Dodržiavanie správneho času. Kapitola šiesta. Ukladanie a prenos presných časov. Začínajú slnečné dni a. koniec napoludnie. Je to jednoduchý a prirodzený spôsob merania času a používa sa už po stáročia.

Získavanie časových bodov rieši len prvú úlohu časovej služby. Ďalšou úlohou je uložiť presný čas v intervaloch medzi jeho astronomickými definíciami. Táto úloha sa rieši pomocou orloj.

Aby sa pri výrobe orlojov dosiahla vysoká presnosť čítania času, berú sa do úvahy a pokiaľ je to možné eliminované všetky zdroje chýb a vytvárajú sa najpriaznivejšie podmienky pre ich prevádzku.

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

Pre zabezpečenie vysokej presnosti je orloj umiestnený v hlbokom suteréne, chránený pred otrasmi.V miestnosti je celoročne udržiavaná stála teplota. Pre zníženie odporu vzduchu a elimináciu vplyvu zmien atmosférického tlaku je kyvadlo hodín umiestnené v plášti, v ktorom je tlak vzduchu mierne znížený (obr. 20).

Orloj s dvoma kyvadlami (Short's clock) má veľmi vysokú presnosť, z ktorých jedno – nie voľné, alebo „otrocké“ – je spojené s prevodovými a indikačnými mechanizmami a je riadené iným – voľným kyvadlom, nie spojené s ľubovoľnými kolesami a pružinami ( Obr. 21).

Voľné kyvadlo je umiestnené v hlbokom suteréne v kovovom puzdre. Toto puzdro vytvára znížený tlak. Spojenie voľného kyvadla s nevoľným sa uskutočňuje prostredníctvom dvoch malých elektromagnetov, v blízkosti ktorých sa kýva. Voľné kyvadlo ovláda „otrocké“ kyvadlo, čo spôsobuje, že sa kýva v súlade so sebou samým.

Je možné dosiahnuť veľmi malú chybu v odčítaní hodín, ale nie je možné ju úplne odstrániť. Ak však hodiny bežia nesprávne, ale je vopred známe, že sa ponáhľajú alebo zaostávajú o určitý počet sekúnd za deň, potom nie je ťažké vypočítať presný čas z takýchto nesprávnych hodín. K tomu stačí vedieť, aký je chod hodín, teda koľko sekúnd za deň sa ponáhľajú alebo zaostávajú. Opravné tabuľky sa zostavujú pre danú inštanciu orloja v priebehu mesiacov a rokov. Ručičky orloja takmer nikdy neukazujú čas presne, ale pomocou korekčných tabuliek je celkom možné získať časové pečiatky s presnosťou na tisíciny sekundy.

Bohužiaľ, hodiny nezostávajú konštantné. Pri zmene vonkajších podmienok - izbovej teploty a tlaku vzduchu - v dôsledku vždy existujúcich nepresností pri výrobe dielov a činnosti jednotlivých dielov môžu tie isté hodiny časom zmeniť svoj chod. Zmena, či variácia chodu hodiniek je hlavným ukazovateľom kvality ich práce. Čím menšia je odchýlka frekvencie hodín, tým lepšie sú hodiny.

Dobrý orloj teda môže byť príliš uponáhľaný a príliš pomalý, môže predbiehať alebo zaostávať aj o desatiny sekundy denne, a predsa dokáže spoľahlivo držať čas a dávať dostatočne presné údaje, ak je len povaha ich správania konštantná. t.j. denná odchýlka je malá.

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

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

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

Kremenné hodiny (obr. 22) pozostávajú z rádiotechnického generátora stabilizovaného piezoelektrickým kremeňom, frekvenčných deliacich kaskád, synchrónneho elektromotora a číselníka so šípkami.

Rádiový generátor generuje vysokofrekvenčný striedavý prúd a piezoquartz udržuje konštantnú frekvenciu svojich kmitov s veľkou presnosťou. V stupňoch delenia frekvencie sa frekvencia striedavého prúdu znižuje z niekoľkých stoviek tisíc na niekoľko stoviek kmitov za sekundu. Synchrónny elektromotor bežiaci na nízkofrekvenčný striedavý prúd otáča ukazovatele, zatvára relé, ktoré dávajú časové signály atď.

Rýchlosť otáčania synchrónneho elektromotora závisí od frekvencie striedavého prúdu, ktorým je poháňaný. V quartzových hodinkách je teda rýchlosť otáčania ručičiek ukazovateľa v konečnom dôsledku určená frekvenciou oscilácií piezoquartzu. Vysoká stálosť kmitnej frekvencie kremennej platničky zaisťuje rovnomernosť priebehu a vysokú presnosť indikácií kremenného orloja.

V súčasnosti sa vyrábajú hodinky Quartz rôzne druhy a stretnutia s dennou variáciou kurzu nepresahujúcou stotiny a dokonca tisíciny sekundy.

Prvé návrhy quartzových hodiniek boli dosť objemné. Vlastná frekvencia kmitov kremennej platne je totiž pomerne vysoká a na počítanie sekúnd a minút je potrebné ju znížiť pomocou množstva frekvenčných deliacich kaskád. Medzitým elektrónkové rádiové zariadenia používané na tento účel zaberajú veľa miesta. V posledných desaťročiach sa polovodičové rádiové inžinierstvo rýchlo rozvíjalo a na jeho základe boli vyvinuté miniatúrne a mikrominiatúrne rádiové zariadenia. To umožnilo postaviť malé prenosné quartzové hodinky pre námornú a leteckú navigáciu, ako aj pre rôzne expedičné práce. Tieto prenosné quartzové chronometre nie sú väčšie a ťažšie ako bežné mechanické chronometre.

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

Napríklad "Chronotom" vyrobený vo Švajčiarsku má rozmery 245X137X100 mm a nestabilita jeho priebehu za deň nepresahuje ±0,02 sekundy. Stacionárny kremenný chronometer "Isotom" má dlhodobú relatívnu nestabilitu maximálne 10 -8, tj chyba v dennom cykle je cca ±0,001 sek.

Quartzové hodinky však nie sú bez vážnych nedostatkov, ktorých prítomnosť je nevyhnutná pre vysoko presné astronomické merania. Hlavnými nevýhodami kremenných orlojov je závislosť frekvencie kmitov kremeňa od teploty okolia a "starnutie kremeňa", teda zmena frekvencie jeho kmitov v čase. Prvý nedostatok bol prekonaný starostlivým riadením teploty časti hodín, v ktorej je umiestnená kremenná platňa. Starnutie kremeňa, ktoré vedie k pomalému posunu hodín, sa zatiaľ nepodarilo odstrániť.

"Molekulové hodiny"

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

Pri hľadaní vhodných metód na to sa vedci obrátili na systémy, v ktorých sa vyskytujú molekulárne vibrácie. Takáto voľba, samozrejme, nebola náhodná a bol to práve on, kto predurčil ďalší úspech. „Molekulárne hodiny“ umožnili najskôr tisíckrát zvýšiť presnosť merania času a státisíckrát si požičiavať. Cesta od molekuly k ukazovateľu času sa však ukázala ako zložitá a veľmi náročná.

Prečo nebolo možné zlepšiť presnosť kyvadlových a kremenných orlojov? V čom sa molekuly ukázali byť z hľadiska merania času lepšie ako kyvadla a kremenné platne? Aký je princíp fungovania a zariadenia molekulárnych hodín?

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

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

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

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

Označme energiu atómu, zodpovedajúcu najnižšej polohe elektrónu, cez Ei a energiu zodpovedajúcu jeho vzdialenejšej polohe od jadra, cez E 2 . Keď atómy vyžarujú elektromagnetické oscilácie(napríklad svetlo), z excitovaného stavu s energiou E 2 prechádzajú do nevybudeného stavu s energiou E 1, potom sa emitovaná časť elektromagnetickej energie rovná ε = E 2 -E 1 . Je ľahké vidieť, že daný vzťah nie je ničím iným ako jedným z vyjadrení zákona zachovania energie.

Medzitým je známe, že energia svetelného kvanta je úmerná jeho frekvencii: ε = hv, kde ε je energia elektromagnetických kmitov, v je ich frekvencia, h = 6,62 * 10 -27 erg * sec je Planckova konštanta. Z týchto dvoch vzťahov nie je ťažké nájsť frekvenciu v svetla vyžarovaného atómom. Je zrejmé, že v \u003d (E 2 - E 1) / h s -1

Každý atóm daného typu (napríklad atóm vodíka, kyslíka atď.) má svoje energetické hladiny. Preto každý excitovaný atóm pri prechode do nižších stavov vyžaruje elektromagnetické oscilácie s presne definovanou sadou frekvencií, t.j. dáva žiarovú charakteristiku len pre neho. S molekulami je situácia úplne rovnaká, len s tým rozdielom, že majú množstvo dodatočných energetických hladín spojených s odlišným usporiadaním ich častíc a s ich vzájomným pohybom.

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

To vysvetľuje vysokú presnosť spektrálnej analýzy a mnohých ďalších metód a nástrojov založených na použití atómových a molekulárnych vibrácií. To je dôvod, prečo je také atraktívne používať tieto kvantové systémy ako hlavný prvok v astronomických hodinách. Takéto mikrosystémy totiž časom nemenia svoje vlastnosti, teda „nestarnú“.

