Dobivanje vremenskih bodova rješava samo prvi zadatak vremenske usluge. Sljedeći zadatak je pohranjivanje točnog vremena u intervalima između njegovih astronomskih definicija. Ovaj zadatak rješava se pomoću astronomski sat.

Kako bi se postigla visoka točnost očitanja vremena pri izradi astronomskih satova uzimaju se u obzir i u najvećoj mogućoj mjeri otklanjaju svi izvori grešaka i stvaraju najpovoljniji uvjeti za njihov rad.

Najvažniji dio sata je njihalo. Opruge i kotači služe kao prijenosni mehanizam, strelice služe kao kazaljke, a njihalo mjeri vrijeme. Stoga se u astronomskim satovima nastoje stvoriti što bolji uvjeti za njegov rad: da temperatura prostorije bude konstantna, da se eliminiraju udarci, da se oslabi otpor zraka i, konačno, da mehaničko opterećenje bude što manje.

Kako bi se osigurala visoka točnost, astronomski sat je smješten u dubokom podrumu, zaštićenom od udaraca.U prostoriji se tijekom cijele godine održava stalna temperatura. Da bi se smanjio otpor zraka i eliminirao utjecaj promjena atmosferskog tlaka, njihalo sata stavlja se u kućište u kojem je tlak zraka malo smanjen (slika 20).

Astronomski sat s dva njihala (Shortov sat) ima vrlo visoku točnost, od kojih je jedno - neslobodno ili "podređeno" - povezano s prijenosnim i pokaznim mehanizmima, a njime upravlja drugo - slobodno njihalo, a ne spojen na bilo koje kotače i opruge ( sl. 21).

Slobodno njihalo se nalazi u dubokom podrumu u metalnoj kutiji. Ovaj slučaj stvara smanjeni tlak. Veza slobodnog njihala s neslobodnim ostvaruje se preko dva mala elektromagneta u blizini kojih se klatno njiše. Slobodno njihalo kontrolira "podređeno" njihalo, uzrokujući njegovo ljuljanje u ritmu sa samim sobom.

Moguće je postići vrlo malu pogrešku u očitanjima sata, ali se ona ne može potpuno eliminirati. Međutim, ako sat ne radi točno, ali se unaprijed zna da su u žurbi ili zaostaju za određeni broj sekundi dnevno, onda nije teško izračunati točno vrijeme iz takvih netočnih satova. Za to je dovoljno znati kakav je tok sata, odnosno koliko sekundi dnevno žure ili zaostaju. Tablice korekcija sastavljaju se za određeni primjerak astronomskog sata tijekom mjeseci i godina. Kazaljke astronomskih satova gotovo nikad ne pokazuju točno vrijeme, ali uz pomoć korekcijskih tablica itekako je moguće dobiti vremenske oznake s točnošću tisućinki sekunde.

Nažalost, sat ne ostaje isti. Pri promjeni vanjskih uvjeta - sobne temperature i tlaka zraka - zbog uvijek prisutnih netočnosti u izradi dijelova i radu pojedinih dijelova, isti sat može tijekom vremena promijeniti svoj hod. Promjena ili varijacija smjera sata glavni je pokazatelj kvalitete njegova rada. Što je manja varijacija takta, to je sat bolji.

Dakle, dobar astronomski sat može biti prenagljen i prespor, može ići ispred ili zaostajati čak desetinke sekunde dnevno, a ipak može pouzdano mjeriti vrijeme i dati dovoljno točna očitanja, samo ako je priroda njihova ponašanja konstantna, tj. dnevna varijacija je mala.

U Shortovom astronomskom satu s njihalom, dnevna varijacija brzine je 0,001-0,003 s. Dugo je tako visoka točnost ostala nenadmašna.Pedesetih godina našeg stoljeća inženjer F. M. Fedchenko poboljšao je ovjes njihala i poboljšao njegovu toplinsku kompenzaciju. To mu je omogućilo da dizajnira sat čija je dnevna varijacija brzine smanjena na 0,0002-0,0003 sekunde.

Posljednjih godina dizajnom astronomskih satova nisu se bavili mehaničari, već električari i radioinženjeri. Izrađivali su satove u kojima su umjesto njihala za očitavanje vremena korišteni elastični titraji kristala kvarca.

Ploča izrezana na odgovarajući način od kristala kvarca ima zanimljiva svojstva. Ako se takva ploča, nazvana piezokvarc, stisne ili savije, tada se na njezinim suprotnim površinama pojavljuju električni naboji različitih predznaka. Ako se na suprotne površine piezoelektrične ploče dovede izmjenična električna struja, tada piezokvarc oscilira. Što je slabljenje oscilatornog uređaja manje, to je frekvencija titranja konstantnija. Piezokvarc ima izuzetno dobra svojstva u tom pogledu, jer je prigušenje njegovih oscilacija vrlo malo. Ovo se široko koristi u radiotehnici za održavanje konstantne frekvencije radio odašiljača. Isto svojstvo piezokvarc - visoka postojanost frekvencije oscilacije - omogućilo je izradu vrlo preciznih astronomskih kvarcnih satova.

Kvarcni satovi (slika 22) sastoje se od radiotehničkog generatora stabiliziranog piezoelektričnim kvarcom, kaskada s frekvencijskom podjelom, sinkronog elektromotora i brojčanika sa strelicama.

Radio generator generira visokofrekventnu izmjeničnu struju, a piezokvarc s velikom točnošću održava konstantnu frekvenciju svojih oscilacija. U stupnjevima s frekvencijskom podjelom smanjuje se frekvencija izmjenične struje s nekoliko stotina tisuća na nekoliko stotina oscilacija u sekundi. Sinkroni elektromotor koji radi na niskofrekventnu izmjeničnu struju okreće kazaljke, zatvara releje koji daju vremenske signale itd.

Brzina vrtnje sinkronog elektromotora ovisi o frekvenciji izmjenične struje kojom se napaja. Dakle, kod kvarcnog sata, brzina rotacije kazaljki u konačnici je određena frekvencijom osciliranja piezokvarcnog sata. Visoka postojanost frekvencije osciliranja kvarcne ploče osigurava ujednačenost hoda i visoku točnost pokazivanja kvarcnog astronomskog sata.

Trenutno se proizvode kvarcni satovi različite vrste i sastanci s dnevnom varijacijom kursa, koja ne prelazi stotinke, pa čak ni tisućinke sekunde.

Prvi dizajni kvarcnih satova bili su prilično glomazni. Uostalom, vlastita frekvencija oscilacija kvarcne ploče je relativno visoka, a da bi se brojale sekunde i minute, potrebno ju je smanjiti pomoću brojnih kaskadnih frekvencijskih podjela. U međuvremenu, cijevni radio uređaji koji se koriste u tu svrhu zauzimaju puno prostora. Posljednjih desetljeća brzo se razvijala poluvodička radiotehnika, a na njezinoj osnovi razvijena je minijaturna i mikrominijaturna radio oprema. To je omogućilo izradu malih prijenosnih kvarcnih satova za morsku i zračnu navigaciju, kao i za razne ekspedicione radove. Ovi prijenosni kvarcni kronometri nisu ništa veći i teži od uobičajenih mehaničkih kronometara.

Međutim, ako mehanički brodski kronometar druge klase ima dnevnu pogrešku brzine ne više od ±0,4 sekunde, a prve klase - ne više od ±0,2 sekunde, tada moderni kvarcni prijenosni kronometri imaju dnevnu nestabilnost brzine od ±0,1 ; ±0,01 pa čak i ±0,001 sek.

Na primjer, "Chronotom" proizveden u Švicarskoj ima dimenzije 245X137X100 mm, a nestabilnost njegovog kursa po danu ne prelazi ±0,02 sekunde. Stacionarni kvarcni kronometar "Isotom" ima dugotrajnu relativnu nestabilnost ne veću od 10 -8, tj. pogreška u dnevnom ciklusu je oko ±0,001 s.

Međutim, kvarcni satovi nisu bez ozbiljnih nedostataka, čija je prisutnost neophodna za visokoprecizna astronomska mjerenja. Glavni nedostaci kvarcnih astronomskih satova su ovisnost frekvencije kvarcnih oscilacija o temperaturi okoline i "starenje kvarca", odnosno promjena frekvencije njegovih oscilacija tijekom vremena. Prvi nedostatak je prevladan pažljivom kontrolom temperature dijela sata u kojem se nalazi kvarcna ploča. Starenje kvarca, koje dovodi do sporog pomicanja sata, još nije eliminirano.

"Molekularni sat"

Je li moguće napraviti uređaj za mjerenje vremenskih intervala koji ima veću točnost od njihala i kvarcnih astronomskih satova?

U potrazi za prikladnim metodama za to, znanstvenici su se okrenuli sustavima u kojima se javljaju molekularne vibracije. Takav izbor, naravno, nije bio slučajan, a on je bio taj koji je predodredio daljnji uspjeh. "Molekularni satovi" omogućili su isprva povećanje točnosti mjerenja vremena za tisuće, a posuđivanjem za stotine tisuća puta. Međutim, put od molekule do indikatora vremena pokazao se složenim i vrlo teškim.

Zašto nije bilo moguće poboljšati točnost astronomskih satova s ​​klatnom i kvarca? Na koji način su se molekule pokazale boljim od njihala i kvarcnih ploča u pogledu mjerenja vremena? Koji je princip rada i uređaj molekularnog sata?

Podsjetimo se da se svaki sat sastoji od bloka u kojem se pojavljuju periodične oscilacije, mehanizma za brojanje za brojanje njihovog broja i uređaja u kojem se pohranjuje energija potrebna za njihovo održavanje. Međutim, točnost sata je uglavnom ovisi o stabilnosti rada tog elementa koji mjeri vrijeme.

Da bi se povećala točnost astronomskih satova s ​​njihalom, njihovo je njihalo izrađeno od posebne legure s minimalnim koeficijentom toplinskog rastezanja, smješteno u termostat, obješeno na poseban način, smješteno u posudu iz koje se ispumpava zrak itd. Kao Poznato je da su sve te mjere omogućile smanjenje varijacija u hodu astronomskih satova njihala na tisućinke sekunde po danu. Međutim, postupno trošenje pokretnih i trljajućih dijelova, spore i nepovratne promjene strukturnih materijala općenito - "starenje" takvih satova nije dopuštalo daljnje poboljšanje njihove točnosti.

U astronomskim kvarcnim satovima vrijeme se mjeri oscilatorom stabiliziranim kvarcom, a točnost očitanja ovih satova određena je postojanošću frekvencije titranja kvarcne ploče. Tijekom vremena dolazi do nepovratnih promjena u kvarcnoj ploči i električnim kontaktima povezanim s njom. Tako ovaj majstorski element kvarcnog sata "stari". U tom se slučaju frekvencija osciliranja kvarcne ploče nešto mijenja. To je razlog nestabilnosti takvih satova i ograničava daljnje povećanje njihove točnosti.

Molekularni satovi dizajnirani su na takav način da su njihova očitanja u konačnici određena frekvencijom elektromagnetskih vibracija koje apsorbiraju i emitiraju molekule. U međuvremenu, atomi i molekule apsorbiraju i emitiraju energiju samo povremeno, samo u određenim dijelovima, koji se nazivaju kvanti energije. Ti se procesi trenutno prikazuju na sljedeći način: kada je atom u normalnom (nepobuđenom) stanju, tada njegovi elektroni zauzimaju niže energetske razine i istovremeno su na najbližoj udaljenosti od jezgre. Ako atomi apsorbiraju energiju, poput svjetlosti, tada njihovi elektroni skaču na nove pozicije i nalaze se nešto dalje od jezgri.

