Obținerea punctelor de timp rezolvă doar prima sarcină a serviciului de timp. Următoarea sarcină este de a stoca timpul exact în intervalele dintre definițiile sale astronomice. Această sarcină este rezolvată folosind ceas astronomic.

Pentru a obține o precizie ridicată a citirii timpului în fabricarea ceasurilor astronomice, pe cât posibil, se iau în considerare și se elimină toate sursele de eroare și se creează condițiile cele mai favorabile pentru funcționarea acestora.

Cea mai importantă parte a unui ceas este pendulul. Arcurile și roțile servesc ca mecanism de transmisie, săgețile servesc drept indicatori, iar pendulul măsoară timpul. Prin urmare, în ceasurile astronomice, ele încearcă să creeze cele mai bune condiții posibile pentru funcționarea acesteia: să facă constantă temperatura încăperii, să elimine șocurile, să slăbească rezistența aerului și, în final, să reducă sarcina mecanică.

Pentru a asigura o precizie ridicată, ceasul astronomic este amplasat într-un subsol adânc, ferit de șocuri.Camera este menținută la o temperatură constantă tot timpul anului. Pentru a reduce rezistența aerului și a elimina efectul modificărilor presiunii atmosferice, pendulul ceasului este plasat într-o carcasă în care presiunea aerului este ușor redusă (Fig. 20).

Un ceas astronomic cu două pendule (ceasul lui Short) are o precizie foarte mare, dintre care unul - nu liber, sau „slave” - ​​este asociat cu mecanisme de transmisie și indicare, și este controlat de altul - un pendul liber, nu conectat la orice roți și arcuri ( Fig. 21).

Pendulul liber este plasat într-un subsol adânc într-o carcasă metalică. Acest caz creează o presiune redusă. Conectarea unui pendul liber cu unul neliber se realizează prin doi electromagneți mici, lângă care se balansează. Pendulul liber controlează pendulul „sclav”, făcându-l să se balanseze în timp cu el însuși.

Este posibil să se realizeze o eroare foarte mică în citirile ceasului, dar nu poate fi eliminată complet. Cu toate acestea, dacă ceasul funcționează incorect, dar se știe dinainte că sunt grăbiți sau în urmă cu un anumit număr de secunde pe zi, atunci nu este dificil să calculați ora exactă de la astfel de ceasuri incorecte. Pentru a face acest lucru, este suficient să știți care este cursul ceasului, adică câte secunde pe zi sunt grăbiți sau în urmă. Tabelele de corecție sunt compilate pentru o anumită instanță a unui ceas astronomic pe parcursul lunilor și anilor. Acele ceasurilor astronomice nu arată aproape niciodată ora cu acuratețe, dar cu ajutorul tabelelor de corecție este destul de posibil să obțineți marcaje de timp cu o precizie de miimi de secundă.

Din păcate, ceasul nu rămâne constant. Atunci când condițiile externe se modifică - temperatura camerei și presiunea aerului - din cauza inexactităților întotdeauna existente în fabricarea pieselor și în funcționarea pieselor individuale, același ceas își poate schimba cursul în timp. Schimbarea sau variația cursului unui ceas este principalul indicator al calității muncii acestuia. Cu cât variația frecvenței ceasului este mai mică, cu atât ceasul este mai bun.

Astfel, un ceas astronomic bun poate fi prea grăbit și prea lent, poate merge înainte sau poate întârzia chiar și cu zecimi de secundă pe zi și, totuși, poate păstra timpul în mod fiabil și poate oferi citiri suficient de precise, dacă doar comportamentul lor este constant, adică variatia diurna este mica.

În ceasul astronomic cu pendul lui Short, variația zilnică a ratei este de 0,001-0,003 sec. Pentru o lungă perioadă de timp, o precizie atât de ridicată a rămas de nedepășit. În anii cincizeci ai secolului nostru, inginerul F. M. Fedchenko a îmbunătățit suspensia pendulului și a îmbunătățit compensarea termică a acestuia. Acest lucru i-a permis să proiecteze un ceas a cărui variație zilnică a ratei a fost redusă la 0,0002-0,0003 secunde.

În ultimii ani, proiectarea ceasurilor astronomice a fost preluată nu de mecanici, ci de electricieni și ingineri radio. Au făcut ceasuri în care, în locul oscilațiilor pendulului, se foloseau vibrațiile elastice ale unui cristal de cuarț pentru a număra timpul.

O placă tăiată corespunzător dintr-un cristal de cuarț are proprietăți interesante. Dacă o astfel de placă, numită piezoquartz, este comprimată sau îndoită, atunci pe suprafețele sale opuse apar sarcini electrice de diferite semne. Dacă se aplică un curent electric alternativ pe suprafețele opuse ale plăcii piezoelectrice, atunci piezoquartzul oscilează. Cu cât atenuarea dispozitivului oscilator este mai mică, cu atât frecvența de oscilație este mai constantă. Piezoquartz are proprietăți excepțional de bune în acest sens, deoarece amortizarea oscilațiilor sale este foarte mică. Acesta este utilizat pe scară largă în inginerie radio pentru a menține o frecvență constantă a transmițătorilor radio. Aceeași proprietate a piezoquartzului - constanța ridicată a frecvenței de oscilație - a făcut posibilă construirea de ceasuri de cuarț astronomice foarte precise.

Ceasurile de cuarț (Fig. 22) constau dintr-un generator radio-tehnic stabilizat de cuarț piezoelectric, cascade de diviziune a frecvenței, un motor electric sincron și un cadran cu săgeți indicator.

Generatorul radio generează un curent alternativ de înaltă frecvență, iar piezoquartzul menține o frecvență constantă a oscilațiilor sale cu mare precizie. În etapele de diviziune a frecvenței, frecvența curentului alternativ este redusă de la câteva sute de mii la câteva sute de oscilații pe secundă. Un motor electric sincron care funcționează pe curent alternativ de joasă frecvență rotește indicatoarele, închide releele care dau semnale de timp etc.

Viteza de rotație a unui motor electric sincron depinde de frecvența curentului alternativ cu care este alimentat. Astfel, într-un ceas cu cuarț, viteza de rotație a arăturilor arătatorului este determinată în cele din urmă de frecvența de oscilație a piezoquartzului. Constanța ridicată a frecvenței de oscilație a plăcii de cuarț asigură uniformitatea cursului și precizia ridicată a indicațiilor ceasului astronomic de cuarț.

Ceasuri de cuarț sunt în prezent fabricate tipuri variateși programări cu o variație zilnică a cursului, care nu depășește sutimi și chiar miimi de secundă.

Primele modele de ceasuri cu quartz au fost destul de voluminoase. La urma urmei, frecvența naturală a oscilațiilor unei plăci de cuarț este relativ mare și, pentru a număra secundele și minutele, este necesar să o reduceți folosind un număr de cascade de diviziune a frecvenței. Între timp, dispozitivele radio cu tub folosite în acest scop ocupă mult spațiu. În ultimele decenii, ingineria radio cu semiconductori s-a dezvoltat rapid, iar echipamentele radio miniaturale și microminiaturale au fost dezvoltate pe baza acesteia. Acest lucru a făcut posibilă construirea de ceasuri portabile de cuarț de dimensiuni mici pentru navigația maritimă și aeriană, precum și pentru diverse lucrări expediționare. Aceste cronometre portabile cu cuarț nu sunt mai mari și mai grele decât cronometrele mecanice convenționale.

Cu toate acestea, dacă un cronometru marin mecanic din clasa a doua are o eroare zilnică de cel mult ±0,4 sec, iar din prima clasă - nu mai mult de ±0,2 sec, atunci cronometrele portabile moderne cu cuarț au o instabilitate zilnică a ratei de ±0,1 ; ±0,01 și chiar ±0,001 sec.

De exemplu, „Chronotom” fabricat în Elveția are dimensiuni de 245X137X100 mm, iar instabilitatea cursului său pe zi nu depășește ±0,02 secunde. Cronometrul staționar cu cuarț „Isotom” are o instabilitate relativă pe termen lung de cel mult 10 -8, adică eroarea în ciclul zilnic este de aproximativ ± 0,001 sec.

Cu toate acestea, ceasurile cu quartz nu sunt lipsite de deficiențe serioase, a căror prezență este esențială pentru măsurători astronomice de înaltă precizie. Principalele dezavantaje ale ceasurilor astronomice cu cuarț sunt dependența frecvenței oscilațiilor cuarțului de temperatura ambiantă și „îmbătrânirea cuarțului”, adică modificarea frecvenței oscilațiilor sale în timp. Primul dezavantaj a fost depășit printr-un control atent al temperaturii părții ceasului în care se află placa de cuarț. Îmbătrânirea cuarțului, care duce la o deplasare lentă a ceasului, nu a fost încă eliminată.

„Ceas molecular”

Este posibil să se creeze un dispozitiv pentru măsurarea intervalelor de timp care să aibă o precizie mai mare decât ceasurile astronomice cu pendul și cuarț?

În căutarea metodelor potrivite pentru aceasta, oamenii de știință s-au orientat către sisteme în care au loc vibrații moleculare. O astfel de alegere, desigur, nu a fost întâmplătoare și el a fost cel care a predeterminat succesul viitor. „Ceasurile moleculare” au făcut posibilă la început creșterea preciziei măsurării timpului cu mii și prin împrumuturi de sute de mii de ori. Cu toate acestea, calea de la moleculă la indicatorul de timp s-a dovedit a fi complexă și foarte dificilă.

De ce nu a fost posibil să se îmbunătățească precizia ceasurilor astronomice cu pendul și cuarț? În ce mod s-au dovedit a fi mai bune moleculele decât pendulele și plăcile de cuarț în ceea ce privește timpul de măsurare? Care este principiul de funcționare și dispozitivul ceasului molecular?

Amintiți-vă că orice ceas constă dintr-un bloc în care au loc oscilații periodice, un mecanism de numărare pentru numărarea numărului lor și un dispozitiv în care este stocată energia necesară menținerii acestora. Cu toate acestea, precizia ceasului este în principal depinde de stabilitatea muncii acelui element care măsoară timpul.

Pentru a crește acuratețea ceasurilor astronomice cu pendul, pendulul lor este realizat dintr-un aliaj special cu un coeficient minim de dilatare termică, plasat într-un termostat, suspendat într-un mod special, situat într-un vas din care este pompat aer etc. este cunoscut, toate aceste măsuri au făcut posibilă reducerea variațiilor în cursul ceasurilor cu pendul astronomice la miimi de secundă pe zi. Cu toate acestea, uzura treptată a pieselor în mișcare și frecare, modificări lente și ireversibile ale materialelor structurale, în general - „îmbătrânirea” unor astfel de ceasuri nu a permis îmbunătățirea în continuare a preciziei lor.

La ceasurile de cuarț astronomice, timpul este măsurat de un oscilator stabilizat de cuarț, iar acuratețea citirilor acestor ceasuri este determinată de constanța frecvenței de oscilație a plăcii de cuarț. De-a lungul timpului, se produc modificări ireversibile în placa de cuarț și contactele electrice asociate acesteia. Astfel, acest element maestru al unui ceas cu quartz „îmbătrânește”. În acest caz, frecvența de oscilație a plăcii de cuarț se modifică oarecum. Acesta este motivul instabilității unor astfel de ceasuri și pune o limită pentru creșterea în continuare a preciziei lor.

Ceasurile moleculare sunt proiectate în așa fel încât citirile lor sunt determinate în cele din urmă de frecvența vibrațiilor electromagnetice absorbite și emise de molecule. Între timp, atomii și moleculele absorb și emit energie doar intermitent, doar în anumite porțiuni, numite cuante de energie. Aceste procese sunt reprezentate în prezent astfel: când un atom se află într-o stare normală (neexcitată), atunci electronii săi ocupă nivelurile de energie inferioare și, în același timp, se află la cea mai apropiată distanță de nucleu. Dacă atomii absorb energie, cum ar fi lumina, atunci electronii lor sar în poziții noi și sunt localizați ceva mai departe de nucleele lor.

