Az időpontok megszerzése csak az időszolgáltatás első feladatát oldja meg. A következő feladat a pontos idő eltárolása a csillagászati ​​definíciói közötti intervallumokban. Ezt a feladatot a segítségével oldjuk meg csillagászati ​​óra.

A csillagászati ​​órák gyártásánál a nagy pontosságú időleolvasás érdekében lehetőség szerint minden hibaforrást figyelembe veszünk és kiküszöbölünk, működésükhöz a legkedvezőbb feltételeket teremtjük meg.

Az óra legfontosabb része az inga. A rugók és kerekek erőátviteli mechanizmusként, a nyilak mutatóként, az inga pedig az időt méri. Ezért a csillagászati ​​órákban igyekeznek a lehető legjobb feltételeket teremteni a működéséhez: állandósítani a helyiség hőmérsékletét, kiküszöbölni az ütéseket, gyengíteni a légellenállást, végül a mechanikai terhelést minél kisebbre kell csökkenteni.

A nagy pontosság érdekében a csillagászati ​​órát egy mély pincében, ütésektől védve helyezzük el, a helyiség hőmérsékletét egész évben állandó hőmérsékleten tartják. A légellenállás csökkentése és a légköri nyomás változásának hatásának kiküszöbölése érdekében az óra ingáját olyan burkolatba helyezzük, amelyben a légnyomás enyhén csökken (20. ábra).

A két ingával rendelkező csillagászati ​​óra (Short óra) nagyon nagy pontossággal rendelkezik, amelyek közül az egyik - nem szabad, vagy "szolga" - az átviteli és jelzőmechanizmusokhoz kapcsolódik, és egy másik vezérli - egy szabad inga, nem bármilyen kerékhez és rugóhoz csatlakoztatva (21. ábra).

A szabad inga egy mély pincében van elhelyezve, fémtokban. Ez az eset csökkentett nyomást hoz létre. A szabad inga és a nem szabad inga összekapcsolása két kis elektromágnesen keresztül történik, amelyek közelében ingadozik. A szabad inga vezérli a "rabszolga" ingát, aminek hatására az időben lendül magával.

Az óra leolvasásában nagyon kis hiba érhető el, de teljesen kiküszöbölni nem lehet. Ha viszont rosszul jár az óra, de előre tudható, hogy sietnek vagy napi egy bizonyos másodperccel le vannak maradva, akkor az ilyen hibás órákból nem nehéz kiszámolni a pontos időt. Ehhez elég tudni, hogy mi az óra menete, vagyis naponta hány másodperccel sietnek vagy hátrálnak. Korrekciós táblázatokat állítanak össze egy csillagászati ​​óra adott példányához hónapok és évek során. A csillagászati ​​órák mutatói szinte soha nem mutatják pontosan az időt, de a korrekciós táblázatok segítségével egészen ezredmásodperces pontosságú időbélyegeket lehet kapni.

Sajnos az óra nem áll állandóan. Amikor a külső körülmények - szobahőmérséklet és légnyomás - megváltoznak, az alkatrészek gyártása és az egyes alkatrészek működése során mindig előforduló pontatlanságok miatt, ugyanaz az óra változtathat az idő múlásával. Az óra menetének változása vagy változása a munka minőségének fő mutatója. Minél kisebb az órajel változása, annál jobb az óra.

Így egy jó csillagászati ​​óra túlságosan elhamarkodott és túl lassú, akár napi tizedmásodperceket is előrébb futhat vagy késhet, mégis megbízhatóan tudja tartani az időt és kellően pontos leolvasást adni, ha csak a viselkedése állandó, azaz a a napi ingadozás kicsi.

Short inga csillagászati ​​órájában az ütem napi ingadozása 0,001-0,003 mp. Az ilyen nagy pontosság sokáig felülmúlhatatlan maradt Századunk ötvenes éveiben F. M. Fedcsenko mérnök javította az inga felfüggesztését és javította a hőkompenzációját. Ez lehetővé tette számára, hogy olyan órát tervezzen, amelynek napi ingadozása 0,0002-0,0003 másodpercre csökkent.

Az elmúlt években a csillagászati ​​órák tervezésével nem a szerelők, hanem a villanyszerelők és rádiómérnökök foglalkoztak. Olyan órákat készítettek, amelyekben az inga lengései helyett egy kvarckristály rugalmas rezgéseit használták az idő számlálására.

A kvarckristályból megfelelően vágott lemez érdekes tulajdonságokkal rendelkezik. Ha egy ilyen, piezokvarcnak nevezett lemezt összenyomnak vagy meghajlítanak, akkor az ellentétes felületein különböző jelű elektromos töltések jelennek meg. Ha a piezoelektromos lemez ellentétes felületeire váltakozó elektromos áramot vezetünk, akkor a piezokvarc oszcillál. Minél kisebb az oszcillációs eszköz csillapítása, annál állandóbb az oszcillációs frekvencia. A piezokvarc ebből a szempontból kiemelkedően jó tulajdonságokkal rendelkezik, mivel rezgéseinek csillapítása nagyon kicsi. Ezt széles körben használják a rádiótechnikában a rádióadók állandó frekvenciájának fenntartására. A piezokvarc ugyanazon tulajdonsága - az oszcillációs frekvencia nagy állandósága - lehetővé tette nagyon pontos csillagászati ​​kvarcórák készítését.

A kvarcórák (22. ábra) piezoelektromos kvarccal stabilizált rádiótechnikai generátorból, frekvenciaosztásos kaszkádokból, szinkron villanymotorból és mutatónyilakkal ellátott számlapból állnak.

A rádiógenerátor nagyfrekvenciás váltóáramot állít elő, a piezokvarc pedig nagy pontossággal tartja fenn rezgéseinek állandó frekvenciáját. A frekvenciaosztási fokozatokban a váltakozó áram frekvenciája több százezerről több száz rezgésre csökken másodpercenként. Alacsony frekvenciájú váltóárammal működő szinkron villanymotor forgatja a mutatókat, zárja az időjeleket adó reléket stb.

A szinkron villanymotor forgási sebessége a táplált váltakozó áram frekvenciájától függ. Így egy kvarcórában a mutatómutatók forgási sebességét végső soron a piezokvarc rezgési frekvenciája határozza meg. A kvarclemez rezgési frekvenciájának nagy állandósága biztosítja a pálya egyenletességét és a kvarc csillagászati ​​óra jelzéseinek nagy pontosságát.

Jelenleg kvarcórákat gyártanak különféle típusokés a találkozók napi változtatásával, nem haladják meg a századmásodperceket, sőt ezredrészeket.

A kvarcórák első tervei meglehetősen terjedelmesek voltak. Végül is a kvarclemez rezgésének természetes frekvenciája viszonylag magas, és a másodpercek és percek számlálásához számos frekvenciaosztási kaszkád segítségével csökkenteni kell. Eközben az erre a célra használt csőrádiós készülékek sok helyet foglalnak el. Az elmúlt évtizedekben gyorsan fejlődött a félvezető rádiótechnika, ennek alapján fejlesztették ki a mini- és mikrominiatűr rádióberendezéseket. Ez lehetővé tette kis méretű hordozható kvarcórák építését tengeri és légi navigációhoz, valamint különféle expedíciós munkákhoz. Ezek a hordozható kvarc kronométerek nem nagyobbak és nehezebbek, mint a hagyományos mechanikus kronométerek.

Ha azonban a második osztályú mechanikus tengeri kronométer napi sebességi hibája legfeljebb ±0,4 másodperc, az első osztályú pedig legfeljebb ±0,2 másodperc, akkor a modern kvarc hordozható kronométerek napi sebességének instabilitása ±0,1 ; ±0,01, sőt ±0,001 mp.

Például a Svájcban gyártott "Chronotom" méretei 245X137X100 mm, és napi instabilitása nem haladja meg a ±0,02 másodpercet. Az "Izotom" álló kvarckronométer hosszú távú relatív instabilitása legfeljebb 10 -8, azaz a napi ciklus hibája körülbelül ±0,001 másodperc.

A kvarcórák azonban nem nélkülözik a komoly hiányosságokat, amelyek megléte elengedhetetlen a nagy pontosságú csillagászati ​​mérésekhez. A kvarccsillagászati ​​órák fő hátrányai a kvarc rezgések frekvenciájának a környezeti hőmérséklettől való függése és a "kvarc öregedése", vagyis rezgéseinek frekvenciájának időbeli változása. Az első hátrányt az óra azon részének gondos hőmérsékletszabályozásával küszöbölték ki, amelyben a kvarclemez található. A kvarc öregedését, amely az óra lassú sodrásához vezet, még nem sikerült kiküszöbölni.

"Molekuláris óra"

Létrehozható-e olyan időintervallum-mérési eszköz, amely nagyobb pontossággal rendelkezik, mint az inga- és kvarccsillagászati ​​órák?

A megfelelő módszereket keresve a tudósok olyan rendszerek felé fordultak, amelyekben molekuláris rezgések fordulnak elő. Ez a választás természetesen nem volt véletlen, és ő volt az, aki előre meghatározta a további sikert. A "molekuláris órák" kezdetben lehetővé tették az időmérés pontosságának ezres növelését, kölcsönvétellel pedig több százezerszeresét. A molekulától az időindikátorig vezető út azonban bonyolultnak és nagyon nehéznek bizonyult.

Miért nem lehetett javítani az inga- és kvarccsillagászati ​​órák pontosságát? Miben bizonyultak a molekulák jobbnak az ingáknál és a kvarclemezeknél az idő mérésében? Mi a molekuláris óra működési elve és berendezése?

Emlékezzünk vissza, hogy minden óra áll egy blokkból, amelyben periodikus rezgések fordulnak elő, egy számláló mechanizmusból a számuk számlálására, és egy eszközből, amelyben a fenntartásához szükséges energia tárolódik. Az óra pontossága azonban főleg az adott elem munkájának stabilitásától függ amely az időt méri.

Az ingás csillagászati ​​órák pontosságának növelése érdekében ingájuk minimális hőtágulási együtthatójú speciális ötvözetből készül, termosztátba helyezve, speciális módon felfüggesztve, edényben van elhelyezve, amelyből levegőt pumpálnak ki stb. Ismeretes, mindezek az intézkedések lehetővé tették a csillagászati ​​ingaórák mozgási ingadozásainak napi ezredmásodpercekre való csökkentését. A mozgó és súrlódó alkatrészek fokozatos kopása, a szerkezeti anyagok lassú és visszafordíthatatlan változása azonban általában - az ilyen órák "öregedése" nem tette lehetővé pontosságuk további javítását.

A csillagászati ​​kvarcórákban az időt egy kvarcstabilizált oszcillátor méri, ezen órák jelzéseinek pontosságát pedig a kvarclemez rezgési frekvenciájának állandósága határozza meg. Idővel visszafordíthatatlan változások következnek be a kvarclemezben és a hozzá kapcsolódó elektromos érintkezőkben. Így "megöregszik" a kvarcóráknak ez a mestereleme. Ebben az esetben a kvarclemez rezgési frekvenciája valamelyest megváltozik. Ez az oka az ilyen órák instabilitásának, és határt szab a pontosságuk további növelésének.

A molekuláris órákat úgy tervezték meg, hogy leolvasásukat végső soron a molekulák által elnyelt és kibocsátott elektromágneses rezgések frekvenciája határozza meg. Eközben az atomok és molekulák csak szakaszosan, csak bizonyos részekben, úgynevezett energiakvantumokban vesznek fel és bocsátanak ki energiát. Ezeket a folyamatokat jelenleg a következőképpen ábrázolják: ha egy atom normális (nem gerjesztett) állapotban van, akkor elektronjai az alacsonyabb energiaszinteket foglalják el, és ezzel egyidejűleg a legközelebbi távolságra vannak az atommagtól. Ha az atomok elnyelik az energiát, például a fényt, akkor elektronjaik új pozícióba ugranak, és valamivel távolabb helyezkednek el az atommagjuktól.

