnečného disku pozdĺž ekliptiky (skutočný slnečný čas) alebo pohybom "priemerného Slnka" - pomyselného bodu, ktorý sa rovnomerne pohybuje pozdĺž nebeského rovníka v rovnakom časovom období ako skutočné Slnko (priemerný slnečný čas).

So zavedením štandardu atómového času a medzinárodného systému SI v roku 1967 sa atómová sekunda začala používať vo fyzike.

Druhá je fyzikálna veličina, ktorá sa číselne rovná 9192631770 periódam žiarenia, ktoré zodpovedajú prechodu medzi veľmi jemnými úrovňami základného stavu atómu cézia-133.

Všetky vyššie uvedené „časy“ sú navzájom konzistentné prostredníctvom špeciálnych výpočtov. V každodennom živote sa používa stredný slnečný čas.

Stanovenie presného času, jeho ukladanie a vysielanie rádiom tvoria prácu Časovej služby, ktorá existuje vo všetkých vyspelých krajinách sveta vrátane Ruska.

Základnou jednotkou hviezdneho, pravého a stredného slnečného času je deň. Hviezdne, stredné slnečné a iné sekundy získame vydelením príslušného dňa číslom 86400 (24 h´ 60 m´ 60 s).

Deň sa stal prvou jednotkou merania času pred viac ako 50 000 rokmi.

Deň je časový úsek, počas ktorého Zem vykoná jednu úplnú otáčku okolo svojej osi vzhľadom na nejaký orientačný bod.

Hviezdny deň je obdobie rotácie Zeme okolo svojej osi vzhľadom na stálice, definované ako časové obdobie medzi dvoma po sebe nasledujúcimi hornými kulmináciami jarnej rovnodennosti.

Skutočný slnečný deň je obdobie rotácie Zeme okolo svojej osi vzhľadom na stred slnečného disku, definované ako časový interval medzi dvoma po sebe nasledujúcimi kulmináciami rovnakého mena v strede slnečného disku.

Vzhľadom na skutočnosť, že ekliptika je naklonená k nebeskému rovníku pod uhlom 23º 26¢ a Zem sa otáča okolo Slnka po eliptickej (mierne predĺženej) obežnej dráhe, rýchlosť zdanlivého pohybu Slnka cez nebeskú sféru a preto sa trvanie skutočného slnečného dňa bude počas roka neustále meniť: najrýchlejšie pri rovnodennosti (marec, september), najpomalšie pri slnovratoch (jún, január).

Na zjednodušenie výpočtov času v astronómii bol zavedený koncept priemerného slnečného dňa - obdobie rotácie Zeme okolo svojej osi vzhľadom na „priemerné Slnko“.

Priemerný slnečný deň je definovaný ako časový interval medzi dvoma po sebe nasledujúcimi kulmináciami s rovnakým názvom „priemerného Slnka“.

Priemerný slnečný deň je o 3 m 55,009 s kratší ako hviezdny deň.

24 h 00 m 00 s hviezdny čas sa rovná 23 h 56 m 4,09 s stredný slnečný čas.

Pre istotu teoretických výpočtov to bolo prijaté efemeridy (tabuľkové) sekundu rovnajúcu sa priemernej slnečnej sekunde 0. januára 1900 o 12. hodine rovnoprúdového času, ktorá nie je spojená s rotáciou Zeme. Asi pred 35 000 rokmi si ľudia všimli periodickú zmenu vzhľadu Mesiaca – zmenu mesačných fáz. Fáza F nebeské teleso (Mesiac, planéta atď.) je určené pomerom najväčšej šírky osvetlenej časti disku d¢ na jeho priemer D: . Linka terminátor oddeľuje tmavé a svetlé časti disku svietidla.

Ryža. 32. Meniace sa fázy mesiaca

Mesiac sa pohybuje okolo Zeme v rovnakom smere, v ktorom sa Zem otáča okolo svojej osi: od západu na východ. Tento pohyb sa odráža vo viditeľnom pohybe Mesiaca na pozadí hviezd smerom k rotácii oblohy. Každý deň sa Mesiac posunie na východ o 13º vzhľadom na hviezdy a celý kruh dokončí za 27,3 dňa. Takto bola stanovená druhá miera času po dni - mesiac(Obr. 32).

Hviezdny (hviezdny) lunárny mesiac- časový úsek, počas ktorého Mesiac vykoná jednu úplnú otočku okolo Zeme vzhľadom na stálice. Rovná sa 27 d 07 h 43 m 11,47 s.

Synodický (kalendárny) lunárny mesiac je časový úsek medzi dvoma po sebe nasledujúcimi fázami s rovnakým názvom (zvyčajne nov) Mesiaca. Rovná sa 29 d 12 h 44 m 2,78 s.

Ryža. 33. Spôsoby orientácie na terén na Mesiaci

Kombinácia javov viditeľného pohybu Mesiaca na pozadí hviezd a meniacich sa fáz Mesiaca umožňuje navigáciu podľa Mesiaca na zemi (obr. 33). Mesiac sa javí ako úzky polmesiac na západe a mizne v lúčoch úsvitu ako rovnako úzky polmesiac na východe. V duchu nakreslíme priamku vľavo od mesačného polmesiaca. Na oblohe môžeme čítať buď písmeno „R“ - „rastie“, „rohy“ mesiaca sú otočené doľava - mesiac je viditeľný na západe; alebo písmeno „C“ - „starnutie“, „rohy“ mesiaca sú otočené doprava - mesiac je viditeľný na východe. Počas splnu je mesiac viditeľný na juhu o polnoci.