Označimo energiju atoma, koja odgovara najnižem položaju elektrona, kroz Ei, a energiju koja odgovara njegovom udaljenijem položaju od jezgre, kroz E 2 . Kada atomi zrače elektromagnetske oscilacije(npr. svjetlost), iz pobuđenog stanja s energijom E 2 prelaze u nepobuđeno stanje s energijom E 1, tada je emitirani dio elektromagnetske energije jednak ε = E 2 -E 1 . Lako je vidjeti da navedeni odnos nije ništa drugo nego jedan od izraza zakona održanja energije.

U međuvremenu, poznato je da je energija svjetlosnog kvanta proporcionalna njegovoj frekvenciji: ε = hv, gdje je ε energija elektromagnetskih oscilacija, v je njihova frekvencija, h = 6,62 * 10 -27 erg * s je Planckova konstanta. Iz ova dva odnosa nije teško pronaći frekvenciju v svjetlosti koju emitira atom. Očito, v \u003d (E 2 - E 1) / h sec -1

Svaki atom određene vrste (na primjer, atom vodika, kisika, itd.) ima vlastite energetske razine. Stoga svaki pobuđeni atom pri prijelazu u niža stanja emitira elektromagnetske oscilacije s točno određenim skupom frekvencija, tj. daje samo za njega svojstven sjaj. Potpuno je ista situacija s molekulama, s jedinom razlikom što one imaju niz dodatnih energetskih razina povezanih s različitim rasporedom sastavnih čestica i njihovim međusobnim gibanjem,

Dakle, atomi i molekule mogu apsorbirati i emitirati elektromagnetske vibracije samo ograničene frekvencije. Stabilnost s kojom atomski sustavi to rade iznimno je visoka. Milijunima je puta veća od stabilnosti bilo kojeg makroskopskog uređaja koji opaža ili emitira određene vrste vibracija, na primjer, žice, vilice za ugađanje, mikrofoni itd. To se objašnjava činjenicom da u svim makroskopskim uređajima, na primjer, strojevi , mjerni instrumenti itd. ., sile koje osiguravaju njihovu stabilnost su u većini slučajeva samo desetke ili stotine puta veće od vanjskih sila. Stoga se s vremenom i promjenom vanjskih uvjeta svojstva takvih uređaja ponešto mijenjaju. Zbog toga glazbenici tako često moraju ugađati svoje violine i klavire. Naprotiv, u mikrosustavima, kao što su atomi i molekule, između čestica koje ih čine djeluju tako velike sile da su obični vanjski utjecaji puno manji. Stoga obične promjene vanjskih uvjeta - temperature, tlaka itd. - ne uzrokuju nikakve zamjetne promjene unutar ovih mikrosustava.

To objašnjava visoku točnost spektralne analize i mnogih drugih metoda i instrumenata temeljenih na korištenju atomskih i molekularnih vibracija. To je ono što čini tako privlačnim korištenje ovih kvantnih sustava kao glavnog elementa u astronomskim satovima. Uostalom, takvi mikrosustavi s vremenom ne mijenjaju svoja svojstva, odnosno ne “stare”.

Kad su inženjeri počeli dizajnirati molekularne satove, metode pobuđivanja atomskih i molekularnih vibracija već su bile dobro poznate. Jedan od njih je da se visokofrekventne elektromagnetske oscilacije primjenjuju na posudu napunjenu jednim ili drugim plinom. Ako frekvencija tih oscilacija odgovara energiji pobude tih čestica, tada dolazi do rezonantne apsorpcije elektromagnetske energije. Nakon nekog vremena (manje od milijuntinke sekunde) pobuđene čestice (atomi i molekule) spontano prelaze iz pobuđenog u normalno stanje i pritom same emitiraju kvante elektromagnetske energije.

Čini se da bi sljedeći korak u projektiranju takvog sata trebao biti brojanje broja tih oscilacija, jer se broj njihanja njihala izračunava u satu njihala. Međutim, takav izravan, "frontalni" put pokazao se preteškim. Činjenica je da je frekvencija elektromagnetskih oscilacija koje emitiraju molekule vrlo visoka. Na primjer, u molekuli amonijaka za jedan od glavnih prijelaza, to je 23 870 129 000 perioda u sekundi. Frekvencija emitiranih elektromagnetskih oscilacija raznih atoma, istog je reda veličine ili čak i više. Nijedan mehanički uređaj nije prikladan za brojanje takvih visokofrekventnih vibracija. Štoviše, konvencionalni elektronički uređaji također su se pokazali neprikladnima za to.

Izlaz iz ove poteškoće pronađen je uz pomoć originalne zaobilaznice. Plinoviti amonijak stavljen je u dugačku metalnu cijev (valovod). Radi lakšeg rukovanja, ova cijev je namotana. Visokofrekventne elektromagnetske oscilacije dovođene su iz generatora na jedan kraj ove cijevi, a na drugom kraju ugrađen je uređaj za mjerenje njihovog intenziteta. Generator je omogućio, u određenim granicama, promjenu frekvencije elektromagnetskih oscilacija koje on pobuđuje.

Za prijelaz molekula amonijaka iz nepobuđenog u pobuđeno stanje potrebna je točno definirana energija i, sukladno tome, točno definirana frekvencija elektromagnetskih oscilacija (ε = hv, gdje je ε kvantna energija, v frekvencija elektromagnetske oscilacije, h je Planckova konstanta). Sve dok je frekvencija elektromagnetskih oscilacija koje proizvodi generator veća ili manja od ove rezonantne frekvencije, molekule amonijaka ne apsorbiraju energiju. Kada se te frekvencije podudaraju, značajan broj molekula amonijaka apsorbira elektromagnetsku energiju i prelazi u pobuđeno stanje. Naravno, u tom slučaju (zbog zakona održanja energije) na kraju valovoda gdje je ugrađen mjerni uređaj, intenzitet elektromagnetskih oscilacija je manji. Ako glatko mijenjate frekvenciju generatora i bilježite očitanja mjernog uređaja, tada se na rezonantnoj frekvenciji detektira pad intenziteta elektromagnetskih oscilacija.

Sljedeći korak u dizajniranju molekularnog sata je upravo iskorištavanje ovog učinka. Za to je sastavljen poseban uređaj (slika 23). U njemu visokofrekventni generator opremljen napajanjem stvara visokofrekventne elektromagnetske oscilacije. Da bi se povećala konstantnost frekvencije ovih oscilacija, generator se stabilizira s. pomoću piezoelektričnog kristala. U postojećim uređajima ove vrste, frekvencija osciliranja visokofrekventnog generatora odabrana je na nekoliko stotina tisuća perioda u sekundi u skladu s vlastitom frekvencijom osciliranja kvarcnih ploča koje se u njima koriste.

Riža. 23. Shema "molekularnog sata"

Budući da je ta frekvencija previsoka za izravno upravljanje bilo kojim mehaničkim uređajem, ona se uz pomoć jedinice za dijeljenje frekvencije svodi na nekoliko stotina titraja u sekundi i tek nakon toga dovodi do signalnih releja i sinkronog elektromotora koji okreće strelice pokazivača na brojčaniku sata. Dakle, ovaj dio molekularnog sata ponavlja shemu prethodno opisanih kvarcnih satova.

Kako bi se pobudile molekule amonijaka, dio elektromagnetskih oscilacija koje stvara visokofrekventni generator primjenjuje se na multiplikator frekvencije izmjenične struje (vidi sliku 23). Faktor množenja frekvencije u njemu je odabran tako da ga dovede do rezonantnog. Iz izlaza frekvencijskog množitelja elektromagnetske oscilacije ulaze u valovod s plinom amonijakom. Uređaj na izlazu iz valovoda - diskriminator - bilježi intenzitet elektromagnetskih oscilacija koje su prošle kroz valovod i djeluje na visokofrekventni generator, mijenjajući frekvenciju oscilacija koje on pobuđuje. Diskriminator je konstruiran na takav način da kada oscilacije s frekvencijom ispod rezonantne frekvencije stignu na ulaz valovoda, podešava generator, povećavajući frekvenciju svojih oscilacija. Ako pak na ulazu valovoda stignu oscilacije s frekvencijom višom od rezonantne frekvencije, tada on smanjuje frekvenciju generatora. U tom je slučaju podešavanje rezonancije to točnije što je krivulja apsorpcije strmija. Stoga je poželjno da pad intenziteta elektromagnetskih oscilacija, zbog rezonantne apsorpcije njihove energije od strane molekula, bude što uži i dublji.

Svi ovi međusobno povezani uređaji - generator, multiplikator, valovod plina amonijaka i diskriminator - su krug Povratne informacije, u kojem se molekule amonijaka pobuđuju pomoću generatora i istodobno njime upravljaju, tjerajući ga da stvara oscilacije željene frekvencije. Dakle, molekularni sat u konačnici koristi molekule amonijaka kao frekvencijski i vremenski standard. U prvom molekularnom satu amonijaka, koji je prema ovom principu razvio G. Lyons 1953. godine, nestabilnost brzine bila je oko 10 -7, tj. promjena frekvencije nije prelazila desetmilijunti dio. Naknadno je nestabilnost smanjena na 10 -8 , što odgovara pogrešci u mjerenju vremenskih intervala od 1 sekunde tijekom nekoliko godina.

Općenito, ovo je, naravno, izvrsna točnost. Međutim, pokazalo se da je u konstruiranom uređaju krivulja apsorpcije elektromagnetske energije ispala daleko od očekivane oštre, već prilično "razmazane". Sukladno tome, točnost cijelog uređaja pokazala se znatno manjom od očekivane. Pažljiva proučavanja ovih molekularnih satova provedena u narednim godinama omogućila su saznanje da njihova očitanja u određenoj mjeri ovise o dizajnu valovoda, kao i o temperaturi i tlaku plina koji se u njemu nalazi. Utvrđeno je da su ti učinci izvori nestabilnosti takvih satova i ograničavaju njihovu točnost.

U budućnosti, ti nedostaci u molekularnom satu nisu u potpunosti eliminirani. Međutim, bilo je moguće osmisliti druge, naprednije tipove kvantnih mjerača vremena.

Atomski cezijev sat

Daljnje poboljšanje standarda frekvencije i vremena postignuto je na temelju jasnog razumijevanja razloga nedostataka molekularnih satova amonijaka. Podsjetimo se da su glavni nedostaci molekularnih satova amonijaka nešto "razmazivanje" krivulje rezonantne apsorpcije i ovisnost prikaza ovih satova o temperaturi i tlaku plina u valovodu.

Koji su razlozi za te nedostatke? Mogu li se eliminirati? Ispostavilo se da se širenje rezonancije događa kao rezultat toplinskog gibanja čestica plina koje ispunjavaju valovod. Uostalom, dio čestica plina kreće se prema elektromagnetskom valu i stoga je za njih frekvencija titranja nešto viša od one koju daje generator. Druge čestice plina, naprotiv, kreću se od nadolazećeg elektromagnetskog vala, kao da bježe od njega; kod njih je frekvencija elektromagnetskih oscilacija nešto manja od nazivne. Samo za relativno vrlo veliki broj nepomične čestice plina, frekvencija elektromagnetskih oscilacija koju percipiraju jednaka je nominalnoj, tj. daje generator.

Opisani fenomen je dobro poznati longitudinalni Dopplerov efekt. On je taj koji dovodi do činjenice da je krivulja rezonancije spljoštena i razmazana i da se pronađe ovisnost jakosti struje na izlazu iz valovoda o brzini čestica plina, tj. na temperaturu plina.

Grupa znanstvenika iz Američkog ureda za standarde uspjela se nositi s tim poteškoćama. No, ono što su napravili je, općenito, novi i mnogo precizniji standard frekvencije i vremena, iako su korištene neke već poznate stvari.