Jelöljük az elektron legalacsonyabb helyzetének megfelelő atom energiáját Ei-n keresztül, az atommagtól távolabbi helyének megfelelő energiát pedig E 2 -n keresztül. Amikor az atomok kisugároznak elektromágneses rezgések(például fény), E 2 energiájú gerjesztett állapotból E 1 energiájú gerjesztetlen állapotba megy át, akkor az elektromágneses energia kibocsátott része egyenlő ε = E 2 -E 1 . Könnyen belátható, hogy az adott összefüggés nem más, mint az energiamegmaradás törvényének egyik kifejeződése.

Közben ismert, hogy a fénykvantum energiája arányos a frekvenciájával: ε = hv, ahol ε az elektromágneses rezgések energiája, v a frekvenciájuk, h = 6,62 * 10 -27 erg * sec Planck-állandó. Ebből a két összefüggésből nem nehéz megtalálni az atom által kibocsátott fény v frekvenciáját. Nyilvánvaló, hogy v \u003d (E 2 - E 1) / h sec -1

Egy adott típusú atomnak (például hidrogén-, oxigénatomnak stb.) megvan a maga energiaszintje. Ezért minden egyes gerjesztett atom az alacsonyabb állapotokba való átmenet során elektromágneses rezgéseket bocsát ki jól meghatározott frekvenciakészlettel, azaz csak rá jellemző izzást ad. Ugyanez a helyzet a molekulákkal, azzal a különbséggel, hogy számos további energiaszinttel rendelkeznek, amelyek az alkotó részecskéik eltérő elrendezéséhez és kölcsönös mozgásukhoz kapcsolódnak.

Így az atomok és molekulák csak korlátozott frekvenciájú elektromágneses rezgések elnyelésére és kibocsátására képesek. Az atomrendszerek stabilitása rendkívül magas. Ez milliárdszor magasabb, mint bármely makroszkopikus eszköz stabilitása, amely érzékel vagy bocsát ki bizonyos típusú rezgéseket, például húrok, hangvillák, mikrofonok stb. Ez azzal magyarázható, hogy minden makroszkopikus eszközben, például gépekben , mérőműszerek stb. ., a stabilitásukat biztosító erők a legtöbb esetben csak tízszer-százszor nagyobbak a külső erőknél. Ezért az idő múlásával és a külső körülmények változásával az ilyen eszközök tulajdonságai valamelyest megváltoznak. Ezért kell a zenészeknek oly gyakran hangolni hegedűjüket és zongorájukat. Éppen ellenkezőleg, a mikrorendszerekben, például az atomokban és molekulákban olyan nagy erők hatnak az őket alkotó részecskék között, hogy a szokásos külső hatások sokkal kisebbek. Ezért a külső körülmények szokásos változásai - hőmérséklet, nyomás stb. - nem okoznak észrevehető változást ezeken a mikrorendszereken belül.

Ez magyarázza a spektrális analízis és sok más, atomi és molekuláris rezgések felhasználásán alapuló módszer és műszer nagy pontosságát. Ez az, ami annyira vonzóvá teszi ezeket a kvantumrendszereket csillagászati ​​órák fő elemeként használni. Hiszen az ilyen mikrorendszerek nem változtatják meg tulajdonságaikat az idő múlásával, vagyis nem "öregednek".

Amikor a mérnökök elkezdték a molekuláris órák tervezését, az atomi és molekuláris rezgések gerjesztésének módszerei már jól ismertek voltak. Ezek egyike, hogy nagyfrekvenciás elektromágneses oszcillációkat alkalmaznak az egyik vagy másik gázzal töltött edényre. Ha ezeknek a rezgéseknek a frekvenciája megfelel ezeknek a részecskéknek a gerjesztési energiájának, akkor az elektromágneses energia rezonáns abszorpciója következik be. Egy idő után (kevesebb, mint a másodperc milliomod része) a gerjesztett részecskék (atomok és molekulák) spontán módon átmennek a gerjesztett állapotból a normál állapotba, és egyúttal maguk is elektromágneses energiát bocsátanak ki.

Úgy tűnik, hogy egy ilyen óra megtervezésének következő lépése ezen rezgések számának megszámlálása, mivel az inga lengéseinek számát az ingaórában számítják ki. Egy ilyen közvetlen, „frontális” út azonban túl nehéznek bizonyult. A tény az, hogy a molekulák által kibocsátott elektromágneses rezgések frekvenciája nagyon magas. Például az ammónia molekulában az egyik fő átmenetnél ez 23 870 129 000 periódus másodpercenként. A kibocsátott elektromágneses rezgések frekvenciája különféle atomok, azonos nagyságrendű vagy még magasabb. Egyetlen mechanikus eszköz sem alkalmas az ilyen nagyfrekvenciás rezgések számának megszámlálására. Ráadásul a hagyományos elektronikai eszközök is alkalmatlannak bizonyultak erre.

Ebből a nehézségből egy eredeti kerülőút segítségével sikerült kiutat találni. Ammóniagázt helyeztek egy hosszú fémcsőbe (hullámvezető). A könnyebb kezelhetőség érdekében ez a cső feltekercselt. A generátorból a cső egyik végébe nagyfrekvenciás elektromágneses rezgéseket tápláltak, a másik végére pedig egy eszközt szereltek fel, amely méri az intenzitásukat. A generátor bizonyos határok között lehetővé tette az általa gerjesztett elektromágneses rezgések frekvenciájának megváltoztatását.

Az ammónia molekulák gerjesztetlen állapotból gerjesztett állapotba való átmenetéhez egy jól meghatározott energia és ennek megfelelően az elektromágneses rezgések jól meghatározott frekvenciája szükséges (ε = hv, ahol ε a kvantumenergia, v a elektromágneses rezgések, h Planck-állandó). Amíg a generátor által keltett elektromágneses rezgések frekvenciája nagyobb vagy kisebb, mint ez a rezonanciafrekvencia, addig az ammónia molekulák nem vesznek fel energiát. Amikor ezek a frekvenciák egybeesnek, jelentős számú ammónia molekula nyeli el az elektromágneses energiát, és gerjesztett állapotba kerül. Természetesen ebben az esetben (az energiamegmaradás törvénye miatt) a hullámvezető végén, ahová a mérőeszközt telepítik, az elektromágneses rezgések intenzitása kisebb. Ha simán megváltoztatja a generátor frekvenciáját és rögzíti a mérőeszköz leolvasását, akkor a rezonanciafrekvencián az elektromágneses rezgések intenzitása csökken.

A molekuláris óra tervezésének következő lépése pontosan ennek a hatásnak a kiaknázása. Ehhez egy speciális eszközt állítottak össze (23. ábra). Ebben egy tápegységgel ellátott nagyfrekvenciás generátor generál nagyfrekvenciás elektromágneses rezgéseket. Ezen rezgések frekvenciájának állandóságának növelése érdekében a generátort stabilizáljuk. piezoelektromos kristály segítségével. A meglévő ilyen típusú berendezésekben a nagyfrekvenciás generátor rezgési frekvenciáját a bennük használt kvarclemezek természetes rezgési frekvenciájának megfelelően másodpercenként több százezer periódusra választják.

Rizs. 23. A "molekuláris óra" sémája

Mivel ez a frekvencia túl nagy ahhoz, hogy bármilyen mechanikus eszközt közvetlenül vezérelhessen, egy frekvenciaosztó egység segítségével másodpercenként több száz rezgésre csökkenti, és csak ezután kerül a jelrelékbe és a mutatónyilakat forgató szinkron villanymotorba. az óralapon található. Így a molekuláris óra ezen része megismétli a korábban leírt kvarcórák sémáját.

Az ammónia molekulák gerjesztése érdekében a nagyfrekvenciás generátor által generált elektromágneses rezgések egy részét egy váltakozó áramú frekvenciaszorzóra vezetik (lásd 23. ábra). A benne lévő frekvenciaszorzótényezőt úgy választják meg, hogy a rezonánshoz hozzák. A frekvenciaszorzó kimenetéről az elektromágneses rezgések ammóniagázzal jutnak a hullámvezetőbe. A hullámvezető kimenetén lévő eszköz - a diszkriminátor - feljegyzi a hullámvezetőn áthaladó elektromágneses rezgések intenzitását, és a nagyfrekvenciás generátorra hat, megváltoztatva az általa gerjesztett rezgések frekvenciáját. A diszkriminátort úgy alakították ki, hogy amikor a hullámvezető bemenetére a rezonanciafrekvencia alatti frekvenciájú rezgések érkeznek, beállítja a generátort, növelve rezgésének frekvenciáját. Ha azonban a hullámvezető bemenetére a rezonanciafrekvenciánál nagyobb frekvenciájú rezgések érkeznek, akkor az csökkenti a generátor frekvenciáját. Ebben az esetben a rezonanciára hangolás annál pontosabb, minél meredekebb az abszorpciós görbe. Ezért kívánatos, hogy az elektromágneses rezgések intenzitásának csökkenése az energiájuk molekulák általi rezonanciaelnyelése miatt a lehető legkeskenyebb és legmélyebb legyen.

Mindezek az összekapcsolt eszközök – generátor, szorzó, ammóniagáz hullámvezető és diszkriminátor – egy áramkör Visszacsatolás, amelyben az ammónia molekulákat a generátor gerjeszti, és egyúttal szabályozza azt, kényszerítve azt, hogy a kívánt frekvenciájú oszcillációt generáljon. Így a molekuláris óra végső soron ammónia molekulákat használ frekvencia- és időstandardként. Az első molekuláris ammóniaórában, amelyet G. Lyons 1953-ban ezen elv szerint fejlesztett ki, a sebesség instabilitása körülbelül 10 -7 volt, azaz a frekvenciaváltozás nem haladta meg a tíz milliomod részét. Ezt követően az instabilitást 10-8-ra csökkentették, ami több éven át 1 másodperces időintervallum-mérés hibájának felel meg.

Általában ez természetesen kiváló pontosság. Kiderült azonban, hogy a megszerkesztett készülékben az elektromágneses energiaelnyelési görbe korántsem a vártnál élesnek bizonyult, hanem inkább "elkenődött". Ennek megfelelően a teljes készülék pontossága lényegesen alacsonyabbnak bizonyult a vártnál. Ezeknek a molekuláris óráknak a következő években végzett gondos vizsgálata lehetővé tette, hogy kiderítsék, hogy leolvasásuk bizonyos mértékig függ a hullámvezető kialakításától, valamint a benne lévő gáz hőmérsékletétől és nyomásától. Azt találták, hogy ezek a hatások az ilyen órák instabilitásának forrásai, és korlátozzák a pontosságukat.

A jövőben a molekuláris óra ezen hibáit nem sikerült teljesen kiküszöbölni. Lehetett azonban más, fejlettebb típusú kvantumidőmérőkkel is előrukkolni.

Atom cézium óra

A frekvencia- és időszabványok további javulását sikerült elérni az ammónia molekuláris órák hiányosságainak okainak világos megértése alapján. Emlékezzünk vissza, hogy az ammónia molekuláris órák fő hátrányai a rezonancia abszorpciós görbe "elkenődése", valamint ezen órák megjelenítésének a hullámvezetőben lévő gáz hőmérsékletétől és nyomásától való függése.

Mik az okai ezeknek a hibáknak? Kiküszöbölhetők? Kiderült, hogy a rezonancia terjedése a hullámvezetőt kitöltő gázrészecskék hőmozgása következtében következik be. Hiszen a gázrészecskék egy része az elektromágneses hullám felé mozdul el, ezért számukra az oszcillációs frekvencia valamivel magasabb, mint a generátor által adott. Más gázrészecskék éppen ellenkezőleg, elmozdulnak a bejövő elektromágneses hullám elől, mintha menekülnének előle; számukra az elektromágneses rezgések frekvenciája valamivel alacsonyabb a névlegesnél. Csak viszonylag nagyon egy nagy szám mozdulatlan gázrészecskék, az általuk észlelt elektromágneses rezgések frekvenciája megegyezik a névleges, azaz. a generátor adja.

A leírt jelenség a jól ismert longitudinális Doppler-effektus. Ő vezet oda, hogy a rezonanciagörbe ellaposodik és elkenődik, és kiderül, hogy a hullámvezető kimenetén az áramerősség függ a gázrészecskék sebességétől, pl. a gáz hőmérsékletén.