Să notăm energia atomului, corespunzătoare poziției celei mai joase a electronului, prin Ei, și energia corespunzătoare locației sale mai îndepărtate de nucleu, prin E 2 . Când atomii iradiază oscilații electromagnetice(de exemplu, lumina), dintr-o stare excitată cu energia E 2 trece într-o stare neexcitată cu energia E 1, atunci porțiunea emisă de energie electromagnetică este egală cu ε = E 2 -E 1 . Este ușor de observat că relația dată nu este altceva decât una dintre expresiile legii conservării energiei.

Între timp, se știe că energia unui cuantum de lumină este proporțională cu frecvența sa: ε = hv, unde ε este energia oscilațiilor electromagnetice, v este frecvența acestora, h = 6,62 * 10 -27 erg * sec este constanta lui Planck. Din aceste două relații nu este greu de găsit frecvența v a luminii emise de atom. Evident, v \u003d (E 2 - E 1) / h sec -1

Fiecare atom de un anumit tip (de exemplu, un atom de hidrogen, oxigen etc.) are propriile sale niveluri de energie. Prin urmare, fiecare atom excitat, în timpul tranziției la stările inferioare, emite oscilații electromagnetice cu un set bine definit de frecvențe, adică dă o caracteristică de strălucire numai pentru el. Situația este exact aceeași cu moleculele, cu singura diferență că au un număr de niveluri de energie suplimentare asociate cu aranjamentul diferit al particulelor lor constitutive și cu mișcarea lor reciprocă,

Astfel, atomii și moleculele sunt capabile să absoarbă și să emită vibrații electromagnetice de doar o frecvență limitată. Stabilitatea cu care sistemele atomice fac acest lucru este extrem de ridicată. Este de miliarde de ori mai mare decât stabilitatea oricăror dispozitive macroscopice care percep sau emit anumite tipuri de vibrații, de exemplu, corzi, diapazon, microfoane etc. Acest lucru se explică prin faptul că în orice dispozitiv macroscopic, de exemplu, mașinile , instrumente de măsură etc., forțele care asigură stabilitatea acestora sunt în majoritatea cazurilor doar de zeci sau sute de ori mai mari decât forțele exterioare. Prin urmare, în timp și pe măsură ce condițiile externe se schimbă, proprietățile unor astfel de dispozitive se schimbă oarecum. Acesta este motivul pentru care muzicienii trebuie să-și acorde atât de des viorile și pianele. Dimpotrivă, în microsisteme, cum ar fi atomii și moleculele, forțe atât de mari acționează între particulele care le compun, încât influențele externe obișnuite sunt mult mai mici ca magnitudine. Prin urmare, schimbările obișnuite ale condițiilor externe - temperatură, presiune etc. - nu provoacă modificări vizibile în cadrul acestor microsisteme.

Aceasta explică precizia ridicată a analizei spectrale și a multor alte metode și instrumente bazate pe utilizarea vibrațiilor atomice și moleculare. Acesta este ceea ce face să fie atât de atractivă utilizarea acestor sisteme cuantice ca element principal în ceasurile astronomice. La urma urmei, astfel de microsisteme nu își schimbă proprietățile în timp, adică nu „îmbătrânesc”.

Când inginerii au început să proiecteze ceasuri moleculare, metodele de excitare a vibrațiilor atomice și moleculare erau deja bine cunoscute. Una dintre ele este că oscilațiile electromagnetice de înaltă frecvență sunt aplicate unui vas umplut cu unul sau altul gaz. Dacă frecvența acestor oscilații corespunde energiei de excitație a acestor particule, atunci are loc absorbția rezonantă a energiei electromagnetice. După un timp (mai puțin de o milioneme de secundă), particulele excitate (atomi și molecule) trec spontan din starea excitată în starea normală și, în același timp, emit ele însele cuante de energie electromagnetică.

S-ar părea că următorul pas în proiectarea unui astfel de ceas ar trebui să fie numărarea numărului acestor oscilații, deoarece numărul de balansări ale pendulului este calculat în ceasul pendulului. Cu toate acestea, o astfel de cale directă, „frontală” s-a dovedit a fi prea dificilă. Cert este că frecvența oscilațiilor electromagnetice emise de molecule este foarte mare. De exemplu, în molecula de amoniac pentru una dintre principalele tranziții, este de 23.870.129.000 de perioade pe secundă. Frecvența oscilațiilor electromagnetice emise diverși atomi, este de același ordin de mărime sau chiar mai mare. Niciun dispozitiv mecanic nu este potrivit pentru numărarea numărului de astfel de vibrații de înaltă frecvență. În plus, dispozitivele electronice convenționale s-au dovedit a fi, de asemenea, nepotrivite pentru acest lucru.

O ieșire din această dificultate a fost găsită cu ajutorul unui ocol original. Amoniacul gazos a fost plasat într-un tub metalic lung (ghid de undă). Pentru ușurință în manipulare, acest tub este încolăcit. Oscilațiile electromagnetice de înaltă frecvență au fost furnizate de la generator la un capăt al acestui tub, iar la celălalt capăt a fost instalat un dispozitiv pentru măsurarea intensității acestora. Generatorul a făcut posibilă, în anumite limite, modificarea frecvenței oscilațiilor electromagnetice excitate de acesta.

Pentru trecerea moleculelor de amoniac de la o stare neexcitată la una excitată, este necesară o energie bine definită și, în consecință, o frecvență bine definită a oscilațiilor electromagnetice (ε = hv, unde ε este energia cuantică, v este frecvența oscilații electromagnetice, h este constanta lui Planck). Atâta timp cât frecvența oscilațiilor electromagnetice produse de generator este mai mare sau mai mică decât această frecvență de rezonanță, moleculele de amoniac nu absorb energie. Când aceste frecvențe coincid, un număr semnificativ de molecule de amoniac absorb energia electromagnetică și trec într-o stare excitată. Desigur, în acest caz (datorită legii conservării energiei) la capătul ghidului de undă unde este instalat dispozitivul de măsurare, intensitatea oscilațiilor electromagnetice este mai mică. Dacă schimbați fără probleme frecvența generatorului și înregistrați citirile dispozitivului de măsurare, atunci la frecvența de rezonanță se detectează o scădere a intensității oscilațiilor electromagnetice.

Următorul pas în proiectarea unui ceas molecular este tocmai exploatarea acestui efect. Pentru aceasta, a fost asamblat un dispozitiv special (Fig. 23). În acesta, un generator de înaltă frecvență echipat cu o sursă de alimentare generează oscilații electromagnetice de înaltă frecvență. Pentru a crește constanta frecvenței acestor oscilații, generatorul este stabilizat cu. folosind un cristal piezoelectric. În dispozitivele existente de acest tip, frecvența de oscilație a generatorului de înaltă frecvență este aleasă să fie de câteva sute de mii de perioade pe secundă, în conformitate cu frecvența naturală de oscilație a plăcilor de cuarț utilizate în acestea.

Orez. 23. Schema „ceasului molecular”

Deoarece această frecvență este prea mare pentru a controla direct orice dispozitiv mecanic, ea este redusă la câteva sute de oscilații pe secundă cu ajutorul unei unități de divizare a frecvenței și numai după aceea este alimentată către relee de semnal și un motor electric sincron care rotește săgețile indicator. situat pe cadranul ceasului. Astfel, această parte a ceasului molecular repetă schema ceasurilor de cuarț descrisă mai devreme.

Pentru a excita moleculele de amoniac, o parte din oscilațiile electromagnetice generate de generatorul de înaltă frecvență este aplicată unui multiplicator de frecvență de curent alternativ (vezi Fig. 23). Factorul de multiplicare a frecvenței din acesta este ales astfel încât să-l aducă la cel rezonant. De la ieșirea multiplicatorului de frecvență, oscilațiile electromagnetice intră în ghidul de undă cu gaz amoniac. Dispozitivul de la ieșirea ghidului de undă - discriminatorul - notează intensitatea oscilațiilor electromagnetice care au trecut prin ghidul de undă și acționează asupra generatorului de înaltă frecvență, modificând frecvența oscilațiilor excitate de acesta. Discriminatorul este proiectat în așa fel încât atunci când la intrarea ghidului de undă ajung oscilații cu o frecvență sub frecvența de rezonanță, acesta ajustează generatorul, crescând frecvența oscilațiilor acestuia. Dacă totuși, la intrarea ghidului de undă ajung oscilații cu o frecvență mai mare decât frecvența de rezonanță, atunci se reduce frecvența generatorului. În acest caz, acordarea la rezonanță este cu atât mai precisă, cu atât curba de absorbție este mai abruptă. Astfel, este de dorit ca scăderea intensității oscilațiilor electromagnetice, datorită absorbției rezonante a energiei lor de către molecule, să fie cât mai îngustă și profundă posibil.

Toate aceste dispozitive interconectate - generator, multiplicator, ghid de undă pentru gaz amoniac și discriminator - sunt un circuit părere, în care moleculele de amoniac sunt excitate de generator și în același timp îl controlează, forțându-l să genereze oscilații cu frecvența dorită. Astfel, ceasul molecular folosește în cele din urmă molecule de amoniac ca standard de frecvență și timp. În primul ceas cu amoniac molecular, dezvoltat conform acestui principiu de G. Lyons în 1953, instabilitatea ratei a fost de aproximativ 10 -7, adică schimbarea frecvenței nu a depășit zece milionimi. Ulterior, instabilitatea a fost redusă la 10 -8 , ceea ce corespunde unei erori în măsurarea intervalelor de timp cu 1 sec timp de câțiva ani.

În general, aceasta este, desigur, o precizie excelentă. Cu toate acestea, s-a dovedit că, în dispozitivul construit, curba de absorbție a energiei electromagnetice s-a dovedit a fi departe de a fi la fel de clară pe cât era de așteptat, ci mai degrabă „untată”. În consecință, precizia întregului dispozitiv s-a dovedit a fi semnificativ mai mică decât se aștepta. Studiile atente ale acestor ceasuri moleculare efectuate în anii următori au făcut posibil să se constate că citirile lor depind într-o oarecare măsură de proiectarea ghidului de undă, precum și de temperatura și presiunea gazului conținut în acesta. S-a constatat că aceste efecte sunt sursele de instabilitate a unor astfel de ceasuri și limitează acuratețea acestora.

În viitor, aceste defecte ale ceasului molecular nu au fost complet eliminate. Cu toate acestea, a fost posibil să se vină cu alte tipuri, mai avansate, de contoare de timp cuantice.

Ceas atomic de cesiu

O îmbunătățire suplimentară a standardelor de frecvență și timp a fost realizată pe baza unei înțelegeri clare a motivelor deficiențelor ceasurilor moleculare de amoniac. Amintiți-vă că principalele dezavantaje ale ceasurilor moleculare de amoniac sunt unele „pătații” ale curbei de absorbție rezonante și dependența redărilor acestor ceasuri de temperatura și presiunea gazului din ghidul de undă.

Care sunt cauzele acestor defecte? Pot fi eliminate? S-a dovedit că răspândirea rezonanței are loc ca urmare a mișcării termice a particulelor de gaz care umple ghidul de undă. La urma urmei, unele dintre particulele de gaz se deplasează spre unda electromagnetică și, prin urmare, pentru ele frecvența de oscilație este ceva mai mare decât cea dată de generator. Alte particule de gaz, dimpotrivă, se deplasează din unda electromagnetică de intrare, ca și cum ar fuge de ea; pentru ei frecvența oscilațiilor electromagnetice este oarecum mai mică decât cea nominală. Doar pentru relativ foarte un numar mare particulele de gaz nemișcate, frecvența oscilațiilor electromagnetice percepute de acestea este egală cu cea nominală, adică. dat de generator.