Ovaj uređaj više ne koristi molekule, već atome. Ovi atomi ne ispunjavaju samo posudu, već se kreću u snopu. I to tako da smjer njihova kretanja bude okomit na smjer širenja elektromagnetskog vala. Lako je razumjeti da u ovom slučaju nema longitudinalnog Dopplerovog efekta. Uređaj koristi atome cezija, čija se ekscitacija događa na frekvenciji elektromagnetskih oscilacija jednakoj 9.192.631.831 periodima u sekundi.

Odgovarajući uređaj montiran je u cijev na čijem se jednom kraju nalazi električna peć 1, koja zagrijava metalni cezij do isparavanja, a na drugom kraju je detektor 6, koji broji atome cezija koji su dostigao ga (slika 24). Između njih su: prvi magnet 2, valovod 3, koji dovodi visokofrekventne elektromagnetske oscilacije, kolimator 4, i drugi magnet 5. polja stvorena stalnim magnetima i visokofrekventnim elektromagnetsko polje povezan pomoću valovoda od generatora do cijevi tako da je smjer širenja valova okomit na smjer leta čestica.

Takav uređaj omogućuje rješavanje prvog dijela problema: pobuđivanje atoma, odnosno njihovo prebacivanje iz jednog stanja u drugo, a pritom izbjegavanje longitudinalnog Dopplerovog efekta. Kad bi se istraživači ograničili samo na ovo poboljšanje, točnost uređaja bi se, iako povećala, ali ne puno. Doista, u snopu atoma emitiranom iz izvora sa žarnom niti uvijek postoje nepobuđeni i pobuđeni atomi. Dakle, kada atomi koji su izletjeli iz izvora prolete kroz elektromagnetsko polje i budu pobuđeni, tada se na već postojeće pobuđene atome dodaje određeni broj pobuđenih atoma. Stoga se pokazuje da promjena u broju pobuđenih atoma nije relativno velika i, posljedično, učinak djelovanja elektromagnetskih valova na snop čestica nije vrlo oštar. Jasno je da ako u početku uopće nije bilo pobuđenih atoma, a onda su se pojavili, tada bi ukupni učinak bio mnogo kontrastniji.

Dakle, nameće se dodatni zadatak: u dijelu od izvora do elektromagnetskog polja preskočiti atome koji su u normalnom stanju i ukloniti pobuđene. Nije se trebalo izmisliti ništa novo da bi se to riješilo, budući da su četrdesetih godina našeg stoljeća Rabbi, a potom i Ramsey, razvili odgovarajuće metode za spektroskopska istraživanja. Ove se metode temelje na činjenici da svi atomi i molekule imaju određena električna i magnetska svojstva, a ta su svojstva različita za pobuđene i nepobuđene čestice. Stoga u električnom i magnetskom polju različito odstupaju pobuđeni i nepobuđeni atomi i molekule.

U opisanom atomskom cezijevom satu na putu snopa čestica između izvora i visokofrekventnog elektromagnetskog polja ugrađen je permanentni magnet 2 (vidi sl. 24) tako da su nepobuđene čestice fokusirane na prorez kolimatora, a uzbuđeni su maknuti sa snopa. Drugi magnet 5, koji stoji između visokofrekventnog elektromagnetskog polja i detektora, naprotiv, postavljen je na takav način da su nepobuđene čestice uklonjene iz snopa, a samo pobuđene su fokusirane na detektor. Takvo dvostruko odvajanje dovodi do toga da do detektora dospiju samo one čestice koje su prije ulaska u elektromagnetsko polje bile nepobuđene, a zatim su u tom polju prešle u pobuđeno stanje. U ovom slučaju, ovisnost očitanja detektora o frekvenciji elektromagnetskih oscilacija ispada vrlo oštra i, sukladno tome, rezonantna krivulja apsorpcije elektromagnetske energije ispada vrlo uska i strma.

Kao rezultat opisanih mjera pokazalo se da pogonska jedinica atomskog cezijevog sata može odgovoriti čak i na vrlo malo ugađanje visokofrekventnog generatora, čime je postignuta vrlo visoka točnost stabilizacije.

Ostatak uređaja općenito ponavlja načelni dijagram molekularnog sata: visokofrekventni generator upravlja električnim satom i istovremeno pobuđuje čestice kroz krugove za množenje frekvencija. Diskriminator spojen na cezijevu cijev i visokofrekventni generator reagira na rad cijevi i podešava generator tako da se frekvencija oscilacija koje on proizvodi poklapa s frekvencijom na kojoj se čestice pobuđuju.

Sav ovaj uređaj u cjelini naziva se atomski cezijev sat.

U prvim modelima cezijevih satova (primjerice, cezijev sat Nacionalnog fizikalnog laboratorija Engleske) nestabilnost je bila samo 1 -9 . U uređajima ove vrste, razvijenim i izgrađenim posljednjih godina, nestabilnost je smanjena na 10 -12 -10 -13 .

Već je prije rečeno da i najbolji mehanički astronomski satovi, zbog istrošenosti svojih dijelova, s vremenom donekle promijene svoj hod. Čak ni kvarcni astronomski satovi nisu bez ovog nedostatka, budući da zbog starenja kvarca dolazi do sporog pomicanja njihovih očitanja. U cezijevim atomskim satovima nije pronađen pomak frekvencije.

Uspoređujući različite primjerke ovih satova, uočeno je da se frekvencija njihovih oscilacija podudara unutar ± 3 * 10 -12, što odgovara pogrešci od samo 1 sekunde u 10 000 godina.

Međutim, ovaj uređaj nije bez nedostataka: izobličenja u obliku elektromagnetskog polja i relativno kratko trajanje njegovog djelovanja na atome snopa ograničavaju daljnje povećanje točnosti mjerenja vremenskih intervala pomoću takvih sustava.

Astronomski sat s kvantnim generatorom

Još jedan korak prema povećanju točnosti mjerenja vremenskih intervala napravljen je korištenjem molekularni generatori- aparati koji koriste zračenje elektromagnetskih valova od strane molekula.

Ovo otkriće bilo je neočekivano i prirodno. Neočekivano - jer se činilo da su mogućnosti starih metoda iscrpljene, a drugih nije bilo. Prirodno - jer niz dobro poznatih učinaka već je sačinjavao gotovo sve dijelove nove metode i preostalo je samo pravilno iskombinirati te dijelove. Međutim, nova kombinacija poznatih stvari bit je mnogih otkrića. Za razmišljanje je uvijek potrebno puno hrabrosti da bi se to dosjetilo. Vrlo često, nakon što se to učini, sve izgleda vrlo jednostavno.

Uređaji u kojima se zračenje iz molekula koristi za dobivanje standarda frekvencije nazivaju se maseri; ova riječ je nastala od početnih slova izraza: mikrovalno pojačanje stimuliranom emisijom zračenja, tj. pojačanje centimetarskih radiovalova pomoću induciranog zračenja. Trenutno se uređaji ove vrste najčešće nazivaju kvantna pojačala ili kvantni generatori.

Što je pripremilo otkriće kvantnog generatora? Kakav je njegov princip rada i uređaj?

Istraživači su znali da kada pobuđene molekule, poput amonijaka, prelaze na niže razine energije i emitiraju elektromagnetsko zračenje, prirodna širina ovih emisijskih linija je izuzetno mala, barem mnogo puta manja od širine crte apsorpcije koja se koristi u molekularnim satovima. U međuvremenu, kada se uspoređuje frekvencija dviju oscilacija, oštrina krivulje rezonancije ovisi o širini spektralnih linija, a točnost stabilizacije koja se može postići ovisi o oštrini krivulje rezonancije.

Jasno je da su istraživači bili iznimno zainteresirani za mogućnost postizanja veće točnosti u mjerenju vremenskih intervala koristeći ne samo apsorpciju, već i emisiju elektromagnetskih valova od strane molekula. Čini se da je sve već tu za ovo. Doista, u valovodu molekularnog sata pobuđene molekule amonijaka spontano emitiraju svjetlost, tj. prelaze na niže energetske razine i istovremeno emitiraju elektromagnetsko zračenje s frekvencijom od 23 870 129 000 perioda u sekundi. Širina ove spektralne emisijske linije je doista vrlo mala. Osim toga, budući da je valovod molekularnog sata ispunjen elektromagnetskim oscilacijama koje dovodi generator, a frekvencija tih oscilacija jednaka je frekvenciji kvanta energije koje emitiraju molekule amonijaka, tada u valovodu induciran zračenje pobuđenih molekula amonijaka, čija je vjerojatnost mnogo veća od spontanog. Stoga se ovaj proces povećava ukupni broj djela zračenja.

Ipak, za promatranje i korištenje molekularnog zračenja sustav kao što je valovod molekularnog sata pokazao se potpuno neprikladnim. Doista, u takvom valovodu ima mnogo više nepobuđenih čestica amonijaka nego pobuđenih, pa čak i uzimajući u obzir inducirano zračenje, činovi apsorpcije elektromagnetske energije događaju se mnogo češće nego činovi emisije. Osim toga, nije jasno kako izolirati kvante energije koje emitiraju molekule u takvom valovodu kada je isti volumen ispunjen elektromagnetskim zračenjem iz generatora, a to zračenje ima istu frekvenciju i puno veći intenzitet.

Nije li istina da su svi procesi toliko isprepleteni da se na prvi pogled čini nemoguće među njima izdvojiti onaj pravi? Međutim, nije. Uostalom, poznato je da se pobuđene molekule po svojim električnim i magnetskim svojstvima razlikuju od nepobuđenih, pa ih je to i moguće odvojiti.

Godine 1954.-1955. taj su problem briljantno riješili N. G. Basov i A. M. Prohorov u SSSR-u te Gordon, Zeiger i Towns u SAD-u*. Ovi su autori iskoristili činjenicu da je električno stanje pobuđenih i nepobuđenih molekula amonijaka nešto drugačije i da one, leteći kroz nehomogeno električno polje, različito odstupaju.

* (J. Singer, Mathers, IL, M., 1961.; Basov N. G., Letokhov V. S. Standardi optičke frekvencije, UFN, vol. 96, br. 4, 1968.)

Podsjetimo se da se između dviju paralelno nabijenih ploča, na primjer, ploča kondenzatora, stvara jednolično električno polje; između nabijene ploče i točke ili dvije nabijene točke – nehomogen. Ako se električna polja prikazuju pomoću linija sile, tada se uniformna polja prikazuju linijama iste gustoće, a nehomogena polja linijama nejednake gustoće, npr. manje u ravnini, a više u točki gdje se linije spajaju. Metode za dobivanje nehomogenih električnih polja ovog ili onog oblika odavno su poznate.

Molekularni generator kombinacija je izvora molekula, električnog separatora i rezonatora sklopljenih u cijevi iz koje se ispumpava zrak. Za duboko hlađenje, ova cijev se stavlja u tekući dušik. Time se postiže visoka stabilnost cijelog uređaja. Izvor čestica u molekularnom generatoru je boca s uskim otvorom ispunjena plinom amonijakom. Kroz ovaj otvor uski snop čestica ulazi u cijev određenom brzinom (slika 25a).

Snop uvijek sadrži nepobuđene i pobuđene molekule amonijaka. Međutim, obično je puno više neuzbuđenih nego uzbuđenih. U cijevi, na putu ovih čestica, nalazi se kondenzator nabijen elektricitetom, koji se sastoji od četiri šipke, tzv.kvadrupolni kondenzator. U njemu je električno polje nehomogeno i ima takav oblik (slika 25, b) da se, prolazeći kroz njega, nepobuđene molekule amonijaka raspršuju na strane, a pobuđene odstupaju prema osi cijevi i tako se fokusiraju. Stoga se u takvom kondenzatoru čestice odvajaju i samo pobuđene molekule amonijaka dospijevaju na drugi kraj cijevi.