Az Amerikai Szabványügyi Hivatal tudósainak egy csoportja megbirkózott ezekkel a nehézségekkel. Amit azonban csináltak, az általánosságban egy új és sokkal pontosabb frekvencia- és időszabvány volt, bár néhány már ismert dolgot használtak.

Ez az eszköz már nem molekulákat, hanem atomokat használ. Ezek az atomok nem csak kitöltik az edényt, hanem egy sugárban mozognak. És úgy, hogy mozgásuk iránya merőleges legyen az elektromágneses hullám terjedési irányára. Könnyen megérthető, hogy ebben az esetben nincs longitudinális Doppler-effektus. A készülék céziumatomokat használ, amelyek gerjesztése másodpercenként 9 192 631 831 periódusnak megfelelő elektromágneses rezgések frekvenciájával történik.

A megfelelő eszköz egy csőbe van szerelve, melynek egyik végén egy elektromos kemence 1 található, amely a fém céziumot párolgásig melegíti, a másik végén pedig egy 6 detektor található, amely megszámolja a benne lévő cézium atomok számát. elérte (24. kép). Közöttük vannak: az első mágnes 2, a hullámvezető 3, amely nagyfrekvenciás elektromágneses oszcillációkat biztosít, a 4 kollimátor és a második mágnes 5. állandó mágnesek és nagyfrekvenciás mezők. elektromágneses mező, egy hullámvezető segítségével összegezve a generátortól a csőig úgy, hogy a hullámterjedés iránya merőleges legyen a részecskék repülési irányára.

Egy ilyen eszköz lehetővé teszi a probléma első részének megoldását: az atomok gerjesztését, azaz egyik állapotból a másikba való átvitelét, és ezzel egyidejűleg a longitudinális Doppler-effektus elkerülését. Ha a kutatók csak erre a fejlesztésre szorítkoztak volna, akkor az eszköz pontossága növekedett volna, de nem sokkal. Valójában egy izzóforrásból kibocsátott atomnyalábban mindig vannak gerjesztetlen és gerjesztett atomok. Így amikor a forrásból kirepült atomok átrepülnek az elektromágneses mezőn és gerjesztődnek, akkor a már meglévő gerjesztett atomokhoz hozzáadódik bizonyos számú gerjesztett atom. Ezért a gerjesztett atomok számának változása viszonylag nem túl nagy, és ennek következtében az elektromágneses hullámok hatásának a részecskenyalábra való hatása nem túl éles. Nyilvánvaló, hogy ha eleinte egyáltalán nem lennének gerjesztett atomok, majd megjelennének, akkor az összhatás sokkal kontrasztosabb lenne.

Tehát egy további feladat adódik: a forrástól az elektromágneses térig terjedő szakaszban hagyja ki a normál állapotban lévő atomokat, és távolítsa el a gerjesztetteket. Semmi újat nem kellett kitalálni a megoldásához, hiszen még századunk negyvenes éveiben Rabbi, majd Ramsey kidolgozta a megfelelő módszereket a spektroszkópiai vizsgálatokhoz. Ezek a módszerek azon a tényen alapulnak, hogy minden atom és molekula rendelkezik bizonyos elektromos és mágneses tulajdonságokkal, és ezek a tulajdonságok eltérőek a gerjesztett és nem gerjesztett részecskékre. Ezért elektromos és mágneses térben a gerjesztett és nem gerjesztett atomok és molekulák eltérően térnek el.

Az ismertetett atomcéziumórában a részecskenyalábnak a forrás és a nagyfrekvenciás elektromágneses tér közötti útjára a 2 permanens mágnest (lásd 24. ábra) úgy helyeztük el, hogy a nem gerjesztett részecskék a kollimátor résén fókuszálódjanak, ill. az izgatottakat eltávolították a gerendáról. A második mágnes 5, amely a nagyfrekvenciás elektromágneses tér és a detektor között állt, éppen ellenkezőleg, úgy volt felszerelve, hogy a gerjesztetlen részecskéket eltávolították a nyalábból, és csak a gerjesztett részecskéket fókuszálták a detektorra. Egy ilyen kettős elválasztás oda vezet, hogy csak azok a részecskék jutnak el a detektorhoz, amelyek az elektromágneses térbe való belépés előtt gerjesztetlenek voltak, majd ebben a mezőben gerjesztett állapotba kerültek. Ebben az esetben a detektor leolvasásának az elektromágneses rezgések frekvenciájától való függése nagyon élesnek bizonyul, és ennek megfelelően az elektromágneses energia abszorpciójának rezonanciagörbéje nagyon keskeny és meredek.

Az ismertetett intézkedések eredményeként kiderült, hogy az atomcézium óra hajtóegysége a nagyfrekvenciás generátor igen csekély elhangolására is képes reagálni, és így igen nagy stabilizációs pontosságot értek el.

Az eszköz többi része általában megismétli a molekuláris óra elvi diagramját: egy nagyfrekvenciás generátor vezérli az elektromos órát, és egyidejűleg gerjeszti a részecskéket a frekvenciaszorzó áramkörökön keresztül. A céziumcsőhöz csatlakoztatott diszkriminátor és egy nagyfrekvenciás generátor reagál a cső működésére, és úgy állítja be a generátort, hogy az általa keltett rezgések frekvenciája egybeessen a részecskék gerjesztésének frekvenciájával.

Mindezt az eszközt összességében atomcéziumórának nevezik.

A céziumórák első modelljeiben (például az angliai National Physical Laboratory cézium órájában) az instabilitás csak 1-9 volt. Az ilyen típusú, az elmúlt években kifejlesztett és gyártott eszközökben az instabilitás 10 -12 -10 -13-ra csökkent.

Korábban már volt szó arról, hogy a legjobb mechanikus csillagászati ​​órák is, alkatrészeik kopása miatt, idővel valamelyest változtatják az irányt. Még a kvarc csillagászati ​​órák sem nélkülözik ezt a hátrányt, mivel a kvarc öregedése miatt a leolvasások lassan eltolódnak. A cézium atomórákban nem találtak frekvencia eltolódást.

Ezeknek az óráknak a különböző példányainak összehasonlításakor megfigyelhető, hogy az oszcillációik gyakorisága ± 3 * 10 -12 tartományon belül esik egybe, ami 10 000 év alatt mindössze 1 másodperces hibának felel meg.

Ez az eszköz azonban nem mentes a hátrányoktól: az elektromágneses mező alakjának torzulása és a nyaláb atomjaira gyakorolt ​​​​hatás viszonylag rövid időtartama korlátozza az időintervallumok pontosságának további növelését ilyen rendszerekkel.

Csillagászati ​​óra kvantumgenerátorral

Az időintervallumok mérési pontosságának növelése felé újabb lépést tettek a segítségével molekulagenerátorok- használó készülékek elektromágneses hullámok sugárzása molekulák által.

Ez a felfedezés váratlan és természetes volt. Váratlanul – mert úgy tűnt, a régi módszerek lehetőségei kimerültek, míg más nem volt. Természetes – mert számos jól ismert hatás már szinte minden részét képezte az új módszernek, és már csak ezeknek a részeknek a megfelelő kombinálása volt hátra. Az ismert dolgok új kombinációja azonban számos felfedezés lényege. Mindig nagy bátorság kell gondolkodni ahhoz, hogy kitaláljuk. Elég gyakran, miután ez megtörtént, minden nagyon egyszerűnek tűnik.

Azokat az eszközöket, amelyekben molekulákból származó sugárzást használnak fel frekvenciaszabvány létrehozására, masereknek nevezzük; ez a szó a kifejezés kezdőbetűiből keletkezik: mikrohullámú erősítés stimulált sugárzáskibocsátással, azaz centiméteres hatótávolságú rádióhullámok erősítése indukált sugárzással. Jelenleg az ilyen típusú eszközöket leggyakrabban kvantumerősítőknek vagy kvantumgenerátoroknak nevezik.

Mi készítette elő a kvantumgenerátor felfedezését? Mi a működési elve és mi a készüléke?

A kutatók tudták, hogy amikor a gerjesztett molekulák, például az ammónia, alacsonyabb energiaszintre mennek, és elektromágneses sugárzást bocsátanak ki, ezen emissziós vonalak természetes szélessége rendkívül kicsi, legalábbis sokszor kisebb, mint a molekuláris órákban használt abszorpciós vonalszélesség. Eközben két rezgés frekvenciájának összehasonlításakor a rezonanciagörbe élessége a spektrumvonalak szélességétől, az elérhető stabilizációs pontosság pedig a rezonanciagörbe élességétől függ.

Nyilvánvaló, hogy a kutatókat rendkívül érdekelte az a lehetőség, hogy nagyobb pontosságot érjenek el az időintervallumok mérése során nemcsak az abszorpció, hanem az elektromágneses hullámok molekulák általi kibocsátásával is. Úgy tűnik, ehhez már minden megvan. Valójában a molekuláris óra hullámvezetőjében a gerjesztett ammónia molekulák spontán fényt bocsátanak ki, azaz alacsonyabb energiaszintekre jutnak át, és egyidejűleg 23 870 129 000 periódus/másodperc frekvenciájú elektromágneses sugárzást bocsátanak ki. Ennek a spektrális emissziós vonalnak a szélessége valóban nagyon kicsi. Ezen túlmenően, mivel a molekuláris óra hullámvezetője tele van a generátortól táplált elektromágneses rezgésekkel, és ezeknek a rezgéseknek a frekvenciája megegyezik az ammónia molekulák által kibocsátott energiakvantumok frekvenciájával, akkor a hullámvezetőben indukált gerjesztett ammónia molekulák sugárzása, amelynek valószínűsége sokkal nagyobb, mint a spontán. Így ez a folyamat fokozódik teljes szám sugárzási cselekmények.

Ennek ellenére a molekuláris sugárzás megfigyelésére és felhasználására egy olyan rendszer, mint a molekuláris óra hullámvezetője, teljesen alkalmatlannak bizonyult. Valójában egy ilyen hullámvezetőben sokkal több a gerjesztetlen ammóniarészecske, mint a gerjesztett, és még az indukált sugárzást is figyelembe véve az elektromágneses energia abszorpciója sokkal gyakrabban fordul elő, mint a kibocsátás. Ezenkívül nem világos, hogyan lehet elkülöníteni a molekulák által kibocsátott energiakvantumokat egy ilyen hullámvezetőben, ha ugyanazt a térfogatot töltik meg a generátor elektromágneses sugárzásával, és ez a sugárzás azonos frekvenciájú és sokkal nagyobb intenzitású.

Nem igaz, hogy minden folyamat annyira összekeveredett, hogy első pillantásra lehetetlennek tűnik kiemelni belőlük a megfelelőt? Azonban nem. Hiszen köztudott, hogy a gerjesztett molekulák elektromos és mágneses tulajdonságaikban különböznek a gerjesztetlenektől, és ez lehetővé teszi azok elkülönítését.

1954-1955-ben. ezt a problémát a Szovjetunióban N. G. Basov és A. M. Prohorov, az USA-ban pedig Gordon, Zeiger és Towns nagyszerűen megoldotta*. Ezek a szerzők kihasználták, hogy a gerjesztett és nem gerjesztett ammónia molekulák elektromos állapota némileg eltérő, és inhomogén elektromos mezőn átrepülve eltérően térnek el.

* (J. Singer, Mathers, IL, M., 1961; Basov N. G., Letokhov V. S. Optikai frekvencia szabványok, UFN, 96. évf. 4, 1968.)

Emlékezzünk vissza, hogy két elektromosan töltött párhuzamos lemez, például egy kondenzátor lemezei között egyenletes elektromos tér jön létre; töltött lemez és egy vagy két töltött pont között - inhomogén. Ha az elektromos mezőket erővonalak segítségével ábrázoljuk, akkor az egyenletes mezőket azonos sűrűségű vonalak, az inhomogén mezőket pedig egyenlőtlen sűrűségű vonalak ábrázolják, például kevésbé a sík közelében, és inkább a vonalak konvergálásának pontjához. Az egyik vagy olyan formájú inhomogén elektromos mező előállítására szolgáló módszerek régóta ismertek.