Keď inžinieri začali navrhovať molekulárne hodiny, metódy excitácie atómových a molekulárnych vibrácií už boli dobre známe. Jedným z nich je, že na nádobu naplnenú jedným alebo druhým plynom sa aplikujú vysokofrekvenčné elektromagnetické oscilácie. Ak frekvencia týchto kmitov zodpovedá excitačnej energii týchto častíc, dochádza k rezonančnej absorpcii elektromagnetickej energie. Po určitom čase (menej ako milióntina sekundy) excitované častice (atómy a molekuly) spontánne prechádzajú z excitovaného do normálneho stavu a zároveň sami vyžarujú kvantá elektromagnetickej energie.

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

Východisko z tejto ťažkosti sa našlo pomocou originálnej obchádzky. Plynný amoniak bol umiestnený v dlhej kovovej trubici (vlnovod). Pre ľahkú manipuláciu je táto trubica stočená. Z generátora boli na jeden koniec tejto trubice privádzané vysokofrekvenčné elektromagnetické oscilácie a na jej druhom konci bolo inštalované zariadenie na meranie ich intenzity. Generátor umožňoval v určitých medziach meniť frekvenciu ním vybudených elektromagnetických kmitov.

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

Ďalším krokom pri navrhovaní molekulárnych hodín je práve využitie tohto efektu. Na to bolo zostavené špeciálne zariadenie (obr. 23). V ňom vysokofrekvenčný generátor vybavený napájacím zdrojom generuje vysokofrekvenčné elektromagnetické oscilácie. Na zvýšenie stálosti frekvencie týchto kmitov je generátor stabilizovaný s. pomocou piezoelektrického kryštálu. V existujúcich zariadeniach tohto typu je frekvencia kmitov vysokofrekvenčného generátora zvolená na niekoľko stoviek tisíc periód za sekundu v súlade s vlastnou frekvenciou kmitov kremenných dosiek, ktoré sa v nich používajú.

Ryža. 23. Schéma "molekulárnych hodín"

Keďže táto frekvencia je príliš vysoká na priame ovládanie akéhokoľvek mechanického zariadenia, pomocou frekvenčnej deliacej jednotky sa zníži na niekoľko stoviek kmitov za sekundu a až potom sa privedie do signálnych relé a synchrónneho elektromotora, ktorý otáča šípkami ukazovateľa umiestnenými na ciferníku. Táto časť molekulárnych hodín teda opakuje schému kremenných hodín opísaných vyššie.

Na vybudenie molekúl amoniaku sa časť elektromagnetických kmitov generovaných vysokofrekvenčným generátorom aplikuje na násobič frekvencie striedavého prúdu (pozri obr. 23). Frekvenčný multiplikačný faktor je v ňom zvolený tak, aby ho priviedol k rezonančnému. Z výstupu frekvenčného multiplikátora vstupujú do vlnovodu s plynným amoniakom elektromagnetické kmity. Zariadenie na výstupe vlnovodu – diskriminátor – zaznamenáva intenzitu elektromagnetických kmitov, ktoré prešli vlnovodom a pôsobí na vysokofrekvenčný generátor, pričom mení frekvenciu ním vybudených kmitov. Diskriminátor je navrhnutý tak, že keď sa na vstup vlnovodu dostanú kmity s frekvenciou pod rezonančnou frekvenciou, upraví generátor a zvýši frekvenciu jeho kmitov. Ak však na vstup vlnovodu dorazia kmity s frekvenciou vyššou ako je rezonančná frekvencia, znižuje to frekvenciu generátora. V tomto prípade je naladenie na rezonanciu tým presnejšie, čím strmšia je krivka absorpcie. Preto je žiaduce, aby pokles intenzity elektromagnetických kmitov v dôsledku rezonančnej absorpcie ich energie molekulami bol čo najužší a najhlbší.

Všetky tieto vzájomne prepojené zariadenia - generátor, multiplikátor, vlnovod amoniakového plynu a diskriminátor - sú obvodom spätná väzba, v ktorom sú molekuly amoniaku excitované generátorom a zároveň ho riadia, čím ho nútia vytvárať oscilácie požadovanej frekvencie. Molekulové hodiny teda v konečnom dôsledku využívajú molekuly amoniaku ako frekvenčný a časový štandard. V prvých molekulárnych amoniakových hodinách, vyvinutých podľa tohto princípu G. Lyonsom v roku 1953, bola nestabilita rýchlosti asi 10 -7, t.j. zmena frekvencie nepresiahla desaťmilióntiny. Následne sa nestabilita znížila na 10 -8 , čo zodpovedá chybe merania časových intervalov o 1 sekundu počas niekoľkých rokov.

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

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

Atómové céziové hodiny

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

Aké sú príčiny týchto porúch? Môžu byť odstránené? Ukázalo sa, že k šíreniu rezonancie dochádza v dôsledku tepelného pohybu častíc plynu vypĺňajúcich vlnovod. Niektoré častice plynu sa totiž pohybujú smerom k elektromagnetickej vlne, a preto je pre ne frekvencia kmitov o niečo vyššia ako frekvencia daná generátorom. Iné častice plynu sa naopak pohybujú od prichádzajúcej elektromagnetickej vlny, akoby pred ňou utekali; pre nich je frekvencia elektromagnetických kmitov o niečo nižšia ako nominálna. Len pre relatívne veľmi Vysoké číslo nehybné častice plynu, frekvencia nimi vnímaných elektromagnetických kmitov sa rovná nominálnej, t.j. daný generátorom.

Opísaný jav je známy pozdĺžny Dopplerov jav. Je to on, kto vedie k tomu, že rezonančná krivka je sploštená a rozmazaná a je zistená závislosť sily prúdu na výstupe vlnovodu od rýchlosti častíc plynu, t.j. na teplote plynu.

Skupine vedcov z American Bureau of Standards sa s týmito ťažkosťami podarilo vyrovnať. Avšak to, čo urobili, bol vo všeobecnosti nový a oveľa presnejší štandard frekvencie a času, hoci sa použili niektoré už známe veci.

Toto zariadenie už nepoužíva molekuly, ale atómy. Tieto atómy nielen plnia nádobu, ale pohybujú sa v lúči. A to tak, aby smer ich pohybu bol kolmý na smer šírenia elektromagnetickej vlny. Je ľahké pochopiť, že v tomto prípade neexistuje pozdĺžny Dopplerov efekt. Zariadenie využíva atómy cézia, ktorých budenie prebieha pri frekvencii elektromagnetických kmitov rovnajúcej sa 9 192 631 831 periódam za sekundu.

Príslušné zariadenie je namontované v trubici, na ktorej jednom konci je elektrická pec 1, ktorá ohrieva cézium kovu až do odparenia, a na druhom konci je detektor 6, ktorý počíta počet atómov cézia, ktoré majú ho dosiahli (obr. 24). Medzi nimi sú: prvý magnet 2, vlnovod 3, ktorý dodáva vysokofrekvenčné elektromagnetické oscilácie, kolimátor 4 a druhý magnet 5. polia vytvorené permanentnými magnetmi a vysokofrekvenčnými elektromagnetického poľa, zhrnuté pomocou vlnovodu z generátora do trubice tak, aby smer šírenia vlny bol kolmý na smer letu častíc.

Takéto zariadenie umožňuje vyriešiť prvú časť problému: excitovať atómy, to znamená preniesť ich z jedného stavu do druhého, a zároveň sa vyhnúť pozdĺžnemu Dopplerovmu efektu. Ak by sa výskumníci obmedzili na toto zlepšenie, presnosť prístroja by sa zvýšila, ale nie príliš. Skutočne, v lúči atómov vyžarovanom zo žeraviaceho zdroja sú vždy nevybudené a excitované atómy. Keď teda atómy, ktoré vyleteli zo zdroja, preletia elektromagnetickým poľom a sú excitované, potom sa k už existujúcim excitovaným atómom pridá určitý počet excitovaných atómov. Preto sa zmena v počte excitovaných atómov ukazuje ako relatívne málo veľká a v dôsledku toho nie je účinok pôsobenia elektromagnetických vĺn na zväzok častíc veľmi ostrý. Je jasné, že ak by najprv vôbec neboli žiadne excitované atómy a potom by sa objavili, potom by bol celkový efekt oveľa kontrastnejší.

Vzniká teda ďalší problém: v úseku od zdroja po elektromagnetické pole preskočte atómy, ktoré sú v normálnom stave, a odstráňte excitované. Na jeho vyriešenie nebolo potrebné vynájsť nič nové, pretože už v štyridsiatych rokoch nášho storočia rabín a potom Ramsey vyvinuli zodpovedajúce metódy spektroskopických štúdií. Tieto metódy sú založené na skutočnosti, že všetky atómy a molekuly majú určité elektrické a magnetické vlastnosti a tieto vlastnosti sú rozdielne pre excitované a neexcitované častice. Preto sa v elektrických a magnetických poliach excitované a neexcitované atómy a molekuly odlišujú.

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

V dôsledku popísaných opatrení sa ukázalo, že hnacia jednotka atómových céziových hodín je schopná reagovať aj na veľmi malé rozladenie vysokofrekvenčného generátora, a tak bola dosiahnutá veľmi vysoká presnosť stabilizácie.