Fenomenul descris este binecunoscutul efect Doppler longitudinal. El este cel care conduce la faptul că curba de rezonanță este aplatizată și pătată și se găsește dependența puterii curentului la ieșirea ghidului de undă de viteza particulelor de gaz, adică. asupra temperaturii gazului.

Un grup de oameni de știință de la Biroul American de Standarde a reușit să facă față acestor dificultăți. Totuși, ceea ce au făcut a fost, în general, un standard nou și mult mai precis de frecvență și timp, deși au fost folosite unele lucruri deja cunoscute.

Acest dispozitiv nu mai folosește molecule, ci atomi. Acești atomi nu doar umplu vasul, ci se mișcă într-un fascicul. Și astfel încât direcția mișcării lor să fie perpendiculară pe direcția de propagare a undei electromagnetice. Este ușor de înțeles că în acest caz nu există efect Doppler longitudinal. Dispozitivul folosește atomi de cesiu, a căror excitare are loc la o frecvență a oscilațiilor electromagnetice egală cu 9.192.631.831 de perioade pe secundă.

Dispozitivul corespunzător este montat într-un tub, la un capăt al căruia se află un cuptor electric 1, care încălzește cesiul metalic până la evaporare, iar la celălalt capăt se află un detector 6, care numără numărul de atomi de cesiu care au a ajuns la el (Fig. 24). Între ele se află: primul magnet 2, ghidul de undă 3, care furnizează oscilații electromagnetice de înaltă frecvență, colimatorul 4 și al doilea magnet 5. câmpuri create de magneți permanenți și de înaltă frecvență. câmp electromagnetic, însumat cu ajutorul unui ghid de undă de la generator la tub astfel încât direcția de propagare a undei să fie perpendiculară pe direcția de zbor al particulei.

Un astfel de dispozitiv face posibilă rezolvarea primei părți a problemei: excitarea atomilor, adică transferarea lor dintr-o stare în alta și, în același timp, evitarea efectului Doppler longitudinal. Dacă cercetătorii s-ar fi limitat doar la această îmbunătățire, atunci precizia dispozitivului ar fi crescut, dar nu cu mult. Într-adevăr, într-un fascicul de atomi emis dintr-o sursă incandescentă, există întotdeauna atomi neexcitați și excitați. Astfel, atunci când atomii care au zburat din sursă zboară prin câmpul electromagnetic și sunt excitați, atunci un anumit număr de atomi excitați se adaugă la atomii excitați deja existenți. Prin urmare, modificarea numărului de atomi excitați se dovedește a fi relativ nu foarte mare și, în consecință, efectul acțiunii undelor electromagnetice asupra fasciculului de particule se dovedește a fi nu foarte puternic. Este clar că, dacă la început nu ar exista deloc atomi excitați și apoi au apărut, atunci efectul general ar fi mult mai contrastant.

Așadar, apare o sarcină suplimentară: în secțiunea de la sursă la câmpul electromagnetic, săriți peste atomii care sunt în stare normală și îndepărtați-i pe cei excitați. Nu a trebuit să se inventeze nimic nou pentru a o rezolva, deoarece în anii patruzeci ai secolului nostru, Rabbi, și apoi Ramsey, au dezvoltat metodele corespunzătoare pentru studiile spectroscopice. Aceste metode se bazează pe faptul că toți atomii și moleculele au anumite proprietăți electrice și magnetice, iar aceste proprietăți sunt diferite pentru particulele excitate și neexcitate. Prin urmare, în câmpurile electrice și magnetice, atomii și moleculele excitați și neexcitați deviază diferit.

În ceasul atomic de cesiu descris, pe calea fasciculului de particule dintre sursă și câmpul electromagnetic de înaltă frecvență, magnetul permanent 2 (vezi Fig. 24) a fost instalat astfel încât particulele neexcitate să fie focalizate pe fanta colimatorului și cele excitate au fost scoase din fascicul. Al doilea magnet 5, aflat între câmpul electromagnetic de înaltă frecvență și detector, dimpotrivă, a fost instalat în așa fel încât particulele neexcitate au fost îndepărtate din fascicul și doar cele excitate au fost concentrate pe detector. O astfel de separare dublă duce la faptul că doar acele particule ajung la detector, care au fost neexcitate înainte de a intra în câmpul electromagnetic și apoi în acest câmp au trecut într-o stare excitată. În acest caz, dependența citirilor detectorului de frecvența oscilațiilor electromagnetice se dovedește a fi foarte ascuțită și, în consecință, curba de rezonanță a absorbției energiei electromagnetice se dovedește a fi foarte îngustă și abruptă.

Ca urmare a măsurilor descrise, unitatea de antrenare a ceasului atomic de cesiu s-a dovedit a fi capabilă să răspundă chiar și la o dezacordare foarte mică a generatorului de înaltă frecvență și, astfel, s-a obținut o precizie de stabilizare foarte mare.

Restul dispozitivului, în general, repetă schema de principiu a unui ceas molecular: un generator de înaltă frecvență controlează un ceas electric și simultan excită particule prin circuite de multiplicare a frecvenței. Un discriminator conectat la un tub de cesiu și un generator de înaltă frecvență reacționează la funcționarea tubului și reglează generatorul astfel încât frecvența oscilațiilor produse de acesta să coincidă cu frecvența la care particulele sunt excitate.

Tot acest dispozitiv în ansamblu se numește ceasul atomic de cesiu.

În primele modele de ceasuri cu cesiu (de exemplu, ceasul cu cesiu al Laboratorului Național de Fizică din Anglia), instabilitatea a fost de numai 1 -9 . La dispozitivele de acest tip, dezvoltate și construite în ultimii ani, instabilitatea a fost redusă la 10 -12 -10 -13 .

S-a mai spus deja că și cele mai bune ceasuri astronomice mecanice, din cauza uzurii pieselor lor, își schimbă oarecum cursul în timp. Chiar și ceasurile astronomice cu cuarț nu sunt lipsite de acest dezavantaj, deoarece din cauza îmbătrânirii cuarțului, există o deplasare lentă a citirilor lor. Nu s-a găsit nicio derivă de frecvență în ceasurile atomice cu cesiu.

Când se compară diferite cazuri ale acestor ceasuri, s-a observat că frecvența oscilațiilor lor coincide în ± 3 * 10 -12, ceea ce corespunde unei erori de numai 1 secundă în 10.000 de ani.

Cu toate acestea, acest dispozitiv nu este lipsit de dezavantaje: distorsiunile formei câmpului electromagnetic și durata relativ scurtă a impactului acestuia asupra atomilor fasciculului limitează creșterea în continuare a preciziei intervalelor de timp de măsurare folosind astfel de sisteme.

Ceas astronomic cu generator cuantic

Un alt pas spre creșterea preciziei intervalelor de timp de măsurare a fost făcut folosind generatoare moleculare- aparate care folosesc radiația undelor electromagnetice de către molecule.

Această descoperire a fost neașteptată și firească. Neașteptat - pentru că părea că posibilitățile vechilor metode erau epuizate, în timp ce altele nu existau. Natural - deoarece o serie de efecte bine-cunoscute au constituit deja aproape toate părțile noii metode și a rămas doar combinarea corectă a acestor părți. Cu toate acestea, o nouă combinație de lucruri cunoscute este esența multor descoperiri. Este întotdeauna nevoie de mult curaj pentru a gândi pentru a veni cu asta. Destul de des, după ce se face acest lucru, totul pare foarte simplu.

Dispozitivele în care radiația din molecule este folosită pentru a obține un standard de frecvență se numesc maseri; acest cuvânt este format din literele inițiale ale expresiei: amplificare cu microunde prin emisie stimulată de radiație, adică amplificarea undelor radio cu raza centimetrică folosind radiații induse. În prezent, dispozitivele de acest tip sunt cel mai adesea numite amplificatoare cuantice sau generatoare cuantice.

Ce a pregătit descoperirea generatorului cuantic? Care este principiul său de funcționare și dispozitiv?

Cercetătorii știau că atunci când moleculele excitate, cum ar fi amoniacul, ajung la niveluri mai scăzute de energie și emit radiații electromagnetice, lățimea naturală a acestor linii de emisie este extrem de mică, cel puțin de multe ori mai mică decât lățimea liniei de absorbție utilizată în ceasurile moleculare. Între timp, când se compară frecvența a două oscilații, claritatea curbei de rezonanță depinde de lățimea liniilor spectrale, iar precizia de stabilizare realizabilă depinde de claritatea curbei de rezonanță.

Este clar că cercetătorii au fost extrem de interesați de posibilitatea de a obține o precizie mai mare în măsurarea intervalelor de timp folosind nu numai absorbția, ci și emisia de unde electromagnetice de către molecule. S-ar părea că totul este deja acolo pentru asta. Într-adevăr, în ghidul de undă al unui ceas molecular, moleculele de amoniac excitate emit în mod spontan lumină, adică trec la niveluri de energie inferioare și, în același timp, emit radiații electromagnetice cu o frecvență de 23.870.129.000 de perioade pe secundă. Lățimea acestei linii de emisie spectrală este într-adevăr foarte mică. În plus, deoarece ghidul de undă al ceasului molecular este umplut cu oscilații electromagnetice furnizate de generator, iar frecvența acestor oscilații este egală cu frecvența cuantelor de energie emise de moleculele de amoniac, atunci în ghidul de undă induse radiația moleculelor de amoniac excitate, a cărei probabilitate este mult mai mare decât cea spontană. Astfel, acest proces crește numărul total acte de radiație.

Cu toate acestea, pentru observarea și utilizarea radiațiilor moleculare, un sistem precum un ghid de undă cu ceas molecular s-a dovedit a fi complet nepotrivit. Într-adevăr, într-un astfel de ghid de undă există mult mai multe particule de amoniac neexcitate decât cele excitate și chiar și ținând cont de radiația indusă, actele de absorbție a energiei electromagnetice apar mult mai des decât actele de emisie. În plus, nu este clar cum să izolați cuantele de energie emise de molecule într-un astfel de ghid de undă atunci când același volum este umplut cu radiație electromagnetică de la generator, iar această radiație are aceeași frecvență și intensitate mult mai mare.

Nu este adevărat că toate procesele se dovedesc atât de amestecate încât, la prima vedere, pare imposibil să-l deosebim pe cel potrivit dintre ele? Cu toate acestea, nu este. La urma urmei, se știe că moleculele excitate diferă în proprietățile lor electrice și magnetice de cele neexcitate, iar acest lucru face posibilă separarea lor.

În 1954-1955. această problemă a fost rezolvată cu brio de N. G. Basov și A. M. Prokhorov în URSS și de Gordon, Zeiger și Towns în SUA*. Acești autori au profitat de faptul că starea electrică a moleculelor de amoniac excitate și neexcitate este oarecum diferită și, zburând printr-un câmp electric neomogen, ele deviază diferit.

* (J. Singer, Mathers, IL, M., 1961; Basov N. G., Letokhov V. S. Standarde de frecvență optică, UFN, vol. 96, nr. 4, 1968.)

Amintiți-vă că între două plăci paralele încărcate electric, de exemplu, plăcile unui condensator, se creează un câmp electric uniform; între o placă încărcată și un punct sau două puncte încărcate – neomogen. Dacă câmpurile electrice sunt reprezentate folosind linii de forță, atunci câmpurile uniforme sunt reprezentate de linii de aceeași densitate, iar câmpurile neomogene prin linii de densitate inegale, de exemplu, mai puțin în apropierea planului și mai aproape de punctul în care liniile converg. Metodele de obținere a câmpurilor electrice neomogene de o formă sau alta sunt cunoscute de mult.