A molekulagenerátor egy molekulaforrás, egy elektromos szeparátor és egy rezonátor kombinációja, amely egy csőben van összeszerelve, amelyből levegőt pumpálnak ki. Mélyhűtés céljából ezt a csövet folyékony nitrogénbe helyezik. Ezzel az egész készülék nagy stabilitása érhető el. A molekulagenerátor részecskéinek forrása egy keskeny nyílású, ammóniagázzal töltött palack. Ezen a lyukon keresztül egy keskeny részecskenyaláb bizonyos sebességgel lép be a csőbe (25a. ábra).

A nyaláb mindig tartalmaz gerjesztetlen és gerjesztett ammónia molekulákat. Általában azonban sokkal több az izgatott, mint az izgatott. A csőben, ezeknek a részecskéknek az útjában van egy négy rúdból álló elektromossággal töltött kondenzátor, az úgynevezett kvadrupól kondenzátor. Ebben az elektromos tér inhomogén, és olyan alakú (25. ábra, b), hogy rajta áthaladva a gerjesztetlen ammónia molekulák oldalra szóródnak, a gerjesztettek pedig a cső tengelye felé térnek el és így fókuszálódnak. Ezért a részecskéket egy ilyen kondenzátorban szétválasztják, és csak a gerjesztett ammónia molekulák jutnak el a cső másik végébe.

A cső másik végén egy bizonyos méretű és alakú edény található - az úgynevezett rezonátor. A gerjesztett ammónia molekulák, ha egyszer benne vannak, egy bizonyos rövid idő elteltével spontán módon átmennek a gerjesztett állapotból a gerjesztetlen állapotba, és ezzel egyidejűleg kibocsátják elektromágneses hullámok bizonyos gyakorisággal. Erről a folyamatról azt mondják, hogy a molekulák kiemelve vannak. Így nemcsak molekuláris sugárzást lehet szerezni, hanem izolálni is.

Fontolgat további fejlődés ezeket az ötleteket. A rezonanciafrekvenciájú elektromágneses sugárzás a gerjesztetlen molekulákkal kölcsönhatásba lépve gerjesztett állapotba viszi őket. Ugyanaz a sugárzás gerjesztett molekulákkal kölcsönhatásba lépve gerjesztetlen állapotba viszi őket, így stimulálva sugárzásukat. Attól függően, hogy melyik molekula több, nem gerjesztett vagy gerjesztett, az elektromágneses energia abszorpciós vagy indukált kibocsátási folyamata érvényesül.

Egy bizonyos térfogatban, például egy rezonátor létrehozásával a gerjesztett ammónia molekulák jelentős túlsúlya és a rezonanciafrekvencia elektromágneses oszcillációinak alkalmazásával lehetséges a mikrohullámú frekvencia felerősítése. Nyilvánvaló, hogy ez az amplifikáció a gerjesztett ammónia molekulák rezonátorba való folyamatos pumpálása miatt következik be.

A rezonátor szerepe nem korlátozódik arra a tényre, hogy ez egy olyan edény, amelyben gerjesztett molekulák kibocsátása történik. Mivel a rezonáns frekvenciájú elektromágneses sugárzás stimulálja a gerjesztett molekulák sugárzását, minél nagyobb ennek a sugárzásnak a sűrűsége, annál aktívabban megy végbe az indukált sugárzás folyamata.

A rezonátor méreteinek ezen elektromágneses oszcillációk hullámhosszának megfelelő megválasztásával lehetővé válik az állóhullámok megjelenésének feltételei (hasonlóan az orgonasípok méretének megválasztásához az állóhullámok előfordulásához). a megfelelő rugalmas hangrezgések bennük). A rezonátor falait megfelelő anyagból elkészítve biztosítható, hogy azok a legkisebb veszteséggel veri vissza az elektromágneses rezgéseket. Mindkét intézkedés lehetővé teszi az elektromágneses energia nagy sűrűségének létrehozását a rezonátorban, és ezáltal növeli a teljes eszköz hatékonyságát.

Ceteris paribus, az eszköz nyeresége annál nagyobb, minél nagyobb a gerjesztett molekulák fluxussűrűsége. Figyelemre méltó, hogy a gerjesztett molekulák bizonyos kellően nagy fluxussűrűsége és a rezonátor megfelelő paraméterei mellett a molekulák sugárzási intenzitása elég nagy lesz ahhoz, hogy fedezze a különféle energiaveszteségeket, és az erősítő a mikrohullámú rezgések molekuláris generátorává válik - az ún. kvantumgenerátornak nevezzük. Ebben az esetben már nem szükséges nagyfrekvenciás elektromágneses energiát szolgáltatni a rezonátornak. Egyes gerjesztett részecskék stimulált kibocsátásának folyamatát mások kibocsátása támogatja. Sőt, megfelelő körülmények között az elektromágneses energia előállításának folyamata akkor sem áll le, ha annak egy része oldalra terelődik.

Nagyon nagy stabilitású kvantumgenerátor Szigorúan meghatározott frekvenciájú, nagyfrekvenciás elektromágneses rezgéseket ad, és időintervallumok mérésére használható. Nem kell folyamatosan futnia. Elegendő bizonyos időközönként összehasonlítani a csillagászati ​​óra elektromos generátorának frekvenciáját ezzel a molekuláris frekvenciaszabvánnyal, és szükség esetén korrekciót vezetni.

Az ötvenes évek végén épült egy molekuláris ammóniagenerátorral korrigált csillagászati ​​óra. Rövid távú instabilitásuk nem haladta meg a 10-12/1 percet, a hosszú távú instabilitás pedig kb. 10-10 volt, ami több száz év alatt mindössze 1 másodperces időintervallumok számlálási torzulásainak felel meg.

A frekvencia- és időszabványok további javulását sikerült elérni ugyanezen ötletek alapján, valamint néhány más részecskék, például tallium és hidrogén munkaközegként történő felhasználásával. Ebben az esetben különösen ígéretesnek bizonyult a hatvanas évek elején Goldenberg, Klepner és Ramsay által kifejlesztett és épített hidrogénatom-nyalábon működő kvantumgenerátor. Ez a generátor egy részecskeforrásból, egy szeparátorból és egy megfelelő hűtőközegbe merített csőbe szerelt rezonátorból áll (26. ábra). A forrás hidrogénatomok sugarát bocsátja ki. Ebben a nyalábban vannak gerjesztetlen és gerjesztett hidrogénatomok, és sokkal több a gerjesztetlen, mint a gerjesztett.

Mivel a gerjesztett hidrogénatomok mágneses állapotukban (mágneses nyomatékukban) különböznek a gerjesztetlenektől, szétválásuk már nem elektromos, hanem egy mágnespár által létrehozott mágneses tér. A hidrogéngenerátor rezonátora is jelentős tulajdonságokkal rendelkezik. Olvasztott kvarcból készült lombik formájában készül, amelynek belső falai paraffinnal vannak bevonva. A hidrogénatomok többszörös (körülbelül 10 000) rugalmas visszaverődése miatt a paraffinrétegből a részecskék repülési hossza és ennek megfelelően a rezonátorban való tartózkodási ideje a molekulagenerátorhoz képest ezerszeresére nő. Ily módon nagyon szűk spektrális emissziós vonalak állíthatók elő a hidrogénatomokból, és egy molekulagenerátorhoz képest ezresére csökkenthető az egész eszköz instabilitása.

A hidrogén-kvantumgenerátorral felszerelt csillagászati ​​órák modern kialakításai teljesítményükben felülmúlták a cézium atomsugár szabványt. Nem találtunk szisztematikus sodródást. Rövid távú instabilitásuk mindössze 6 * 10 -14 percenként, hosszú távú - 2 * 10 -14 / nap, ami tízszer kevesebb, mint a cézium standardé. Az órajelek reprodukálhatósága hidrogén kvantumgenerátorral ±5*10 -13 , míg a cézium standard reprodukálhatósága ±3*10 -12 . Ebből következően a hidrogéngenerátor körülbelül tízszer jobb ebben a mutatóban is. Így egy hidrogén-csillagászati ​​óra segítségével mintegy százezer éves intervallumra 1 mp nagyságrendű időmérési pontosságot lehet biztosítani.

Mindeközben az elmúlt években számos tanulmány kimutatta, hogy az időintervallumok mérésének ez az atomsugár-generátorok alapján elért nagy pontossága még nem a határ, és javítható.

A pontos idő továbbítása

Az időszolgáltatás feladata nem korlátozódik a pontos idő megszerzésére és tárolására. Ugyanilyen fontos része ennek a pontos időátvitel olyan megszervezése, amelyben ez a pontosság nem vész el.

A régi időkben az időjelek továbbítását mechanikus, hang- vagy fényeszközökkel végezték. Szentpéterváron pontosan délben eldördült egy ágyú; az óráját az immár D. I. Mengyelejevről elnevezett Metrológiai Intézet toronyórájával is össze lehetett vetni. NÁL NÉL tengeri kikötők Egy leeső labdát használtak időjelként. A kikötőben lévő hajókról lehetett látni, hogy pontosan délben a labda egy speciális árboc tetejéről leszakadt és a lábára esett.

A modern, intenzív élet normális menetéhez nagyon fontos a pontos idő biztosítása vasutak, posta, távíró és nagyvárosok. Nem kell hozzá olyan nagy pontosság, mint a csillagászati ​​és földrajzi munkáknál, de az kell, hogy akár percnyi pontossággal a város minden pontján, hatalmas hazánk minden részén minden óra mutassa a pontos időt azonos módon. Ezt a feladatot általában villanyóra segítségével oldják meg.

A vasutak és hírközlési intézmények óraiparában, az óraiparban modern város az elektromos órák nagy szerepet játszanak. Készülékük nagyon egyszerű, mégis egyperces pontossággal a város minden pontján ugyanazt az időt mutatják.

Az elektromos órák elsődleges és másodlagosak. Az elsődleges villanyórák ingával, kerekekkel, meneküléssel rendelkeznek és valós idejű mérőórák. A másodlagos elektromos órák csak mutatók: nincs bennük óramű, hanem csak egy viszonylag egyszerű eszköz van, amely percenként egyszer mozgatja a mutatókat (27. ábra). Az áram minden egyes nyitásakor az elektromágnes elengedi a horgonyt, és a horgonyhoz rögzített "kutya" a racsnis keréknek támaszkodva egy foggal elfordítja azt. Az elektromos áramjelek a szekunder órára a központi berendezésről vagy az elsődleges elektromos óráról jutnak. Az elmúlt években voltak beszélő óra, hangosfilmek elvén építettek, amelyek nem csak mutatják, de el is mondják az időt.

Az átvitelhez pontos időpont jelenleg elsősorban a telefonon, távírón és rádión küldött elektromos jeleket szolgálják ki. Az elmúlt évtizedek során továbbításuk technikája javult, ennek megfelelően a pontosság is javult. 1904-ben Bigourdant ritmikus időjeleket sugárzott a Párizsi Obszervatóriumból, amelyeket a Montsouris Obszervatórium 0,02-0,03 mp-es pontossággal vett. 1905-ben a Washingtoni Haditengerészeti Obszervatórium megkezdte az időjelek rendszeres továbbítását, 1908-tól kezdték meg a ritmikus időjelek továbbítását Eiffel-torony, 1912 óta pedig a Greenwichi Obszervatóriumból.

Jelenleg sok országban végzik a pontos időjelek továbbítását. A Szovjetunióban az ilyen adásokat a V. I. nevét viselő Állami Csillagászati ​​Intézet végzi. P.K. Sternberg, valamint számos más szervezet. Ugyanakkor számos különböző programot használnak az átlagos szoláris idő leolvasására rádión keresztül. Például az adásidő-jelműsort minden óra végén továbbítják, és hat rövid impulzusból áll. Az utolsó eleje ennek vagy annak az órának és 00 perc 00 mp-nek felel meg. A tengeri és légi közlekedésben öt sorozatból álló, 60 impulzusból és három hat rövid jelzésből álló, hosszabb jelekkel elválasztott programot használnak. Ezen kívül számos speciális időjelző program létezik. A különféle speciális időjel-programokról külön kiadványokban adunk tájékoztatást.