V dôsledku pozorovania zmien polohy Slnka nad horizontom počas mnohých mesiacov vznikla tretia miera času - rok.

Rok je časový úsek, počas ktorého Zem vykoná jednu úplnú otáčku okolo Slnka vzhľadom na nejaký orientačný bod (bod).

Hviezdny rok je hviezdna (hviezdna) perióda zemskej revolúcie okolo Slnka, ktorá sa rovná 365,256320... priemernému slnečnému dňu.

Anomalistický rok – časový interval medzi dvoma po sebe nasledujúcimi prechodmi priemerného Slnka bodom na jeho obežnej dráhe (zvyčajne perihéliom) sa rovná 365,259641... priemerným slnečným dňom.

Tropický rok je časový interval medzi dvoma po sebe nasledujúcimi prechodmi priemerného Slnka cez jarnú rovnodennosť, ktorý sa rovná 365,2422... priemerným slnečným dňom alebo 365 d 05 h 48 m 46,1 s.

Svetový čas je definovaný ako miestny stredný slnečný čas na hlavnom (Greenwichskom) poludníku.

Zemský povrch je rozdelený na 24 oblastí ohraničených poludníkmi - Časové pásma. Nulové časové pásmo je umiestnené symetricky vzhľadom na hlavný (Greenwichský) poludník. Pásy sú očíslované od 0 do 23 zo západu na východ. Reálne hranice pásov sú kombinované s administratívnymi hranicami okresov, krajov alebo štátov. Stredné meridiány časových pásiem sú od seba oddelené presne 15 stupňami (1 hodina), takže pri prechode z jedného časového pásma do druhého sa čas mení o celé číslo hodín, no počet minút a sekúnd sa nemení. . Začínajú sa nové kalendárne dni (a Nový rok). dátumové riadky(demarkačnej čiary), ktorý prechádza prevažne pozdĺž poludníka 180° východnej dĺžky v blízkosti severovýchodnej hranice Ruskej federácie. Na západ od dátumovej čiary je dátum v mesiaci vždy o jeden viac ako na východ od nej. Pri prekročení tejto čiary zo západu na východ sa kalendárne číslo zníži o jednu a pri prechode čiary z východu na západ sa číslo kalendára zvýši o jednu, čím sa eliminuje chyba v počítaní času pri cestovaní po svete a presunoch ľudí z tzv. Východné až západné pologule Zeme.

Štandardný čas je určený vzorcom:
Tn = To + n , Kde T 0 - univerzálny čas; n- číslo časového pásma.

Letný čas je štandardný čas zmenený nariadením vlády o celé číslo hodín. Pre Rusko sa rovná zónovému času plus 1 hodina.

Moskovský čas - materský čas druhého časového pásma (plus 1 hodina):
Tm = To + 3 (hodiny).

Letný čas je štandardný štandardný čas, zmenený o dodatočnú plus 1 hodinu nariadením vlády na obdobie letného času z dôvodu šetrenia energetických zdrojov.

V dôsledku rotácie Zeme sa rozdiel medzi okamihmi poludnia alebo kulminácie hviezd so známymi rovníkovými súradnicami v 2 bodoch rovná rozdielu v zemepisných dĺžkach bodov, čo umožňuje určiť zemepisnú dĺžku daný bod z astronomických pozorovaní Slnka a iných svietidiel a naopak miestny čas v akomkoľvek bode so známou zemepisnou dĺžkou .

Zemepisná dĺžka oblasti sa meria východne od „nultého“ (Greenwichského) poludníka a číselne sa rovná časovému intervalu medzi rovnakými vrcholmi tej istej hviezdy na Greenwichskom poludníku a v bode pozorovania: , kde S- hviezdny čas v bode s danou zemepisnou šírkou, S 0 - hviezdny čas na nultom poludníku. Vyjadrené v stupňoch alebo hodinách, minútach a sekundách.

Na určenie geografickej dĺžky oblasti je potrebné určiť moment kulminácie svietidla (zvyčajne Slnka) so známymi rovníkovými súradnicami. Prevedením času pozorovania zo strednej slnečnej na hviezdnu pomocou špeciálnych tabuliek alebo kalkulačky a vedomím času kulminácie tejto hviezdy na Greenwichskom poludníku z referenčnej knihy môžeme ľahko určiť zemepisnú dĺžku oblasti. Jediným problémom pri výpočtoch je presný prevod časových jednotiek z jedného systému do druhého. Nie je potrebné „sledovať“ moment kulminácie: stačí určiť výšku (zenitovú vzdialenosť) svietidla v akomkoľvek presne zaznamenanom čase, ale výpočty budú dosť komplikované.

Na druhom stupni vyučovacej hodiny sa žiaci zoznámia s prístrojmi na meranie, ukladanie a počítanie času - hodinami. Hodnoty hodín slúžia ako štandard, s ktorým možno porovnávať časové intervaly. Študenti by mali venovať pozornosť skutočnosti, že potreba presného určovania okamihov a časových období podnietila rozvoj astronómie a fyziky: až do polovice dvadsiateho storočia tvorili základ sveta astronomické metódy merania, uchovávania času a časových noriem. Časová služba. Presnosť hodín bola kontrolovaná astronomickými pozorovaniami. V súčasnosti vývoj fyziky viedol k vytvoreniu presnejších metód určovania času a noriem, ktoré začali astronómovia využívať na skúmanie javov, ktoré boli základom predchádzajúcich metód merania času.