Un generator molecular este o combinație între o sursă de molecule, un separator electric și un rezonator asamblat într-un tub din care este pompat aer. Pentru o răcire profundă, acest tub este plasat în azot lichid. Acest lucru realizează o stabilitate ridicată a întregului dispozitiv. Sursa de particule din generatorul molecular este o sticlă cu o deschidere îngustă umplută cu gaz amoniac. Prin această gaură, un fascicul îngust de particule intră în tub cu o anumită viteză (Fig. 25a).

Fasciculul conține întotdeauna molecule de amoniac neexcitate și excitate. Cu toate acestea, de obicei sunt mult mai neexcitați decât entuziasmați. În tub, în ​​calea acestor particule, se află un condensator încărcat cu electricitate, format din patru tije, așa-numitul condensator cvadrupol. În el, câmpul electric este neomogen și are o astfel de formă (Fig. 25, b) încât, trecând prin el, moleculele de amoniac neexcitate se împrăștie în lateral, iar cele excitate deviază spre axa tubului și sunt astfel focalizate. Prin urmare, particulele sunt separate într-un astfel de condensator și doar moleculele de amoniac excitate ajung la celălalt capăt al tubului.

La acest celălalt capăt al tubului se află un vas de o anumită dimensiune și formă - așa-numitul rezonator. Odată ajunse în el, moleculele de amoniac excitate, după o anumită perioadă scurtă de timp, trec spontan din starea excitată în starea neexcitată și, în același timp, emit undele electromagnetice o anumită frecvență. Despre acest proces se spune că moleculele sunt evidențiate. Astfel, este posibil nu numai obținerea radiațiilor moleculare, ci și izolarea acesteia.

Considera dezvoltare ulterioară aceste idei. Radiația electromagnetică de frecvență de rezonanță, care interacționează cu moleculele neexcitate, le transferă într-o stare excitată. Aceeași radiație, interacționând cu moleculele excitate, le transferă într-o stare neexcitată, stimulând astfel radiația lor. În funcție de ce molecule sunt mai multe, neexcitate sau excitate, predomină procesul de absorbție sau emisie indusă de energie electromagnetică.

Prin crearea într-un anumit volum, de exemplu, a unui rezonator, a unei predominanțe semnificative a moleculelor de amoniac excitate și aplicându-i oscilații electromagnetice ale frecvenței de rezonanță, este posibilă amplificarea frecvenței cu microunde. Este clar că această amplificare are loc datorită pompării continue a moleculelor de amoniac excitate în rezonator.

Rolul rezonatorului nu se limitează la faptul că este un vas în care are loc emisia de molecule excitate. Deoarece radiația electromagnetică a frecvenței de rezonanță stimulează radiația moleculelor excitate, cu cât densitatea acestei radiații este mai mare, cu atât mai activ decurge acest proces de radiație indusă.

Prin alegerea dimensiunilor rezonatorului în funcție de lungimea de undă a acestor oscilații electromagnetice, este astfel posibil să se creeze condiții pentru apariția undelor staționare în acesta (similar cu alegerea dimensiunilor țevilor de orgă pentru apariția undelor staționare de oscilaţiile elastice corespunzătoare ale sunetului în ele). După ce pereții rezonatorului sunt realizate din materialul adecvat, este posibil să ne asigurăm că reflectă oscilațiile electromagnetice cu cele mai mici pierderi. Ambele măsuri fac posibilă crearea unei densități mari de energie electromagnetică în rezonator și astfel crește eficiența întregului dispozitiv în ansamblu.

Ceteris paribus, câștigul din acest dispozitiv este cu atât mai mare, cu atât densitatea de flux a moleculelor excitate este mai mare. Este remarcabil că la o densitate suficient de mare a fluxului de molecule excitate și parametrii corespunzători ai rezonatorului, intensitatea radiației moleculelor devine suficient de mare pentru a acoperi diferite pierderi de energie, iar amplificatorul se transformă într-un generator molecular de oscilații cu microunde - așa- numit generator cuantic. În acest caz, nu mai este necesară furnizarea de energie electromagnetică de înaltă frecvență rezonatorului. Procesul de emisie stimulată a unor particule excitate este susținut de emisia altora. Mai mult, în condiții adecvate, procesul de generare a energiei electromagnetice nu se oprește chiar dacă o parte din aceasta este deviată în lateral.

Oscilator cuantic cu stabilitate foarte mare Oferă oscilații electromagnetice de înaltă frecvență cu o frecvență strict definită și poate fi utilizat pentru măsurarea intervalelor de timp. Nu trebuie să ruleze continuu. Este suficient Periodic la anumite intervale să se compare frecvența generatorului electric al ceasului astronomic cu acest standard de frecvență moleculară și, dacă este necesar, să se introducă o corecție.

Un ceas astronomic corectat de un generator de amoniac molecular a fost construit la sfârșitul anilor cincizeci. Instabilitatea lor pe termen scurt nu a depășit 10 -12 pe 1 minut, iar instabilitatea pe termen lung a fost de aproximativ 10 -10, ceea ce corespunde unor distorsiuni în numărarea intervalelor de timp doar cu 1 sec în câteva sute de ani.

O îmbunătățire suplimentară a standardelor de frecvență și timp a fost realizată pe baza acelorași idei și a utilizării altor particule ca mediu de lucru, cum ar fi taliul și hidrogenul. În acest caz, generatorul cuantic care funcționează pe un fascicul de atomi de hidrogen, dezvoltat și construit la începutul anilor șaizeci de Goldenberg, Klepner și Ramsay, s-a dovedit a fi deosebit de promițător. Acest generator mai constă dintr-o sursă de particule, un separator și un rezonator montat într-un tub (Fig. 26) scufundat într-un lichid de răcire corespunzător. Sursa emite un fascicul de atomi de hidrogen. În acest fascicul sunt atomi de hidrogen neexcitați și excitați și sunt mult mai mulți neexcitați decât excitați.

Deoarece atomii de hidrogen excitați diferă de cei neexcitați în starea lor magnetică (momentul magnetic), separarea lor nu mai este un câmp electric, ci un câmp magnetic creat de o pereche de magneți. Rezonatorul generatorului de hidrogen are, de asemenea, caracteristici semnificative. Se face sub forma unui balon din cuarț topit, ai cărui pereți interiori sunt acoperiți cu parafină. Datorită reflexiilor elastice multiple (aproximativ 10.000) ale atomilor de hidrogen din stratul de parafină, lungimea zborului particulelor și, în consecință, timpul de ședere a acestora în rezonator, în comparație cu generatorul molecular, crește de mii de ori. În acest fel, este posibil să se obțină linii spectrale de emisie foarte înguste ale atomilor de hidrogen și, în comparație cu un generator molecular, să se reducă instabilitatea întregului dispozitiv cu un factor de mii.

Modelele moderne de ceasuri astronomice cu un generator cuantic de hidrogen au depășit standardul fasciculului atomic de cesiu în performanța lor. Nu s-a găsit nicio derivă sistematică. Instabilitatea lor pe termen scurt este de numai 6 * 10 -14 pe minut și pe termen lung - 2 * 10 -14 pe zi, ceea ce este de zece ori mai mic decât cel al standardului de cesiu. Reproductibilitatea citirilor de ceas cu un generator cuantic de hidrogen este de ±5*10 -13, în timp ce reproductibilitatea standardului de cesiu este de ±3*10 -12. În consecință, generatorul de hidrogen este de aproximativ zece ori mai bun și în acest indicator. Astfel, cu ajutorul unui ceas astronomic cu hidrogen, este posibil să se asigure o precizie a măsurării timpului de ordinul a 1 sec pentru un interval de aproximativ o sută de mii de ani.

Între timp, o serie de studii din ultimii ani au arătat că această precizie ridicată a intervalelor de timp de măsurare, realizată pe baza generatoarelor de fascicule atomice, nu este încă limită și poate fi îmbunătățită.

Transmiterea orei exacte

Sarcina serviciului de timp nu se limitează la obținerea și stocarea orei exacte. O parte la fel de importantă a acesteia este o astfel de organizare a transferului de timp exact, în care această precizie nu s-ar pierde.

Pe vremuri, transmiterea semnalelor de timp se realiza cu ajutorul dispozitivelor mecanice, sonore sau luminoase. La Sankt Petersburg, un tun a tras exact la prânz; se putea verifica și ceasul cu ceasul turn al Institutului de Metrologie, numit acum după D. I. Mendeleev. LA porturi maritime O minge care cădea a fost folosită ca semnal de timp. Din navele din port se vedea cum exact la amiază mingea s-a desprins din vârful unui catarg special și a căzut în picioare.

Pentru cursul normal al vieții moderne intensive, este foarte important să oferiți timpul precis căi ferate, poștă, telegraf și orașe mari. Nu necesită o precizie atât de mare ca în lucrările astronomice și geografice, dar este necesar ca, cu o precizie de până la un minut, în toate părțile orașului, în toate părțile vastei noastre țări, toate ceasurile să arate ora în la fel. Această sarcină este de obicei rezolvată cu ajutorul unui ceas electric.

În industria ceasurilor a căilor ferate și a instituțiilor de comunicații, în industria ceasurilor oras modern ceasurile electrice joacă un rol important. Dispozitivul lor este foarte simplu, și totuși, cu o precizie de un minut, arată același timp în toate punctele orașului.

Ceasurile electrice sunt primare și secundare. Ceasurile electrice primare au pendul, roți, escape și sunt contoare în timp real. Ceasurile electrice secundare sunt doar indicatoare: nu există un mecanism de ceas în ele, dar există doar un dispozitiv relativ simplu care mișcă acționările o dată pe minut (Fig. 27). La fiecare deschidere a curentului, electromagnetul eliberează ancora și „câinele” atașat de ancoră, sprijinit de roata cu clichet, o întoarce cu un dinte. Semnalele de curent electric sunt furnizate la ceasul secundar fie de la instalația centrală, fie de la ceasul electric primar. În ultimii ani au existat ceas vorbitor, construit pe principiul filmelor sonore, care nu numai că arată, dar și spun ora.

Pentru transmisie timpul exact acum servesc în principal semnale electrice trimise prin telefon, telegraf și radio. În ultimele decenii, tehnica de transmitere a acestora a fost îmbunătățită, iar precizia a crescut în consecință. În 1904, Bigourdant a transmis semnale de timp ritmice de la Observatorul din Paris, care au fost primite de Observatorul Montsouris cu o precizie de 0,02-0,03 sec. În 1905, Observatorul Naval de la Washington a început transmiterea regulată a semnalelor de timp; din 1908, semnalele de timp ritmice au început să fie transmise de la turnul Eiffel, iar din 1912 de la Observatorul Greenwich.

În prezent, transmisia de semnale de timp precise se realizează în multe țări. În URSS, astfel de transmisii sunt efectuate de Institutul Astronomic de Stat numit după V.I. P.K. Sternberg, precum și o serie de alte organizații. În același timp, o serie de programe diferite sunt utilizate pentru a transmite citirile timpului solar mediu prin radio. De exemplu, programul de semnal orar de difuzare este transmis la sfârșitul fiecărei ore și constă din șase impulsuri scurte. Începutul ultimei dintre ele corespunde timpului cutare sau cutare oră și 00 min 00 sec. În navigația maritimă și aeriană se folosește un program de cinci serii de 60 de impulsuri și trei serii de șase semnale scurte, separate prin semnale mai lungi. În plus, există o serie de programe speciale de semnal orar. Informațiile despre diverse programe speciale cu semnale de timp sunt publicate în publicații speciale.