Az időjelek átvitelének hibája sugárzott műsoroknál körülbelül ±0,01 - 0,001 mp, egyes speciálisaknál pedig ±10 -4, sőt ±10 -5 mp. Így mára olyan módszereket, eszközöket fejlesztettek ki, amelyek nagyon nagy pontossággal teszik lehetővé az idő vételét, tárolását és továbbítását.

NÁL NÉL mostanában A pontos idő tárolása és továbbítása terén jelentős új ötletek valósultak meg. Tegyük fel, hogy szükség van arra, hogy bármely területen több ponton az ott álló órák leolvasási pontossága ne legyen rosszabb ± 30 másodpercnél, feltéve, hogy ezek az órák folyamatosan működnek egész évben. Ilyen követelmények vonatkoznak például a városi és vasúti órákra. A követelmények nem túl szigorúak, azonban az autonóm órákkal való teljesítéshez szükséges, hogy az óra minden példányának napi sebessége jobb legyen ± 0,1 másodpercnél, ehhez pedig precíziós kvarc kronométerek szükségesek.

Eközben, ha ez a probléma megoldódik a használatával közös időrendszer, amely elsődleges órákból és a hozzájuk tartozó nagyszámú másodlagos órajelből áll, akkor csak az elsődleges óráknak kell nagy pontossággal rendelkezniük. Ezért még az elsődleges órajel megnövekedett költsége és a másodlagos óra ennek megfelelően alacsony költsége mellett is jó pontosság érhető el az egész rendszerben viszonylag alacsony összköltséggel.

Természetesen ebben az esetben meg kell győződnie arról, hogy maga a másodlagos óra ne okozzon hibákat. A korábban leírt másodlagos óra racsnis kerékkel és kilinccsel, amelyben a mutató percenként egyszer mozog egy jelre, néha meghibásodik. Sőt, idővel tanúvallomásuk tévedése felgyülemlik. A modern másodlagos órákban a leolvasások különféle ellenőrzését és korrekcióját használják. Még nagyobb pontosságot biztosít a másodlagos óra, amely ipari frekvenciájú (50 Hz) váltakozó áramot használ, melynek frekvenciája szigorúan stabilizált. Az óra fő része egy szinkron elektromos motor, amelyet váltóáram hajt. Így ebben az órajelben maga a váltakozó áram egy folyamatos időjel, 0,02 másodperces ismétlési periódussal.

Jelenleg létrejött az Atomórák Világméretű szinkronizálása (WOSAC; a név a szavak első betűiből áll: Atomórák világméretű szinkronizálása). Ennek a rendszernek a fő elsődleges órája Rómában, New Yorkban, az Egyesült Államokban található, és három atom céziumórából áll, amelyek leolvasását átlagolják. Így az idő leolvasásának pontossága egyenlő (1-3)*10 -11 . Ezek az elsődleges órák a másodlagos órák világméretű hálózatához csatlakoznak.

A teszt kimutatta, hogy amikor a WHOAC-on keresztül pontos időjeleket továbbítottak New York államból (USA) Oahu szigetére (Hawaii), azaz körülbelül 30 000 km-re, az időjelzéseket 3 mikroszekundumos pontossággal koordinálták.

Az időbélyegek tárolásának és továbbításának napjainkban elért nagy pontossága lehetővé teszi a mélyűri navigáció összetett és újszerű problémáinak, valamint a földkéreg mozgásával kapcsolatos, bár régi, de még mindig fontos és érdekes kérdések megoldását.

Merre tartanak a kontinensek?

Most visszatérhetünk az előző fejezetben ismertetett kontinensek mozgásának problémájához. Ez annál is érdekesebb, mert a Wegener-művek megjelenése óta eltelt fél évszázadban még nem csitultak el az ezen elképzelések körüli tudományos viták. W. Munk és G. Macdonald például 1960-ban ezt írta: "Wegener egyes adatai tagadhatatlanok, de érvei többsége teljesen önkényes feltételezéseken alapul." És tovább: "A kontinensek nagy eltolódásai történtek a távíró feltalálása előtt, közepes eltolódások - a rádió feltalálása előtt, és utána gyakorlatilag nem figyeltek meg eltolódásokat."

Ezek a maró megjegyzések nem alaptalanok, legalábbis az első részükben. Valójában azokat a longitudinális méréseket, amelyeket Wegeper és munkatársai egykor grönlandi expedícióik során (amelyek egyikén Wegener tragikusan meghalt), olyan pontossággal hajtották végre, amely nem volt elegendő a probléma szigorú megoldásához. Ezt kortársai is feljegyezték.

A kontinensek mozgásának elméletének modern változatának egyik legmeggyőzőbb támogatója P. N. Kropotkin. 1962-ben ezt írta: „A paleomágneses és geológiai adatok azt mutatják, hogy a mezozoikum és a kainozoikum idején a földkéreg mozgásának vezérmotívuma két ősi kontinens – Laurasia és Gondwana – feldarabolódása és részeinek a Csendes-óceán felé történő elterjedése, ill. a Tethys geoszinklinális öv felé." Emlékezzünk vissza, hogy Laurasia foglalkozott Észak Amerika, Grönland, Európa és Ázsia egész északi fele, Gondwana - déli kontinensekenés India. A Tethys-óceán a Földközi-tengertől az Alpokon, a Kaukázuson és a Himaláján át Indonéziáig terjedt.

Ugyanez a szerző a következőket írta: „Gondwana egységét mára a prekambriumtól a kréta közepéig nyomon követték, és feldarabolódása egy hosszú folyamatnak tűnik, amely a paleozoikumban kezdődött, és különösen nagy léptéket ért el a kor közepétől. Kréta.. Nyolcvanmillió év telt el azóta.. Következésképpen a távolság Afrika és Dél Amerikaévi 6 cm-rel nőtt. Ugyanezt a sebességet kapjuk paleomágneses adatokból Hindusztán déli féltekéről az északi felé történő mozgására.„Miután a múltban paleomágneses adatok segítségével rekonstruálta a kontinensek elhelyezkedését, P. N. Kropotkin arra a következtetésre jutott, hogy” – akkoriban a A kontinensek valóban egy ilyen blokkba csapódtak össze, amely a wegeneri elsődleges kontinentális platform körvonalaihoz hasonlított."

A különböző módszerekkel kapott adatok összegzése tehát azt mutatja, hogy a kontinensek jelenlegi elhelyezkedése és körvonalaik a távoli múltban alakultak ki sorozatos vetések és a kontinentális blokkok jelentős mozgása következtében.

A kontinensek jelenlegi mozgásának kérdése a kellő pontossággal elvégzett longitudinális vizsgálatok eredményei alapján dől el. Hogy mi ebben az esetben kellő pontosságot jelent, az abból látszik, hogy például Washington szélességi fokán egy tízezred másodperc hosszúságváltozás 0,3 cm-es eltolódásnak felel meg. Mivel a becsült mozgási sebesség évi 1 m körül van, és a korszerű időszolgáltatások már Ha ezred- és tízezred másodperces pontossággal lehetséges az időpontok meghatározása, a pontos idő tárolása és továbbítása, akkor a meggyőző eredmények eléréséhez elegendő több éves vagy több tíz éves időközönként végezzen megfelelő méréseket.

Ebből a célból 1926-ban 32 megfigyelési pontból álló hálózatot hoztak létre, és csillagászati ​​longitudinális vizsgálatokat végeztek. 1933-ban ismételt csillagászati ​​longitudinális vizsgálatokat végeztek, és már 71 csillagvizsgáló vett részt a munkában. Ezek a jó modern színvonalon, bár nem túl hosszú időintervallumban (7 év) végzett mérések különösen azt mutatták, hogy Amerika nem távolodik el Európától évente 1 méterrel, ahogy Wegener gondolta, hanem közeledik. kb. évi 60 cm sebességgel.

Így nagyon pontos longitudinális mérések segítségével igazolták a nagy kontinentális blokkok modern mozgásának meglétét. Sőt, sikerült kideríteni, hogy ezeknek a kontinentális blokkoknak a különálló részei kissé eltérő mozgást mutatnak.

Minden csillagászati ​​megfigyeléshez csatolni kell a végrehajtás idejére vonatkozó adatokat. Az időpillanat pontossága a megfigyelt jelenség követelményeitől és tulajdonságaitól függően eltérő lehet. Így például a meteorok és a változócsillagok közönséges megfigyelésekor elég, ha a pillanatot akár egy perces pontossággal ismerjük. Észrevételek napfogyatkozások, a Hold által elfoglalt csillagok és különösen a mozgás megfigyelései mesterséges műholdak A Földnek legalább egy tizedmásodperc pontosságú pillanatjegyekre van szüksége. Az égi szféra napi forgásának pontos asztrometriai megfigyelései speciális módszerek alkalmazását teszik szükségessé az időpillanatok 0,01, sőt 0,005 másodperces pontossággal történő regisztrálására!

Ezért a gyakorlati csillagászat egyik fő feladata a megfigyelésekből a pontos idő kinyerése, tárolása és az időadatok közlése a fogyasztókkal.

Az idő betartására a csillagászok nagyon pontos órákkal rendelkeznek, amelyeket rendszeresen ellenőriznek, speciális műszerek segítségével meghatározva a csillagok csúcspontjainak pillanatait. A pontos időjelek rádiós továbbítása lehetővé tette számukra, hogy világidő-szolgálatot szervezzenek, vagyis az összes ilyen jellegű megfigyelést végző obszervatóriumot egy rendszerbe kapcsolják.

Az Időszolgálat felelőssége a pontos időjelek sugárzása mellett az egyszerűsített jelek továbbítását is magában foglalja, amelyeket minden rádióhallgató jól ismer. Ez hat rövid jelzés, „pont”, amelyeket egy új óra kezdete előtt adnak ki. Az utolsó „pont” pillanata, legfeljebb századmásodpercig, egybeesik egy új óra kezdetével. Az amatőr csillagásznak azt tanácsoljuk, hogy használja ezeket a jeleket órája ellenőrzéséhez. Az óra ellenőrzésekor ne fordítsuk le, mert ebben az esetben elrontom a mechanizmust, és a csillagásznak vigyáznia kell az órájára, hiszen ez az egyik fő műszere. Meg kell határoznia az "óra korrekcióját" - a pontos idő és a leolvasás közötti különbséget. Ezeket a javításokat szisztematikusan meg kell határozni, és fel kell jegyezni a megfigyelő naplójába; ezek további tanulmányozása lehetővé teszi az óra menetének meghatározását és tanulmányozását.

Természetesen kívánatos, hogy a lehető legjobb karóra álljon a rendelkezésére. Mit kell érteni a „jó óra” kifejezés alatt?

Szükséges, hogy a lehető legpontosabban tartsák az irányt. Hasonlítsuk össze a hagyományos zsebórák két példányát:

A korrekció pozitív előjele azt jelenti, hogy a pontos idő megszerzéséhez az óraállást módosítani kell.

A tábla két felén az órajavítások feljegyzései találhatók. A felső korrekciót kivonva az alsó korrekcióból és elosztva a meghatározások között eltelt napok számával, megkapjuk a napi órajelet. Az előrehaladási adatokat ugyanabban a táblázatban adjuk meg.

Miért nevezzük egyes órákat rossznak, másokat pedig jónak? Az első órákban a korrekció nullához közelít, de lefutásuk szabálytalanul változik. A második esetében a korrekció nagy, de a tanfolyam egységes. Az első óra alkalmas olyan megfigyelésekre, amelyekhez nem kell percnél pontosabb időbélyeg. Ezek leolvasása nem interpolálható, éjszakánként többször is ellenőrizni kell.

A második, a "jó óra" összetettebb megfigyelések elvégzésére alkalmas. Természetesen célszerű gyakrabban ellenőrizni őket, de lehetőség van a köztes pillanatokra interpolálni a leolvasásukat. Mutassuk meg ezt egy példával. Tegyük fel, hogy a megfigyelés november 5-én, 23:32:46-kor történt. óráink szerint. Az óra ellenőrzése, amelyet november 4-én 17 órakor végeztek, +2 m.15 s korrekciót adott. A napi lefutás, amint a táblázatból is látszik, +5,7 s. November 4-én 17:00 órától a megfigyelés pillanatáig 1 nap és 6,5 óra, azaz 1,27 nap telt el. Ezt a számot megszorozva a napi árfolyammal +7,2 s-ot kapunk. Ezért az óra korrekciója a megfigyelés időpontjában nem 2 m.15 s, hanem +2 m.22 s volt. Hozzáadjuk a megfigyelés pillanatához. Tehát a megfigyelés november 5-én, 23:35:8-kor történt.