Materiál je prezentovaný formou prednášky, sprevádzanej ukážkami princípu fungovania a vnútornej štruktúry rôznych typov hodiniek.

2. Prístroje na meranie a ukladanie času

Dokonca aj v starovekom Babylone bol slnečný deň rozdelený na 24 hodín (360º: 24 = 15º). Neskôr bola každá hodina rozdelená na 60 minút a každá minúta na 60 sekúnd.

Prvými prístrojmi na meranie času boli slnečné hodiny. Najjednoduchšie slnečné hodiny - gnomon- predstavujú zvislý pól v strede vodorovnej plošiny s delením (obr. 34). Tieň z gnómonu opisuje zložitú krivku, ktorá závisí od výšky Slnka a mení sa zo dňa na deň v závislosti od polohy Slnka na ekliptike, mení sa aj rýchlosť tieňa. Slnečné hodiny nevyžadujú naťahovanie, nezastavujú sa a vždy bežia správne. Naklonením plošiny tak, aby pól z gnómonu mieril na nebeský pól, dostaneme rovníkové slnečné hodiny, v ktorých je rýchlosť tieňa rovnomerná (obr. 35).

Ryža. 34. Horizontálne slnečné hodiny. Uhly zodpovedajúce každej hodine majú rôzne hodnoty a vypočítavajú sa pomocou vzorca: , kde a je uhol medzi poludňajšou čiarou (priemet nebeského poludníka na vodorovnú plochu) a smerom k číslam 6, 8, 10..., označujúci hodiny; j je zemepisná šírka miesta; h - hodinový uhol Slnka (15њ, 30њ, 45њ)

Ryža. 35. Rovníkové slnečné hodiny. Každá hodina na číselníku zodpovedá uhlu 15º

Pieskové, ohnivé a vodné hodiny boli vynájdené na meranie času v noci a za nepriaznivého počasia.

Presýpacie hodiny sa vyznačujú jednoduchosťou dizajnu a presnosťou, sú však objemné a „navíjajú sa“ len na krátky čas.

Požiarne hodiny sú špirála alebo palica vyrobená z horľavej látky s vyznačenými deleniami. V starovekej Číne vznikali zmesi, ktoré horeli celé mesiace bez neustáleho dozoru. Nevýhody týchto hodiniek: nízka presnosť (závislosť rýchlosti horenia od zloženia látky a počasia) a náročnosť výroby (obr. 36).

Vodné hodiny (clepsydry) sa používali vo všetkých krajinách starovekého sveta (obr. 37 a, b).

Mechanické hodinky so závažiami a kolesami boli vynájdené v 10.-11. storočí. V Rusku prvé mechanické vežové hodiny inštaloval v moskovskom Kremli v roku 1404 mních Lazar Sorbin. Kyvadlové hodiny vynašiel v roku 1657 holandský fyzik a astronóm H. Huygens. Mechanické hodinky s pružinou boli vynájdené v 18. storočí. V 30. rokoch nášho storočia boli vynájdené kremenné hodinky. V roku 1954 vznikla v ZSSR myšlienka vytvoriť atómové hodiny- "Štátny primárny štandard času a frekvencie." Boli nainštalované vo výskumnom ústave neďaleko Moskvy a každých 500 000 rokov dávali náhodnú chybu 1 sekundu.

Ešte presnejší atómový (optický) časový štandard vznikol v ZSSR v roku 1978. Chyba 1 sekundy sa vyskytuje raz za 10 000 000 rokov!

Pomocou týchto a mnohých ďalších moderných fyzikálnych prístrojov bolo možné s veľmi vysokou presnosťou určiť hodnoty základných a odvodených jednotiek času. Boli objasnené mnohé charakteristiky zdanlivého a skutočného pohybu kozmických telies, boli objavené nové kozmické javy vrátane zmien rýchlosti rotácie Zeme okolo svojej osi o 0,01-1 sekundy v priebehu roka.

3. Kalendáre. Kalkulácia

Kalendár je súvislý číselný systém pre veľké časové úseky, založený na periodicite prírodných javov, obzvlášť zreteľne sa prejavujúcich v nebeských javoch (pohyb nebeských telies). Celá stáročná história ľudskej kultúry je neoddeliteľne spojená s kalendárom.

Potreba kalendárov vznikla v dávnych dobách, keď ľudia ešte nevedeli čítať a písať. Kalendáre určovali nástup jari, leta, jesene a zimy, obdobia kvitnutia rastlín, dozrievanie plodov, zber liečivých bylín, zmeny v správaní a živote zvierat, zmeny počasia, čas poľnohospodárskych prác a mnohé iné. Kalendáre odpovedajú na otázky: "Aký je dnes dátum?", "Aký deň v týždni?", "Kedy sa stala tá alebo onaká udalosť?" a umožňujú vám regulovať a plánovať životy a ekonomické aktivity ľudí.