Eroarea în transmiterea semnalelor de timp pentru programele difuzate este de aproximativ ±0,01 - 0,001 sec, iar pentru unele speciale ±10 -4 și chiar ±10 -5 sec. Astfel, acum au fost dezvoltate metode și dispozitive care fac posibilă recepția, stocarea și transmiterea timpului cu un grad foarte ridicat de precizie.

LA timpuri recente Au fost implementate idei semnificativ noi în domeniul stocării și transmiterii timpului exact. Să presupunem că este necesar ca în mai multe puncte din orice teritoriu precizia citirilor ceasurilor în picioare să nu fie mai slabă de ± 30 de secunde, cu condiția ca toate aceste ceasuri să funcționeze continuu pe tot parcursul anului. Astfel de cerințe se aplică, de exemplu, ceasurilor de oraș și de cale ferată. Cerintele nu sunt foarte stricte, insa, pentru a le indeplini folosind ceasuri autonome, este necesar ca ritmul zilnic al fiecarei instante a ceasului sa fie mai bun de ± 0,1 secunde, iar acest lucru necesita cronometre cu quartz de precizie.

Între timp, dacă această problemă este rezolvată folosind sistemul orar comun, constând din ceasuri primare și un număr mare de ceasuri secundare asociate acestora, atunci numai ceasurile primare ar trebui să aibă o precizie ridicată. Prin urmare, chiar și cu un cost crescut pentru ceasul primar și un cost corespunzător scăzut pentru ceasul secundar, se poate obține o precizie bună în întregul sistem la un cost total relativ scăzut.

Desigur, în acest caz, trebuie să vă asigurați că ceasul secundar în sine nu introduce erori. Ceasul secundar descris anterior cu o roată cu clichet și un clichet, în care mâna se mișcă o dată pe minut la un semnal, uneori funcționează defectuos. Mai mult, în timp, se acumulează eroarea mărturiei lor. În ceasurile secundare moderne, sunt utilizate diferite tipuri de verificare și corectare a citirilor. O acuratețe și mai mare este oferită de ceasul secundar, care utilizează curent alternativ de frecvență industrială (50 Hz), a cărui frecvență este strict stabilizată. Partea principală a acestui ceas este un motor electric sincron acţionat de curent alternativ. Astfel, în acest ceas, curentul alternativ în sine este un semnal de timp continuu cu o perioadă de repetare de 0,02 secunde.

În prezent, a fost creată Sincronizarea ceasurilor atomice la nivel mondial (WOSAC; numele este compus din primele litere ale cuvintelor: Sincronizarea ceasurilor atomice la nivel mondial). Ceasul principal principal al acestui sistem este situat în Roma, New York, SUA și este format din trei ceasuri atomice de cesiu, ale căror citiri sunt mediate. Astfel, precizia citirii timpului este egală cu (1-3)*10 -11 . Aceste ceasuri primare sunt conectate la o rețea mondială de ceasuri secundare.

Testul a arătat că atunci când se transmit semnale de timp precise prin WHOAC din statul New York (SUA) către insula Oahu (Hawaii), adică aproximativ 30.000 km, indicațiile de timp au fost coordonate cu o precizie de 3 microsecunde.

Precizia ridicată a stocării și transmiterii mărcilor de timp, realizată astăzi, face posibilă rezolvarea problemelor complexe și noi ale navigației în spațiu adânc, precum și, deși vechi, dar totuși importante și interesante întrebări despre mișcarea scoarței terestre.

Unde se duc continentele?

Acum putem reveni la problema mișcării continentelor, descrisă în capitolul anterior. Acest lucru este cu atât mai interesant cu cât în ​​jumătatea de secol care a trecut de la apariția lucrărilor lui Wegener până în epoca noastră, disputele științifice în jurul acestor idei nu s-au potolit încă. De exemplu, W. Munk și G. Macdonald au scris în 1960: „Unele dintre datele lui Wegener sunt de netăgăduit, dar majoritatea argumentelor sale se bazează în întregime pe presupuneri arbitrare”. Și mai departe: „Marile schimbări ale continentelor au avut loc înainte de inventarea telegrafului, schimbări medii – înainte de inventarea radioului, iar după aceea practic nu s-au observat schimbări”.

Aceste observații caustice nu sunt lipsite de temei, cel puțin în prima lor parte. Într-adevăr, măsurătorile longitudinale pe care Wegeper și colaboratorii săi le-au efectuat cândva în expedițiile lor în Groenlanda (într-una dintre care Wegener a murit tragic) au fost efectuate cu o precizie insuficientă pentru o rezolvare riguroasă a problemei. Acest lucru a fost remarcat și de contemporanii săi.

Unul dintre cei mai convinși susținători ai teoriei mișcării continentelor în versiunea sa modernă este P. N. Kropotkin. În 1962, el a scris: „Datele paleomagnetice și geologice indică faptul că în perioada Mezozoicului și Cenozoicului, laitmotivul mișcării scoarței terestre a fost fragmentarea a două continente antice - Laurasia și Gondwana și răspândirea părților lor către Oceanul Pacific și spre centura geosinclinală Tethys”. Amintiți-vă că Laurasia a acoperit America de Nord, Groenlanda, Europa și întreaga jumătate de nord a Asiei, Gondwana - continentele sudiceși India. Oceanul Tethys se întindea de la Mediterana prin Alpi, Caucaz și Himalaya până în Indonezia.

Același autor a mai scris: „Unitatea Gondwana a fost urmărită acum de la Precambrian până la mijlocul Cretacicului, iar fragmentarea sa arată acum ca un proces lung care a început în Paleozoic și a atins o scară deosebit de mare de la mijlocul Cretacic. De atunci au trecut optzeci de milioane de ani. În consecință, distanța dintre Africa și America de Sud a crescut cu o rată de 6 cm pe an. Aceeași viteză se obține din datele paleomagnetice pentru mișcarea Hindustanului din emisfera sudică în cea nordică." După ce a reconstruit locația continentelor în trecut folosind date paleomagnetice, P. N. Kropotkin a ajuns la concluzia că" - la acel moment, continentele au fost într-adevăr reunite într-un astfel de bloc, care semăna cu contururile platformei continentale primare wegeneriene”.

Deci, suma datelor obținute prin diferite metode arată că locația actuală a continentelor și contururile lor s-au format în trecutul îndepărtat ca urmare a unei serii de falii și a unei mișcări semnificative a blocurilor continentale.

Problema mișcării actuale a continentelor este decisă pe baza rezultatelor studiilor longitudinale efectuate cu suficientă acuratețe. Ceea ce înseamnă în acest caz o precizie suficientă poate fi văzut din faptul că, de exemplu, la latitudinea Washington, o schimbare a longitudinii de o zecimiimi de secundă corespunde unei deplasări de 0,3 cm. Deoarece viteza estimată de mișcare este de aproximativ 1 m pe an, iar serviciile moderne de timp deja. Dacă este posibil să determinați punctele de timp, să stocați și să transmiteți timpul exact cu o precizie de miimi și zece miimi de secundă, atunci pentru a obține rezultate convingătoare, este suficient să efectuați măsurători adecvate la intervale de câțiva ani sau câteva zeci de ani.

În acest scop, în 1926, a fost creată o rețea de 32 de puncte de observație și au fost efectuate studii astronomice longitudinale. În 1933, au fost efectuate studii longitudinale astronomice repetate, iar în lucrare erau deja implicate 71 de observatoare. Aceste măsurători, efectuate la un nivel modern bun, deși într-un interval de timp nu foarte lung (7 ani), au arătat, în special, că America nu se îndepărtează de Europa cu 1 m pe an, așa cum credea Wegener, ci se apropie. acesta la o viteză de aproximativ 60 cm pe an.

Astfel, cu ajutorul unor măsurători longitudinale foarte precise, s-a confirmat prezența mișcării moderne a blocurilor continentale mari. Mai mult, s-a putut afla că părți separate ale acestor blocuri continentale au o mișcare ușor diferită.

Fiecare observație astronomică trebuie să fie însoțită de date privind momentul executării ei. Precizia momentului de timp poate fi diferită, în funcție de cerințele și proprietățile fenomenului observat. Deci, de exemplu, în observațiile obișnuite ale meteorilor și stelelor variabile, este destul de suficient să cunoaștem momentul cu o precizie de până la un minut. Observatii eclipsele de soare, ocultări ale stelelor de către Lună și, în special, observații ale mișcării sateliți artificiali Pământul necesită semne de momente cu o precizie de nu mai puțin de o zecime de secundă. Observațiile astrometrice precise ale rotației zilnice a sferei cerești fac necesară utilizarea unor metode speciale de înregistrare a momentelor de timp cu o precizie de 0,01 și chiar 0,005 secunde!

Prin urmare, una dintre principalele sarcini ale astronomiei practice este de a obține timpul precis din observații, de a-l stoca și de a comunica consumatorilor date de timp.

Pentru a ține timpul, astronomii au ceasuri foarte precise, pe care le verifică în mod regulat determinând momentele culmelor stelelor cu ajutorul unor instrumente speciale. Transmiterea semnalelor exacte de timp prin radio le-a permis să organizeze un serviciu mondial de timp, adică să lege toate observatoarele angajate în observații de acest fel într-un singur sistem.

Responsabilitatea Time Services, pe lângă difuzarea de semnale orare precise, include și transmiterea de semnale simplificate, care sunt bine cunoscute de toți ascultătorii de radio. Acestea sunt șase semnale scurte, „puncte”, care sunt date înainte de începerea unei noi ore. Momentul ultimului „punct”, până la o sutime de secundă, coincide cu începutul unei noi ore. Astronomul amator este sfătuit să folosească aceste semnale pentru a-și verifica ceasul. Când verificăm ceasul, nu ar trebui să îl traducem, deoarece în acest caz stric mecanismul, iar astronomul trebuie să aibă grijă de ceasul său, deoarece acesta este unul dintre instrumentele sale principale. El trebuie să determine „corecția ceasului” - diferența dintre ora exactă și citirile lor. Aceste corecții trebuie determinate sistematic și înregistrate în jurnalul observatorului; studiul suplimentar al acestora vă va permite să determinați cursul ceasului și să le studiați bine.

Desigur, este de dorit să aveți la dispoziție cel mai bun ceas posibil. Ce ar trebui să se înțeleagă prin termenul „orele bune”?

Este necesar ca ei să-și țină cursul cât mai exact posibil. Să comparăm două exemplare ale ceasurilor de buzunar obișnuite:

Semnul pozitiv al corecției înseamnă că pentru a obține ora exactă este necesară adăugarea unui amendament la citirea ceasului.

În cele două jumătăți ale tabletei sunt înregistrări ale corecțiilor ceasului. Scăzând corecția superioară din corecția inferioară și împărțind la numărul de zile scurse între determinări, obținem rata ceasului zilnic. Datele de progres sunt date în același tabel.

De ce numim unele ceasuri rele, iar altele bune? Pentru primele ore, corecția este aproape de zero, dar cursul lor se schimbă neregulat. Pentru al doilea - corecția este mare, dar cursul este uniform. Primul ceas este potrivit pentru astfel de observații care nu necesită o ștampilă de timp mai precisă decât la minut. Citirile lor nu pot fi interpolate și trebuie verificate de mai multe ori pe noapte.