Na ovom drugom kraju cijevi nalazi se posuda određene veličine i oblika - takozvani rezonator. Kad se u njemu nađu, pobuđene molekule amonijaka nakon određenog kratkog vremena spontano prelaze iz pobuđenog stanja u nepobuđeno stanje i pritom emitiraju Elektromagnetski valovi određenu frekvenciju. O ovom procesu kažu da su molekule istaknute. Dakle, moguće je ne samo dobiti molekularno zračenje, već ga i izolirati.

Smatrati daljnji razvoj ove ideje. Elektromagnetsko zračenje rezonantne frekvencije, u interakciji s nepobuđenim molekulama, prenosi ih u pobuđeno stanje. Isto zračenje, u interakciji s pobuđenim molekulama, prevodi ih u nepobuđeno stanje, čime potiče njihovo zračenje. Ovisno o tome kojih je molekula više, nepobuđenih ili pobuđenih, prevladava proces apsorpcije ili inducirane emisije elektromagnetske energije.

Stvaranjem u određenom volumenu, na primjer, rezonatoru, značajne prevlasti pobuđenih molekula amonijaka i primjenom elektromagnetskih oscilacija rezonantne frekvencije na njega, moguće je pojačati mikrovalnu frekvenciju. Jasno je da do ovog pojačanja dolazi zbog kontinuiranog pumpanja pobuđenih molekula amonijaka u rezonator.

Uloga rezonatora nije ograničena na činjenicu da je posuda u kojoj se događa emisija pobuđenih molekula. Budući da elektromagnetsko zračenje rezonantne frekvencije potiče zračenje pobuđenih molekula, što je gustoća tog zračenja veća, to se proces induciranog zračenja aktivnije odvija.

Odabirom dimenzija rezonatora u skladu s valnom duljinom ovih elektromagnetskih oscilacija moguće je stvoriti uvjete za pojavu stojnih valova u njemu (slično izboru dimenzija orguljskih cijevi za pojavu stojnih valova odgovarajuće elastične zvučne oscilacije u njima). Izradom zidova rezonatora od odgovarajućeg materijala moguće je osigurati da reflektiraju elektromagnetske oscilacije s najmanjim gubicima. Obje ove mjere omogućuju stvaranje visoke gustoće elektromagnetske energije u rezonatoru i time povećavaju učinkovitost cijelog uređaja u cjelini.

Ceteris paribus, pojačanje u ovom uređaju je to veće što je veća gustoća toka pobuđenih molekula. Zanimljivo je da pri nekoj dovoljno visokoj gustoći toka pobuđenih molekula i odgovarajućim parametrima rezonatora, intenzitet zračenja molekula postaje dovoljno velik da pokrije razne gubitke energije, a pojačalo se pretvara u molekularni generator mikrovalnih oscilacija - tzv. nazvan kvantni generator. U tom slučaju više nije potrebno dovoditi visokofrekventnu elektromagnetsku energiju u rezonator. Proces stimulirane emisije jednih pobuđenih čestica podržan je emisijom drugih. Štoviše, pod odgovarajućim uvjetima, proces stvaranja elektromagnetske energije ne prestaje čak i ako se dio nje skrene u stranu.

Kvantni oscilator vrlo visoke stabilnosti Daje visokofrekventne elektromagnetske oscilacije strogo određene frekvencije i može se koristiti za mjerenje vremenskih intervala. Ne mora raditi neprekidno. Dovoljno je povremeno u određenim intervalima usporediti frekvenciju električnog generatora astronomskog sata s ovim standardom molekularne frekvencije i, ako je potrebno, uvesti korekciju.

Astronomski sat korigiran generatorom molekularnog amonijaka izgrađen je u kasnim pedesetim godinama. Njihova kratkotrajna nestabilnost nije prelazila 10 -12 za 1 minutu, a dugotrajna nestabilnost bila je oko 10 -10, što odgovara distorzijama u brojanju vremenskih intervala od samo 1 sekunde u nekoliko stotina godina.

Daljnje poboljšanje standarda frekvencije i vremena postignuto je na temelju istih ideja i korištenja nekih drugih čestica kao radnog medija, poput talija i vodika. U ovom slučaju kvantni generator koji radi na snopu atoma vodika, koji su ranih šezdesetih razvili i izgradili Goldenberg, Klepner i Ramsay, pokazao se posebno obećavajućim. Ovaj generator također se sastoji od izvora čestica, separatora i rezonatora postavljenih u cijev (slika 26) uronjenu u odgovarajuće rashladno sredstvo. Izvor emitira snop vodikovih atoma. U tom snopu ima nepobuđenih i pobuđenih vodikovih atoma, a nepobuđenih ima mnogo više nego pobuđenih.

Budući da se pobuđeni atomi vodika razlikuju od nepobuđenih po svom magnetskom stanju (magnetskom momentu), njihovo razdvajanje više nije električno, već magnetsko polje koje stvara par magneta. Značajne značajke ima i rezonator generatora vodika. Izrađen je u obliku tikvice od taljenog kvarca čije su unutarnje stijenke obložene parafinom. Zbog višestrukih (oko 10 000) elastičnih refleksija atoma vodika od parafinskog sloja, duljina leta čestica i, sukladno tome, vrijeme njihovog boravka u rezonatoru, u usporedbi s molekularnim generatorom, povećava se tisućama puta. Na taj način moguće je dobiti vrlo uske spektralne linije emisije vodikovih atoma i, u usporedbi s molekularnim generatorom, za tisuću puta smanjiti nestabilnost cijelog uređaja.

Suvremeni dizajni astronomskih satova s ​​kvantnim generatorom vodika nadmašili su standard cezijeve atomske zrake u svojim performansama. Nije pronađen sustavni pomak. Njihova kratkoročna nestabilnost je samo 6 * 10 -14 po minuti, a dugotrajna - 2 * 10 -14 po danu, što je deset puta manje od standarda cezija. Ponovljivost očitanja sata s kvantnim generatorom vodika je ±5*10 -13 , dok je ponovljivost cezijevog standarda ±3*10 -12 . Posljedično, generator vodika je iu ovom pokazatelju oko deset puta bolji. Tako je uz pomoć vodikovog astronomskog sata moguće osigurati točnost mjerenja vremena reda veličine 1 sekunde za interval od oko sto tisuća godina.

U međuvremenu, brojne studije posljednjih godina pokazale su da ova visoka točnost mjerenja vremenskih intervala, postignuta na temelju generatora atomskog snopa, još nije granica i da se može poboljšati.

Prijenos točnog vremena

Zadaća vremenske službe nije ograničena na dobivanje i pohranjivanje točnog vremena. Jednako važan dio toga je takva organizacija prijenosa točnog vremena, u kojoj se ta točnost ne bi izgubila.

U starim danima prijenos vremenskih signala vršio se pomoću mehaničkih, zvučnih ili svjetlosnih uređaja. U Petrogradu je točno u podne pucao top; također se mogao usporediti sat sa tornjem na Institutu za mjeriteljstvo, koji sada nosi ime D. I. Mendeljejeva. NA morske luke Kao vremenski signal korištena je padajuća lopta. S brodova u luci moglo se vidjeti kako se točno u podne lopta otkinula s vrha posebnog jarbola i pala na njegovo podnožje.

Za normalno odvijanje suvremenog intenzivnog života vrlo je važno osigurati točno vrijeme željeznice, pošta, telegraf i veliki gradovi. Ne zahtijeva tako visoku točnost kao u astronomskim i geografskim poslovima, ali je potrebno da, s točnošću do minute, u svim dijelovima grada, u svim dijelovima naše goleme zemlje, svi satovi pokazuju vrijeme u isti način. Taj se zadatak obično rješava uz pomoć električnog sata.

U industriji satova željeznica i komunikacijskih institucija, u industriji satova moderan grad električni satovi igraju veliku ulogu. Njihov uređaj je vrlo jednostavan, a opet, s točnošću od jedne minute, pokazuju isto vrijeme u svim točkama grada.

Električni satovi su primarni i sekundarni. Primarni električni satovi imaju njihalo, kotače, klizač i mjerači su stvarnog vremena. Sekundarni električni satovi samo su kazaljke: kod njih nema satnog mehanizma, već postoji samo relativno jednostavan uređaj koji pomiče kazaljke jednom u minuti (slika 27). Sa svakim otvaranjem struje, elektromagnet oslobađa kotvu i "pas" pričvršćen za sidro, naslonjen na zaporni kotač, okreće ga za jedan zub. Signali električne struje dovode se do sekundarnog sata ili iz središnje instalacije ili iz primarnog električnog sata. Posljednjih godina bilo je sat koji govori, izgrađen na principu zvučnih filmova, koji ne samo da pokazuju, već i govore vrijeme.

Za prijenos točno vrijeme sada služe uglavnom električnim signalima poslanim telefonom, telegrafom i radiom. Tijekom proteklih desetljeća tehnika njihova prijenosa je poboljšana, a točnost se u skladu s tim povećala. Godine 1904. Bigourdant je odašiljao ritmičke vremenske signale s pariške zvjezdarnice, koje je primala zvjezdarnica Montsouris s točnošću od 0,02-0,03 sek. Godine 1905. Washingtonska mornarička zvjezdarnica započela je redovito odašiljanje vremenskih signala; od 1908. počeli su se odašiljati ritmički vremenski signali iz Eiffelov toranj, a od 1912. iz Zvjezdarnice Greenwich.

Trenutno se prijenos točnih vremenskih signala provodi u mnogim zemljama. U SSSR-u takve prijenose provodi Državni astronomski institut nazvan po V.I. P. K. Sternberg, kao i niz drugih organizacija. U isto vrijeme, više različitih programa se koristi za prijenos očitanja srednjeg solarnog vremena putem radija. Na primjer, vremenski signalni program emitira se na kraju svakog sata i sastoji se od šest kratkih impulsa. Početak posljednjeg od njih odgovara vremenu ovog ili onog sata i 00 min 00 sek. U pomorskoj i zračnoj plovidbi koristi se program od pet serija od 60 impulsa i tri serije od šest kratkih signala, odvojenih duljim signalima. Osim toga, postoji niz posebnih programa za vremenske signale. Informacije o različitim programima posebnih vremenskih signala objavljuju se u posebnim publikacijama.

Pogreška u prijenosu vremenskih signala za emitirane programe iznosi oko ±0,01 - 0,001 s, a za neke posebne ±10 -4 pa čak i ±10 -5 s. Stoga su sada razvijene metode i uređaji koji omogućuju primanje, pohranjivanje i prijenos vremena s vrlo visokim stupnjem točnosti.

NA novije vrijeme Značajno nove ideje implementirane su u području pohrane i prijenosa točnog vremena. Pretpostavimo da je potrebno da na određenom broju točaka na bilo kojem teritoriju točnost očitanja satova koji tamo stoje ne bude gora od ± 30 sekundi, pod uvjetom da svi ti satovi rade neprekidno tijekom cijele godine. Takvi se zahtjevi odnose, primjerice, na gradske i željezničke satove. Zahtjevi nisu jako strogi, međutim, da bi ih se ispunilo korištenjem autonomnih satova, potrebno je da dnevna brzina svake instance sata bude bolja od ± 0,1 sekunde, a za to su potrebni precizni kvarcni kronometri.

U međuvremenu, ako se ovaj problem riješi korištenjem zajednički vremenski sustav, koji se sastoji od primarnih satova i velikog broja sekundarnih satova povezanih s njima, tada bi samo primarni satovi trebali imati visoku točnost. Stoga, čak i uz povećane troškove za primarni sat i odgovarajuće niske troškove za sekundarni sat, dobra točnost se može postići u cijelom sustavu uz relativno niske ukupne troškove.