Existujú tri hlavné typy kalendárov:

1. Lunárny kalendár, ktorý je založený na synodickom lunárnom mesiaci s trvaním 29,5 priemerných slnečných dní. Vznikol pred viac ako 30 000 rokmi. Lunárny rok kalendára obsahuje 354 (355) dní (o 11,25 dňa kratší ako solárny) a je rozdelený na 12 mesiacov po 30 (nepárnych) a 29 (párnych) dňoch (v moslimskom kalendári sa nazývajú: Muharram, Safar, Rabi al-Awwal, Rabi al-Sani, Jumada al-Ula, Jumada al-Ahira, Rajab, Sha'ban, Ramadán, Shawwal, Dhul-Qaada, Dhul-Hijra). Keďže kalendárny mesiac je o 0,0306 dňa kratší ako synodický mesiac a nad 30 rokov rozdiel medzi nimi dosahuje 11 dní, v r. arabčina lunárny kalendár v každom 30-ročnom cykle je 19 „jednoduchých“ rokov po 354 dňoch a 11 „prestupných“ rokov po 355 dňoch (2., 5., 7., 10., 13., 16., 18., 21., 24., 26. 29. rokov každého cyklu). turecký lunárny kalendár je menej presný: v jeho 8-ročnom cykle je 5 „jednoduchých“ a 3 „prestupné“ roky. Novoročný dátum nie je pevne stanovený (z roka na rok sa pomaly posúva): napríklad rok 1421 Hidžri sa začal 6. apríla 2000 a skončí sa 25. marca 2001. Lunárny kalendár je prijatý ako náboženský a štátny kalendár v moslimských štátoch Afganistan, Irak, Irán, Pakistan, Spojená arabská republika a iné. Solárne a lunisolárne kalendáre sa paralelne používajú na plánovanie a reguláciu ekonomických aktivít.

2.Solárny kalendár, ktorý je založený na tropickom roku. Vznikla pred viac ako 6000 rokmi. V súčasnosti je akceptovaný ako svetový kalendár.

Juliánsky solárny kalendár „starého štýlu“ obsahuje 365,25 dňa. Vyvinutý alexandrijským astronómom Sosigenesom, predstaveným cisárom Júliom Caesarom v starom Ríme v roku 46 pred Kristom. a potom sa rozšírili do celého sveta. V Rusku bol prijatý v roku 988 po Kr. V juliánskom kalendári je dĺžka roka určená na 365,25 dňa; tri „jednoduché“ roky majú každý 365 dní, jeden priestupný rok má 366 dní. Rok má 12 mesiacov, každý má 30 a 31 dní (okrem februára). Juliánsky rok zaostáva za tropickým rokom o 11 minút 13,9 sekundy ročne. Za 1500 rokov používania sa nahromadila chyba 10 dní.

IN gregoriánsky Podľa solárneho kalendára „nového štýlu“ je dĺžka roka 365,242500 dní. V roku 1582 bol juliánsky kalendár na príkaz pápeža Gregora XIII. reformovaný v súlade s projektom talianskeho matematika Luigiho Lilia Garalliho (1520-1576). Počítanie dní sa posunulo o 10 dní dopredu a dohodlo sa, že každé storočie, ktoré nie je deliteľné 4 bezo zvyšku: 1700, 1800, 1900, 2100 atď., by sa nemalo považovať za priestupný rok. Toto opravuje chybu 3 dni každých 400 rokov. Chyba 1 dňa sa „nahromadí“ za 2735 rokov. Nové storočia a tisícročia sa začínajú 1. januára „prvého“ roku daného storočia a tisícročia: 21. storočie a 3. tisícročie nášho letopočtu sa teda začnú 1. januára 2001 podľa gregoriánskeho kalendára.

V našej krajine sa pred revolúciou používal juliánsky kalendár „starého štýlu“, ktorého chyba do roku 1917 bola 13 dní. V roku 1918 bol v krajine zavedený svetovo akceptovaný gregoriánsky kalendár „nového štýlu“ a všetky dátumy sa posunuli o 13 dní dopredu.

Prevod dátumov z juliánskeho kalendára na gregoriánsky sa vykonáva pomocou vzorca: , kde T G a T YU– dátumy podľa gregoriánskeho a juliánskeho kalendára; n – celý počet dní, S- počet celých minulých storočí, S 1 je najbližší počet storočí deliteľný štyrmi.

Ďalšie typy solárnych kalendárov sú:

Perzský kalendár, ktorý určoval dĺžku tropického roka na 365,24242 dňa; 33-ročný cyklus zahŕňa 25 „jednoduchých“ rokov a 8 „prestupných“ rokov. Oveľa presnejšie ako gregoriánsky: chyba 1 roka sa „nahromadí“ za 4500 rokov. Vyvinutý Omarom Khayyamom v roku 1079; sa na území Perzie a množstva ďalších štátov používal až do polovice 19. storočia.

Koptský kalendár je podobný juliánskemu: rok má 12 mesiacov po 30 dňoch; po 12. mesiaci v „jednoduchom“ roku sa pridá 5, v „prestupnom“ roku – 6 dní navyše. Používa sa v Etiópii a niektorých ďalších štátoch (Egypt, Sudán, Turecko atď.) na území Koptov.

3.Lunárny-slnečný kalendár, v ktorej je pohyb Mesiaca v súlade s ročným pohybom Slnka. Rok pozostáva z 12 lunárnych mesiacov po 29 a 30 dňoch, ku ktorým sa pravidelne pridávajú „prestupné“ roky obsahujúce dodatočný 13. mesiac, aby sa zohľadnil pohyb Slnka. Výsledkom je, že „jednoduché“ roky trvajú 353, 354, 355 dní a „prestupné“ roky 383, 384 alebo 385 dní. Vznikol na začiatku 1. tisícročia pred Kristom a používal sa v starovekej Číne, Indii, Babylone, Judei, Grécku a Ríme. V súčasnosti sa používa v Izraeli (začiatok roka pripadá na rôzne dni medzi 6. septembrom a 5. októbrom) a používa sa spolu so štátnym v krajinách juhovýchodnej Ázie (Vietnam, Čína atď.).