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

Celé toto zariadenie ako celok sa nazýva atómové céziové hodiny.

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

Už skôr bolo povedané, že aj tie najlepšie mechanické orloje v dôsledku opotrebovania svojich častí časom trochu menia svoj chod. Dokonca ani kremenné orloje nie sú bez tejto nevýhody, pretože v dôsledku starnutia kremeňa dochádza k pomalému posunu ich údajov. V céziových atómových hodinách sa nezistil žiadny frekvenčný posun.

Pri porovnaní rôznych príkladov týchto hodín sa pozorovalo, že frekvencia ich oscilácií sa zhoduje v rozmedzí ± 3 * 10 -12, čo zodpovedá chybe iba 1 sekundy za 10 000 rokov.

Toto zariadenie však nie je bez nevýhod: deformácie tvaru elektromagnetického poľa a relatívne krátke trvanie jeho pôsobenia na atómy lúča obmedzujú ďalšie zvýšenie presnosti merania časových intervalov pomocou takýchto systémov.

Orloj s kvantovým generátorom

Ďalší krok k zvýšeniu presnosti merania časových intervalov bol urobený pomocou molekulárne generátory- spotrebiče, ktoré používajú vyžarovanie elektromagnetických vĺn molekulami.

Tento objav bol nečakaný a prirodzený. Nečakané - pretože sa zdalo, že možnosti starých metód sa vyčerpali, zatiaľ čo iné neboli. Prirodzené - pretože množstvo známych efektov už tvorilo takmer všetky časti novej metódy a zostávalo len tieto časti správne skombinovať. Nová kombinácia známych vecí je však podstatou mnohých objavov. Na to, aby ste na to prišli, je vždy potrebná veľká odvaha premýšľať. Docela často, keď sa to stane, všetko sa zdá byť veľmi jednoduché.

Zariadenia, v ktorých sa na získanie frekvenčného štandardu používa žiarenie z molekúl, sa nazývajú masery; toto slovo je vytvorené zo začiatočných písmen výrazu: mikrovlnné zosilnenie stimulovanou emisiou žiarenia, teda zosilnenie rádiových vĺn centimetrového rozsahu pomocou indukovaného žiarenia. V súčasnosti sa zariadeniam tohto typu najčastejšie hovorí kvantové zosilňovače alebo kvantové generátory.

Čo pripravilo objav kvantového generátora? Aký je princíp jeho činnosti a zariadenia?

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

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

Napriek tomu sa na pozorovanie a využitie molekulárneho žiarenia systém ako vlnovod molekulárnych hodín ukázal ako úplne nevhodný. V takomto vlnovode je skutočne oveľa viac neexcitovaných častíc amoniaku ako excitovaných, a aj keď vezmeme do úvahy indukované žiarenie, akty absorpcie elektromagnetickej energie sa vyskytujú oveľa častejšie ako akty emisie. Navyše nie je jasné, ako izolovať kvantá energie emitované molekulami v takomto vlnovode, keď je rovnaký objem naplnený elektromagnetickým žiarením z generátora, pričom toto žiarenie má rovnakú frekvenciu a oveľa väčšiu intenzitu.

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

V rokoch 1954-1955. tento problém brilantne vyriešili N. G. Basov a A. M. Prochorov v ZSSR a Gordon, Zeiger a Towns v USA*. Títo autori využili skutočnosť, že elektrický stav excitovaných a neexcitovaných molekúl amoniaku je trochu odlišný a pri lete cez nehomogénne elektrické pole sa odlišne odchyľujú.

* (J. Singer, Mathers, IL, M., 1961; Basov N. G., Letokhov V. S. Optické frekvenčné štandardy, UFN, zväzok 96, č. 4, 1968.)

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

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

Lúč vždy obsahuje neexcitované a excitované molekuly amoniaku. Zvyčajne je však oveľa viac nevzrušených ako nadšených. V trubici, v dráhe týchto častíc, je elektrinou nabitý kondenzátor pozostávajúci zo štyroch tyčí, takzvaný štvorpólový kondenzátor. V ňom je elektrické pole nehomogénne a má taký tvar (obr. 25, b), že pri prechode cez neho sa nevybudené molekuly amoniaku rozptyľujú do strán a excitované sa odchyľujú k osi trubice a sú tak zaostrené. Preto sa v takomto kondenzátore oddelia častice a na druhý koniec trubice sa dostanú len excitované molekuly amoniaku.

Na tomto druhom konci trubice je nádoba určitej veľkosti a tvaru - takzvaný rezonátor. Keď sú v ňom excitované molekuly amoniaku, po určitom krátkom čase spontánne prechádzajú z excitovaného stavu do neexcitovaného a súčasne emitujú elektromagnetické vlny určitú frekvenciu. O tomto procese hovoria, že molekuly sú zvýraznené. Molekulárne žiarenie je teda možné nielen získať, ale aj izolovať.

Zvážte ďalší vývoj tieto myšlienky. Elektromagnetické žiarenie rezonančnej frekvencie, ktoré interaguje s nevybudenými molekulami, ich prenáša do excitovaného stavu. Rovnaké žiarenie, ktoré interaguje s excitovanými molekulami, ich prenáša do neexcitovaného stavu, čím stimuluje ich žiarenie. V závislosti od toho, ktorých molekúl je viac, či nie sú excitované alebo excitované, prevláda proces absorpcie alebo indukovanej emisie elektromagnetickej energie.

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

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

Voľbou rozmerov rezonátora v súlade s vlnovou dĺžkou týchto elektromagnetických kmitov je tak možné v ňom vytvárať podmienky pre vznik stojatého vlnenia (podobne ako pri voľbe rozmerov organových píšťal pre výskyt stojatého vlnenia zodpovedajúce elastické zvukové oscilácie v nich). Po zhotovení stien rezonátora z vhodného materiálu je možné zabezpečiť, aby odrážali elektromagnetické kmity s najmenšími stratami. Obe tieto opatrenia umožňujú vytvoriť v rezonátore vysokú hustotu elektromagnetickej energie a tým zvýšiť účinnosť celého zariadenia ako celku.

Pri zachovaní paribusu je zisk v tomto zariadení tým väčší, čím vyššia je hustota toku excitovaných molekúl. Je pozoruhodné, že pri dostatočne vysokej hustote toku excitovaných molekúl a vhodných parametroch rezonátora sa intenzita žiarenia molekúl stane dostatočne veľkou na pokrytie rôznych energetických strát a zosilňovač sa zmení na molekulárny generátor mikrovlnných oscilácií - tzv. nazývaný kvantový generátor. V tomto prípade už nie je potrebné dodávať vysokofrekvenčnú elektromagnetickú energiu do rezonátora. Proces stimulovanej emisie niektorých excitovaných častíc je podporovaný emisiou iných. Navyše za vhodných podmienok sa proces generovania elektromagnetickej energie nezastaví, aj keď sa časť z nej odkloní nabok.

Kvantový oscilátor s veľmi vysokou stabilitou Poskytuje vysokofrekvenčné elektromagnetické oscilácie presne definovanej frekvencie a možno ho použiť na meranie časových intervalov. Nemusí bežať nepretržite. Stačí pravidelne v určitých intervaloch porovnávať frekvenciu elektrického generátora orloja s týmto štandardom molekulovej frekvencie a v prípade potreby zaviesť korekciu.

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

Ďalšie zlepšenie frekvenčných a časových štandardov sa dosiahlo na základe rovnakých myšlienok a použitia niektorých iných častíc ako pracovného média, ako je tálium a vodík. V tomto prípade sa ako sľubný ukázal najmä kvantový generátor pracujúci na zväzku atómov vodíka, ktorý vyvinuli a zostrojili začiatkom šesťdesiatych rokov Goldenberg, Klepner a Ramsay. Aj tento generátor pozostáva zo zdroja častíc, separátora a rezonátora namontovaného v trubici (obr. 26) ponorenej do vhodnej chladiacej kvapaliny. Zdroj vysiela lúč atómov vodíka. V tomto zväzku sú neexcitované a excitované atómy vodíka a je ich oveľa viac neexcitovaných ako excitovaných.

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

Moderné konštrukcie orlojov s vodíkovým kvantovým generátorom prekonali vo svojom výkone štandard céziového atómového lúča. Nebol zistený žiadny systematický posun. Ich krátkodobá nestabilita je iba 6 * 10 -14 za minútu a dlhodobá - 2 * 10 -14 za deň, čo je desaťkrát menej ako u štandardu cézia. Reprodukovateľnosť údajov hodín pomocou vodíkového kvantového generátora je ±5*10-13, zatiaľ čo reprodukovateľnosť céziového štandardu je ±3*10-12. Generátor vodíka je teda aj v tomto ukazovateli asi desaťkrát lepší. Pomocou vodíkového orloja je teda možné zabezpečiť presnosť merania času rádovo 1 s na interval asi stotisíc rokov.

Medzitým množstvo štúdií v posledných rokoch ukázalo, že táto vysoká presnosť merania časových intervalov, dosiahnutá na báze generátorov atómových lúčov, ešte nie je limitom a možno ju zlepšiť.

