Визначення точного часу. Основні поняття астрономії Справжній та середній сонячний час

На обсерваторіях є інструменти, за допомогою яких точніше визначають час - перевіряють годинник. Час встановлюють за положенням, яке займає світила над горизонтом. Для того щоб годинник обсерваторії йшов якомога точніше і рівномірніше в проміжку між вечорами, коли його перевіряють за становищем зірок, годинник поміщають у глибокі підвали. У таких підвалах цілий рік зберігається постійна температура. Це дуже важливо, оскільки зміни температури впливають на перебіг годинника.

Для передачі сигналів точного часу по радіо на обсерваторії є спеціальна складна годинна, електрична та радіоапаратура. Передані з Москви сигнали точного часу - одні з найточніших у світі. Визначення точного часу за зірками, зберігання часу за допомогою точних годинників та передача його по радіо - все це становить Службу часу.

ДЕ ПРАЦЮЮТЬ АСТРОНОМИ

Наукову роботу астрономи ведуть на обсерваторіях та в астрономічних інститутах.

Останні займаються головним чином теоретичними дослідженнями.

Після Великої Жовтневої соціалістичної революції нашій країні було створено Інститут теоретичної астрономії у Ленінграді, Астрономічний інститут ім. П. К. Штернберга у Москві, астрофізичні обсерваторії у Вірменії, Грузії та інших астрономічних установ.

Підготовка та навчання астрономів відбувається в університетах на механіко-математичних чи фізико-математичних факультетах.

Головна обсерваторія у нашій країні – Пулковська. Вона була побудована в 1839 поблизу Петербурга під керівництвом найбільшого російського вченого. У багатьох країнах її справедливо називають астрономічною столицею світу.

Сімеїзька обсерваторія в Криму після Великої Вітчизняної війни була повністю відновлена, а недалеко від неї збудована нова обсерваторія в селі Партизанському під Бахчисараєм, де тепер встановлений найбільший в СРСР телескоп-рефлектор з дзеркалом діаметром 1 ¼ м, а незабаром буде встановлений рефлектор з зер. в 2,6 м - третій за величиною у світі. Обидві обсерваторії тепер складають одну установу – Кримську астрофізичну обсерваторію Академії наук СРСР. Астрономічні обсерваторії є у ​​Казані, Ташкенті, Києві, Харкові та інших місцях.

На всіх обсерваторіях ведеться наукова робота за узгодженим планом. Досягнення астрономічної науки в нашій країні допомагають широким верствам трудящих виробити правильне, наукове уявлення про навколишній світ.

Багато астрономічних обсерваторій існують і в інших країнах. З них найбільш відомі найстаріші з існуючих – Паризька та Грінвічська, від меридіана якої ведеться рахунок географічних довгот на земній кулі (нещодавно ця обсерваторія перенесена на нове місце, далі від Лондона, де багато перешкод для нічних спостережень піднебіння). Найбільші у світі телескопи встановлені у Каліфорнії на обсерваторіях Маунт-Паломар, Маунт-Вільсон та Лікській. Остання їх побудована наприкінці ХІХ ст., а перші дві - вже у XX в.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Досі ми докладно говорили про поширення та використання часу – основного предмета нашої розповіді, тепер же перейдемо безпосередньо до астрономічного годинника. Ще зовсім недавно основним зберігачем часу була Земля, що оберталася, і час визначалося з астрономічних спостережень; годинник використовувався тільки для того, щоб «зберігати» час у відносно короткі проміжки між спостереженнями. У цьому розділі основний акцент зроблено на удосконаленнях самих годинників та наслідках цих удосконалень, оскільки саме за останні сорок років годинник, виготовлений руками людини, перевершив за своєю точністю такий зберігач часу, яким є Земля.

За перші два століття існування Королівської обсерваторії завдяки винаходу Грехемом та іншими майстрами початку XVIII ст. нового спускового регулятора ходу і температурно-компенсованого маятника - точність маятникового годинника дещо збільшилася, але ці винаходи не можна було назвати фундаментальними. У 1676 р. годинник з річним заводом Флемстіда працював з точністю в межах 7 с на добу; в 1870 р. годинник Ері з барометрично-компенсованим регулятором ходу (Дент № 1906) мав точність близько 0,1 с на добу (досить високу для того часу). Докладніше ці та інші удосконалення в пристроях зберігання часу розглядаються у додатку III.