Naravno, u ovom slučaju morate paziti da sam sekundarni sat ne unosi greške. Prethodno opisani sekundarni sat sa zapornim kotačićem i papučicom, kod kojeg se kazaljka pomiče jednom u minuti na signal, ponekad kvari. Štoviše, s vremenom se pogreška njihova svjedočenja gomila. U modernim sekundarnim satovima koriste se razne vrste provjere i korekcije očitanja. Još veću točnost daje sekundarni sat koji koristi izmjeničnu struju industrijske frekvencije (50 Hz), čija je frekvencija strogo stabilizirana. Glavni dio ovog sata je sinkroni električni motor kojeg pokreće izmjenična struja. Stoga je u ovom satu sama izmjenična struja kontinuirani vremenski signal s periodom ponavljanja od 0,02 sekunde.

Trenutno je stvorena Svjetska sinkronizacija atomskih satova (WOSAC; naziv se sastoji od prvih slova riječi: Svjetska sinkronizacija atomskih satova). Glavni primarni sat ovog sustava nalazi se u Rimu, New York, SAD, i sastoji se od tri atomska cezijeva sata, čija su očitanja prosječna. Dakle, točnost očitanja vremena je jednaka (1-3)*10 -11 . Ovi primarni satovi povezani su sa svjetskom mrežom sekundarnih satova.

Test je pokazao da su pri odašiljanju točnih vremenskih signala putem WHOAC-a od države New York (SAD) do Oahua (Havaji), tj. otprilike 30.000 km, vremenske indikacije usklađene s točnošću od 3 mikrosekunde.

Visoka točnost pohranjivanja i prijenosa vremenskih oznaka, postignuta danas, omogućuje rješavanje složenih i novih problema navigacije dubokog svemira, kao i, iako starih, ali još uvijek važnih i zanimljivih pitanja o kretanju zemljine kore.

Kamo idu kontinenti?

Sada se možemo vratiti na problem gibanja kontinenata, opisan u prethodnom poglavlju. To je još zanimljivije jer u pola stoljeća, koliko je prošlo od pojave Wegenerovih radova do našeg vremena, znanstveni sporovi oko ovih ideja još nisu jenjali. Na primjer, W. Munk i G. Macdonald su 1960. godine napisali: "Neki od Wegenerovih podataka su neporecivi, ali većina njegovih argumenata u potpunosti se temelji na proizvoljnim pretpostavkama." I dalje: "Veliki pomaci kontinenata dogodili su se prije izuma telegrafa, srednji pomaci - prije izuma radija, a nakon toga praktički se pomaci više nisu uočavali."

Ove zajedljive primjedbe nisu bez temelja, barem u svom prvom dijelu. Doista, longitudinalna mjerenja koja su Wegeper i njegovi suradnici jednom proveli na svojim ekspedicijama na Grenland (u jednoj od kojih je Wegener tragično umro) izvedena su s točnošću nedovoljnom za rigorozno rješenje problema. To su primijetili i njegovi suvremenici.

Jedan od najuvjerenijih pristaša teorije o kretanju kontinenata u njezinoj modernoj verziji je P. N. Kropotkin. Godine 1962. napisao je: „Paleomagnetski i geološki podaci pokazuju da je tijekom mezozoika i kenozoika lajtmotiv kretanja zemljine kore bilo fragmentiranje dvaju drevnih kontinenata – Laurazije i Gondvane i širenje njihovih dijelova prema Tihom oceanu i prema geosinklinalnom pojasu Tetis." Podsjetimo da je Laurasia pokrivena Sjeverna Amerika, Grenland, Europa i cijela sjeverna polovica Azije, Gondwana - južnim kontinentima i Indija. Ocean Tethys protezao se od Sredozemlja preko Alpa, Kavkaza i Himalaja do Indonezije.

Isti je autor dalje napisao: “Jedinstvo Gondwane sada se prati od prekambrija do sredine krede, a njezina fragmentacija sada izgleda kao dug proces koji je započeo u paleozoiku i dosegao posebno velike razmjere od sredine Kreda.Od tog vremena prošlo je osamdeset milijuna godina.Slijedom toga, udaljenost između Afrike i Južna Amerika povećavao se stopom od 6 cm godišnje. Ista se brzina dobiva iz paleomagnetskih podataka za kretanje Hindustana s južne hemisfere na sjevernu.« Rekonstruirajući položaj kontinenata u prošlosti pomoću paleomagnetskih podataka, P. N. Kropotkin je došao do zaključka da je« - u to vrijeme kontinenti su stvarno bili spojeni zajedno u takav blok, koji je sličio obrisima Wegenerove primarne kontinentalne platforme".

Dakle, zbroj podataka dobivenih različitim metodama pokazuje da su današnji položaj kontinenata i njihovi obrisi nastali u dalekoj prošlosti kao rezultat niza rasjeda i značajnog pomicanja kontinentalnih blokova.

Pitanje trenutnog kretanja kontinenata odlučuje se na temelju rezultata longitudinalnih studija provedenih s dovoljnom točnošću. Što u ovom slučaju znači dovoljna točnost može se vidjeti iz činjenice da, na primjer, na zemljopisnoj širini Washingtona promjena geografske dužine od jedne desettisućinke sekunde odgovara pomaku od 0,3 cm. Budući da procijenjena brzina kretanja iznosi oko 1 m godišnje, a moderni vremenski servisi već Ako je moguće odrediti vremenske točke, pohraniti i prenijeti točno vrijeme s točnošću tisućinki i desettisućinki sekunde, tada je za dobivanje uvjerljivih rezultata dovoljno provoditi odgovarajuća mjerenja u razmacima od nekoliko godina ili nekoliko desetaka godina.

U tu svrhu 1926. godine stvorena je mreža od 32 promatračke točke i provedena su astronomska longitudinalna istraživanja. Godine 1933. provedena su ponovljena astronomska longitudinalna istraživanja, au rad je već bila uključena 71 zvjezdarnica. Ova mjerenja, provedena na dobroj suvremenoj razini, iako u ne tako dugom vremenskom intervalu (7 godina), pokazala su, posebice, da se Amerika ne udaljava od Europe za 1 m godišnje, kako je mislio Wegener, nego se približava približno brzinom od 60 cm godišnje.

Tako je uz pomoć vrlo preciznih longitudinalnih mjerenja potvrđena prisutnost suvremenog kretanja velikih kontinentalnih blokova. Štoviše, bilo je moguće saznati da pojedini dijelovi ovih kontinentalnih blokova imaju nešto drugačije kretanje.

Svako astronomsko promatranje mora biti popraćeno podacima o vremenu njegova izvršenja. Točnost vremenskog trenutka može biti različita, ovisno o zahtjevima i svojstvima promatrane pojave. Tako je, primjerice, u običnim promatranjima meteora i promjenjivih zvijezda sasvim dovoljno znati trenutak s točnošću do minute. Zapažanja pomrčine Sunca, okultacije zvijezda Mjesecom i, posebno, promatranja kretanja umjetni sateliti Zemlje zahtijevaju oznake trenutaka s točnošću ne manjom od desetinke sekunde. Precizna astrometrijska opažanja dnevne rotacije nebeske sfere tjeraju nas na posebne metode bilježenja trenutaka vremena s točnošću od 0,01 pa čak i 0,005 sekundi!

Stoga je jedan od glavnih zadataka praktične astronomije dobiti točno vrijeme iz promatranja, pohraniti ga i priopćiti podatke o vremenu potrošačima.

Kako bi pratili vrijeme, astronomi imaju vrlo točne satove, koje redovito provjeravaju određujući trenutke vrhunca zvijezda uz pomoć posebnih instrumenata. Prijenos signala točnog vremena putem radija omogućio im je organiziranje službe svjetskog vremena, odnosno povezivanje svih zvjezdarnica koje se bave motrenjima te vrste u jedan sustav.

U nadležnost Službe za vrijeme, osim emitiranja signala točnog vremena, spada i prijenos pojednostavljenih signala, koji su dobro poznati svim slušateljima radija. To je šest kratkih signala, "točaka", koji se daju prije početka novog sata. Trenutak posljednje "točke", do stotinke sekunde, poklapa se s početkom novog sata. Astronomu amateru se savjetuje da koristi ove signale za provjeru svog sata. Kada provjeravamo sat, ne bismo ga trebali pomicati, jer u ovom slučaju kvarim mehanizam, a astronom mora voditi računa o svom satu, jer je to jedan od njegovih glavnih instrumenata. On mora odrediti "ispravak sata" - razliku između točnog vremena i njihovih očitanja. Ove ispravke treba sustavno utvrđivati ​​i bilježiti u dnevnik promatrača; njihovo daljnje proučavanje omogućit će vam da odredite tijek sata i dobro ih proučite.

Naravno, poželjno je imati na raspolaganju što bolji sat. Što treba razumjeti pod pojmom "dobri sati"?

Neophodno je da drže svoj kurs što je točnije moguće. Usporedimo dvije kopije običnih džepnih satova:

Pozitivni predznak korekcije znači da je za dobivanje točnog vremena potrebno dodati dopunu očitanju sata.

U dvije polovice tableta nalaze se zapisi korekcije sata. Oduzimanjem gornje korekcije od donje korekcije i dijeljenjem s brojem dana koji su protekli između određivanja, dobivamo dnevnu brzinu sata. Podaci o napretku dati su u istoj tablici.

Zašto neke satove nazivamo lošima, a druge dobrima? Prvih sati korekcija je blizu nule, ali njihov tijek se nepravilno mijenja. Drugo - korekcija je velika, ali tečaj je ujednačen. Prvi sat prikladan je za takva promatranja koja ne zahtijevaju vremenski žig točniji od minute. Njihova očitanja ne mogu se interpolirati i moraju se provjeravati nekoliko puta noću.

Drugi, "dobar sat", pogodan je za izvođenje složenijih promatranja. Naravno, korisno ih je provjeravati češće, ali je moguće interpolirati njihova očitanja za međutrenutke. Pokažimo to primjerom. Pretpostavimo da je promatranje obavljeno 5. studenog u 23:32:46. prema našem radnom vremenu. Provjera sata, obavljena u 17 sati 4. studenog, dala je korekciju od +2 m. 15 s. Dnevni hod, kako se vidi iz tablice, iznosi +5,7 s. Od 17:00 sati 4. studenog do trenutka opažanja prošao je 1 dan i 6,5 sati ili 1,27 dana. Množenjem ovog broja s dnevnom stopom dobivamo +7,2 s. Dakle, korekcija sata u trenutku promatranja nije bila 2 m. 15 s, već +2 m. 22 s. Dodajemo ga trenutku opažanja. Dakle, opažanje je obavljeno 5. studenog u 23:35:8.

Sretan sam što živim uzorno i jednostavno:
Kao sunce - kao visak - kao kalendar
M. Tsvetaeva

Lekcija 6/6

Tema Osnove mjerenja vremena.

Cilj Razmotrite sustav računanja vremena i njegov odnos sa zemljopisnom dužinom. Dajte ideju o kronologiji i kalendaru, određujući geografske koordinate (dužinu) područja prema astrometrijskim promatranjima.