Örülök, hogy példásan és egyszerűen élhetek:
Mint a nap – mint az inga – mint a naptár
M. Cvetajeva

lecke 6/6

Téma Az időmérés alapjai.

Cél Tekintsük az időszámláló rendszert és kapcsolatát a földrajzi hosszúsággal. Adjon képet a kronológiáról és a naptárról, meghatározza a terület földrajzi koordinátáit (hosszúságát) asztrometriai megfigyelések alapján.

Feladatok :
1. nevelési: gyakorlati csillagászat a következőkről: 1) csillagászati ​​módszerek, műszerek és mértékegységek, időszámlálás és -tartás, naptárak és kronológia; 2) a terület földrajzi koordinátáinak (hosszúságának) meghatározása az asztrometriai megfigyelések adatai alapján. A Nap szolgáltatásai és a pontos idő. A csillagászat alkalmazása a térképészetben. A kozmikus jelenségekről: a Föld forgása a Nap körül, a Hold forgása a Föld körül és a Föld forgása a tengelye körül és ezek következményei - égi jelenségek: napkelte, napnyugta, napi és éves látszólagos mozgás és a betetőzés csúcspontjai. világítótestek (Nap, Hold és csillagok), a Hold fázisainak változása .
2. gondoskodó: a tudományos világkép kialakítása és az ateista nevelés az emberi ismerettörténettel, a főbb naptártípusokkal, kronológiai rendszerekkel való megismerkedés során; a "szökőév" fogalmaihoz, valamint a Julianus és a Dátumok fordításához kapcsolódó babonák leleplezése Gergely-naptárak; politechnikai és munkaügyi oktatás az idő (óra) mérésére és tárolására szolgáló műszerekről, naptárakról és kronológiai rendszerekről, valamint az asztrometriai ismeretek alkalmazásának gyakorlati módszereiről szóló anyagok bemutatásában.
3. Nevelési: készségek kialakítása: a kronológia időpontjainak és dátumainak kiszámítására, valamint az egyik tárolórendszerről és számláról a másikra történő időátvitelre vonatkozó feladatok megoldása; gyakorlatokat végezni a gyakorlati asztrometria alapképleteinek alkalmazásáról; a csillagos égbolt mobil térképe, segédkönyvek és a Csillagászati ​​naptár segítségével meghatározhatja az égitestek helyzetét és láthatósági feltételeit, valamint az égi jelenségek lefolyását; csillagászati ​​megfigyelések alapján határozza meg a terület földrajzi koordinátáit (hosszúságát).

Tudni:
1. szint (standard)- időszámláló rendszerek és mértékegységek; a dél, éjfél, nappal fogalma, az idő kapcsolata a földrajzi hosszúsággal; nulla meridián és egyetemes idő; zóna, helyi, nyári és téli időszámítás; fordítási módszerek; számvetésünk, naptárunk eredete.
2. szint- időszámláló rendszerek és mértékegységek; dél, éjfél, nappal fogalma; az idő kapcsolata a földrajzi hosszúsággal; nulla meridián és egyetemes idő; zóna, helyi, nyári és téli időszámítás; fordítási módszerek; a pontos időszolgáltatás időpontja; a kronológia fogalma és a példák; a naptár fogalma és a főbb naptártípusok: hold-, hold-, szoláris (júliai és gregorián) és a kronológia alapjai; állandó naptár létrehozásának problémája. Gyakorlati asztronómiai alapfogalmak: a terület idő- és földrajzi koordinátáinak csillagászati ​​megfigyelések alapján történő meghatározásának elvei. A Hold Föld körüli forgása által generált naponta megfigyelt égi jelenségek okai (a Hold fázisainak változása, a Hold látszólagos mozgása az égi szférában).

Képesnek lenni:
1. szint (standard)- Keresse meg a világidőt, átlagot, zónát, helyi, nyári, téli;
2. szint- Keresse meg a világidőt, átlagot, zónát, helyi, nyári, téli; konvertálja a dátumokat a régiről a dátumra új stílusés vissza. Oldjon meg feladatokat a megfigyelés helyének és időpontjának földrajzi koordinátáinak meghatározásához!

Felszerelés: poszter "naptár", PKZN, inga és napóra, metronóm, stopper, kvarcóra Földgömb, asztalok: néhány praktikus alkalmazások csillagászat. CD- "Red Shift 5.1" (Time-show, Történetek az Univerzumról = Idő és évszakok). Az égi szféra modellje; fali térkép a csillagos égboltról, időzónák térképe. Térképek és fényképek a Föld felszínéről. "Föld a világűrben" táblázat. Filmszalagok töredékei„Az égitestek látható mozgása”; "Az Univerzumról alkotott elképzelések fejlesztése"; Hogyan cáfolta a csillagászat vallási előadások az univerzumról"

Interdiszciplináris kommunikáció: Földrajzi koordináták, időszámlálási és tájékozódási módszerek, térképvetítés (földrajz, 6-8. osztály)

Az órák alatt

1. A tanultak megismétlése(10 perc).
a) 3 fő egyéni kártyákon.
1. 1. Milyen magasságban éri el a Nap csúcspontját Novoszibirszkben (φ= 55º) szeptember 21-én? [október második hetére a PKZN szerint δ=-7º, majd h=90 o -φ+δ=90 o -55º-7º=28º]
2. Hol a földön nem látszanak a déli félteke csillagai? [az Északi-sarkon]
3. Hogyan navigáljunk a terepen a nap által? [Március, szeptember - napkelte keleten, napnyugta nyugaton, dél délen]
2. 1. A Nap déli magassága 30º, deklinációja 19º. Határozza meg a megfigyelési hely földrajzi szélességét!
2. Hogyan viszonyulnak a csillagok napi útjai az égi egyenlítőhöz? [párhuzamos]
3. Hogyan navigáljunk a terepen a Sarkcsillag segítségével? [irány észak]
3. 1. Mekkora egy csillag deklinációja, ha Moszkvában éri el a csúcspontját (φ= 56 º ) 69º magasságban?
2. Hogyan viszonyul a világ tengelye a Föld tengelyéhez, a horizont síkjához? [párhuzamosan, a megfigyelési hely földrajzi szélességével szögben]
3. Hogyan határozható meg csillagászati ​​megfigyelések alapján a terület földrajzi szélessége? [mérd meg a Sarkcsillag szögmagasságát]

b) 3 fő a fórumon.
1. Vezesse le a világítótest magasságának képletét!
2. A világítótestek (csillagok) napi útjai különböző szélességi fokokon.
3. Bizonyítsuk be, hogy a világpólus magassága megegyezik a földrajzi szélességgel.

ban ben) A többit maguktól .
1. Mekkora a legmagasabb magasság, amit Vega elér (δ=38 o 47") a bölcsőben (φ=54 o 04")? [maximális magasság a felső csúcspontnál, h=90 o -φ+δ=90 o -54 o 04 "+38 o 47"=74 o 43"]
2. Válasszon ki egyet fényes csillagés írd le a koordinátáit.
3. Melyik csillagképben van ma a Nap és mik a koordinátái? [október második hetére a PCDP szerint kons. Szűz, δ=-7º, α=13 h 06 p]

d) a "Red Shift 5.1"-ben
Találd meg a Napot:
Milyen információkat lehet szerezni a Napról?
- mik a koordinátái ma és melyik csillagképben található?
Hogyan változik a deklináció? [csökken]
- melyik csillag van keresztnév, szögtávolságában van a legközelebb a Naphoz, és mik a koordinátái?
- bebizonyítani, hogy a Föld jelenleg a Naphoz közeledő pályán mozog (a láthatósági táblázatból - a Nap szögátmérője nő)

2. új anyag (20 perc)
Fizetni kell hallgatói figyelem:
1. A nap és az év hossza attól függ, hogy a Föld mozgását milyen vonatkoztatási rendszerben vesszük figyelembe (függetlenül attól, hogy állócsillagokhoz, Naphoz stb. társul-e). A referenciarendszer megválasztását az időegység elnevezése tükrözi.
2. Az időszámlálási egységek időtartama az égitestek láthatósági viszonyaihoz (tetőpontjaihoz) kapcsolódik.
3. Az atomi időszabvány bevezetése a tudományban a Föld forgásának egyenetlensége miatt következett be, amit egyre nagyobb órapontossággal fedeztek fel.
4. A szabványidő bevezetése az időzóna határai által meghatározott területen a gazdasági tevékenységek összehangolásának szükségességéből adódik.

Időszámláló rendszerek. Kapcsolat a földrajzi hosszúsággal. Évezredekkel ezelőtt az emberek észrevették, hogy a természetben sok minden megismétlődik: a Nap keleten kel, nyugaton nyugszik, nyár követi a telet és fordítva. Ekkor keletkeztek az első időegységek - nap hónap év . A legegyszerűbb csillagászati ​​műszerek segítségével megállapították, hogy egy évben körülbelül 360 nap van, és körülbelül 30 nap alatt a hold sziluettje egy cikluson megy keresztül egyik teliholdtól a másikig. Ezért a káldeai bölcsek a hatszázalékos számrendszert vették alapul: a napot 12 éjszakára és 12 napra osztották. órák , a kör 360 fokos. Minden órát és minden fokot 60-nal osztottak percek , és minden percben - 60-al másodpercig .
A későbbi pontosabb mérések azonban reménytelenül elrontották ezt a tökéletességet. Kiderült, hogy a Föld 365 nap 5 óra 48 perc 46 másodperc alatt tesz meg egy teljes körforgást a Nap körül. A Holdnak viszont 29,25-29,85 napra van szüksége, hogy megkerülje a Földet.
Időszakos jelenségek az égi szféra napi forgásával és a Nap látszólagos éves mozgásával az ekliptika mentén különböző időszámláló rendszerek alapja. Idő- a jelenségek és halmazállapotok egymást követő változását jellemző fő fizikai mennyiség, fennállásuk időtartama.
Rövid- nap, óra, perc, másodperc
Hosszú- év, negyedév, hónap, hét.
1. "csillag-"a csillagok égi szférán való mozgásához kapcsolódó idő. A tavaszi napéjegyenlőség pontjának óraszögével mérve: S \u003d t ^; t \u003d S - a
2. "nap-"időhöz kapcsolódó: a Nap korongjának középpontjának látszólagos mozgása az ekliptika mentén (valós napidő) vagy az "átlagos Nap" mozgása - egy képzeletbeli pont, amely egyenletesen mozog az égi egyenlítő mentén, ugyanabban az időintervallumban, mint a valódi Nap (átlagos napidő).
Az atomi időszabvány és a nemzetközi SI-rendszer 1967-es bevezetésével az atomi másodpercet használják a fizikában.
Második- a cézium-133 atom alapállapotának hiperfinom szintjei közötti átmenetnek megfelelő 9192631770 sugárzási periódusnak megfelelő fizikai mennyiség.
A fenti „idők” speciális számításokkal összhangban állnak egymással. Az átlagos szoláris időt a mindennapi életben használják . A sziderális, valódi és átlagos szoláris idő alapegysége a nap. A sziderális, átlagos szoláris és egyéb másodperceket úgy kapjuk meg, hogy a megfelelő napot elosztjuk 86400-zal (24 óra, 60 m, 60 s). A nap lett az első időmértékegység több mint 50 000 évvel ezelőtt. Nap- az az időtartam, amely alatt a Föld egy teljes forgást végez a tengelye körül bármely tereptárgyhoz képest.
sziderikus nap- a Föld tengelye körüli forgási periódusa az állócsillagokhoz viszonyítva, a tavaszi napéjegyenlőség két egymást követő felső csúcspontja közötti időtartam.
igazi szoláris nap- a Föld tengelye körüli forgási periódusa a napkorong középpontjához viszonyítva, amelyet a napkorong középpontjának két egymást követő, azonos nevű csúcspontja közötti időintervallumként határoznak meg.
Tekintettel arra, hogy az ekliptika 23 o 26"-os szögben hajlik az égi egyenlítőhöz, és a Föld elliptikus (enyhén megnyúlt) pályán kering a Nap körül, a sebesség látható mozgás Az égi szférán áthaladó napok, és ennek következtében a valódi szoláris nap időtartama folyamatosan változik az év során: leggyorsabban a napéjegyenlőségek (március, szeptember), leglassabban a napfordulók (június, január) közelében. Az időszámítások egyszerűsítése érdekében a csillagászatban bevezették az átlagos szoláris nap fogalmát - a Föld tengelye körüli forgási periódusát az "átlagos Naphoz" képest.
Átlagos szoláris napúgy definiálják, mint a „középső Nap” azonos nevű két egymást követő csúcspontja közötti időintervallumot. 3 m 55,009 másodperccel rövidebbek, mint egy sziderikus nap.
24 h 00 m 00 s sziderális idő egyenlő 23 óra 56 m 4,09 s átlagos szoláris idővel. Az elméleti számítások határozottsága érdekében elfogadott efemerisz (tábla) másodperc egyenlő az átlagos napmásodperccel 1900. január 0-án, 12 órakor azonos aktuális idő szerint, nem függ össze a Föld forgásával.