В останньому десятилітті ХІХ ст. деякі провідні астрономічні обсерваторії світу (Грінвічська обсерваторія не належала до них) почали застосовувати годинник, виготовлений конструктором Зігмундом Ріфлером (1847-1912) з Мюнхена, який перевищував по точності всі колишні зразки годинника. Але справді корінний перелом відбувся в 20-х роках нашого століття, коли з'явився годинник Шорта з вільним маятником - одне з найважливіших удосконалень у справі зберігання часу з моменту винаходу маятникового годинника два століття тому. Ідею вільного маятника було запропоновано Раддом ще 1899 р., але на практиці було здійснено у 1921-1924 роках. Вільям Гамільтон Шорт, залізничний інженер, який працював спільно з Ф. Хоуп-Джонсом і компанією «Синхроном». У звичайних маятникових годинниках необхідно підтримувати рівномірність коливань коливається маятника, від якого залежить точність зберігання часу, і одночасно відраховувати ці коливання. У годиннику з вільним маятником ці дві задачі вирішуються за допомогою вторинного маятника, що дозволяє основному маятнику весь час гойдатися абсолютно вільно, крім тих часток секунди, коли він через кожні півхвилини отримує імпульс від вторинного годинника. Годинники Шорту показали точність ходу 10 с на рік, тоді як найкращі зразки їхніх попередників мали точність ходу близько 1 с за 10 днів. Грінвічська обсерваторія придбала перші екземпляри годинника Шорта в 1924 р. і використовувала годинник «Шорт № 3» як стандарт зіркового часу. Потім був придбаний і інший годинник Шорта. За кілька років годинник з вільним маятником витіснив в обсерваторії всі інші старіші годинники, деякі з яких, наприклад годинник Грехема, застосовувалися астрономами протягом майже двох століть, і всі зразки (крім нещодавно придбаної копії годинника Ріфлера) служили вже не менше 55 років .

Один із наслідків збільшення точності первинних зберігачів часу виявилося у зміні самого призначення Грінвічської служби часу. З моменту заснування Ері (1852 р.) служби зберігання часу її робота спиралася на два еталонних годинника: зіркового еталона і середнього сонячного еталона. Передача сигналів точного часу по радіо дала можливість з дуже високою точністю порівнювати між собою годинник різних обсерваторій світу кілька разів на день. Більше того, Грінвічська обсерваторія сама мала велику кількість високоточних годинників. Тому в 1938 р. був скасований прийнятий Ері стандарт - один годинник і з'явилася можливість використовувати середнє значення часу, обчислене за показаннями кількох годин, причому один з цих годин зберігали зоряний час, інші - сонячний. Спочатку таких зберігачів в Англії було шість: п'ять у Грінвічі та один у Національній фізичній лабораторії у Теддінгтоні; через рік до них додався ще один-в Единбурзі; все це був годинник Шорта з вільними маятниками.

Кварцевий годинник

Тепер зупинимося на сучасній концепції часу, зокрема розглянемо різницю між поняттями: момент часу («дата» чи «епоха») та інтервал часу. Будь-яка людина, яка поспішає на потяг чи літак, насамперед цікавиться моментом, а, скажімо, суддя матчу з боксу – інтервалом часу. Існує ще й третє поняття: частота явища, що періодично повторюється, або число циклів цього явища в одиницю часу; Сучасна назва одиниці частоти - герц (Гц) ідентична назві старої одиниці - цикл за секунду.

Створенню кварцового годинника - який дозволив ще більше підвищити якість зберігання часу, ніж це забезпечували годинник з вільним маятником, що з'явився за кілька десятиліть до кварцового, -сприяла зацікавленість інженерів телебачення в розробці надійного стандарту частоти електромагнітних хвиль. Кварцовий кристал вперше став застосовуватися із виникненням радіомовлення на початку 1920-х років. та служив джерелом радіочастотних коливань високої стабільності. Вперше на можливість використання кварцу в годиннику було зазначено у 1928 р. Хортоном та Маррісоном (США). У 1939 р. було встановлено перший кварцовий годинник у Грінвічі; точність цього годинника, розробленого Дайєм та Ессеном, становила близько 2 мс (1 мілісекунда=10" 3 с) на добу. Війна завадила здійсненню задуму - встановити в обсерваторії ще кілька кварцових годин; служба часу була перенесена в безпечніше місце - в Гравіметричну обсерваторію в Абінжері Резервна станція служби часу почала працювати в Королівській обсерваторії в Единбурзі в 1941 р. Спочатку в Абінжері не було діючих кварцових годинників, і тому там щодня приймали сигнали часу з Національної фізичної лабораторії, яка мала в своєму розпорядженні пару таких годинників. годинником із вільними маятниками утворювали «середній годинник».