Zadaci :
1. obrazovni: praktična astrometrija o: 1) astronomskim metodama, instrumentima i mjernim jedinicama, računanju i vođenju vremena, kalendarima i kronologiji; 2) određivanje zemljopisnih koordinata (geografske dužine) područja prema podacima astrometrijskih opažanja. Službe Sunca i točno vrijeme. Primjena astronomije u kartografiji. O kozmičkim pojavama: okretanje Zemlje oko Sunca, okretanje Mjeseca oko Zemlje i okretanje Zemlje oko svoje osi i njihove posljedice - nebeske pojave: izlazak, zalazak Sunca, dnevno i godišnje prividno kretanje i kulminacije svjetiljke (Sunce, Mjesec i zvijezde), promjena Mjesečevih mijena .
2. njegovanje: formiranje znanstvenog svjetonazora i ateističkog obrazovanja u tijeku upoznavanja s poviješću ljudskog znanja, s glavnim vrstama kalendara i kronološkim sustavima; razotkrivanje praznovjerja povezanih s konceptima "prijestupne godine" i prijevodom datuma julijanske i Gregorijanski kalendari; politehničkog i radnog obrazovanja u izlaganju gradiva o instrumentima za mjerenje i pohranjivanje vremena (sati), kalendarima i kronološkim sustavima te o praktičnim metodama primjene astrometrijskih znanja.
3. Edukativni: formiranje vještina: rješavati probleme za izračunavanje vremena i datuma kronologije i prijenos vremena iz jednog sustava pohrane i računa u drugi; izvoditi vježbe primjene osnovnih formula praktične astrometrije; služiti se mobilnom kartom zvjezdanog neba, literaturom i astronomskim kalendarom za određivanje položaja i uvjeta vidljivosti nebeskih tijela i tijeka nebeskih pojava; odrediti geografske koordinate (dužinu) područja prema astronomskim opažanjima.

Znati:
1. razina (standard)- sustavi za računanje vremena i mjerne jedinice; pojam podneva, ponoći, dana, odnos vremena i geografske dužine; nulti meridijan i univerzalno vrijeme; zonsko, mjesno, ljetno i zimsko vrijeme; metode prevođenja; naše računanje, podrijetlo našeg kalendara.
2. razina- sustavi za računanje vremena i mjerne jedinice; pojam podne, ponoć, dan; veza vremena sa zemljopisnom dužinom; nulti meridijan i univerzalno vrijeme; zonsko, mjesno, ljetno i zimsko vrijeme; metode prevođenja; imenovanje usluge točnog vremena; pojam kronologije i primjeri; pojam kalendara i glavne vrste kalendara: lunarni, lunisolarni, solarni (julijanski i gregorijanski) i osnove kronologije; problem stvaranja stalnog kalendara. Osnovni pojmovi praktične astrometrije: principi određivanja vremenskih i geografskih koordinata područja prema astronomskim motrenjima. Uzroci dnevno promatranih nebeskih pojava uzrokovanih kruženjem Mjeseca oko Zemlje (promjena Mjesečevih mijena, prividno kretanje Mjeseca na nebeskoj sferi).

Biti u mogućnosti:
1. razina (standard)- Pronađite svjetsko, prosječno, zonsko, lokalno, ljetno, zimsko vrijeme;
2. razina- Pronađite svjetsko, prosječno, zonsko, lokalno, ljetno, zimsko vrijeme; pretvoriti datume iz starih u novi stil i natrag. Riješite zadatke za određivanje geografskih koordinata mjesta i vremena opažanja.

Oprema: plakat "Kalendar", PKZN, njihalo i sunčani sat, metronom, štoperica, kvarcni sat Zemljina kugla, tablice: neki praktične aplikacije astronomija. CD- "Crvena smjena 5.1" (Time-show, Priče o svemiru = Vrijeme i godišnja doba). Model nebeske sfere; zidna karta zvjezdanog neba, karta vremenskih zona. Karte i fotografije zemljine površine. Tablica "Zemlja u svemiru". Fragmenti filmskih vrpci"Vidljivo kretanje nebeskih tijela"; "Razvoj ideja o svemiru"; Kako je astronomija opovrgla vjerske predstave o svemiru"

Interdisciplinarna komunikacija: Geografske koordinate, metode računanja vremena i orijentacije, kartografska projekcija (geografija, 6.-8. razred)

Tijekom nastave

1. Ponavljanje naučenog(10 min).
a) 3 osobe na pojedinačnim karticama.
1. 1. Na kojoj visini u Novosibirsku (φ= 55º) Sunce kulminira 21. rujna? [za drugi tjedan listopada, prema PKZN δ=-7º, zatim h=90 o -φ+δ=90 o -55º-7º=28º]
2. Gdje se na zemlji ne vide zvijezde južne polutke? [na sjevernom polu]
3. Kako se snalaziti na terenu po suncu? [ožujak, rujan - izlazak sunca na istoku, zalazak sunca na zapadu, podne na jugu]
2. 1. Podnevna visina Sunca je 30º, a njegova deklinacija je 19º. Odredite geografsku širinu mjesta promatranja.
2. Kako su dnevne putanje zvijezda u odnosu na nebeski ekvator? [paralelno]
3. Kako se snalaziti na terenu pomoću zvijezde Sjevernjače? [smjer sjever]
3. 1. Kolika je deklinacija zvijezde ako kulminira u Moskvi (φ= 56 º ) na visini od 69º?
2. Kako je os svijeta u odnosu na zemljinu os, u odnosu na ravninu horizonta? [paralelno, pod kutom geografske širine mjesta promatranja]
3. Kako odrediti geografsku širinu područja iz astronomskih motrenja? [izmjeri kutnu visinu Sjevernjače]

b) 3 osobe za tablom.
1. Izvedite formulu za visinu rasvjetnog tijela.
2. Dnevni putovi svjetlećih tijela (zvijezda) na različitim geografskim širinama.
3. Dokažite da je visina svjetskog pola jednaka geografskoj širini.

u) Ostali sami .
1. Koju najveću visinu Vega postiže (δ=38 o 47") u kolijevci (φ=54 o 04")? [maksimalna visina na vrhu kulminacije, h=90 o -φ+δ=90 o -54 o 04 "+38 o 47"=74 o 43"]
2. Odaberite bilo koji sjajna zvijezda i zapišite njegove koordinate.
3. U kojem se zviježđu danas nalazi Sunce i koje su mu koordinate? [za drugi tjedan listopada prema PCDP u konz. Djevica, δ=-7º, α=13 h 06 m]

d) u "Crvenoj smjeni 5.1"
Pronađite sunce:
Koje se informacije mogu dobiti o Suncu?
- koje su mu današnje koordinate i u kojem se zviježđu nalazi?
Kako se mijenja deklinacija? [smanjuje se]
- koja od zvijezda koje imaju dati ime, je po kutnoj udaljenosti najbliža Suncu i koje su mu koordinate?
- dokazati da se Zemlja trenutno kreće po orbiti približavajući se Suncu (iz tablice vidljivosti - kutni promjer Sunca raste)

2. novi materijal (20 minuta)
Treba platiti pozornost učenika:
1. Duljina dana i godine ovisi o referentnom okviru u kojem se promatra kretanje Zemlje (je li povezana sa zvijezdama fiksnicama, Suncem itd.). Izbor referentnog sustava odražava se u nazivu jedinice vremena.
2. Trajanje jedinica za računanje vremena vezano je uz uvjete vidljivosti (kulminacije) nebeskih tijela.
3. Do uvođenja atomskog standarda vremena u znanost došlo je zbog nejednolikosti Zemljine rotacije, koja je otkrivena s povećanjem točnosti sata.
4. Uvođenje standardnog vremena je zbog potrebe za koordinacijom gospodarskih aktivnosti na teritoriju definiranom granicama vremenskih zona.

Sustavi za računanje vremena. Odnos sa zemljopisnom dužinom. Prije više tisuća godina ljudi su primijetili da se mnoge stvari u prirodi ponavljaju: Sunce izlazi na istoku, a zalazi na zapadu, ljeto slijedi nakon zime i obrnuto. Tada su nastale prve jedinice vremena - dan mjesec godina . Koristeći se najjednostavnijim astronomskim instrumentima, utvrđeno je da u godini ima oko 360 dana, au 30-ak dana mjesečeva silueta prolazi ciklus od jednog do drugog punog mjeseca. Stoga su kaldejski mudraci usvojili seksagezimalni brojevni sustav kao osnovu: dan je podijeljen na 12 noći i 12 dana. sati , krug je 360 ​​stupnjeva. Svaki sat i svaki stupanj podijeljen je sa 60 minuta , a svake minute - za 60 sekundi .
Međutim, kasnija točnija mjerenja beznadno su pokvarila ovo savršenstvo. Pokazalo se da Zemlja napravi potpuni krug oko Sunca za 365 dana 5 sati 48 minuta i 46 sekundi. Mjesecu, s druge strane, treba od 29,25 do 29,85 dana da obiđe Zemlju.
Periodične pojave praćene dnevnom rotacijom nebeske sfere i prividnim godišnjim kretanjem Sunca po ekliptici osnova su raznih sustava računanja vremena. Vrijeme- glavna fizička veličina koja karakterizira uzastopnu promjenu pojava i stanja materije, trajanje njihovog postojanja.
Kratak- dan, sat, minuta, sekunda
dugo- godina, kvartal, mjesec, tjedan.
1. "zvjezdani"vrijeme povezano s kretanjem zvijezda na nebeskoj sferi. Mjereno satnim kutom točke proljetnog ekvinocija: S \u003d t ^; t \u003d S - a
2. "solarni"vrijeme povezano: s prividnim kretanjem središta Sunčevog diska po ekliptici (pravo Sunčevo vrijeme) ili kretanjem "prosječnog Sunca" - zamišljene točke koja se ravnomjerno kreće po nebeskom ekvatoru u istom vremenskom intervalu kao i pravo Sunce (prosječno solarno vrijeme).
Uvođenjem standarda atomskog vremena i međunarodnog SI sustava 1967. godine, atomska sekunda se koristi u fizici.
Drugi- fizička veličina brojčano jednaka 9192631770 perioda zračenja koja odgovara prijelazu između hiperfinih razina osnovnog stanja atoma cezija-133.
Sva gore navedena "vremena" međusobno su usklađena posebnim izračunima. Srednje solarno vrijeme koristi se u svakodnevnom životu . Osnovna jedinica zvjezdanog, pravog i srednjeg sunčevog vremena je dan. Zvjezdane, srednje solarne i druge sekunde dobivamo dijeljenjem odgovarajućeg dana s 86400 (24 h, 60 m, 60 s). Dan je postao prva jedinica za mjerenje vremena prije više od 50 000 godina. Dan- vremensko razdoblje tijekom kojeg Zemlja napravi jednu potpunu rotaciju oko svoje osi u odnosu na bilo koji orijentir.
zvjezdani dan- period rotacije Zemlje oko svoje osi u odnosu na zvijezde fiksne, definiran je kao vremenski interval između dva uzastopna gornja vrhunca proljetnog ekvinocija.
pravi solarni dan- period rotacije Zemlje oko svoje osi u odnosu na središte Sunčevog diska, definiran kao vremenski interval između dvije uzastopne istoimene kulminacije središta Sunčevog diska.
Zbog činjenice da je ekliptika nagnuta prema nebeskom ekvatoru pod kutom od 23 o 26", a Zemlja se okreće oko Sunca po eliptičnoj (malo izduženoj) orbiti, brzina vidljivo kretanje Sunca na nebeskoj sferi, a time i trajanje pravog sunčevog dana, stalno će se mijenjati tijekom godine: najbrže u blizini ekvinocija (ožujak, rujan), najsporije u blizini solsticija (lipanj, siječanj). Kako bi se pojednostavnili izračuni vremena u astronomiji, uveden je koncept srednjeg sunčevog dana - period rotacije Zemlje oko svoje osi u odnosu na "srednje Sunce".
Srednji solarni dan definiraju se kao vremenski interval između dva uzastopna vrhunca istog imena "srednjeg Sunca". Oni su 3 m 55,009 s kraći od zvjezdanog dana.
24 h 00 m 00 s zvjezdanog vremena jednako je 23 h 56 m 4,09 s srednjeg sunčevog vremena. Za određenost teoretskih proračuna prihvaća se efemeride (tablica) sekunda jednaka srednjoj solarnoj sekundi 0. siječnja 1900. u 12 sati jednako trenutnom vremenu, nije povezano s rotacijom Zemlje.