Okrem vyššie opísaných hlavných typov kalendárov boli vytvorené kalendáre, ktoré zohľadňujú zdanlivý pohyb planét na nebeskej sfére a stále sa používajú v niektorých oblastiach Zeme.

Východná lunisolárno-planetárna 60 ročný kalendár na základe periodicity pohybu Slnka, Mesiaca a planét Jupiter a Saturn. Vznikla začiatkom 2. tisícročia pred Kristom. vo východnej a juhovýchodnej Ázii. V súčasnosti sa používa v Číne, Kórei, Mongolsku, Japonsku a niektorých ďalších krajinách regiónu.

V 60-ročnom cykle moderného východného kalendára je 21912 dní (prvých 12 rokov obsahuje 4371 dní; druhý a štvrtý rok - 4400 a 4401 dní; tretí a piaty rok - 4370 dní). Do tohto časového obdobia zapadajú dva 30-ročné cykly Saturna (rovnajúce sa hviezdnym obdobiam jeho revolúcie T Saturn = 29,46 » 30 rokov), približne tri 19-ročné lunisolárne cykly, päť 12-ročných cyklov Jupitera (rovnajúce sa hviezdnym obdobiam jeho revolúcie T Jupiter= 11,86 » 12 rokov) a päť 12-ročných lunárnych cyklov. Počet dní v roku nie je konštantný a môže byť 353, 354, 355 dní v „jednoduchých“ rokoch a 383, 384, 385 dní v priestupných rokoch. Začiatok roka v rôznych krajinách pripadá na rôzne dátumy od 13. januára do 24. februára. Súčasný 60-ročný cyklus sa začal v roku 1984. Údaje o kombinácii znamení východného kalendára sú uvedené v prílohe.

Stredoamerický kalendár mayských a aztéckych kultúr sa používal v období okolo 300–1530. AD Na základe periodicity pohybu Slnka, Mesiaca a synodických období revolúcie planét Venuša (584 d) a Mars (780 d). „Dlhý“ rok, 360 (365) dní, pozostával z 18 mesiacov po 20 dní a 5 sviatkov. Zároveň sa na kultúrne a náboženské účely používal „krátky rok“ 260 dní (1/3 synodického obdobia revolúcie Marsu) rozdelený na 13 mesiacov po 20 dní; „číslované“ týždne pozostávali z 13 dní, ktoré mali svoje vlastné číslo a názov. Dĺžka tropického roka bola určená s najvyššou presnosťou 365,2420 d (chyba 1 dňa sa nekumuluje za 5000 rokov!); lunárny synodický mesiac – 29,53059 d.

Začiatkom dvadsiateho storočia si rast medzinárodných vedeckých, technických, kultúrnych a ekonomických väzieb vyžiadal vytvorenie jediného, ​​jednoduchého a presného svetového kalendára. Existujúce kalendáre majú množstvo nedostatkov v podobe: nedostatočnej zhody medzi trvaním tropického roka a dátumami astronomických javov spojených s pohybom Slnka po nebeskej sfére, nerovnakou a nejednotnou dĺžkou mesiacov, nejednotnosťou čísel mesiac a dni v týždni, nesúlad ich mien s postavením v kalendári a pod. Odhalili sa nepresnosti moderného kalendára

Ideálne večný Kalendár má nemennú štruktúru, ktorá umožňuje rýchlo a jednoznačne určiť dni v týždni podľa ľubovoľného kalendárneho dátumu. Jeden z najlepších projektov večného kalendára odporučilo na posúdenie Valnému zhromaždeniu OSN v roku 1954: hoci bol podobný gregoriánskemu kalendáru, bol jednoduchší a pohodlnejší. Tropický rok je rozdelený na 4 štvrtiny po 91 dní (13 týždňov). Každý štvrťrok začína v nedeľu a končí v sobotu; pozostáva z 3 mesiacov, prvý mesiac má 31 dní, druhý a tretí – 30 dní. Každý mesiac má 26 pracovných dní. Prvý deň v roku je vždy nedeľa. Údaje pre tento projekt sú uvedené v prílohe. Z náboženských dôvodov sa to neuskutočnilo. Zavedenie jednotného svetového trvalého kalendára zostáva jedným z problémov našej doby.

Počiatočný dátum a následný chronologický systém sú tzv éra. Východiskovým bodom éry je tzv éra.

Od staroveku sa začiatok určitej éry (známych je viac ako 1000 období v rôznych štátoch rôznych oblastí Zeme, z toho 350 v Číne a 250 v Japonsku) a celý priebeh chronológie sa spája s významnými legendárnymi, náboženskými alebo (menej často) skutočné udalosti: vláda určitých dynastií a jednotlivých cisárov, vojny, revolúcie, olympiády, zakladanie miest a štátov, „narodenie“ Boha (proroka) alebo „stvorenie sveta“.

Dátum 1. roku vlády cisára Huangdiho sa považuje za začiatok čínskej 60-ročnej cyklickej éry - 2697 pred Kristom.

V Rímskej ríši sa gróf držal od „založenia Ríma“ od 21. apríla 753 pred Kristom. a od nástupu cisára Diokleciána 29. augusta 284 po Kr.