Prenos presného času

Úloha časovej služby sa neobmedzuje len na získavanie a ukladanie presného času. Jeho nemenej dôležitou súčasťou je taká organizácia prenosu presného času, pri ktorej by sa táto presnosť nestrácala.

Za starých čias sa prenos časových signálov uskutočňoval pomocou mechanických, zvukových alebo svetelných zariadení. V Petrohrade presne napoludnie vystrelilo delo; hodinky bolo možné porovnať aj s vežovými hodinami Ústavu metrológie, teraz pomenovaného po D. I. Mendelejevovi. AT námorné prístavy Padajúca guľa bola použitá ako časový signál. Z lodí v prístave bolo vidieť, ako presne na poludnie sa guľa odlomila z vrcholu špeciálneho sťažňa a spadla na nohu.

Pre normálny priebeh moderného intenzívneho života je veľmi dôležité poskytnúť presný čas železnice, pošta, telegraf a veľké mestá. Nevyžaduje si takú presnosť ako pri astronomických a zemepisných prácach, ale je potrebné, aby s presnosťou do minúty vo všetkých častiach mesta, vo všetkých častiach našej obrovskej krajiny ukazovali všetky hodiny čas v rovnakým spôsobom. Táto úloha sa zvyčajne rieši pomocou elektrických hodín.

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

Elektrické hodiny sú primárne a sekundárne. Primárne elektrické hodiny majú kyvadlo, kolieska, únik a sú meračmi reálneho času. Sekundárne elektrické hodiny sú len ukazovátka: nie je v nich hodinový strojček, ale existuje len relatívne jednoduché zariadenie, ktoré hýbe ručičkami raz za minútu (obr. 27). Pri každom otvorení prúdu elektromagnet uvoľní kotvu a na kotve pripevnený „pes“ opretý o rohatku ju otočí o jeden zub. Signály elektrického prúdu sa do sekundárnych hodín privádzajú buď z centrálnej inštalácie, alebo z primárnych elektrických hodín. V posledných rokoch došlo hovoriace hodiny, postavený na princípe zvukových filmov, ktoré nielen ukazujú, ale aj vypovedajú o čase.

Na prenos presný čas teraz slúžia hlavne elektrické signály odosielané telefónom, telegrafom a rádiom. V priebehu posledných desaťročí sa zlepšila technika ich prenosu a tomu sa zvýšila aj presnosť. V roku 1904 Bigourdant vysielal rytmické časové signály z parížskeho observatória, ktoré prijímalo observatórium Montsouris s presnosťou 0,02-0,03 s. V roku 1905 začalo Washingtonské námorné observatórium s pravidelným vysielaním časových signálov, od roku 1908 sa začali prenášať rytmické časové signály z Eiffelova veža a od roku 1912 z observatória v Greenwichi.

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

Chyba pri prenose časových signálov pri vysielaných programoch je cca ±0,01 - 0,001 s, pri niektorých špeciálnych ±10 -4 a dokonca ±10 -5 s. Preto boli teraz vyvinuté metódy a zariadenia, ktoré umožňujú prijímať, ukladať a vysielať čas s veľmi vysokou presnosťou.

AT nedávne časy Výrazne nové nápady boli implementované v oblasti ukladania a prenosu presného času. Predpokladajme, že je potrebné, aby na mnohých miestach na akomkoľvek území presnosť odčítania tam stojacich hodín nebola horšia ako ± 30 sekúnd za predpokladu, že všetky tieto hodiny pracujú nepretržite počas celého roka. Takéto požiadavky platia napríklad pre mestské a železničné hodiny. Požiadavky nie sú veľmi prísne, ale na ich splnenie pomocou autonómnych hodiniek je potrebné, aby denná frekvencia každého výskytu hodiniek bola lepšia ako ± 0,1 sekundy, čo si vyžaduje presné kremenné chronometre.

Medzitým, ak je tento problém vyriešený pomocou spoločný časový systém, pozostávajúce z primárnych hodín a veľkého počtu sekundárnych hodín s nimi spojených, potom by mali mať vysokú presnosť iba primárne hodiny. Preto aj so zvýšenými nákladmi na primárne hodiny a zodpovedajúcimi nízkymi nákladmi na sekundárne hodiny je možné dosiahnuť dobrú presnosť v celom systéme pri relatívne nízkych celkových nákladoch.

Samozrejme, v tomto prípade sa musíte uistiť, že samotné sekundárne hodiny nezavádzajú chyby. Predtým opísané sekundárne hodiny s rohatkou a západkou, v ktorých sa ručička pohybuje raz za minútu na signál, niekedy nefungujú. Navyše, časom sa chyba ich svedectva hromadí. V moderných sekundárnych hodinách sa používajú rôzne druhy overovania a korekcie údajov. Ešte väčšiu presnosť poskytujú sekundárne hodiny, ktoré využívajú striedavý prúd priemyselnej frekvencie (50 Hz), ktorého frekvencia je prísne stabilizovaná. Hlavnou súčasťou týchto hodiniek je synchrónny elektromotor poháňaný striedavým prúdom. V týchto hodinách je teda samotný striedavý prúd spojitým časovým signálom s periódou opakovania 0,02 sekundy.

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

Test ukázal, že pri prenose presných časových signálov cez WHOAC zo štátu New York (USA) do Oahu (Havaj), t.j. približne 30 000 km, boli časové údaje koordinované s presnosťou 3 mikrosekúnd.

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

Kam smerujú kontinenty?

Teraz sa môžeme vrátiť k problému pohybu kontinentov, opísanému v predchádzajúcej kapitole. Je to o to zaujímavejšie, že za polstoročie, ktoré uplynulo od objavenia sa Wegenerových diel až do našej doby, vedecké spory okolo týchto myšlienok ešte neutíchli. Napríklad W. Munk a G. Macdonald v roku 1960 napísali: „Niektoré Wegenerove údaje sú nepopierateľné, ale väčšina jeho argumentov je úplne založená na svojvoľných predpokladoch.“ A ďalej: "Veľké posuny kontinentov sa udiali pred vynálezom telegrafu, stredné posuny - pred vynálezom rádia a potom sa prakticky žiadne posuny nepozorovali."

Tieto štipľavé poznámky nie sú neopodstatnené, aspoň v ich prvej časti. Vskutku, pozdĺžne merania, ktoré Wegeper a jeho spolupracovníci kedysi vykonali na svojich expedíciách do Grónska (pri jednej z nich Wegener tragicky zomrel), boli vykonané s presnosťou nedostatočnou na dôsledné riešenie problému. To si všimli aj jeho súčasníci.

Jedným z najpresvedčenejších zástancov teórie pohybu kontinentov v jej modernej verzii je P. N. Kropotkin. V roku 1962 napísal: „Paleomagnetické a geologické údaje naznačujú, že počas druhohôr a kenozoika bolo leitmotívom pohybu zemskej kôry fragmentácia dvoch starovekých kontinentov – Laurázie a Gondwany a rozširovanie ich častí smerom k Tichému oceánu resp. smerom ku geosynklinálnemu pásu Tethys." Pripomeňme, že Laurasia kryla Severná Amerika, Grónsko, Európa a celá severná polovica Ázie, Gondwana - južných kontinentoch a Indiou. Oceán Tethys sa tiahol od Stredozemného mora cez Alpy, Kaukaz a Himaláje až po Indonéziu.

Ten istý autor ďalej napísal: „Jednota Gondwany bola teraz vysledovaná od prekambria po stred kriedy a jej fragmentácia teraz vyzerá ako dlhý proces, ktorý sa začal v paleozoiku a dosiahol obzvlášť veľký rozsah od polovice kriedy. Krieda.Od tej doby uplynulo osemdesiat miliónov rokov.V dôsledku toho sa vzdialenosť medzi Afrikou a Južná Amerika zvyšuje rýchlosťou 6 cm za rok. Rovnaká rýchlosť sa získava z paleomagnetických údajov pre pohyb Hindustanu z južnej pologule na severnú „Po rekonštrukcii polohy kontinentov v minulosti pomocou paleomagnetických údajov dospel P. N. Kropotkin k záveru, že“ – v tom čase tzv. kontinenty boli skutočne zrazené do takého bloku, ktorý pripomínal obrysy Wegenerovej primárnej kontinentálnej platformy“.

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

O otázke súčasného pohybu kontinentov sa rozhoduje na základe výsledkov longitudinálnych štúdií vykonaných s dostatočnou presnosťou. Čo v tomto prípade znamená dostatočnú presnosť, je možné vidieť z toho, že napríklad v zemepisnej šírke Washington zmena zemepisnej dĺžky o jednu desaťtisícinu sekundy zodpovedá posunu o 0,3 cm Keďže odhadovaná rýchlosť pohybu je asi 1 m za rok a služby moderného času už Ak je možné určiť časové body, uložiť a preniesť presný čas s presnosťou tisícin a desaťtisícín sekundy, potom na získanie presvedčivých výsledkov stačí vykonávať príslušné merania v intervaloch niekoľkých rokov alebo niekoľkých desiatok rokov.

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

Pomocou veľmi presných pozdĺžnych meraní sa teda potvrdila prítomnosť moderného pohybu veľkých kontinentálnych blokov. Navyše bolo možné zistiť, že jednotlivé časti týchto kontinentálnych blokov majú mierne odlišný pohyb.