Prije otprilike 35 000 godina ljudi su primijetili periodičnu promjenu izgleda Mjeseca – promjenu mjesečevih mijena. Faza F nebesko tijelo(Mjeseci, planeti itd.) određuje se omjerom najveće širine osvijetljenog dijela diska d na njegov promjer D: F=dd. Crta terminator odvaja tamne i svijetle dijelove diska svjetiljke. Mjesec se kreće oko Zemlje u istom smjeru u kojem se Zemlja okreće oko svoje osi: od zapada prema istoku. Prikaz ovog kretanja je prividno kretanje Mjeseca na pozadini zvijezda prema rotaciji neba. Svaki dan Mjesec se pomakne prema istoku za 13,5o u odnosu na zvijezde i završi puni krug za 27,3 dana. Tako je uspostavljena druga mjera vremena nakon dana - mjesec.
Siderički (zvjezdani) lunarni mjesec- vremensko razdoblje tijekom kojeg mjesec napravi jednu potpunu revoluciju oko Zemlje u odnosu na fiksne zvijezde. Jednako je 27 d 07 h 43 m 11,47 s .
Sinodički (kalendarski) lunarni mjesec- vremenski razmak između dvije uzastopne istoimene faze (obično mlađaka) Mjeseca. Jednako je 29 d 12 h 44 m 2,78 s .
Cjelokupnost fenomena vidljivog kretanja Mjeseca na pozadini zvijezda i promjena Mjesečevih faza omogućuje navigaciju Mjeseca na tlu (sl.). Mjesec se pojavljuje kao uski polumjesec na zapadu i nestaje u zrakama jutarnje zore s istim uskim polumjesecom na istoku. Mentalno pričvrstite ravnu liniju lijevo od polumjeseca. Na nebu možemo pročitati ili slovo "P" - "raste", "rogovi" mjeseca su okrenuti ulijevo - mjesec je vidljiv na zapadu; ili slovo "C" - "stari", "rogovi" mjeseca su okrenuti udesno - mjesec je vidljiv na istoku. Za punog Mjeseca, Mjesec je vidljiv na jugu u ponoć.

Kao rezultat višemjesečnog promatranja promjene položaja Sunca iznad horizonta, nastala je treća mjera vremena - godina.
Godina- vremensko razdoblje tijekom kojeg Zemlja napravi jednu potpunu revoluciju oko Sunca u odnosu na bilo koju referentnu točku (točku).
zvjezdana godina- sideričko (zvjezdano) razdoblje Zemljine revolucije oko Sunca, jednako 365,256320 ... srednjih solarnih dana.
anomalistička godina- vremenski interval između dva uzastopna prolaska prosječnog Sunca kroz točku njegove orbite (obično perihel) jednak je 365,259641 ... srednjih solarnih dana.
tropska godina- vremenski interval između dva uzastopna prolaska prosječnog Sunca kroz proljetni ekvinocij, jednak 365,2422... srednjih solarnih dana ili 365 d 05 h 48 m 46,1 s.

Univerzalno vrijeme definirano kao lokalno srednje solarno vrijeme na nultom (Greenwich) meridijanu ( Da, UT- Univerzalno vrijeme). Jer u svakodnevnom životu lokalno vrijeme ne možete ga koristiti (budući da je jedan u kolijevci, a drugi u Novosibirsku (različiti λ )), zbog čega ga je odobrila Konferencija na prijedlog kanadskog željezničkog inženjera Sanford Fleming(8. veljače 1879 kada je govorio na Kanadskom institutu u Torontu) standardno vrijeme, dijeleći globus na 24 vremenske zone (360:24 = 15 o, 7,5 o od središnjeg meridijana). Nulta vremenska zona nalazi se simetrično u odnosu na nulti (Greenwich) meridijan. Pojasevi su označeni brojevima od 0 do 23 od zapada prema istoku. Stvarne granice pojaseva usklađene su s administrativnim granicama okruga, regija ili država. Središnji meridijani vremenskih zona međusobno su udaljeni točno 15 o (1 sat), pa se pri prelasku iz jedne vremenske zone u drugu vrijeme mijenja za cijeli broj sati, a broj minuta i sekundi se ne mijenja. Novi kalendarski dan (i Nova godina) početi u datumske linije(crta razgraničenja), prolazeći uglavnom uz meridijan od 180 o istočne zemljopisne dužine u blizini sjeveroistočne granice Ruske Federacije. Zapadno od datumske crte, dan u mjesecu je uvijek jedan više nego istočno od nje. Prelaskom ove linije od zapada prema istoku kalendarski broj se smanjuje za jedan, a pri prelasku od istoka prema zapadu kalendarski broj se povećava za jedan, čime se otklanja pogreška u računanju vremena prilikom putovanja oko svijeta i seljenja ljudi s istočne do zapadne hemisfere Zemlje.
Stoga je Međunarodna meridijanska konferencija (1884., Washington, SAD) u vezi s razvojem telegrafa i željeznički promet upisuje se:
- početak dana od ponoći, a ne od podneva, kako je bilo.
- početni (nulti) meridijan iz Greenwicha (Zvjezdarnica Greenwich kod Londona, koju je osnovao J. Flamsteed 1675. godine, kroz os teleskopa zvjezdarnice).
- sustav brojanja standardno vrijeme
Standardno vrijeme se određuje formulom: T n = T 0 + n , gdje T 0 - univerzalno vrijeme; n- broj vremenske zone.
Ljetno računanje vremena- standardno vrijeme, promijenjeno na cijeli broj sati odlukom Vlade. Za Rusiju, to je jednako pojasu, plus 1 sat.
moskovsko vrijeme- ljetno računanje vremena druge vremenske zone (plus 1 sat): Tm \u003d T 0 + 3 (sati).
Ljetno vrijeme- standardno standardno vrijeme, koje se odlukom Vlade mijenja za dodatnih plus 1 sat za razdoblje ljetnog računanja vremena radi uštede energetskih resursa. Po uzoru na Englesku, koja je 1908. godine prvi put uvela ljetno računanje vremena, danas 120 zemalja svijeta, uključujući i Rusku Federaciju, godišnje prelazi na ljetno računanje vremena.
Vremenske zone svijeta i Rusije
Zatim učenike treba ukratko upoznati s astronomskim metodama određivanja zemljopisnih koordinata (geografske dužine) područja. Zbog Zemljine rotacije, razlika između vremena podneva i vremena kulminacije ( vrhunac. Kakav je to fenomen?) zvijezda s poznatim ekvatorijalnim koordinatama u 2 točke jednaka je razlici zemljopisnih dužina točaka, što omogućuje određivanje dužine dane točke iz astronomskih promatranja Sunca i drugih svjetiljki i , obrnuto, lokalno vrijeme u bilo kojoj točki s poznatom zemljopisnom dužinom.
Na primjer: jedan od vas je u Novosibirsku, drugi u Omsku (Moskva). Tko će od vas prije opaziti gornju kulminaciju središta Sunca? I zašto? (napomena, to znači da je vaš sat na vremenu u Novosibirsku). Zaključak- ovisno o položaju na Zemlji (meridijan - geografska dužina), kulminacija bilo kojeg svjetla se promatra u drugačije vrijeme, to je vrijeme je povezano sa zemljopisnom dužinom ili T=UT+λ, a vremenska razlika za dvije točke koje se nalaze na različitim meridijanima bit će T 1 -T 2 \u003d λ 1 - λ 2.Geografska dužina (λ ) područja računa se istočno od "nultog" (Greenwich) meridijana i brojčano je jednak vremenskom intervalu između istoimenih vrhunaca istog svjetlećeg tijela na Greenwičkom meridijanu ( UT) i na mjestu promatranja ( T). Izraženo u stupnjevima ili satima, minutama i sekundama. Odrediti zemljopisne dužine područja, potrebno je odrediti trenutak vrhunca bilo koje svjetiljke (obično Sunca) s poznatim ekvatorijalnim koordinatama. Prevođenjem uz pomoć posebnih tablica ili kalkulatora vrijeme opažanja od srednjeg solarnog do zvjezdanog i znajući iz referentne knjige vrijeme kulminacije ovog svjetiljke na meridijanu Greenwicha, lako možemo odrediti zemljopisnu dužinu područja . Jedina računska poteškoća je točan prijevod jedinice vremena iz jednog sustava u drugi. Trenutak kulminacije ne može se "čuvati": dovoljno je odrediti visinu (zenitnu udaljenost) svjetiljke u bilo kojem točno određenom trenutku u vremenu, ali tada će izračuni biti prilično komplicirani.
Satovi se koriste za mjerenje vremena. Od najjednostavnijeg, korištenog u antici, je gnomon - vertikalni stup u središtu vodoravne platforme s pregradama, zatim pijesak, voda (klepsidra) i vatra, do mehaničke, elektronske i atomske. Još točniji atomski (optički) vremenski standard stvoren je u SSSR-u 1978. Pogreška od 1 sekunde javlja se svakih 10.000.000 godina!

Sustav mjerenja vremena u našoj zemlji
1) Od 1. srpnja 1919. uvodi se standardno vrijeme(Dekret Vijeća narodnih komesara RSFSR od 8. veljače 1919.)
2) 1930. osniva se Moskva (porodilište) vrijeme 2. vremenske zone u kojoj se nalazi Moskva, pomicanje za jedan sat unaprijed u odnosu na standardno vrijeme (+3 na univerzalno ili +2 na srednjoeuropsko) kako bi se osigurao svjetliji dio dana u danu (uredba Vijeće narodnih komesara SSSR-a od 16.6.1930.). Distribucija vremenskih zona rubova i regija značajno se mijenja. Otkazano u veljači 1991. i ponovno obnovljeno od siječnja 1992.
3) Istom Uredbom iz 1930. ukida se prijelaz na ljetno računanje vremena, koje je bilo na snazi ​​od 1917. (20. travnja i povratak 20. rujna).
4) Godine 1981. u zemlji se nastavlja prijelaz na ljetno računanje vremena. Dekret Vijeća ministara SSSR-a od 24. listopada 1980. "O postupku računanja vremena na teritoriju SSSR-a" uvodi se ljetno računanje vremena pomicanjem kazaljki na satu na 0 sati 1. travnja sat unaprijed, a 1. listopada sat vremena prije od 1981. godine. (Godine 1981. ljetno računanje vremena uvedeno je u velikoj većini razvijenih zemalja – njih 70, osim Japana). U budućnosti, u SSSR-u, prijevod se počeo raditi u nedjelju najbližu ovim datumima. Rezolucija je napravila niz značajnih promjena i odobrila novosastavljeni popis administrativnih teritorija dodijeljenih odgovarajućim vremenskim zonama.
5) Godine 1992., dekretima predsjednika, koji su otkazani u veljači 1991., porodiljsko (moskovsko) vrijeme vraćeno je od 19. siječnja 1992., uz zadržavanje prelaska na ljetno računanje vremena zadnje nedjelje ožujka u 2 sata ujutro jedan sat unaprijed, a na zimsko računanje vremena zadnje nedjelje rujna u 3 sata u noći prije jedan sat.
6) 1996. godine, Uredbom Vlade Ruske Federacije br. 511 od 23. travnja 1996., ljetno računanje vremena produljeno je za jedan mjesec i sada završava zadnje nedjelje u listopadu. NA Zapadni Sibir regije koje su prethodno bile u zoni MSK + 4 prešle su na vrijeme MSK + 3, pridružujući se omskom vremenu: Novosibirska regija 23. svibnja 1993. u 00:00, Altajski kraj i Republika Altaj 28. svibnja 1995. u 4:00, Tomska regija 1. svibnja 2002. u 03:00 sata regija Kemerovo 28. ožujka 2010. u 02:00. ( razlika u odnosu na univerzalno vrijeme GMT ostaje 6 sati).
7) Od 28. ožujka 2010., tijekom prijelaza na ljetno računanje vremena, područje Rusije počelo se nalaziti u 9 vremenskih zona (od 2. do uključivo 11., s izuzetkom 4. - regija Samara i Udmurtija 28. ožujka 2010. u 2 ujutro prešla na moskovsko vrijeme) s istim vremenom unutar svake vremenske zone. Granice vremenskih zona prolaze duž granica subjekata Ruske Federacije, svaki subjekt je uključen u jednu zonu, s izuzetkom Jakutije, koja je uključena u 3 zone (MSK + 6, MSK + 7, MSK + 8) , i regija Sahalin, koja je uključena u 2 zone ( MSK+7 na Sahalinu i MSK+8 na Kurilskim otocima).