V Byzantskej ríši a neskôr, podľa tradície, v Rusku - od prijatia kresťanstva kniežaťom Vladimírom Svyatoslavovičom (988 n. l.) po dekrét Petra I. (1700 n. l.) sa počítanie rokov vykonávalo „od stvorenia“. sveta“: pre Počiatočný dátum bol 1. september 5508 pred Kristom (prvý rok „byzantskej éry“). V starovekom Izraeli (Palestíne) došlo k „stvoreniu sveta“ neskôr: 7. októbra 3761 pred Kristom (prvý rok „židovskej éry“). Boli aj iné, odlišné od najbežnejších vyššie uvedených období „od stvorenia sveta“.

Rast kultúrnych a ekonomických väzieb a rozsiahle rozšírenie kresťanského náboženstva v západnej a východnej Európe vyvolalo potrebu zjednotiť chronologické systémy, jednotky merania a počítania času.

Moderná chronológia - " našej éry", "Nová éra“ (AD), „éra od narodenia Krista“ ( R.H..), Anno Domeni ( A.D.– „rok Pána“) – vychádza z ľubovoľne zvoleného dátumu narodenia Ježiša Krista. Keďže to nie je uvedené v žiadnom historickom dokumente a evanjeliá si navzájom odporujú, učený mních Dionysius Malý sa v roku 278 Diokleciánovej éry rozhodol „vedecky“ na základe astronomických údajov vypočítať dátum éry. Výpočet bol založený na: 28-ročnom „slnečnom kruhu“ – časovom období, počas ktorého počty mesiacov pripadajú na presne tie isté dni v týždni, a 19-ročnom „lunárnom kruhu“ – časovom období počas ktoré rovnaké fázy Mesiaca pripadajú na tie isté dni v mesiaci. Súčin cyklov „slnečného“ a „lunárneho“ kruhu, upravený pre 30-ročný život Krista (28´ 19S + 30 = 572), dal počiatočný dátum modernej chronológie. Počítanie rokov podľa éry „od narodenia Krista“ sa „zakorenilo“ veľmi pomaly: až do 15. storočia nášho letopočtu. (t.j. aj o 1000 rokov neskôr) oficiálne dokumenty západnej Európy uvádzali 2 dátumy: od stvorenia sveta a od narodenia Krista (po Kr.).

V moslimskom svete je začiatok chronológie 16. júl 622 nl - deň „hidžry“ (sťahovanie proroka Mohameda z Mekky do Mediny).

Preklad dátumov z „moslimského“ chronologického systému T M„kresťanovi“ (gregoriánovi) T G možno vykonať pomocou vzorca: (roky).

Pre pohodlie astronomických a chronologických výpočtov sa od konca 16. storočia používa chronológia navrhnutá J. Scaligerom. Juliánske obdobie(J.D.). Nepretržité počítanie dní sa vykonáva od 1. januára 4713 pred Kristom.

Rovnako ako v predchádzajúcich lekciách by študenti mali byť poučení, aby si tabuľku doplnili sami. 6 informácie o kozmických a nebeských javoch študovaných v lekcii. Nie sú na to vyčlenené viac ako 3 minúty, potom učiteľ skontroluje a opraví prácu študentov. Tabuľka 6 je doplnená informáciami:

Materiál sa konsoliduje pri riešení problémov:

Cvičenie 4:

1. 1. januára slnečné hodiny ukazujú 10.00 hod. Koľko hodín teraz ukazujú vaše hodinky?

2. Určte rozdiel v údajoch presných hodín a chronometra bežiaceho podľa hviezdneho času 1 rok po ich súčasnom spustení.

3. Určte momenty začiatku úplnej fázy zatmenia Mesiaca 4. apríla 1996 v Čeľabinsku a Novosibirsku, ak podľa svetového času úkaz nastal o 23 h 36 m.

4. Určite, či je možné pozorovať zatmenie (zákryt) Jupitera Mesiacom vo Vladivostoku, ak nastane o 1 h 50 m svetového času a Mesiac zapadne vo Vladivostoku o 0 h 30 m miestneho letného času.

5. Koľko dní trval rok 1918 v RSFSR?

6. Aký najväčší počet nedieľ môže byť vo februári?

7. Koľkokrát do roka vychádza Slnko?

8. Prečo je Mesiac otočený vždy tou istou stranou k Zemi?

9. Kapitán lode zmeral zenitovú vzdialenosť Slnka na pravé poludnie 22. decembra a zistil, že sa rovná 66º 33". Chronometer bežiaci v greenwichskom čase ukazoval v momente pozorovania 11:54. Určte súradnice loď a jej poloha na mape sveta.

10. Aké sú geografické súradnice miesta, kde je výška Polárky 64º 12" a kulminácia hviezdy a Lýry nastáva o 4 h 18 m neskôr ako na observatóriu v Greenwichi?

11. Určte geografické súradnice miesta, kde hviezda je horná kulminácia a - - didaktika - testy - úloha

Stanovenie presného času, jeho ukladanie a vysielanie rádiom celej populácii je úlohou služby presného času, ktorá existuje v mnohých krajinách.

Presné časové signály prostredníctvom rádia prijímajú navigátori námorníctva a letectva a mnohé vedecké a priemyselné organizácie, ktoré potrebujú poznať presný čas. Znalosť presného času je potrebná najmä na geografické určenie

ich zemepisné dĺžky na rôznych miestach zemského povrchu.