Al doilea, „ceasul bun”, este potrivit pentru efectuarea de observații mai complexe. Desigur, este util să le verificați mai des, dar este posibil să le interpolați citirile pentru momente intermediare. Să arătăm asta cu un exemplu. Să presupunem că observația a fost făcută pe 5 noiembrie la ora 23:32:46. conform orelor noastre. Verificarea ceasului, efectuată la ora 17 pe 4 noiembrie, a dat o corecție de +2 m. 15 s. Cursul zilnic, după cum se poate observa din tabel, este de +5,7 s. De la ora 17:00 pe 4 noiembrie până în momentul observării au trecut 1 zi și 6,5 ore sau 1,27 zile. Înmulțind acest număr cu rata zilnică, obținem +7,2 s. Prin urmare, corecția ceasului în momentul observării nu a fost de 2 m. 15 s, ci de +2 m. 22 s. O adăugăm la momentul observării. Așadar, observația a fost făcută pe 5 noiembrie la ora 23:35:8.

Sunt fericit să trăiesc exemplar și simplu:
Ca soarele - ca un pendul - ca un calendar
M. Ţvetaeva

Lecția 6/6

Subiect Fundamentele măsurării timpului.

Ţintă Luați în considerare sistemul de numărare a timpului și relația acestuia cu longitudinea geografică. Dați o idee despre cronologia și calendarul, determinând coordonatele geografice (longitudine) zonei conform observațiilor astrometrice.

Sarcini :
1. educational: astrometrie practică despre: 1) metode astronomice, instrumente și unități de măsură, numărare și păstrare a timpului, calendare și cronologie; 2) determinarea coordonatelor geografice (longitudinei) zonei în funcţie de datele observaţiilor astrometrice. Serviciile Soarelui și ora exactă. Aplicarea astronomiei în cartografie. Despre fenomenele cosmice: revoluția Pământului în jurul Soarelui, revoluția Lunii în jurul Pământului și rotația Pământului în jurul axei sale și consecințele acestora - fenomene cerești: răsărit, apus, mișcare aparentă zilnică și anuală și culmine ale luminari (Soare, Luna si stele), schimbarea fazelor Lunii.
2. hrănirea: formarea unei viziuni științifice asupra lumii și a educației ateiste în cursul cunoașterii istoriei cunoașterii umane, cu principalele tipuri de calendare și sisteme cronologice; dezmințirea superstițiilor asociate cu conceptele de „an bisect” și traducerea datelor din Iulian și Calendare gregoriene; învățământul politehnic și muncii în prezentarea de materiale privind instrumentele de măsurare și stocare a timpului (ore), calendare și sisteme cronologice, precum și despre metode practice de aplicare a cunoștințelor astrometrice.
3. Educational: formarea deprinderilor: rezolvarea problemelor de calcul al orei și datelor cronologiei și transferul timpului de la un sistem de stocare și cont la altul; efectuează exerciții de aplicare a formulelor de bază ale astrometriei practice; utilizați o hartă mobilă a cerului înstelat, cărți de referință și calendarul astronomic pentru a determina poziția și condițiile de vizibilitate a corpurilor cerești și cursul fenomenelor cerești; determinați coordonatele geografice (longitudinea) zonei conform observațiilor astronomice.

Știi:
Nivelul 1 (standard)- sisteme de numărare a timpului și unități de măsură; conceptul de amiază, miezul nopții, zi, relația timpului cu longitudinea geografică; meridianul zero și timpul universal; zonă, locală, ora de vară și de iarnă; metode de traducere; calculul nostru, originea calendarului nostru.
al 2-lea nivel- sisteme de numărare a timpului și unități de măsură; conceptul de amiază, miezul nopții, zi; legătura timpului cu longitudinea geografică; meridianul zero și timpul universal; zonă, locală, ora de vară și de iarnă; metode de traducere; programarea serviciului de ora exactă; conceptul de cronologie și exemple; conceptul de calendar și principalele tipuri de calendare: lunar, lunisolar, solar (julian și gregorian) și bazele cronologiei; problema creării unui calendar permanent. Concepte de bază ale astrometriei practice: principiile determinării orei și coordonatelor geografice ale zonei conform observațiilor astronomice. Cauzele fenomenelor cerești observate zilnic generate de revoluția Lunii în jurul Pământului (schimbarea fazelor Lunii, mișcarea aparentă a Lunii în sfera cerească).

A fi capabil să:
Nivelul 1 (standard)- Găsiți ora lumii, medie, zonă, locală, vară, iarnă;
al 2-lea nivel- Găsiți ora lumii, medie, zonă, locală, vară, iarnă; converti datele din vechi în nou stil si inapoi. Rezolvați probleme pentru a determina coordonatele geografice ale locului și timpului de observație.

Echipament: afiș „Calendar”, PKZN, pendul și cadran solar, metronom, cronometru, ceas cu quartz Globul Pământului, tabele: unele aplicații practice astronomie. CD- „Red Shift 5.1” (Time-show, Stories about the Universe = Timp și anotimpuri). Modelul sferei cerești; hartă de perete a cerului înstelat, harta fusurilor orare. Hărți și fotografii ale suprafeței pământului. Tabelul „Pământul în spațiul cosmic”. Fragmente de benzi de film„Mișcarea vizibilă a corpurilor cerești”; „Dezvoltarea ideilor despre Univers”; Cum a infirmat astronomia spectacole religioase despre univers"

Comunicare interdisciplinară: Coordonate geografice, metode de numărare a timpului și de orientare, proiecție pe hărți (geografie, clasele 6-8)

În timpul orelor

1. Repetarea a ceea ce s-a învățat(10 minute).
A) 3 persoane pe carduri individuale.
1. 1. La ce înălțime în Novosibirsk (φ= 55º) culminează Soarele pe 21 septembrie? [pentru a doua săptămână a lunii octombrie, conform PKZN δ=-7º, apoi h=90 o -φ+δ=90 o -55º-7º=28º]
2. Unde pe pământ nu sunt vizibile stele din emisfera sudică? [la Polul Nord]
3. Cum să navighezi pe teren la soare? [Martie, septembrie - răsărit în est, apus în vest, amiază în sud]
2. 1. Altitudinea soarelui la amiază este de 30º, iar declinația sa este de 19º. Determinați latitudinea geografică a locului de observare.
2. Cum sunt traseele zilnice ale stelelor în raport cu ecuatorul ceresc? [paralel]
3. Cum să navighezi pe teren folosind Steaua Polară? [direcția nord]
3. 1. Care este declinația unei stele dacă culminează la Moscova (φ= 56 º ) la o înălțime de 69º?
2. Cum este axa lumii în raport cu axa pământului, în raport cu planul orizontului? [paralel, la unghiul latitudinii geografice a locului de observare]
3. Cum se determină latitudinea geografică a zonei din observații astronomice? [măsoară înălțimea unghiulară a Stelei Polare]

b) 3 persoane la bord.
1. Deduceți formula pentru înălțimea luminii.
2. Traseele zilnice ale luminilor (stelelor) la diferite latitudini.
3. Demonstrați că înălțimea polului mondial este egală cu latitudinea geografică.

în) Restul pe cont propriu .
1. Care este cea mai mare înălțime pe care o atinge Vega (δ=38 o 47") în Cradle (φ=54 o 04")? [înălțimea maximă la culmea vârfului, h=90 o -φ+δ=90 o -54 o 04 "+38 o 47"=74 o 43"]
2. Selectați oricare stea luminoasași notează-i coordonatele.
3. În ce constelație se află astăzi Soarele și care sunt coordonatele lui? [pentru a doua săptămână a lunii octombrie conform PCDP în cons. Fecioară, δ=-7º, α=13 h 06 m]

d) în „Red Shift 5.1”
Găsiți Soarele:
Ce informații se pot obține despre Soare?
- care sunt coordonatele sale astăzi și în ce constelație se află?
Cum se schimbă declinația? [descreste]
- care dintre stele care au nume dat, este cea mai apropiată distanță unghiulară de Soare și care sunt coordonatele acestuia?
- dovediți că Pământul se mișcă în prezent pe orbită apropiindu-se de Soare (din tabelul de vizibilitate - diametrul unghiular al Soarelui crește)

2. material nou (20 de minute)
Trebuie sa platesc atentia elevilor:
1. Lungimea zilei și a anului depinde de cadrul de referință în care este luată în considerare mișcarea Pământului (fie că este asociată cu stele fixe, cu Soarele etc.). Alegerea sistemului de referință se reflectă în numele unității de timp.
2. Durata unităților de numărare a timpului este legată de condițiile de vizibilitate (culminații) corpurilor cerești.
3. Introducerea standardului de timp atomic în știință s-a datorat neuniformității rotației Pământului, care a fost descoperită cu o precizie crescândă a ceasului.
4. Introducerea orei standard se datorează necesității de coordonare a activităților economice pe teritoriul definit de limitele fusurilor orare.

Sisteme de numărare a timpului. Relația cu longitudinea geografică. Cu mii de ani în urmă, oamenii au observat că multe lucruri din natură se repetă: Soarele răsare în est și apune în vest, vara urmează iernii și invers. Atunci au apărut primele unități de timp - zi lună an . Folosind cele mai simple instrumente astronomice, s-a constatat că într-un an sunt aproximativ 360 de zile, iar în aproximativ 30 de zile silueta lunii trece printr-un ciclu de la o lună plină la alta. Prin urmare, înțelepții caldeeni au adoptat sistemul de numere sexagesimal ca bază: ziua a fost împărțită în 12 nopți și 12 zile. ore , cercul este de 360 ​​de grade. Fiecare oră și fiecare grad a fost împărțit la 60 minute , și în fiecare minut - până la 60 secunde .
Cu toate acestea, măsurătorile ulterioare mai precise au stricat fără speranță această perfecțiune. S-a dovedit că Pământul face o revoluție completă în jurul Soarelui în 365 de zile, 5 ore, 48 de minute și 46 de secunde. Lunii, pe de altă parte, durează între 29,25 și 29,85 de zile pentru a ocoli Pământul.
Fenomene periodice însoțite de rotația zilnică a sferei cerești și de mișcarea anuală aparentă a Soarelui de-a lungul eclipticii stau la baza diferitelor sisteme de numărare a timpului. Timp- mărimea fizică principală care caracterizează schimbarea succesivă a fenomenelor şi stărilor materiei, durata existenţei acestora.
Mic de statura- zi, oră, minut, secundă
Lung- an, trimestru, lună, săptămână.
1. "stelar„timpul asociat cu mișcarea stelelor pe sfera cerească. Măsurat prin unghiul orar al punctului echinocțiului de primăvară: S \u003d t ^; t \u003d S - a
2. "solar„timp asociat: cu mișcarea aparentă a centrului discului Soarelui de-a lungul eclipticii (timpul solar adevărat) sau mișcarea „Soarelui mediu” - un punct imaginar care se mișcă uniform de-a lungul ecuatorului ceresc în același interval de timp cu adevăratul Soare (ora solară medie).
Odată cu introducerea în 1967 a standardului de timp atomic și a sistemului internațional SI, secunda atomică este folosită în fizică.
Al doilea- mărime fizică egală numeric cu 9192631770 perioade de radiație corespunzătoare tranziției între nivelurile hiperfine ale stării fundamentale a atomului de cesiu-133.
Toate „timpurile” de mai sus sunt în concordanță între ele prin calcule speciale. Ora solară medie este folosită în viața de zi cu zi . Unitatea de bază a timpului solar sideral, adevărat și mediu este ziua. Obținem secunde siderale, medii solare și alte secunde împărțind ziua corespunzătoare la 86400 (24 h, 60 m, 60 s). Ziua a devenit prima unitate de măsură a timpului în urmă cu peste 50.000 de ani. Zi- perioada de timp în care Pământul face o rotație completă în jurul axei sale față de orice reper.
zi siderale- perioada de rotație a Pământului în jurul axei sale față de stelele fixe, este definită ca intervalul de timp dintre două apoxe succesive superioare ale echinocțiului de primăvară.
adevărata zi solară- perioada de rotație a Pământului în jurul axei sale față de centrul discului solar, definită ca intervalul de timp dintre două culmi succesive cu același nume ale centrului discului solar.
Datorită faptului că ecliptica este înclinată față de ecuatorul ceresc la un unghi de 23 sau 26 ", iar Pământul se învârte în jurul Soarelui pe o orbită eliptică (puțin alungită), viteza miscare vizibila Sorii de-a lungul sferei cerești și, în consecință, durata unei adevărate zile solare se vor schimba constant de-a lungul anului: cel mai rapid în apropierea echinocțiilor (martie, septembrie), cel mai lent în apropierea solstițiilor (iunie, ianuarie). Pentru a simplifica calculele timpului în astronomie, a fost introdus conceptul de zi solară medie - perioada de rotație a Pământului în jurul axei sale în raport cu „Soarele mediu”.
Zi solară medie sunt definite ca intervalul de timp dintre două climaxuri succesive cu același nume ale „Soarelui de mijloc”. Sunt cu 3 m 55,009 s mai scurte decât o zi siderale.
24 h 00 m 00 s de timp sideral sunt egale cu 23 h 56 m 4,09 s de timp solar mediu. Pentru certitudinea calculelor teoretice, este acceptat efemeride (tabel) secundă egală cu secunda solară medie la 0 ianuarie 1900 la ora 12, ora curentă egală, fără legătură cu rotația Pământului.