Körülbelül 35 000 évvel ezelőtt az emberek időszakos változást észleltek a Hold megjelenésében - a holdfázisok változását. Fázis F égi test(Holdok, bolygók stb.) a korong megvilágított részének legnagyobb szélességének aránya határozza meg d az átmérőjére D: F=d/D. Vonal Végrehajtó elválasztja a lámpatest korongjának sötét és világos részét. A Hold ugyanabban az irányban kering a Föld körül, ahogyan a Föld forog a tengelye körül: nyugatról keletre. Ennek a mozgásnak a megjelenítése a Hold látszólagos mozgása a csillagok hátterében az égbolt forgása felé. A Hold minden nap 13,5 o-kal keletre mozdul a csillagokhoz képest, és 27,3 nap alatt tesz meg egy teljes kört. Tehát létrejött a nap utáni második időmérő - hónap.
Sziderális (csillag) holdhónap- az az időtartam, amely alatt a Hold egy teljes fordulatot tesz a Föld körül az állócsillagokhoz képest. egyenlő: 27 nap 07 óra 43 m 11,47 s.
Szinodikus (naptári) holdhónap- a Hold két egymást követő azonos nevű fázisa (általában újholdak) közötti időintervallum. 29 nap 12 óra 44 m 2,78 s.
A Hold csillagok hátterében látható mozgása és a Hold fázisainak változása jelenségeinek összessége lehetővé teszi a Holdon való földi navigációt (ábra). A hold keskeny félholdként jelenik meg nyugaton, és keleten ugyanazzal a keskeny félholddal tűnik el a hajnali sugarakban. Mentálisan rögzítsen egy egyenes vonalat a félhold bal oldalán. Az égen vagy a "P" betűt olvashatjuk - "növekszik", a hónap "szarvait" balra fordítjuk - a hónap nyugaton látható; vagy a "C" betű - "megöregedni", a hónap "szarvai" jobbra fordulnak - a hónap keleten látható. Teliholdkor a hold délen éjfélkor látható.

A Nap horizont feletti helyzetének sok hónapon át tartó változásának megfigyelése eredményeként egy harmadik időmérték keletkezett - év.
Év- az az időtartam, amely alatt a Föld egy teljes fordulatot tesz a Nap körül bármely referenciaponthoz (ponthoz) képest.
sziderikus év- a Föld Nap körüli forradalmának sziderális (csillag) periódusa, ami 365,256320 ... átlagos szoláris nap.
anomális év- az átlagos Nap két egymást követő áthaladása között a keringési ponton (általában perihéliumon) eltelt idő 365,259641 ... átlagos szoláris nap.
trópusi év- az átlagos Nap két egymást követő áthaladása között eltelt idő a tavaszi napéjegyenlőségen, egyenlő 365,2422... átlagos szoláris nappal vagy 365 d 05 h 48 m 46,1 s.

Univerzális időúgy definiálva, mint a helyi átlagos szoláris idő a nulla (Greenwich) meridiánon ( Hogy, UT- Egyetemes idő). Mert a mindennapi életben helyi idő nem használhatod (mivel az egyik a bölcsőben van, a másik pedig Novoszibirszkben (más λ )), ezért a konferencia egy kanadai vasútmérnök javaslatára jóváhagyta Sanford Fleming(február 8 1879 amikor a torontói Kanadai Intézetben beszéltem) szabványos idő, a földgömböt 24 időzónára osztva (360:24 = 15 o, 7,5 o a középső meridiántól). A nulla időzóna szimmetrikusan helyezkedik el a nulla (greenwichi) meridiánhoz képest. Az övek nyugatról keletre 0-tól 23-ig vannak számozva. Az övezetek valódi határai a kerületek, régiók vagy államok közigazgatási határaihoz igazodnak. Az időzónák középső meridiánjai pontosan 15 o (1 óra) távolságra vannak egymástól, így egyik időzónából a másikba haladva az idő egész számmal változik, a percek és másodpercek száma pedig nem változik. Új naptári nap (és Újév) kezdd dátumvonalak(demarkációs vonal), főleg a keleti hosszúság 180 o. meridiánja mentén halad el az Orosz Föderáció északkeleti határa közelében. A dátumvonaltól nyugatra a hónap napja mindig eggyel több, mint attól keletre. Ezen a vonalon nyugatról kelet felé haladva a naptárszám eggyel csökken, a keletről nyugat felé haladva pedig eggyel nő, ami kiküszöböli az időszámlálás hibáját a világ körüli utazáskor és az emberek mozgatása során. Kelettől a Föld nyugati féltekéjéig.
Ezért a Nemzetközi Meridián Konferencia (1884, Washington, USA) a távíró fejlesztésével, ill. vasúti szállítás be van írva:
- a nap eleje éjféltől, és nem déltől, ahogy volt.
- a kezdő (nulla) meridián Greenwichből (a londoni Greenwich Obszervatórium, J. Flamsteed alapította 1675-ben, az obszervatórium távcsőjének tengelyén keresztül).
- számláló rendszer szabványos idő
A standard időt a következő képlet határozza meg: T n = T 0 + n , ahol T 0 - egyetemes idő; n- időzóna száma.
A nyári időszámítás- kormányrendelet által egész számú óraszámra módosított normál idő. Oroszország esetében egyenlő az övvel, plusz 1 óra.
Moszkvai idő- a második időzóna nyári időszámítása (plusz 1 óra): Tm \u003d T 0 + 3 (órák).
Nyári idő- normál normál idő, amelyet kormányrendelet további plusz 1 órával módosít a nyári időszámítás időszakára az energiaforrások megtakarítása érdekében. A nyári időszámítást 1908-ban először bevezető Anglia példáját követve ma már a világ 120 országa, köztük az Orosz Föderáció is évente átáll a nyári időszámításra.
A világ és Oroszország időzónái
Ezt követően a tanulókat röviden meg kell ismertetni a terület földrajzi koordinátái (hosszúság) meghatározásának csillagászati ​​módszereivel. A Föld forgásából adódóan a déli vagy a tetőzési idők közötti különbség ( csúcspontja. Ez a jelenség , fordítva, helyi idő szerint bármely ismert hosszúságú ponton.
Például: egyikőtök Novoszibirszkben, a második Omszkban (Moszkva) van. Melyikőtök fogja korábban megfigyelni a Nap középpontjának felső csúcspontját? És miért? (megjegyzendő, ez azt jelenti, hogy az órája Novoszibirszk idején van). Következtetés- a földi elhelyezkedéstől (meridián - földrajzi hosszúság) függően bármely világítótest csúcspontja a más idő, vagyis az idő a földrajzi hosszúsághoz kapcsolódik vagy T=UT+λ,és a különböző meridiánokon elhelyezkedő két pont időkülönbsége lesz T 1 -T 2 \u003d λ 1 - λ 2.Földrajzi hosszúság (λ ) a terület „nulla” (Greenwich) meridiánjától keletre van mérve, és számszerűen egyenlő az azonos nevű világítótestnek a greenwichi meridiánon történő csúcspontjai közötti időintervallummal ( UT)és a megfigyelési ponton ( T). Fokokban vagy órákban, percekben és másodpercekben kifejezve. Hogy meghatározza A terület földrajzi hosszúsága alapján meg kell határozni bármely ismert egyenlítői koordinátákkal rendelkező világítótest (általában a Nap) csúcspontját. Speciális táblázatok vagy számológép segítségével lefordítva a megfigyelések idejét a nap átlagától a csillagig, és a referenciakönyvből ismerve ennek a világítótestnek a greenwichi meridiánon való csúcspontját, könnyen meghatározhatjuk a terület hosszúsági fokát. . Az egyetlen számítási nehézség az pontos fordítás időegységek egyik rendszerről a másikra. A csúcspontot nem lehet "őrizni": elég a világítótest magasságát (zenittávolságát) bármely pontosan rögzített időpontban meghatározni, de akkor a számítások meglehetősen bonyolultak lesznek.
Az órák mérésére szolgálnak. Az ókorban használt legegyszerűbbtől kezdve az gnomon - egy függőleges oszlop egy vízszintes platform közepén, osztással, majd homok, víz (clepsydra) és tűz, mechanikus, elektronikus és atomi. A Szovjetunióban 1978-ban még pontosabb atomi (optikai) időszabványt hoztak létre. 1 másodperces hiba 10 000 000 évente fordul elő!

Időmérő rendszer hazánkban
1) 1919. július 1-től bevezetik szabványos idő(Az RSFSR Népbiztosai Tanácsának 1919. február 8-i rendelete)
2) 1930-ban megalapítják Moszkva (szülés) annak a 2. időzónának az ideje, amelyben Moszkva található, egy órával előrébb lépve a normál időhöz képest (+3 az univerzálishoz vagy +2 a közép-európaihoz), hogy a nap fényesebb részét biztosítsa nappal ( A Szovjetunió Népbiztosai Tanácsának 1930.06.16-i rendelete). Az élek és régiók időzóna-eloszlása ​​jelentősen megváltozik. 1991 februárjában törölték, majd 1992 januárjától ismét helyreállították.
3) Ugyanez az 1930-as rendelet eltörli az 1917-től érvényben lévő nyári időszámításra való átállást (április 20. és visszatérés szeptember 20-án).
4) 1981-ben újraindul az országban a nyári időszámításra való átállás. A Szovjetunió Minisztertanácsának 1980. október 24-i rendelete "A Szovjetunió területén az időszámítási eljárásról" bevezetik a nyári időt április 1-jén egy órával előre, október 1-jén pedig egy órával ezelőtt az óramutatók 0 órára való áthelyezésével 1981 óta. (1981-ben a nyári időszámítást bevezették a fejlett országok túlnyomó többségében - 70-ben, Japán kivételével). A jövőben a Szovjetunióban a fordítást az ezekhez a dátumokhoz legközelebb eső vasárnapon kezdték el végezni. A határozat számos jelentős változást hozott, és jóváhagyta a megfelelő időzónákhoz rendelt közigazgatási területek újonnan összeállított listáját.
5) 1992-ben az 1991 februárjában hatályon kívül helyezett elnöki rendelettel 1992. január 19-től visszaállították a szülési (moszkvai) időt, megtartva a nyári időszámításra való átállást március utolsó vasárnapján, egy órával előre, és a téli időszámításra szeptember utolsó vasárnapján, egy órával ezelőtt éjjel 3 órakor.
6) 1996-ban az Orosz Föderáció kormányának 1996. április 23-i 511. számú rendelete értelmében a nyári időszámítást egy hónappal meghosszabbították, és most október utolsó vasárnapján ér véget. NÁL NÉL Nyugat-Szibéria azok a régiók, amelyek korábban az MSK + 4 zónában voltak, átváltottak MSK + 3-ra, csatlakozva az omszki időhöz: Novoszibirszk régió 1993. május 23-án 00:00 órakor, Altáj régióés az Altaji Köztársaság 1995. május 28-án 4:00 órakor, Tomszk régió 2002. május 1. 3:00 Kemerovo régió 2010. március 28. 02:00. ( a különbség az univerzális GMT idővel 6 óra marad).
7) 2010. március 28-tól, a nyári időszámításra való áttérés során Oroszország területe 9 időzónában kezdett elhelyezkedni (2-től 11-ig, a 4. kivételével - Samara régióés Udmurtia 2010. március 28-án hajnali 2 órakor moszkvai idő szerint) minden időzónán belül azonos idővel. Az időzónák határai az Orosz Föderáció alanyai határain haladnak át, minden tantárgy egy zónába tartozik, Jakutia kivételével, amely 3 zónába tartozik (MSK + 6, MSK + 7, MSK + 8) , és a Szahalin régió, amely 2 zónába tartozik (MSK+7 Szahalinon és MSK+8 a Kuril-szigeteken).