Počítanie času. Určenie zemepisnej dĺžky. Kalendár

Z kurzu fyzickej geografie ZSSR poznáte pojmy miestny, zónový a materský čas a tiež, že rozdiel v zemepisnej dĺžke dvoch bodov je určený rozdielom v miestnom čase týchto bodov. Tento problém riešia astronomické metódy využívajúce pozorovanie hviezd. Na základe určenia presných súradníc jednotlivých bodov sa zmapuje zemský povrch.

Na počítanie veľkých časových úsekov ľudia od pradávna používali trvanie buď lunárneho mesiaca alebo slnečného roka, t.j. Trvanie revolúcie Slnka pozdĺž ekliptiky. Rok určuje frekvenciu sezónnych zmien. Slnečný rok trvá 365 slnečných dní, 5 hodín 48 minút 46 sekúnd. Je to prakticky neúmerné s dňom a s dĺžkou lunárneho mesiaca - obdobie zmeny lunárnych fáz (asi 29,5 dňa). Toto je problém vytvoriť jednoduchý a pohodlný kalendár. Počas stáročnej histórie ľudstva bolo vytvorených a používaných mnoho rôznych kalendárnych systémov. Ale všetky z nich možno rozdeliť do troch typov: solárne, lunárne a lunisolárne. Južné pastierske národy zvyčajne používali lunárne mesiace. Rok pozostávajúci z 12 lunárnych mesiacov obsahoval 355 slnečných dní. Na koordináciu výpočtu času Mesiacom a Slnkom bolo potrebné stanoviť buď 12 alebo 13 mesiacov v roku a vložiť do roka ďalšie dni. Solárny kalendár, ktorý sa používal v starovekom Egypte, bol jednoduchší a pohodlnejší. V súčasnosti väčšina krajín sveta tiež prijíma slnečný kalendár, ale pokročilejší, nazývaný gregoriánsky kalendár, ktorý je popísaný nižšie.

Pri zostavovaní kalendára je potrebné brať do úvahy, že trvanie kalendárneho roka by sa malo čo najviac približovať trvaniu obehu Slnka pozdĺž ekliptiky a že kalendárny rok by mal obsahovať celý počet slnečných dní, keďže je nepohodlné začínať rok v rôznych časoch dňa.

Tieto podmienky spĺňal kalendár, ktorý vyvinul alexandrijský astronóm Sosigenes a zaviedol ho v roku 46 pred Kristom. v Ríme od Júliusa Caesara. Následne, ako viete, z kurzu fyzickej geografie dostal názov Julian alebo starý štýl. V tomto kalendári sa roky počítajú trikrát za sebou po 365 dní a nazývajú sa jednoduché, rok po nich má 366 dní. Volá sa to priestupný rok. Prestupné roky v juliánskom kalendári sú tie roky, ktorých čísla sú bezo zvyšku deliteľné 4.

Priemerná dĺžka roka podľa tohto kalendára je 365 dní 6 hodín, t.j. je približne o 11 minút dlhší ako skutočný. Z tohto dôvodu starý štýl zaostával za skutočným tokom času asi o 3 dni na každých 400 rokov.

V gregoriánskom kalendári (nový štýl), zavedenom v ZSSR v roku 1918 a ešte skôr prijatom vo väčšine krajín, roky končiace dvoma nulami, s výnimkou 1600, 2000, 2400 atď. (t. j. tie, ktorých počet stoviek je bezo zvyšku deliteľný 4) sa nepovažujú za prestupné dni. Tým sa opraví chyba 3 dní, ktorá sa kumuluje za 400 rokov. Priemerná dĺžka roka v novom štýle sa teda ukazuje ako veľmi blízka obdobiu revolúcie Zeme okolo Slnka.

Do 20. storočia rozdiel medzi novým štýlom a starým (Julian) dosiahol 13 dní. Keďže u nás bol nový štýl zavedený až v roku 1918, októbrová revolúcia, uskutočnená v roku 1917 25. októbra (starý štýl), sa oslavuje 7. novembra (nový štýl).

Rozdiel medzi starým a novým štýlom 13 dní zostane v 21. storočí a v 22. storočí. sa predĺži na 14 dní.

Nový štýl samozrejme nie je úplne presný, ale chyba 1 dňa sa podľa neho nahromadí až po 3300 rokoch.

Presný čas

Pre meranie krátkych časových úsekov v astronómii je základnou jednotkou priemerné trvanie slnečného dňa, t.j. priemerný časový interval medzi dvoma hornými (alebo dolnými) kulmináciami stredu Slnka. Treba použiť priemernú hodnotu, pretože trvanie slnečného dňa počas roka mierne kolíše. Je to spôsobené tým, že Zem sa točí okolo Slnka nie po kruhu, ale po elipse a rýchlosť jej pohybu sa mierne mení. To spôsobuje mierne nepravidelnosti v zdanlivom pohybe Slnka pozdĺž ekliptiky počas celého roka.