Cu aproximativ 35.000 de ani în urmă, oamenii au observat o schimbare periodică a aspectului lunii - o schimbare a fazelor lunare. Fază F corp ceresc(Luni, planete etc.) este determinată de raportul dintre cea mai mare lățime a părții iluminate a discului d la diametrul acestuia D: F=d/D. Linia terminator separă părțile întunecate și luminoase ale discului luminarului. Luna se mișcă în jurul pământului în aceeași direcție în care pământul se rotește în jurul axei sale: de la vest la est. Afișarea acestei mișcări este mișcarea aparentă a Lunii pe fundalul stelelor spre rotația cerului. În fiecare zi, Luna se deplasează spre est cu 13,5 o față de stele și completează un cerc complet în 27,3 zile. Deci a doua măsură a timpului după ce ziua a fost stabilită - lună.
Luna lunară siderale (steaua).- perioada de timp în care luna face o revoluție completă în jurul pământului în raport cu stelele fixe. Echivalează cu 27 d 07 h 43 m 11,47 s .
Luna lunară sinodică (calendară).- intervalul de timp dintre două faze succesive cu același nume (de obicei luni noi) ale lunii. Echivalează cu 29 d 12 h 44 m 2,78 s .
Totalitatea fenomenelor de mișcare vizibilă a Lunii pe fundalul stelelor și schimbarea fazelor Lunii face posibilă navigarea Lunii pe sol (Fig.). Luna apare ca o semilună îngustă la vest și dispare în razele zorilor dimineții cu aceeași semilună îngustă la est. Atașați mental o linie dreaptă la stânga semilunii. Putem citi pe cer fie litera „P” – „în creștere”, „coarnele” lunii sunt întoarse spre stânga – luna este vizibilă în vest; sau litera „C” – „îmbătrânirea”, „coarnele” lunii sunt întoarse la dreapta – luna este vizibilă în est. Pe lună plină, luna este vizibilă în sud la miezul nopții.

Ca urmare a observațiilor privind schimbarea poziției Soarelui deasupra orizontului timp de mai multe luni, a apărut o a treia măsură de timp - an.
An- perioada de timp în care Pământul face o revoluție completă în jurul Soarelui în raport cu orice punct (punct) de referință.
an sideral- perioada siderală (stelară) a revoluției Pământului în jurul Soarelui, egală cu 365,256320 ... zile solare medii.
an anomalistic- intervalul de timp dintre două treceri succesive ale Soarelui mediu prin punctul orbitei sale (de obicei periheliu) este egal cu 365,259641 ... zile solare medii.
an tropical- intervalul de timp dintre două treceri succesive ale Soarelui mediu prin echinocțiul de primăvară, egal cu 365,2422... zile solare medii sau 365 d 05 h 48 m 46,1 s.

Timpul Universal definit ca ora solară medie locală la meridianul zero (Greenwich) ( Acea, UT- Timpul universal). Pentru că în viața de zi cu zi ora locala nu îl puteți folosi (din moment ce este unul în Cradle și altul în Novosibirsk (diferit λ )), motiv pentru care a fost aprobat de Conferință la propunerea unui inginer de căi ferate canadian Sanford Fleming(8 februarie 1879 când vorbesc la Institutul Canadian din Toronto) timp standard,împărțind globul în 24 de fusuri orare (360:24 = 15 o, 7,5 o de meridianul central). Fusul orar zero este situat simetric față de meridianul zero (Greenwich). Centurile sunt numerotate de la 0 la 23 de la vest la est. Granițele reale ale centurilor sunt aliniate cu granițele administrative ale districtelor, regiunilor sau statelor. Meridianele centrale ale fusurilor orare se află la exact 15 o (1 oră) una de cealaltă, așa că atunci când treceți de la un fus orar la altul, timpul se schimbă cu un număr întreg de ore, iar numărul de minute și secunde nu se modifică. Nouă zi calendaristică (și An Nou) incepe la linii de dată(linie de demarcaţie), trecând în principal de-a lungul meridianului de 180 o longitudine estică lângă granița de nord-est a Federației Ruse. La vest de linia de dată, ziua lunii este întotdeauna cu una mai mult decât la est de ea. La trecerea acestei linii de la vest la est, numărul calendaristic scade cu unu, iar la trecerea liniei de la est la vest, numărul calendaristic crește cu unu, ceea ce elimină eroarea de numărare a timpului atunci când călătoriți în jurul lumii și mutați oamenii din Est până în emisfera vestică a Pământului.
Prin urmare, Conferința Internațională a Meridianului (1884, Washington, SUA) în legătură cu dezvoltarea telegrafului și transport feroviar este introdus:
- începutul zilei de la miezul nopții, și nu de la prânz, așa cum era.
- meridianul inițial (zero) de la Greenwich (Observatorul Greenwich de lângă Londra, fondat de J. Flamsteed în 1675, prin axa telescopului observatorului).
- sistem de numărare timp standard
Ora standard este determinată de formula: T n = T 0 + n , Unde T 0 - timpul universal; n- numărul fusului orar.
Ora de vară- ora standard, schimbată la un număr întreg de ore prin decret guvernamental. Pentru Rusia, este egal cu centura, plus 1 oră.
ora Moscovei- ora de vară a celui de-al doilea fus orar (plus 1 oră): Tm \u003d T 0 + 3 (ore).
Ora de vară- ora standard standard, care se modifică cu un plus de 1 oră prin ordin de guvern pentru perioada de vară pentru a economisi resursele energetice. Urmând exemplul Angliei, care a introdus ora de vară pentru prima dată în 1908, acum 120 de țări ale lumii, inclusiv Federația Rusă, trec anual la ora de vară.
Fusele orare ale lumii și ale Rusiei
În continuare, elevii ar trebui să fie introduși pe scurt în metodele astronomice pentru determinarea coordonatelor geografice (longitudine) zonei. Datorită rotației Pământului, diferența dintre orele de prânz sau de culminare ( punct culminant. Care este acest fenomen?) a stelelor cu coordonate ecuatoriale cunoscute în 2 puncte este egală cu diferența dintre longitudinele geografice ale punctelor, ceea ce face posibilă determinarea longitudinii unui punct dat din observațiile astronomice ale Soarelui și ale altor corpuri de iluminat și , dimpotrivă, ora locală în orice punct cu o longitudine cunoscută.
De exemplu: unul dintre voi este în Novosibirsk, al doilea în Omsk (Moscova). Care dintre voi va observa mai devreme punctul culminant al centrului Soarelui? Și de ce? (Notă, înseamnă că ceasul tău este pe ora Novosibirsk). Concluzie- în funcție de locația de pe Pământ (meridian - longitudine geografică), punctul culminant al oricărui luminar se observă în timp diferit, acesta este timpul este legat de longitudinea geografică sau T=UT+λ, iar diferenţa de timp pentru două puncte situate pe meridiane diferite va fi T 1 -T 2 \u003d λ 1 - λ 2.Longitudine geografică (λ ( UT)și la punctul de observație ( T). Exprimat în grade sau ore, minute și secunde. A determina longitudinea geografică a zonei, este necesar să se determine momentul de apogeu al oricărui luminar (de obicei Soarele) cu coordonate ecuatoriale cunoscute. Traducând cu ajutorul unor tabele speciale sau al unui calculator timpul observațiilor de la media solară la cea stelară și cunoașterea din cartea de referință momentul culminării acestui luminar pe meridianul Greenwich, putem determina cu ușurință longitudinea zonei. . Singura dificultate de calcul este traducere exactă unități de timp de la un sistem la altul. Momentul de culminare nu poate fi „păzit”: este suficient să determinați înălțimea (distanța zenit) a luminii în orice moment fix în timp, dar atunci calculele vor fi destul de complicate.
Ceasurile sunt folosite pentru a măsura timpul. Din cele mai simple, folosite în antichitate, este gnomon - un stâlp vertical în centrul unei platforme orizontale cu diviziuni, apoi nisip, apă (clepsidra) și foc, până la mecanic, electronic și atomic. Un standard de timp atomic (optic) și mai precis a fost creat în URSS în 1978. O eroare de 1 secundă apare la fiecare 10.000.000 de ani!

Sistem de cronometrare la noi
1) De la 1 iulie 1919 se introduce timp standard(Decretul Consiliului Comisarilor Poporului din RSFSR din 8 februarie 1919)
2) În 1930 se înfiinţează Moscova (maternitatea) ora celui de-al doilea fus orar în care se află Moscova, deplasându-se cu o oră înainte față de ora standard (+3 la Universal sau +2 la Europa Centrală) pentru a oferi o parte mai luminoasă a zilei în timpul zilei ( decretul Consiliului Comisarilor Poporului din URSS din 16/06/1930 ). Distribuția fusului orar al marginilor și regiunilor se modifică semnificativ. Anulat în februarie 1991 și restaurat din nou din ianuarie 1992.
3) Același Decret din 1930 anulează trecerea la ora de vară, care este în vigoare din 1917 (20 aprilie și revenire la 20 septembrie).
4) În 1981, trecerea la ora de vară se reia în țară. Decretul Consiliului de Miniștri al URSS din 24 octombrie 1980 „Cu privire la procedura de calcul a timpului pe teritoriul URSS” este introdusă ora de vară prin transferarea acelor ceasului la 0 ore pe 1 aprilie cu o oră înainte, iar pe 1 octombrie cu o oră în urmă din 1981. (În 1981, ora de vară a fost introdusă în marea majoritate a țărilor dezvoltate - 70, cu excepția Japoniei). Pe viitor, în URSS, traducerea a început să se facă în duminica cea mai apropiată de aceste date. Rezoluția a adus o serie de modificări semnificative și a aprobat o listă nou compilată a teritoriilor administrative alocate fusurilor orare corespunzătoare.
5) În 1992, prin Decretele Președintelui, anulate în februarie 1991, ora maternității (Moscova) a fost restabilită de la 19 ianuarie 1992, menținând în același timp trecerea la ora de vară în ultima duminică a lunii martie la ora 2 dimineața cu o oră înainte, iar la ora de iarnă în ultima duminică a lunii septembrie la 3 o oră din noapte în urmă cu o oră.
6) În 1996, prin Decretul Guvernului Federației Ruse nr. 511 din 23.04.1996, ora de vară este prelungită cu o lună și acum se încheie în ultima duminică a lunii octombrie. LA Vestul Siberiei regiunile care se aflau anterior în zona MSK + 4 au trecut la ora MSK + 3, alăturându-se la ora Omsk: regiunea Novosibirsk pe 23 mai 1993 la ora 00:00, Regiunea Altaiși Republica Altai 28 mai 1995 la 4:00, Regiunea Tomsk 1 mai 2002 la ora 3:00 Regiunea Kemerovo 28 martie 2010 la ora 02:00. ( diferența cu ora universală GMT rămâne de 6 ore).
7) Din 28 martie 2010, în timpul tranziției la ora de vară, teritoriul Rusiei a început să fie situat în 9 fusuri orare (de la 2 la 11 inclusiv, cu excepția celui de-al 4-lea - Regiunea Samarași Udmurtia pe 28 martie 2010 la ora 2 a.m. a trecut la ora Moscovei) cu aceeași oră în fiecare fus orar. Granițele fusurilor orare trec de-a lungul granițelor subiecților Federației Ruse, fiecare subiect este inclus într-o zonă, cu excepția Yakutiei, care este inclusă în 3 zone (MSK + 6, MSK + 7, MSK + 8) , și regiunea Sahalin, care este inclusă în 2 zone ( MSK+7 pe Sahalin și MSK+8 pe Insulele Kuril).