Tehát hazánknak téli időben T= UT+n+1 óra , a nyári időben T= UT+n+2 óra

Otthoni laboratóriumi (gyakorlati) munkát ajánlhat: Laboratóriumi munka"A terep koordinátáinak meghatározása a Nap megfigyeléséből"
Felszerelés: gnomon; kréta (csapok); "Csillagászati ​​naptár", jegyzetfüzet, ceruza.
Munkarend:
1. A déli vonal (meridián irány) meghatározása.
A Nap napi mozgásával az égen a gnomon árnyéka fokozatosan megváltoztatja irányát és hosszát. Valódi délben a legkisebb hosszúságú, és a déli vonal irányát mutatja - az égi meridián vetületét a matematikai horizont síkjára. A déli vonal meghatározásához a reggeli órákban meg kell jelölni azt a pontot, ahová a gnomon árnyéka esik, és kört kell rajzolni rajta, a gnomon középpontját véve. Ezután meg kell várnia, amíg a gnomon árnyéka másodszor is megérinti a körvonalat. A kapott ívet két részre osztjuk. A gnomonon és a déli ív közepén áthaladó vonal lesz a déli vonal.
2. A terület szélességi és hosszúsági fokának meghatározása a Nap megfigyelései alapján.
A megfigyelések nem sokkal a valódi dél pillanata előtt kezdődnek, amelyek kezdetét a gnomonból származó árnyék és a déli vonal pontos egybeesésének pillanatában rögzítik a jól kalibrált, szabványos idő szerint futó órák szerint. Ugyanakkor megmérjük a gnomon árnyékának hosszát. Az árnyék hosszával l előfordulása idején valós délben T d szabványidő szerint, egyszerű számításokkal határozzuk meg a terület koordinátáit. Korábban a kapcsolatból tg h ¤ \u003d N / l, ahol H- a gnomon magassága, keresse meg a gnomon magasságát valódi délben h ¤ .
A terület szélességi fokát a képlet számítja ki φ=90-h ¤ +d ¤, ahol d ¤ a napdeklináció. A terület hosszúságának meghatározásához használja a képletet λ=12h+n+A-D, ahol n- időzóna száma, h - adott nap időegyenlete (a "Csillagászati ​​naptár" adatai szerint meghatározva). Téli időre D = n+1; nyári időszámításra D = n + 2.

"Planetárium" 410,05 mb		Az erőforrás lehetővé teszi a telepítést egy tanár vagy diák számítógépére teljes verzió innovatív oktatási és módszertani komplexum "Planetárium". A "Planetárium" - tematikus cikkek válogatása - a 10-11. osztályos fizika, csillagászat vagy természettudomány óráin tanárok és diákok számára készült. A komplexum telepítésekor ajánlatos csak angol betűket használni a mappanevekben.
Demo anyagok 13,08 mb		Az erőforrás a „Planetárium” innovatív oktatási és módszertani komplexum bemutatóanyaga.
Planetárium 2,67 mb Óra 154,3 kb Normál idő 374,3 kb Világidő térkép 175,3 kb

Minden csillagászati ​​megfigyeléshez csatolni kell a végrehajtás idejére vonatkozó adatokat. Az időpillanat pontossága a megfigyelt jelenség követelményeitől és tulajdonságaitól függően eltérő lehet. Így például a meteorok és a változócsillagok közönséges megfigyelésekor elég, ha a pillanatot akár egy perces pontossággal ismerjük. A napfogyatkozások, a Hold általi csillagok okkultációinak és különösen a Föld mesterséges műholdjainak mozgásának megfigyelései a pillanatok tizedmásodpercnél nem kisebb pontosságú megjelölését teszik szükségessé. Az égi szféra napi forgásának pontos asztrometriai megfigyelései speciális módszerek alkalmazását teszik szükségessé az időpillanatok 0,01, sőt 0,005 másodperces pontossággal történő regisztrálására!

Ezért a gyakorlati csillagászat egyik fő feladata a megfigyelésekből a pontos idő kinyerése, tárolása és az időadatok közlése a fogyasztókkal.

Az idő betartására a csillagászok nagyon pontos órákkal rendelkeznek, amelyeket rendszeresen ellenőriznek, speciális műszerek segítségével meghatározva a csillagok csúcspontjainak pillanatait. A pontos időjelek rádiós továbbítása lehetővé tette számukra, hogy világidő-szolgálatot szervezzenek, vagyis az összes ilyen jellegű megfigyelést végző obszervatóriumot egy rendszerbe kapcsolják.

Az Időszolgálat felelőssége a pontos időjelek sugárzása mellett az egyszerűsített jelek továbbítását is magában foglalja, amelyeket minden rádióhallgató jól ismer. Ez hat rövid jelzés, „pont”, amelyeket egy új óra kezdete előtt adnak ki. Az utolsó „pont” pillanata, legfeljebb századmásodpercig, egybeesik egy új óra kezdetével. Az amatőr csillagásznak azt tanácsoljuk, hogy használja ezeket a jeleket órája ellenőrzéséhez. Az óra ellenőrzésekor ne fordítsuk le, mert ebben az esetben elrontom a mechanizmust, és a csillagásznak vigyáznia kell az órájára, hiszen ez az egyik fő műszere. Meg kell határoznia az "óra korrekcióját" - a pontos idő és a leolvasás közötti különbséget. Ezeket a javításokat szisztematikusan meg kell határozni, és fel kell jegyezni a megfigyelő naplójába; ezek további tanulmányozása lehetővé teszi az óra menetének meghatározását és tanulmányozását.

Természetesen kívánatos, hogy a lehető legjobb karóra álljon a rendelkezésére. Mit kell érteni a „jó óra” kifejezés alatt?

Szükséges, hogy a lehető legpontosabban tartsák az irányt. Hasonlítsuk össze a hagyományos zsebórák két példányát:

A korrekció pozitív előjele azt jelenti, hogy a pontos idő megszerzéséhez az óraállást módosítani kell.

A tábla két felén az órajavítások feljegyzései találhatók. A felső korrekciót kivonva az alsó korrekcióból és elosztva a meghatározások között eltelt napok számával, megkapjuk a napi órajelet. Az előrehaladási adatokat ugyanabban a táblázatban adjuk meg.

Miért nevezzük egyes órákat rossznak, másokat pedig jónak? Az első órákban a korrekció nullához közelít, de lefutásuk szabálytalanul változik. A másodiknál ​​nagy a korrekció, de a lefolyás egységes. Az első óra alkalmas olyan megfigyelésekre, amelyekhez nem kell percnél pontosabb időbélyeg. Ezek leolvasása nem interpolálható, éjszakánként többször is ellenőrizni kell.

A második, a "jó óra" összetettebb megfigyelések elvégzésére alkalmas. Természetesen célszerű gyakrabban ellenőrizni őket, de lehetőség van a köztes pillanatokra interpolálni a leolvasásukat. Mutassuk meg ezt egy példával. Tegyük fel, hogy a megfigyelés november 5-én, 23:32:46-kor történt. óráink szerint. Az óra ellenőrzése, amelyet november 4-én 17 órakor végeztek, +2 m.15 s korrekciót adott. A napi lefutás, amint a táblázatból is látszik, +5,7 s. November 4-én 17:00 órától a megfigyelés pillanatáig 1 nap és 6,5 óra, azaz 1,27 nap telt el. Ezt a számot megszorozva a napi árfolyammal +7,2 s-ot kapunk. Ezért az óra korrekciója a megfigyelés időpontjában nem 2 m.15 s, hanem +2 m.22 s volt. Hozzáadjuk a megfigyelés pillanatához. Tehát a megfigyelés november 5-én, 23:35:8-kor történt.

Az obszervatóriumokban olyan műszerek találhatók, amelyek segítségével a legpontosabban határozzák meg az időt - ellenőrzik az órát. Az idő beállítása a horizont feletti világítótestek által elfoglalt pozíció szerint történik. Annak érdekében, hogy az obszervatórium órája a lehető legpontosabban és egyenletesebben működjön az esték közötti intervallumban, amikor a csillagok helyzete ellenőrzi őket, az órát mély pincékben helyezik el. Az ilyen pincékben egész évben állandó hőmérsékletet tartanak fenn. Ez nagyon fontos, mivel a hőmérséklet-változások befolyásolják az óra működését.

A pontos időjelek rádiós továbbításához az obszervatórium speciális, kifinomult óra-, elektromos és rádióberendezésekkel rendelkezik. A Moszkvából sugárzott pontos időjelek a világ legpontosabbak közé tartoznak. A pontos idő meghatározása a csillagokból, az idő pontos óráival való vezetése és rádión történő továbbítása – mindez alkotja az Időszolgálatot.

AHOL CSILLAGÁSZOK DOLGOZNAK

A csillagászok tudományos munkát végeznek obszervatóriumokban és csillagászati ​​intézetekben.

Utóbbiak elsősorban elméleti kutatásokkal foglalkoznak.

A Nagy Október után szocialista forradalom Hazánkban Leningrádban megalakult az Elméleti Csillagászati ​​Intézet, a Csillagászati ​​Intézet. P.K. Sternberg Moszkvában, asztrofizikai obszervatóriumok Örményországban, Grúziában és számos más csillagászati ​​intézményben.

A csillagászok képzése és oktatása az egyetemeken a mechanika és matematika vagy a fizika-matematika karon történik.

Hazánk fő obszervatóriuma Pulkovo. 1839-ben épült Szentpétervár közelében, egy jeles orosz tudós irányítása alatt. Sok országban joggal nevezik a világ csillagászati ​​fővárosának.

A Krím-félszigeten található Simeiz Obszervatóriumot a Nagy Honvédő Háború után teljesen felújították, és nem messze tőle egy új obszervatórium épült Partizanskoye faluban, Bakhchisarai közelében, ahol a Szovjetunió legnagyobb, 1 ¼ átmérőjű tükörrel ellátott fényvisszaverő teleszkópja. m-t most telepítik, és hamarosan egy 1 ¼ m átmérőjű tükörrel ellátott reflektor kerül felszerelésre, amely 2,6 méter magas - a harmadik legnagyobb a világon. Mindkét obszervatórium egy intézményt alkot - a Szovjetunió Tudományos Akadémia Krími Asztrofizikai Obszervatóriumát. Vannak csillagászati ​​obszervatóriumok Kazanyban, Taskentben, Kijevben, Harkovban és más helyeken.

Minden obszervatóriumunkban tudományos munka egyeztetett terv szerint. Hazánkban a csillagászati ​​tudományban elért eredmények a dolgozó emberek széles rétegeit segítik abban, hogy helyes, tudományos elképzelést alkossanak a minket körülvevő világról.

Számos csillagászati ​​obszervatórium létezik más országokban is. Ezek közül a létezők közül a legrégebbi a leghíresebb - Párizs és Greenwich, amelyek délkörétől számítják a földrajzi hosszúságokat. a földgömb(a közelmúltban ez az obszervatórium egy új helyre került, Londontól távolabb, ahol sok interferencia van az éjszakai égbolt megfigyelésében). A világ legnagyobb teleszkópjait Kaliforniában, a Mount Palomar, Mount Wilson és Lick obszervatóriumokban helyezték el. Az utolsót beépítették késő XIX században, az első kettő pedig - már a XX.