Ku každému astronomickému pozorovaniu musia byť priložené údaje o čase jeho vykonania. Presnosť časového okamihu môže byť rôzna, v závislosti od požiadaviek a vlastností pozorovaného javu. Takže napríklad pri bežných pozorovaniach meteorov a premenných hviezd úplne postačí poznať moment s presnosťou do minúty. Pozorovania zatmenia Slnka, zákryty hviezd Mesiacom a najmä pozorovania pohybu umelé satelity Zeme vyžadujú značky momentov s presnosťou nie menšou ako desatina sekundy. Presné astrometrické pozorovania dennej rotácie nebeskej sféry vyžadujú použitie špeciálnych metód na registráciu časových momentov s presnosťou až 0,01 a dokonca 0,005 sekundy!

Preto je jednou z hlavných úloh praktickej astronómie získavať z pozorovaní presný čas, ukladať ho a oznamovať spotrebiteľom časové údaje.

Na udržanie času majú astronómovia veľmi presné hodiny, ktoré pravidelne kontrolujú tak, že pomocou špeciálnych prístrojov určujú okamihy vrcholenia hviezd. Prenos presných časových signálov rádiom im umožnil zorganizovať službu svetového času, teda spojiť všetky observatóriá zaoberajúce sa pozorovaniami tohto druhu do jedného systému.

Zodpovednosť Časových služieb okrem vysielania presných časových signálov zahŕňa aj prenos zjednodušených signálov, ktoré sú dobre známe všetkým poslucháčom rádia. Toto je šesť krátkych signálov, „bodiek“, ktoré sa dávajú pred začiatkom novej hodiny. Okamih posledného „bodu“, do stotiny sekundy, sa zhoduje so začiatkom novej hodiny. Amatérskemu astronómovi sa odporúča použiť tieto signály na kontrolu svojich hodiniek. Pri kontrole hodín by sme ich nemali prekladať, pretože v tomto prípade pokazím mechanizmus a astronóm sa musí starať o svoje hodinky, pretože ide o jeden z jeho hlavných prístrojov. Musí určiť "korekciu hodín" - rozdiel medzi presným časom a ich údajmi. Tieto opravy by sa mali systematicky určovať a zaznamenávať do denníka pozorovateľa; ich ďalšie štúdium vám umožní určiť chod hodín a dobre si ich preštudovať.

Samozrejme je žiaduce mať k dispozícii čo najlepšie hodinky. Čo treba chápať pod pojmom „dobré hodiny“?

Je potrebné, aby držali svoj kurz čo najpresnejšie. Porovnajme dve kópie bežných vreckových hodiniek:

Kladné znamienko korekcie znamená, že na získanie presného času je potrebné pridať dodatok k odčítavaniu hodín.

V dvoch poloviciach tabletu sú záznamy o korekciách hodín. Odpočítaním hornej korekcie od dolnej korekcie a vydelením počtom dní, ktoré uplynuli medzi jednotlivými stanoveniami, dostaneme dennú frekvenciu hodín. Údaje o pokroku sú uvedené v rovnakej tabuľke.

Prečo niektoré hodinky nazývame zlými a iné dobrými? Prvé hodiny sa korekcia blíži k nule, no ich priebeh sa nepravidelne mení. Druhá - korekcia je veľká, ale priebeh je jednotný. Prvé hodiny sú vhodné na také pozorovania, ktoré nevyžadujú časovú pečiatku presnejšiu ako na minútu. Ich hodnoty nemožno interpolovať a musia sa kontrolovať niekoľkokrát za noc.

Druhá, „dobré hodiny“, je vhodná na vykonávanie zložitejších pozorovaní. Samozrejme, je užitočné ich kontrolovať častejšie, ale je možné interpolovať ich hodnoty pre prechodné momenty. Ukážme si to na príklade. Predpokladajme, že pozorovanie sa uskutočnilo 5. novembra o 23:32:46. podľa našich otváracích hodín. Kontrola hodín, vykonaná 4. novembra o 17:00, ukázala korekciu +2 m 15 s. Denný kurz, ako je zrejmé z tabuľky, je +5,7 s. Od 4. novembra od 17:00 do okamihu pozorovania uplynul 1 deň a 6,5 hodiny alebo 1,27 dňa. Vynásobením tohto čísla dennou sadzbou dostaneme +7,2 s. Preto hodinová korekcia v čase pozorovania nebola 2 m 15 s, ale +2 m 22 s. Pridávame k momentu pozorovania. Takže pozorovanie sa uskutočnilo 5. novembra o 23:35:8.

Som rád, že žijem príkladne a jednoducho:
Ako slnko – ako kyvadlo – ako kalendár
M. Cvetajevová

Lekcia 6/6

Téma Základy merania času.

Cieľ Zvážte systém počítania času a jeho vzťah s geografickou dĺžkou. Uveďte predstavu o chronológii a kalendári, určte zemepisné súradnice (zemepisnú dĺžku) oblasti podľa astrometrických pozorovaní.

Úlohy :
1. vzdelávacie: praktická astrometria o: 1) astronomických metódach, prístrojoch a jednotkách merania, počítaní a uchovávaní času, kalendároch a chronológii; 2) určenie zemepisných súradníc (zemepisnej dĺžky) oblasti podľa údajov astrometrických pozorovaní. Služby Slnka a presný čas. Aplikácia astronómie v kartografii. O kozmických javoch: obeh Zeme okolo Slnka, obeh Mesiaca okolo Zeme a rotácia Zeme okolo svojej osi a ich dôsledky - nebeské úkazy: východ, západ slnka, denný a ročný zdanlivý pohyb a kulminácie Zeme. svietidlá (Slnko, Mesiac a hviezdy), zmena fáz Mesiaca .
2. pestovanie: formovanie vedeckého svetonázoru a ateistického vzdelávania v rámci oboznamovania sa s dejinami ľudského poznania, s hlavnými typmi kalendárov a chronologických systémov; odhaľovanie povier spojených s pojmami „prestupný rok“ a preklad dátumov juliánskeho a Gregoriánske kalendáre; polytechnická a pracovná výchova pri prezentácii učiva o prístrojoch na meranie a ukladanie času (hodín), kalendároch a chronologických systémoch a o praktických metódach aplikácie astrometrických poznatkov.
3. Vzdelávacie: formovanie zručností: riešenie problémov s výpočtom času a dátumov chronológie a prenos času z jedného úložného systému a účtu do druhého; vykonávať cvičenia o aplikácii základných vzorcov praktickej astrometrie; pomocou mobilnej mapy hviezdnej oblohy, príručných kníh a Astronomického kalendára určiť polohu a podmienky viditeľnosti nebeských telies a priebehu nebeských javov; určiť zemepisné súradnice (zemepisnú dĺžku) oblasti podľa astronomických pozorovaní.

Vedieť:
1. úroveň (štandard)- systémy na počítanie času a jednotky merania; pojem poludnie, polnoc, deň, vzťah času a zemepisnej dĺžky; nultý poludník a univerzálny čas; pásmový, miestny, letný a zimný čas; prekladateľské metódy; naše počítanie, pôvod nášho kalendára.
2. úroveň- systémy na počítanie času a jednotky merania; pojem poludnie, polnoc, deň; spojenie času s geografickou dĺžkou; nultý poludník a univerzálny čas; pásmový, miestny, letný a zimný čas; prekladateľské metódy; určenie presnej časovej služby; pojem chronológia a príklady; pojem kalendár a hlavné typy kalendárov: lunárny, lunisolárny, solárny (juliánsky a gregoriánsky) a základy chronológie; problém vytvorenia trvalého kalendára. Základné pojmy praktickej astrometrie: princípy určovania časových a zemepisných súradníc oblasti podľa astronomických pozorovaní. Príčiny dennodenne pozorovaných nebeských javov generovaných rotáciou Mesiaca okolo Zeme (zmena fáz Mesiaca, zdanlivý pohyb Mesiaca v nebeskej sfére).

Byť schopný:
1. úroveň (štandard)- Nájdite svetový čas, priemer, zóna, miestny, letný, zimný čas;
2. úroveň- Nájdite svetový čas, priemer, zóna, miestny, letný, zimný čas; previesť dátumy zo starého na nový štýl a späť. Riešiť úlohy na určenie zemepisných súradníc miesta a času pozorovania.