Dakle za našu zemlju u zimsko vrijeme T= UT+n+1 h , a u ljetnom vremenu T= UT+n+2 h

Možete ponuditi obavljanje laboratorijskih (praktičnih) radova kod kuće: Laboratorijski rad"Određivanje koordinata terena iz promatranja Sunca"
Oprema: gnomon; kreda (klinovi); "Astronomski kalendar", bilježnica, olovka.
Radni nalog:
1. Određivanje podnevne crte (smjer meridijana).
S dnevnim kretanjem Sunca po nebu, sjena s gnomona postupno mijenja smjer i duljinu. U pravo podne ima najmanju duljinu i pokazuje smjer podnevne linije - projekcije nebeskog meridijana na ravninu matematičkog horizonta. Da bi se odredila podnevna linija, potrebno je u jutarnjim satima označiti točku na koju pada sjena s gnomona i nacrtati krug kroz nju, uzimajući gnomon za svoje središte. Zatim trebate pričekati dok sjena s gnomona po drugi put ne dotakne liniju kruga. Dobiveni luk je podijeljen na dva dijela. Crta koja prolazi kroz gnomon i sredinu podnevnog luka bit će podnevna linija.
2. Određivanje zemljopisne širine i dužine područja iz promatranja Sunca.
Promatranja počinju malo prije trenutka pravog podneva, čiji je početak fiksiran u trenutku točne podudarnosti sjene s gnomona i podnevne linije prema dobro kalibriranim satovima koji rade prema standardnom vremenu. Istodobno se mjeri duljina sjene od gnomona. Po duljini sjene l u pravo podne u vrijeme njegovog nastanka T d prema standardnom vremenu, koristeći jednostavne proračune, odrediti koordinate područja. Prethodno iz relacije tg h ¤ \u003d N / l, gdje H- visina gnomona, nađite visinu gnomona u točno podne h ¤ .
Geografska širina područja izračunava se formulom φ=90-h ¤ +d ¤, gdje je d ¤ Sunčeva deklinacija. Za određivanje zemljopisne dužine područja upotrijebite formulu λ=12h+n+Δ-D, gdje n- broj vremenske zone, h - jednadžba vremena za određeni dan (određena prema podacima "Astronomskog kalendara"). Za zimsko vrijeme D = n+1; za ljetno vrijeme D = n + 2.

"Planetarium" 410,05 mb		Resurs vam omogućuje instalaciju na računalo učitelja ili učenika Puna verzija inovativni obrazovni i metodički kompleks "Planetarium". "Planetarium" - izbor tematskih članaka - namijenjen je za korištenje učiteljima i učenicima na nastavi fizike, astronomije ili prirodnih znanosti u 10.-11. Prilikom instaliranja kompleksa preporuča se koristiti samo engleska slova u nazivima mapa.
Demo materijali 13.08 mb		Resurs je demonstracijski materijal inovativnog obrazovnog i metodološkog kompleksa "Planetarium".
Planetarij 2.67 mb Sat 154.3 kb Standardno vrijeme 374,3 kb Karta svjetskog vremena 175.3 kb

Svako astronomsko promatranje mora biti popraćeno podacima o vremenu njegova izvršenja. Točnost vremenskog trenutka može biti različita, ovisno o zahtjevima i svojstvima promatrane pojave. Tako je, primjerice, u običnim promatranjima meteora i promjenjivih zvijezda sasvim dovoljno znati trenutak s točnošću do minute. Promatranja pomrčina Sunca, zaklanjanja zvijezda Mjesecom, a posebno promatranja gibanja umjetnih satelita Zemlje, zahtijevaju označavanje trenutaka s točnošću ne manjom od desetinke sekunde. Precizna astrometrijska opažanja dnevne rotacije nebeske sfere tjeraju nas na posebne metode bilježenja trenutaka vremena s točnošću od 0,01 pa čak i 0,005 sekundi!

Stoga je jedan od glavnih zadataka praktične astronomije dobiti točno vrijeme iz promatranja, pohraniti ga i priopćiti podatke o vremenu potrošačima.

Kako bi pratili vrijeme, astronomi imaju vrlo točne satove, koje redovito provjeravaju određujući trenutke vrhunca zvijezda uz pomoć posebnih instrumenata. Prijenos signala točnog vremena putem radija omogućio im je organiziranje službe svjetskog vremena, odnosno povezivanje svih zvjezdarnica koje se bave motrenjima te vrste u jedan sustav.

U nadležnost Službe za vrijeme, osim emitiranja signala točnog vremena, spada i prijenos pojednostavljenih signala, koji su dobro poznati svim slušateljima radija. To je šest kratkih signala, "točaka", koji se daju prije početka novog sata. Trenutak posljednje "točke", do stotinke sekunde, poklapa se s početkom novog sata. Astronomu amateru se savjetuje da koristi ove signale za provjeru svog sata. Kada provjeravamo sat, ne bismo ga trebali pomicati, jer u ovom slučaju kvarim mehanizam, a astronom mora voditi računa o svom satu, jer je to jedan od njegovih glavnih instrumenata. On mora odrediti "ispravak sata" - razliku između točnog vremena i njihovih očitanja. Ove ispravke treba sustavno utvrđivati ​​i bilježiti u dnevnik promatrača; njihovo daljnje proučavanje omogućit će vam da odredite tijek sata i dobro ih proučite.

Naravno, poželjno je imati na raspolaganju što bolji sat. Što treba razumjeti pod pojmom "dobri sati"?

Neophodno je da drže svoj kurs što je točnije moguće. Usporedimo dvije kopije običnih džepnih satova:

Pozitivni predznak korekcije znači da je za dobivanje točnog vremena potrebno dodati dopunu očitanju sata.

U dvije polovice tableta nalaze se zapisi korekcije sata. Oduzimanjem gornje korekcije od donje korekcije i dijeljenjem s brojem dana koji su protekli između određivanja, dobivamo dnevnu brzinu sata. Podaci o napretku dati su u istoj tablici.

Zašto neke satove nazivamo lošima, a druge dobrima? Prvih sati korekcija je blizu nule, ali njihov tijek se nepravilno mijenja. Kod drugog je korekcija velika, ali tijek je ujednačen. Prvi sat prikladan je za takva promatranja koja ne zahtijevaju vremenski žig točniji od minute. Njihova očitanja ne mogu se interpolirati i moraju se provjeravati nekoliko puta noću.

Drugi, "dobar sat", pogodan je za izvođenje složenijih promatranja. Naravno, korisno ih je provjeravati češće, ali je moguće interpolirati njihova očitanja za međutrenutke. Pokažimo to primjerom. Pretpostavimo da je promatranje obavljeno 5. studenog u 23:32:46. prema našem radnom vremenu. Provjera sata, obavljena u 17 sati 4. studenog, dala je korekciju od +2 m. 15 s. Dnevni hod, kako se vidi iz tablice, iznosi +5,7 s. Od 17:00 sati 4. studenog do trenutka opažanja prošao je 1 dan i 6,5 sati ili 1,27 dana. Množenjem ovog broja s dnevnom stopom dobivamo +7,2 s. Dakle, korekcija sata u trenutku promatranja nije bila 2 m. 15 s, već +2 m. 22 s. Dodajemo ga trenutku opažanja. Dakle, opažanje je obavljeno 5. studenog u 23:35:8.

Na zvjezdarnicama postoje instrumenti uz pomoć kojih najpreciznije određuju vrijeme - provjeravaju sat. Vrijeme je postavljeno prema položaju koji zauzimaju svjetiljke iznad horizonta. Kako bi sat zvjezdarnice išao što točnije i ravnomjernije u intervalima između večeri, kada se provjeravaju po položaju zvijezda, sat se postavlja u duboke podrume. U takvim se podrumima tijekom cijele godine održava stalna temperatura. Ovo je vrlo važno jer promjene temperature utječu na rad sata.

Za prijenos točnih vremenskih signala putem radija, zvjezdarnica ima poseban sofisticirani sat, električnu i radio opremu. Signali točnog vremena koji se odašilju iz Moskve među najtočnijim su na svijetu. Određivanje točnog vremena prema zvijezdama, mjerenje vremena s točnim satovima i prijenos putem radija - sve to čini Time Service.

GDJE RADE ASTRONOMI

Astronomi provode znanstveni rad u zvjezdarnicama i astronomskim institutima.

Potonji se uglavnom bave teorijskim istraživanjima.

Nakon Velikog listopada socijalistička revolucija U našoj zemlji osnovan je Institut za teorijsku astronomiju u Lenjingradu, Astronomski institut. P. K. Sternberg u Moskvi, astrofizičke zvjezdarnice u Armeniji, Gruziji i niz drugih astronomskih institucija.

Školovanje i obrazovanje astronoma odvija se na sveučilištima na Mehaničko-matematičkom ili Fizičko-matematičkom fakultetu.

Glavna zvjezdarnica u našoj zemlji je Pulkovo. Izgrađen je 1839. u blizini Sankt Peterburga pod vodstvom istaknutog ruskog znanstvenika. U mnogim zemljama s pravom ga nazivaju svjetskom prijestolnicom astronomije.

Zvjezdarnica Simeiz na Krimu potpuno je obnovljena nakon Velikog domovinskog rata, a nedaleko od nje izgrađena je nova zvjezdarnica u selu Partizanskoye blizu Bakhchisaraia, gdje je postavljen najveći reflektirajući teleskop u SSSR-u sa zrcalom promjera 1¼. m je sada postavljen, a uskoro će biti postavljen reflektor sa zrcalom promjera 1¼ m. na 2,6 m - treći najveći u svijetu. Oba opservatorija sada čine jednu instituciju - Krimski astrofizički opservatorij Akademije znanosti SSSR-a. Astronomske zvjezdarnice postoje u Kazanu, Taškentu, Kijevu, Harkovu i drugim mjestima.

Na svim zvjezdarnicama koje imamo znanstveni rad prema dogovorenom planu. Dostignuća astronomske znanosti u našoj zemlji pomažu širokim slojevima radnog naroda da razviju ispravnu, znanstvenu predodžbu o svijetu koji nas okružuje.

Mnogi astronomski opservatoriji postoje iu drugim zemljama. Od njih su najstariji od postojećih najpoznatiji - Pariz i Greenwich, od čijih se meridijana računaju geografske dužine globus(nedavno je ova zvjezdarnica premještena na novu lokaciju, dalje od Londona, gdje ima dosta smetnji za noćna promatranja neba). Najveći teleskopi na svijetu postavljeni su u Kaliforniji na zvjezdarnicama Mount Palomar, Mount Wilson i Lick. Posljednji je ugrađen potkraj XIX stoljeća, a prva dva - već u XX. stoljeću.