Okamih hornej kulminácie stredu Slnka, ako sme už povedali, sa nazýva pravé poludnie. Ale na kontrolu hodín, na určenie presného času nie je potrebné na nich presne označiť okamih kulminácie Slnka. Je pohodlnejšie a presnejšie označiť okamihy kulminácie hviezd, pretože rozdiel medzi okamihmi kulminácie ktorejkoľvek hviezdy a Slnka je presne známy kedykoľvek. Preto na určenie presného času pomocou špeciálnych optických prístrojov označujú momenty kulminácií hviezd a používajú ich na kontrolu správnosti hodín, ktoré „ukladajú“ čas. Takto určený čas by bol absolútne presný, ak by pozorovaná rotácia oblohy prebiehala striktne konštantnou uhlovou rýchlosťou. Ukázalo sa však, že rýchlosť rotácie Zeme okolo svojej osi, a teda zdanlivá rotácia nebeskej sféry, zažíva v priebehu času veľmi malé zmeny. Na „ušetrenie“ presného času sa preto dnes používajú špeciálne atómové hodiny, ktorých priebeh je riadený oscilačnými procesmi v atómoch, ktoré prebiehajú na konštantnej frekvencii. Hodiny jednotlivých observatórií sa kontrolujú podľa atómových časových signálov. Porovnanie času určeného z atómových hodín a zdanlivého pohybu hviezd umožňuje študovať nepravidelnosti rotácie Zeme.

Stanovenie presného času, jeho ukladanie a vysielanie rádiom celej populácii je úlohou služby presného času, ktorá existuje v mnohých krajinách.

Presné časové signály prostredníctvom rádia prijímajú navigátori námorníctva a letectva a mnohé vedecké a priemyselné organizácie, ktoré potrebujú poznať presný čas. Poznať presný čas je potrebné najmä na určenie zemepisných dĺžok rôznych bodov na zemskom povrchu.

Počítanie času. Určenie zemepisnej dĺžky. Kalendár

Z kurzu fyzickej geografie ZSSR poznáte pojmy miestny, zónový a materský čas a tiež, že rozdiel v zemepisnej dĺžke dvoch bodov je určený rozdielom v miestnom čase týchto bodov. Tento problém riešia astronomické metódy využívajúce pozorovanie hviezd. Na základe určenia presných súradníc jednotlivých bodov sa zmapuje zemský povrch.

Na počítanie veľkých časových úsekov ľudia od pradávna používali trvanie buď lunárneho mesiaca alebo slnečného roka, t.j. Trvanie revolúcie Slnka pozdĺž ekliptiky. Rok určuje frekvenciu sezónnych zmien. Slnečný rok trvá 365 slnečných dní, 5 hodín 48 minút 46 sekúnd. Je to prakticky neúmerné s dňom a s dĺžkou lunárneho mesiaca - obdobie zmeny lunárnych fáz (asi 29,5 dňa). Toto je problém vytvoriť jednoduchý a pohodlný kalendár. Počas stáročnej histórie ľudstva bolo vytvorených a používaných mnoho rôznych kalendárnych systémov. Ale všetky z nich možno rozdeliť do troch typov: solárne, lunárne a lunisolárne. Južné pastierske národy zvyčajne používali lunárne mesiace. Rok pozostávajúci z 12 lunárnych mesiacov obsahoval 355 slnečných dní. Na koordináciu výpočtu času Mesiacom a Slnkom bolo potrebné stanoviť buď 12 alebo 13 mesiacov v roku a vložiť do roka ďalšie dni. Solárny kalendár, ktorý sa používal v starovekom Egypte, bol jednoduchší a pohodlnejší. V súčasnosti väčšina krajín sveta tiež prijíma slnečný kalendár, ale pokročilejší, nazývaný gregoriánsky kalendár, ktorý je popísaný nižšie.

Pri zostavovaní kalendára je potrebné brať do úvahy, že trvanie kalendárneho roka by sa malo čo najviac približovať trvaniu obehu Slnka pozdĺž ekliptiky a že kalendárny rok by mal obsahovať celý počet slnečných dní, keďže je nepohodlné začínať rok v rôznych časoch dňa.

Tieto podmienky spĺňal kalendár, ktorý vyvinul alexandrijský astronóm Sosigenes a zaviedol ho v roku 46 pred Kristom. v Ríme od Júliusa Caesara. Následne, ako viete, z kurzu fyzickej geografie dostal názov Julian alebo starý štýl. V tomto kalendári sa roky počítajú trikrát za sebou po 365 dní a nazývajú sa jednoduché, rok po nich má 366 dní. Volá sa to priestupný rok. Prestupné roky v juliánskom kalendári sú tie roky, ktorých čísla sú bezo zvyšku deliteľné 4.

Priemerná dĺžka roka podľa tohto kalendára je 365 dní 6 hodín, t.j. je približne o 11 minút dlhší ako skutočný. Z tohto dôvodu starý štýl zaostával za skutočným tokom času asi o 3 dni na každých 400 rokov.

V gregoriánskom kalendári (nový štýl), zavedenom v ZSSR v roku 1918 a ešte skôr prijatom vo väčšine krajín, roky končiace dvoma nulami, s výnimkou 1600, 2000, 2400 atď. (t. j. tie, ktorých počet stoviek je bezo zvyšku deliteľný 4) sa nepovažujú za prestupné dni. Tým sa opraví chyba 3 dní, ktorá sa kumuluje za 400 rokov. Priemerná dĺžka roka v novom štýle sa teda ukazuje ako veľmi blízka obdobiu revolúcie Zeme okolo Slnka.

Do 20. storočia rozdiel medzi novým štýlom a starým (Julian) dosiahol 13 dní. Keďže u nás bol nový štýl zavedený až v roku 1918, októbrová revolúcia, uskutočnená v roku 1917 25. októbra (starý štýl), sa oslavuje 7. novembra (nový štýl).

Rozdiel medzi starým a novým štýlom 13 dní zostane v 21. storočí a v 22. storočí. sa predĺži na 14 dní.

Nový štýl samozrejme nie je úplne presný, ale chyba 1 dňa sa podľa neho nahromadí až po 3300 rokoch.