Vybavenie: plagát "Kalendár", PKZN, kyvadlo a slnečné hodiny, metronóm, stopky, kremenné hodiny Earth Globe, tabuľky: niektoré praktické aplikácie astronómia. CD- "Red Shift 5.1" (Time-show, Stories about the Universe = Čas a ročné obdobia). Model nebeskej sféry; nástenná mapa hviezdnej oblohy, mapa časových pásiem. Mapy a fotografie zemského povrchu. Tabuľka „Zem vo vesmíre“. Fragmenty filmových pásov"Viditeľný pohyb nebeských telies"; "Vývoj myšlienok o vesmíre"; Ako astronómia vyvrátila náboženské predstavenia o vesmíre"

Interdisciplinárna komunikácia: Zemepisné súradnice, metódy počítania a orientácie, mapová projekcia (zemepis, ročníky 6-8)

Počas vyučovania

1. Opakovanie naučeného(10 min).
a) 3 osoby na jednotlivých kartách.
1. 1. V akej výške v Novosibirsku (φ= 55º) Slnko kulminuje 21. septembra? [na druhý októbrový týždeň podľa PKZN δ=-7º, potom h=90 o -φ+δ=90 o -55º-7º=28º]
2. Kde na zemi nie sú viditeľné hviezdy južnej pologule? [na severnom póle]
3. Ako sa orientovať v teréne podľa slnka? [marec, september - východ slnka na východe, západ slnka na západe, poludnie na juhu]
2. 1. Poludňajšia výška Slnka je 30º a jeho deklinácia je 19º. Určite zemepisnú šírku miesta pozorovania.
2. Aké sú denné dráhy hviezd vzhľadom k nebeskému rovníku? [paralelný]
3. Ako sa orientovať v teréne pomocou Polárky? [smer na sever]
3. 1. Aká je deklinácia hviezdy, ak kulminuje v Moskve (φ= 56 º ) pri 69º?
2. Aká je os sveta vzhľadom na zemskú os, vzhľadom na rovinu horizontu? [paralelné, pod uhlom zemepisnej šírky miesta pozorovania]
3. Ako z astronomických pozorovaní určiť zemepisnú šírku oblasti? [zmerajte uhlovú výšku polárky]

b) 3 ľudia pri tabuli.
1. Odvoďte vzorec pre výšku svietidla.
2. Denné dráhy svietidiel (hviezd) v rôznych zemepisných šírkach.
3. Dokážte, že výška svetového pólu sa rovná zemepisnej šírke.

v) Zvyšok po svojom .
1. Akú najvyššiu výšku dosahuje Vega (δ=38 o 47") v kolíske (φ=54 o 04")? [maximálna výška na vrchole, h=90 o -φ+δ=90 o -54 o 04 "+38 o 47"=74 o 43"]
2. Vyberte ľubovoľné jasná hviezda a zapíšte si jeho súradnice.
3. V akom súhvezdí je dnes Slnko a aké sú jeho súradnice? [na druhý októbrový týždeň podľa PCDP v konz. Panna, δ=-7º, α=13 h 06 m]

d) v "Red Shift 5.1"
Nájdite slnko:
Aké informácie možno získať o Slnku?
- aké sú jeho súradnice dnes a v akom súhvezdí sa nachádza?
Ako sa mení deklinácia? [zníženie]
- ktorá z hviezd, ktoré majú krstné meno, je v uhlovej vzdialenosti najbližšie k Slnku a aké sú jeho súradnice?
- dokázať, že Zem sa momentálne pohybuje na obežnej dráhe približujúcej sa k Slnku (z tabuľky viditeľnosti - uhlový priemer Slnka rastie)

2. nový materiál (20 minút)
Treba zaplatiť pozornosť študentov:
1. Dĺžka dňa a roka závisí od vzťažnej sústavy, v ktorej sa pohyb Zeme uvažuje (či je spojený s pevnými hviezdami, Slnkom atď.). Voľba referenčného systému sa odráža v názve jednotky času.
2. Trvanie jednotiek počítajúcich čas súvisí s podmienkami viditeľnosti (kulminácií) nebeských telies.
3. Zavedenie štandardu atómového času vo vede bolo spôsobené nerovnomernosťou rotácie Zeme, ktorá bola objavená so zvyšujúcou sa presnosťou hodín.
4. Zavedenie štandardného času je dôsledkom potreby koordinácie ekonomických aktivít na území vymedzenom hranicami časových pásiem.

Systémy počítania času. Vzťah s geografickou dĺžkou. Už pred tisíckami rokov si ľudia všimli, že veľa vecí v prírode sa opakuje: Slnko vychádza na východe a zapadá na západe, leto nasleduje zimu a naopak. Vtedy vznikli prvé jednotky času - deň mesiac Rok . Pomocou najjednoduchších astronomických prístrojov sa zistilo, že rok má približne 360 dní a za približne 30 dní prechádza silueta Mesiaca cyklom od jedného splnu k druhému. Preto chaldejskí mudrci prijali ako základ šesťdesiatkový číselný systém: deň bol rozdelený na 12 nočných a 12 denných hodiny , kruh má 360 stupňov. Každá hodina a každý stupeň boli delené 60 minút a každú minútu - o 60 sekúnd .
Následné presnejšie merania však túto dokonalosť beznádejne pokazili. Ukázalo sa, že Zem urobí úplnú revolúciu okolo Slnka za 365 dní 5 hodín 48 minút a 46 sekúnd. Mesiac na druhej strane obíde Zem za 29,25 až 29,85 dňa.
Periodické javy sprevádzané každodennou rotáciou nebeskej sféry a zdanlivým ročným pohybom Slnka pozdĺž ekliptiky sú základom rôznych systémov počítania času. Čas- hlavná fyzikálna veličina charakterizujúca postupnú zmenu javov a stavov hmoty, trvanie ich existencie.
Krátky- deň, hodina, minúta, sekunda
Dlhé- rok, štvrťrok, mesiac, týždeň.
1. "hviezdny"čas spojený s pohybom hviezd na nebeskej sfére. Meraný hodinovým uhlom bodu jarnej rovnodennosti: S \u003d t ^; t \u003d S - a
2. "solárne"čas spojený: so zdanlivým pohybom stredu slnečného disku pozdĺž ekliptiky (skutočný slnečný čas) alebo pohybom "priemerného Slnka" - pomyselného bodu, ktorý sa rovnomerne pohybuje pozdĺž nebeského rovníka v rovnakom časovom intervale ako skutočný Slnko (priemerný slnečný čas).
So zavedením štandardu atómového času a medzinárodného systému SI v roku 1967 sa atómová sekunda používa vo fyzike.
Po druhé- fyzikálna veličina, ktorá sa číselne rovná 9192631770 periódam žiarenia zodpovedajúcim prechodu medzi hyperjemnými úrovňami základného stavu atómu cézia-133.
Všetky vyššie uvedené "časy" sú navzájom konzistentné špeciálnymi výpočtami. Stredný slnečný čas sa používa v každodennom živote . Základnou jednotkou hviezdneho, pravého a stredného slnečného času je deň. Hviezdne, stredné slnečné a iné sekundy dostaneme vydelením príslušného dňa číslom 86400 (24 h, 60 m, 60 s). Deň sa stal prvou jednotkou merania času pred viac ako 50 000 rokmi. deň- časový úsek, počas ktorého Zem vykoná jednu úplnú rotáciu okolo svojej osi vzhľadom na akýkoľvek orientačný bod.
hviezdny deň- perióda rotácie Zeme okolo svojej osi vzhľadom na stálice, je definovaná ako časový interval medzi dvoma po sebe nasledujúcimi hornými vrcholmi jarnej rovnodennosti.
skutočný slnečný deň- doba rotácie Zeme okolo svojej osi voči stredu slnečného disku, definovaná ako časový interval medzi dvoma po sebe nasledujúcimi rovnomennými kulmináciami stredu slnečného disku.
Vzhľadom k tomu, že ekliptika je naklonená k nebeskému rovníku pod uhlom 23 o 26 "a Zem obieha okolo Slnka po eliptickej (mierne pretiahnutej) dráhe, rýchlosť viditeľný pohyb Slnká naprieč nebeskou sférou a následne aj trvanie skutočného slnečného dňa sa bude počas roka neustále meniť: najrýchlejšie pri rovnodennosti (marec, september), najpomalšie pri slnovratoch (jún, január). Pre zjednodušenie výpočtov času v astronómii bol zavedený pojem stredného slnečného dňa - periódy rotácie Zeme okolo svojej osi vzhľadom na "stredné Slnko".
Stredný slnečný deň sú definované ako časový interval medzi dvoma po sebe nasledujúcimi vrcholmi s rovnakým názvom "stredného Slnka". Sú o 3 m 55,009 s kratšie ako hviezdny deň.
24 h 00 m 00 s hviezdneho času sa rovnajú 23 h 56 m 4,09 s stredného slnečného času. Pre jednoznačnosť teoretických výpočtov sa akceptuje efemerid (stôl) sekunda rovná strednej slnečnej sekunde 0. januára 1900 o 12. hodine rovnakého aktuálneho času, nesúvisiaceho s rotáciou Zeme.