Deci pentru țara noastră pe timp de iarnă T= UT+n+1 h , A pe timp de vară T= UT+n+2 h

Vă puteți oferi să faceți lucrări de laborator (practice) acasă: Lucrări de laborator„Determinarea coordonatelor terenului din observațiile Soarelui”
Echipamente: gnomon; cretă (cuioare); „Calendarul astronomic”, caiet, creion.
Comandă de lucru:
1. Determinarea liniei de amiază (direcția meridianului).
Odată cu mișcarea zilnică a Soarelui pe cer, umbra gnomonului își schimbă treptat direcția și lungimea. La prânz adevărat, are cea mai mică lungime și arată direcția liniei de amiază - proiecția meridianului ceresc pe planul orizontului matematic. Pentru a determina linia prânzului, este necesar în orele dimineții să marcați punctul în care cade umbra gnomonului și să trasați un cerc prin ea, luând gnomonul ca centru. Apoi ar trebui să așteptați până când umbra gnomonului atinge linia cercului pentru a doua oară. Arcul rezultat este împărțit în două părți. Linia care trece prin gnomon și mijlocul arcului de amiază va fi linia de amiază.
2. Determinarea latitudinii și longitudinii zonei din observațiile Soarelui.
Observațiile încep cu puțin timp înainte de momentul prânzului adevărat, al cărui debut este fixat în momentul coincidenței exacte a umbrei de la gnomon și a liniei de amiază conform ceasurilor bine calibrate, care funcționează conform orei standard. În același timp, se măsoară lungimea umbrei de la gnomon. După lungimea umbrei l la prânzul adevărat în momentul producerii sale T d conform timpului standard, folosind calcule simple, determinați coordonatele zonei. Anterior din relație tg h ¤ \u003d N / l, Unde H- înălțimea gnomonului, găsiți înălțimea gnomonului la prânzul adevărat h ¤ .
Latitudinea zonei se calculează prin formula φ=90-h ¤ +d ¤, unde d ¤ este declinația solară. Pentru a determina longitudinea zonei, utilizați formula X=12h+n+A-D, Unde n- numărul fusului orar, h - ecuația timpului pentru o zi dată (determinată în funcție de datele „Calendarului astronomic”). Pentru ora de iarnă D = n+1; pentru ora de vara D = n + 2.

„Planetarium” 410,05 mb		Resursa vă permite să instalați pe computerul unui profesor sau student versiunea completa Complex educațional și metodic inovator „Planetarium”. „Planetarium” - o selecție de articole tematice - sunt destinate utilizării de către profesori și elevi la lecțiile de fizică, astronomie sau științe naturale din clasele 10-11. La instalarea complexului, se recomandă să folosiți numai litere englezești în numele folderelor.
Materiale demonstrative 13,08 mb		Resursa este un material demonstrativ al complexului educațional și metodologic inovator „Planetarium”.
Planetariu 2,67 mb Ceas 154,3 kb Ora standard 374,3 kb Harta orei lumii 175,3 kb

Fiecare observație astronomică trebuie să fie însoțită de date privind momentul executării ei. Precizia momentului de timp poate fi diferită, în funcție de cerințele și proprietățile fenomenului observat. Deci, de exemplu, în observațiile obișnuite ale meteorilor și stelelor variabile, este destul de suficient să cunoaștem momentul cu o precizie de până la un minut. Observațiile eclipselor de soare, ocultările stelelor de către Lună și în special observațiile mișcării sateliților artificiali ai Pământului necesită marcarea momentelor cu o precizie de nu mai puțin de o zecime de secundă. Observațiile astrometrice precise ale rotației zilnice a sferei cerești fac necesară utilizarea unor metode speciale de înregistrare a momentelor de timp cu o precizie de 0,01 și chiar 0,005 secunde!

Prin urmare, una dintre principalele sarcini ale astronomiei practice este de a obține timpul precis din observații, de a-l stoca și de a comunica consumatorilor date de timp.

Pentru a ține timpul, astronomii au ceasuri foarte precise, pe care le verifică în mod regulat determinând momentele culmelor stelelor cu ajutorul unor instrumente speciale. Transmiterea semnalelor exacte de timp prin radio le-a permis să organizeze un serviciu mondial de timp, adică să lege toate observatoarele angajate în observații de acest fel într-un singur sistem.

Responsabilitatea Time Services, pe lângă difuzarea de semnale orare precise, include și transmiterea de semnale simplificate, care sunt bine cunoscute de toți ascultătorii de radio. Acestea sunt șase semnale scurte, „puncte”, care sunt date înainte de începerea unei noi ore. Momentul ultimului „punct”, până la o sutime de secundă, coincide cu începutul unei noi ore. Astronomul amator este sfătuit să folosească aceste semnale pentru a-și verifica ceasul. Când verificăm ceasul, nu ar trebui să îl traducem, deoarece în acest caz stric mecanismul, iar astronomul trebuie să aibă grijă de ceasul său, deoarece acesta este unul dintre instrumentele sale principale. El trebuie să determine „corecția ceasului” - diferența dintre ora exactă și citirile lor. Aceste corecții trebuie determinate sistematic și înregistrate în jurnalul observatorului; studiul suplimentar al acestora vă va permite să determinați cursul ceasului și să le studiați bine.

Desigur, este de dorit să aveți la dispoziție cel mai bun ceas posibil. Ce ar trebui să se înțeleagă prin termenul „orele bune”?

Este necesar ca ei să-și țină cursul cât mai exact posibil. Să comparăm două exemplare ale ceasurilor de buzunar obișnuite:

Semnul pozitiv al corecției înseamnă că pentru a obține ora exactă este necesară adăugarea unui amendament la citirea ceasului.

În cele două jumătăți ale tabletei sunt înregistrări ale corecțiilor ceasului. Scăzând corecția superioară din corecția inferioară și împărțind la numărul de zile scurse între determinări, obținem rata ceasului zilnic. Datele de progres sunt date în același tabel.

De ce numim unele ceasuri rele, iar altele bune? Pentru primele ore, corecția este aproape de zero, dar cursul lor se schimbă neregulat. Pentru al doilea, corecția este mare, dar cursul este uniform. Primul ceas este potrivit pentru astfel de observații care nu necesită o ștampilă de timp mai precisă decât la minut. Citirile lor nu pot fi interpolate și trebuie verificate de mai multe ori pe noapte.

Al doilea, „ceasul bun”, este potrivit pentru efectuarea de observații mai complexe. Desigur, este util să le verificați mai des, dar este posibil să le interpolați citirile pentru momente intermediare. Să arătăm asta cu un exemplu. Să presupunem că observația a fost făcută pe 5 noiembrie la ora 23:32:46. conform orelor noastre. Verificarea ceasului, efectuată la ora 17 pe 4 noiembrie, a dat o corecție de +2 m. 15 s. Cursul zilnic, după cum se poate observa din tabel, este de +5,7 s. De la ora 17:00 pe 4 noiembrie până în momentul observării au trecut 1 zi și 6,5 ore sau 1,27 zile. Înmulțind acest număr cu rata zilnică, obținem +7,2 s. Prin urmare, corecția ceasului în momentul observării nu a fost de 2 m. 15 s, ci de +2 m. 22 s. O adăugăm la momentul observării. Așadar, observația a fost făcută pe 5 noiembrie la ora 23:35:8.

La observatoare există instrumente cu ajutorul cărora determină ora în cel mai precis mod - verifică ceasul. Ora este stabilită în funcție de poziția ocupată de corpurile de iluminat deasupra orizontului. Pentru ca ceasul observatorului să meargă cât mai precis și uniform în intervalul dintre seri, când sunt verificate de poziția stelelor, ceasul este așezat în beciuri adânci. În astfel de pivnițe se menține o temperatură constantă pe tot parcursul anului. Acest lucru este foarte important deoarece schimbările de temperatură afectează funcționarea ceasului.

Pentru a transmite semnale de timp precise prin radio, observatorul dispune de echipamente speciale sofisticate de ceas, electrice și radio. Semnalele orare exacte transmise de la Moscova sunt printre cele mai precise din lume. Determinarea orei exacte de la stele, ținerea orei cu ceasuri precise și transmiterea acesteia prin radio - toate acestea constituie Serviciul Timp.

UNDE MUNCĂ ASTRONOMII

Astronomii desfășoară activități științifice la observatoare și institute astronomice.

Aceștia din urmă sunt implicați în principal în cercetări teoretice.

După Marele Octombrie revoluție socialistă La noi s-a înființat la Leningrad Institutul de Astronomie Teoretică, Institutul Astronomic. P.K. Sternberg din Moscova, observatoare astrofizice din Armenia, Georgia și o serie de alte instituții astronomice.

Pregătirea și educația astronomilor se desfășoară la universități de la facultățile de Mecanică și Matematică sau Fizică și Matematică.

Principalul observator din țara noastră este Pulkovo. A fost construită în 1839 lângă Sankt Petersburg sub îndrumarea celui mai mare om de știință rus. În multe țări, este numită pe bună dreptate capitala astronomică a lumii.

Observatorul Simeiz din Crimeea a fost complet restaurat după Marele Război Patriotic, iar nu departe de acesta a fost construit un nou observator în satul Partizanskoye lângă Bakhchisarai, unde cel mai mare telescop reflectorizant din URSS cu o oglindă cu diametrul de 1 ¼. m este instalat acum, iar în curând va fi instalat un reflector cu o oglindă cu un diametru de 1 ¼ m.la 2,6 m - al treilea ca mărime din lume. Ambele observatoare formează acum o singură instituție - Observatorul astrofizic din Crimeea al Academiei de Științe a URSS. Există observatoare astronomice în Kazan, Tașkent, Kiev, Harkov și în alte locuri.

La toate observatoarele pe care le avem munca stiintifica conform unui plan convenit. Realizările în știința astronomică din țara noastră ajută secțiuni largi ale oamenilor muncii să dezvolte o idee corectă, științifică, a lumii din jurul nostru.

Multe observatoare astronomice există și în alte țări. Dintre acestea, cele mai vechi dintre cele existente sunt cele mai faimoase - Paris și Greenwich, de la meridianul cărora se numără longitudinele geografice. globul(recent acest observator a fost mutat într-o nouă locație, mai departe de Londra, unde există multă interferență pentru observarea cerului nocturn). Cele mai mari telescoape din lume sunt instalate în California la observatoarele Muntele Palomar, Muntele Wilson și Lick. Ultimul a fost construit sfârşitul XIX-lea secolul, iar primele două - deja în secolul XX.