Asi pred 35 000 rokmi si ľudia všimli periodickú zmenu vzhľadu Mesiaca – zmenu lunárnych fáz. Fáza F nebeské telo(Mesiace, planéty atď.) je určený pomerom najväčšej šírky osvetlenej časti disku d na jeho priemer D: F=d/D. Linka terminátor oddeľuje tmavé a svetlé časti disku svietidla. Mesiac sa pohybuje okolo Zeme v rovnakom smere, v ktorom sa Zem otáča okolo svojej osi: od západu na východ. Prejavom tohto pohybu je zdanlivý pohyb Mesiaca na pozadí hviezd smerom k rotácii oblohy. Každý deň sa Mesiac posunie na východ o 13,5 o vzhľadom na hviezdy a celý kruh dokončí za 27,3 dňa. Takže bola stanovená druhá miera času po dni - mesiac.
Hviezdny (hviezdny) lunárny mesiac- časový úsek, počas ktorého Mesiac vykoná jednu úplnú otočku okolo Zeme vzhľadom na stálice. Rovná sa 27 d 07 h 43 m 11,47 s .
Synodický (kalendárny) lunárny mesiac- časový interval medzi dvoma po sebe nasledujúcimi fázami rovnakého mena (zvyčajne nov) mesiaca. Rovná sa 29 d 12 h 44 m 2,78 s.
Súhrn javov viditeľného pohybu Mesiaca na pozadí hviezd a zmeny fáz Mesiaca umožňuje navigáciu Mesiaca na zemi (obr.). Mesiac sa javí ako úzky polmesiac na západe a mizne v lúčoch ranného úsvitu s rovnakým úzkym kosáčikom na východe. Mentálne pripojte priamku vľavo od polmesiaca. Na oblohe môžeme čítať buď písmeno „P“ – „rastie“, „rohy“ mesiaca sú otočené doľava – mesiac je viditeľný na západe; alebo písmeno "C" - "starne", "rohy" mesiaca sú otočené doprava - mesiac je viditeľný na východe. Pri splne je mesiac viditeľný na juhu o polnoci.

V dôsledku pozorovania zmeny polohy Slnka nad obzorom počas mnohých mesiacov vznikla tretia miera času - rok.
rok- časový úsek, počas ktorého Zem vykoná jednu úplnú otočku okolo Slnka vzhľadom na akýkoľvek referenčný bod (bod).
hviezdny rok- hviezdna (hviezdna) perióda obehu Zeme okolo Slnka, rovná 365,256320 ... stredné slnečné dni.
anomalistický rok- časový interval medzi dvoma po sebe nasledujúcimi prechodmi priemerného Slnka bodom jeho dráhy (zvyčajne perihéliom) sa rovná 365,259641 ... stredných slnečných dní.
tropický rok- časový interval medzi dvoma po sebe nasledujúcimi prechodmi priemerného Slnka cez jarnú rovnodennosť, rovný 365,2422... priemerným slnečným dňom alebo 365 d 05 h 48 m 46,1 s.

svetový čas definovaný ako miestny stredný slnečný čas na nultom (Greenwichskom) poludníku ( to, UT- svetový čas). Pretože v každodennom živote miestny čas nemôžete ho použiť (pretože jeden je v Cradle a druhý v Novosibirsku (iné λ )), preto bol schválený konferenciou na návrh kanadského železničného inžiniera Sanford Fleming(8. februára 1879 pri prejave v Kanadskom inštitúte v Toronte) štandardný čas, rozdelenie zemegule na 24 časových pásiem (360:24 = 15 o, 7,5 o od centrálneho poludníka). Nulová časová zóna je umiestnená symetricky vzhľadom na nultý (Greenwichský) poludník. Pásy sú očíslované od 0 do 23 zo západu na východ. Skutočné hranice pásov sú zarovnané s administratívnymi hranicami okresov, krajov alebo štátov. Stredné meridiány časových pásiem sú od seba vzdialené presne 15 o (1 hodina), takže pri prechode z jedného časového pásma do druhého sa čas mení o celé číslo hodín a nemení sa ani počet minút a sekúnd. Nový kalendárny deň (a Nový rok) začiatok o dátumové riadky(demarkačná čiara), ktorý prechádza prevažne pozdĺž poludníka 180o východnej dĺžky v blízkosti severovýchodnej hranice Ruskej federácie. Na západ od dátumovej čiary je deň v mesiaci vždy o jeden viac ako na východ od nej. Pri prekročení tejto čiary zo západu na východ sa kalendárne číslo zníži o jednu a pri prechode čiary z východu na západ sa číslo kalendára zvýši o jednu, čím sa eliminuje chyba v počítaní času pri cestovaní po svete a presunoch ľudí z tzv. Východná až západná pologuľa Zeme.
Preto Medzinárodná meridiánová konferencia (1884, Washington, USA) v súvislosti s rozvojom telegrafu resp. železničná doprava je zadané:
- začiatok dňa od polnoci, a nie od poludnia, ako to bolo.
- začiatočný (nultý) poludník z Greenwichu (Greenwich Observatory pri Londýne, založené J. Flamsteedom v roku 1675, cez os ďalekohľadu hvezdárne).
- systém počítania štandardný čas
Štandardný čas je určený vzorcom: Tn = To + n , kde T 0 - univerzálny čas; n- číslo časového pásma.
Letný čas- štandardný čas, nariadením vlády zmenený na celočíselný počet hodín. Pre Rusko sa rovná pásu plus 1 hodina.
Moskovský čas- letný čas druhého časového pásma (plus 1 hodina): Tm \u003d T 0 + 3 (hodiny).
Letný čas- štandardný štandardný čas, ktorý sa nariadením vlády mení o ďalšiu plus 1 hodinu na obdobie letného času z dôvodu šetrenia energetických zdrojov. Po vzore Anglicka, ktoré po prvý raz zaviedlo letný čas v roku 1908, teraz každoročne prechádza na letný čas 120 krajín sveta vrátane Ruskej federácie.
Časové pásma sveta a Ruska
Ďalej by sa mali študenti v krátkosti oboznámiť s astronomickými metódami určovania zemepisných súradníc (zemepisnej dĺžky) oblasti. V dôsledku rotácie Zeme je rozdiel medzi časom poludnia a kulminácie ( vyvrcholenie.Čo je to za jav?) hviezd so známymi rovníkovými súradnicami v 2 bodoch sa rovná rozdielu v zemepisných dĺžkach bodov, čo umožňuje určiť zemepisnú dĺžku daného bodu z astronomických pozorovaní Slnka a iných svietidlá a naopak miestny čas v ktoromkoľvek bode so známou zemepisnou dĺžkou.
Napríklad: jeden z vás je v Novosibirsku, druhý v Omsku (Moskva). Kto z vás skôr spozoruje hornú kulmináciu stredu Slnka? A prečo? (pozn. znamená to, že vaše hodiny sú v Novosibirsku). Záver- v závislosti od polohy na Zemi (poledník - zemepisná dĺžka) sa kulminácia akéhokoľvek svietidla pozoruje v r. iný čas, teda čas súvisí s geografickou dĺžkou alebo T=UT+λ, a časový rozdiel pre dva body umiestnené na rôznych poludníkoch bude T1-T2 \u003d λ 1 - λ 2.Zemepisná dĺžka (λ ( UT) a na mieste pozorovania ( T). Vyjadrené v stupňoch alebo hodinách, minútach a sekundách. Na určenie zemepisnej dĺžky oblasti, je potrebné určiť moment vyvrcholenia akéhokoľvek svietidla (zvyčajne Slnka) so známymi rovníkovými súradnicami. Ak pomocou špeciálnych tabuliek alebo kalkulačky preložíme čas pozorovaní zo strednej hodnoty Slnka po hviezdu a z referenčnej knihy poznáme čas kulminácie tohto svietidla na Greenwichskom poludníku, môžeme ľahko určiť zemepisnú dĺžku oblasti. . Jediný výpočtový problém je presný preklad jednotky času z jedného systému do druhého. Okamih kulminácie sa nedá „ustrážiť“: stačí určiť výšku (zenitovú vzdialenosť) svietidla v akomkoľvek presne pevnom časovom okamihu, ale potom budú výpočty dosť komplikované.
Na meranie času sa používajú hodiny. Od najjednoduchšieho, používaného v staroveku, je gnomon - zvislý stožiar v strede vodorovnej plošiny s predelmi, ďalej pieskom, vodou (clepsydra) a ohňom, až po mechanické, elektronické a atómové. Ešte presnejší atómový (optický) časový štandard vznikol v ZSSR v roku 1978. Chyba 1 sekundy sa vyskytuje každých 10 000 000 rokov!

Systém merania času u nás
1) Od 1. júla 1919 sa zavádza štandardný čas(Výnos Rady ľudových komisárov RSFSR z 8. februára 1919)
2) V roku 1930 je založená Moskva (materská) čas 2. časového pásma, v ktorom sa nachádza Moskva, posunutý o jednu hodinu dopredu v porovnaní so štandardným časom (+3 na univerzálny alebo +2 na stredoeurópsky), aby sa zabezpečila svetlejšia časť dňa počas dňa (vyhláška z r. Rada ľudových komisárov ZSSR zo 16.6.1930). Rozloženie okrajov a oblastí v časových pásmach sa výrazne mení. Zrušené vo februári 1991 a obnovené od januára 1992.
3) Tou istou vyhláškou z roku 1930 sa ruší prechod na letný čas, ktorý platil od roku 1917 (20. apríla a návrat 20. septembra).
4) V roku 1981 sa v krajine obnovuje prechod na letný čas. Vyhláška Rady ministrov ZSSR z 24. októbra 1980 „O postupe pri počítaní času na území ZSSR“ je zavedený letný čas posunutím ručičiek hodín na 0 hodín 1. apríla o hodinu dopredu a 1. októbra o hodinu od roku 1981. (V roku 1981 bol letný čas zavedený vo veľkej väčšine vyspelých krajín – 70, okrem Japonska). V budúcnosti sa v ZSSR začal preklad robiť v nedeľu, ktorá je najbližšie k týmto dátumom. Uznesením došlo k niekoľkým významným zmenám a bol schválený novo zostavený zoznam správnych území zaradených do príslušných časových pásiem.
5) V roku 1992 dekrétmi prezidenta, ktoré boli zrušené vo februári 1991, bol od 19. januára 1992 obnovený materský (moskovský) čas pri zachovaní prechodu na letný čas v poslednú marcovú nedeľu o 2:00 o hodinu dopredu, a na zimný čas v poslednú septembrovú nedeľu o 3 hodine v noci pred jednou hodinou.
6) V roku 1996 sa nariadením vlády Ruskej federácie č. 511 z 23. apríla 1996 predĺžil letný čas o jeden mesiac a teraz sa končí poslednú októbrovú nedeľu. AT Západná Sibír regióny, ktoré boli predtým v zóne MSK + 4 prešli na MSK + 3 čas, pričom sa pripojili k času Omsk: Novosibirsk región 23. mája 1993 o 00:00 hod. Altajský región a Altajská republika 28. mája 1995 o 4:00 hod. Tomská oblasť 1. mája 2002 o 3:00 hod Kemerovský región 28. marca 2010 o 02:00 hod. ( rozdiel oproti svetovému času GMT zostáva 6 hodín).
7) Od 28. marca 2010, počas prechodu na letný čas, sa územie Ruska začalo nachádzať v 9 časových pásmach (od 2. do 11. vrátane, s výnimkou 4. región Samara a Udmurtia 28. marca 2010 o 2:00 prešli na moskovský čas) s rovnakým časom v rámci každého časového pásma. Hranice časových pásiem prechádzajú pozdĺž hraníc subjektov Ruskej federácie, každý subjekt je zaradený do jednej zóny, s výnimkou Jakutska, ktoré je zahrnuté v 3 zónach (MSK + 6, MSK + 7, MSK + 8) a Sachalinská oblasť, ktorá je začlenená do 2 zón (MSK+7 na Sachaline a MSK+8 na Kurilských ostrovoch).

Takže pre našu krajinu v zimnom čase T = UT+n+1 h , a v letnom čase T = UT+n+2 h

Laboratórnu (praktickú) prácu môžete ponúknuť doma: Laboratórne práce"Určenie súradníc terénu z pozorovaní Slnka"
Vybavenie: gnomon; krieda (štipce); "Astronomický kalendár", zápisník, ceruzka.
Zákazka:
1. Určenie poludňajšej čiary (smer poludníka).
Pri každodennom pohybe Slnka po oblohe tieň z gnómonu postupne mení svoj smer a dĺžku. Na pravé poludnie má najmenšiu dĺžku a ukazuje smer poludňajšej priamky – priemet nebeského poludníka do roviny matematického horizontu. Na určenie poludňajšej čiary je potrebné v ranných hodinách označiť bod, na ktorý padá tieň z gnómonu, a nakresliť cez neho kruh, pričom stredom je gnómon. Potom by ste mali počkať, kým sa tieň z gnómonu druhýkrát dotkne kruhovej čiary. Výsledný oblúk je rozdelený na dve časti. Čiara prechádzajúca cez gnomon a stred poludňajšieho oblúka bude poludňajšia čiara.
2. Určenie zemepisnej šírky a dĺžky oblasti z pozorovaní Slnka.
Pozorovania sa začínajú krátko pred okamihom pravého poludnia, ktorého začiatok je stanovený na okamih presnej zhody tieňa z gnómonu a poludňajšej čiary podľa dobre kalibrovaných hodín, ktoré bežia podľa štandardného času. Zároveň sa meria dĺžka tieňa z gnómonu. Podľa dĺžky tieňa l na pravé poludnie v čase jeho vzniku T d podľa štandardného času pomocou jednoduchých výpočtov určte súradnice oblasti. Predtým zo vzťahu tg h ¤ \u003d N / l, kde H- výška gnomona, nájdite výšku gnomona na pravé poludnie h ¤ .
Zemepisná šírka oblasti sa vypočíta podľa vzorca φ=90-h ¤ + d ¤, kde d ¤ je slnečná deklinácia. Na určenie zemepisnej dĺžky oblasti použite vzorec A = 12h+n+A-D, kde n- číslo časového pásma, h - časová rovnica pre daný deň (určená podľa údajov "Astronomického kalendára"). Pre zimný čas D = n+ 1; pre letný čas D = n + 2.

"Planetárium" 410,05 mb		Zdroj vám umožňuje inštalovať do počítača učiteľa alebo študenta plná verzia inovatívny vzdelávací a metodický komplex "Planetárium". "Planetárium" - výber tematických článkov - sú určené pre učiteľov a žiakov na hodinách fyziky, astronómie alebo prírodovedy v 10.-11. ročníku. Pri inštalácii komplexu sa odporúča používať v názvoch priečinkov iba anglické písmená.
Demo materiály 13,08 MB		Zdrojom sú demonštračné materiály inovatívneho vzdelávacieho a metodického komplexu "Planetárium".
Planetárium 2,67 mb Hodiny 154,3 kb Štandardný čas 374,3 kb Mapa svetového času 175,3 kb

Ku každému astronomickému pozorovaniu musia byť priložené údaje o čase jeho vykonania. Presnosť časového okamihu môže byť rôzna, v závislosti od požiadaviek a vlastností pozorovaného javu. Takže napríklad pri bežných pozorovaniach meteorov a premenných hviezd úplne postačí poznať moment s presnosťou do minúty. Pozorovania zatmení Slnka, zákrytov hviezd Mesiacom a najmä pozorovania pohybu umelých satelitov Zeme si vyžadujú označovanie momentov s presnosťou nie menšou ako desatina sekundy. Presné astrometrické pozorovania dennej rotácie nebeskej sféry vyžadujú použitie špeciálnych metód na registráciu časových momentov s presnosťou až 0,01 a dokonca 0,005 sekundy!

Preto je jednou z hlavných úloh praktickej astronómie získavať z pozorovaní presný čas, ukladať ho a oznamovať spotrebiteľom časové údaje.

Samozrejme je žiaduce mať k dispozícii čo najlepšie hodinky. Čo treba chápať pod pojmom „dobré hodiny“?

Je potrebné, aby držali svoj kurz čo najpresnejšie. Porovnajme dve kópie bežných vreckových hodiniek:

Kladné znamienko korekcie znamená, že na získanie presného času je potrebné pridať dodatok k odčítavaniu hodín.

Prečo niektoré hodinky nazývame zlými a iné dobrými? Prvé hodiny sa korekcia blíži k nule, no ich priebeh sa nepravidelne mení. Pri druhom je korekcia veľká, ale priebeh je jednotný. Prvé hodiny sú vhodné na také pozorovania, ktoré nevyžadujú časovú pečiatku presnejšiu ako na minútu. Ich hodnoty nemožno interpolovať a musia sa kontrolovať niekoľkokrát za noc.

Na hvezdárňach sú prístroje, pomocou ktorých určujú čas najpresnejšie - kontrolujú hodiny. Čas je nastavený podľa polohy, ktorú zaujímajú svietidlá nad horizontom. Aby v intervale medzi večermi, kedy sú kontrolované polohou hviezd, hodiny hvezdárne bežali čo najpresnejšie a najrovnomernejšie, sú hodiny umiestnené v hlbokých pivniciach. V takýchto pivniciach sa počas celého roka udržiava stála teplota. To je veľmi dôležité, pretože zmeny teploty ovplyvňujú chod hodiniek.

Na vysielanie presných časových signálov rádiom má hvezdáreň špeciálne sofistikované hodiny, elektrické a rádiové vybavenie. Presné časové signály vysielané z Moskvy patria medzi najpresnejšie na svete. Určenie presného času z hviezd, meranie času pomocou presných hodín a jeho vysielanie rádiom – to všetko tvorí časovú službu.

KDE PRACUJÚ ASTRONÓMI

Astronómovia vykonávajú vedeckú prácu na observatóriách a astronomických ústavoch.

Posledne menovaní sa venujú najmä teoretickému výskumu.

Po Veľkom októbri socialistickej revolúcie U nás vznikol Ústav teoretickej astronómie v Leningrade, Astronomický ústav. P.K.Sternberga v Moskve, astrofyzikálne observatóriá v Arménsku, Gruzínsku a množstvo ďalších astronomických inštitúcií.

Výcvik a vzdelávanie astronómov prebieha na vysokých školách na mechanicko-matematických alebo fyzikálno-matematických fakultách.

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

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

Na všetkých observatóriách, ktoré máme vedecká práca podľa dohodnutého plánu. Úspechy v astronomickej vede v našej krajine pomáhajú širokým skupinám pracujúcich ľudí rozvíjať správnu, vedeckú predstavu o svete okolo nás.

Mnoho astronomických observatórií existuje aj v iných krajinách. Z nich najstaršie z existujúcich sú najznámejšie - Paríž a Greenwich, od poludníka ktorých sa počítajú zemepisné dĺžky glóbus(nedávno bolo toto observatórium presunuté na nové miesto, ďalej od Londýna, kde je veľa rušení pri pozorovaní nočnej oblohy). Najväčšie teleskopy na svete sú inštalované v Kalifornii na observatóriách Mount Palomar, Mount Wilson a Lick. Posledná bola postavená v r koniec XIX storočia a prvé dve - už v XX storočí.