Потреби військового часу, насамперед розвиток радіолокаційної техніки та точних систем повітряної навігації, вимагали від англійської служби часу десятикратного збільшення точності радіосигналів часу. Тому в 1942 р. було досягнуто згоди з відділом радіо поштового управління про щоденні передачі в Абінжер сигналів часу, що показується кварцовим годинником, що належить управлінню. Це нововведення виявилося настільки успішним, що дозволило в 1943 р. вилучити годинник Шорта з групи, що утворює «середній годинник». Кварцові годинники, помилки яких визначалися з астрономічних спостережень, що проводилися в Абінжері та Единбурзі, стали первинним еталоном, на якому базувалася служба часу, тоді як годинник обсерваторії використовувалися як вторинний стандарт для контролю сигналів часу. У 1944 р. контроль міжнародних сигналів часу, що передавались з Регбі, як і пізніше, в 1949 р. шеститочкових сигналів Бі-бі-сі здійснювався за допомогою нових кварцових годинників в Абінжері. Служба часу в Единбурзі припинила своє існування в січні 1946 р. і незабаром шість належать їй кварцового годинника були передані Грінвічській обсерваторії; проте штаб-квартира служби часу, як і раніше, залишалася в Абінжері, що мав дванадцять кварцових годин. На цей час точність такого годинника зросла до 0,1 мс на добу. Тим часом астрономи попрямували геть від смогу і вуличних вогнів Грінвіча, що заважали спостереженням, до прозорого повітря Херстмонсо, розташованого в графстві Сассекс, куди в 1957 перемістилася з Абінжера і служба часу.

Нерівномірність обертання землі

Збільшення точності зберігання часу дозволило загострити увагу на іншій проблемі, яку десятий королівський астроном Харольд Спенсер Джонс резюмував у 1950 році таким чином:

«Земля, що обертається, забезпечує нас фундаментальною одиницею часу - добою. Перша вимога до будь-якої фундаментальної одиниці - її сталість та відтворюваність; одиниця повинна означати те саме для всіх людей і в усі часи. При прийнятті доби, або, точніше, середньої сонячної доби за фундаментальну одиницю, з якої як похідна ми отримуємо годину, хвилину і секунду, слід беззастережно припустити, що її довжина незмінна, тобто, що Земля є досконалим зберігачем часу» .

Те, що Земля не є досконалим зберігачем часу, відзначив ще Іммануїл Кант у 1754 р., але щоб представити повну історію цього питання, ми повинні перенестися ще на шістдесят років тому. У 1695 р. Едмунд Галлей, аналізуючи затемнення, що відбувалися за давніх часів, дійшов висновку, що рух Місяця навколо Землі прискорюється; пізніше це було підтверджено безпосередніми вимірами. У 1787 р. Лаплас показав, що це можна пояснити повільними змінами форми орбіти Землі, але у 1853 р. Адамі зазначив, що зміни орбіти дозволяють лише наполовину пояснити видиму величину місячного прискорення. Після довгих наукових суперечок було остаточно доведено, що на основі теорії тяжіння Лапласа не можна повністю пояснити прискорення руху Місяця - це можна зробити лише припустивши, що Земля у своєму обертанні поступово сповільнюється значною мірою через тертя, зумовлене припливними ефектами.

Сьогодні ми знаємо, що існує три види змін у швидкості обертання Землі, перші два з яких відомі завдяки вивченню рухів Місяця та планет, а останній був якісно виявлений за допомогою годинника з вільним маятником і визначений кількісно з появою кварцового годинника:

1) вікові зміни - поступове уповільнення, обумовлене дією місячних та сонячних припливів, внаслідок якого тривалість земної доби збільшується на 1,5 мс за століття;

2) нерегулярні (або непередбачувані) зміни, мабуть, викликані різницею у швидкостях обертання рідкого ядра і твердої мантії Землі, які можуть призводити до збільшення або зменшення тривалості доби на 4 мс за десятиліття;

3) сезонні варіації, що відбивають сезонні зміни у світовому океані та повітряних масах Землі. Прикладом цього може служити танення та замерзання полярних крижаних шапок і рух повітряних мас із широких областей високого атмосферного тиску, що існують взимку в Сибіру, ​​на території з високим тиском влітку. Земля обертається повільніше навесні і на початку літа і швидше – восени. Внаслідок коливання в тривалості дня можуть досягати 1,2 мс.

Існує ще одне явище, яке, хоч воно і не впливає на швидкість обертання Землі, необхідно враховувати при точному зберіганні часу. Це коливання полюса, або переміщення тіла Землі щодо осі обертання (подібно коливається в механізмі підшипнику), що змушують блукати полюси Землі приблизно з 14-місячним періодом у межах кола радіусом близько 8 м. Ефект коливань полюса змінює на географічні у чому вдалося переконатися за допомогою астрономічних спостережень), а це через зміну довготи призводить до відповідних змін шкали часу у кожному пункті на земній поверхні.

Як зазначив Спенсер Джонс, перша вимога до фундаментальної одиниці - її сталість та відтворюваність. Тому до 1950-х років. секунда, заснована на обертанні Землі, змінює, хоча й незначно, свою тривалість, перестала задовольняти вимогам, що висуваються до неї. Виникло питання: що ж робити далі?

Ефемеридний час

Спочатку було вирішено відмовитися від сонячної доби як фундаментальної одиниці часу і замість неї користуватися роком, тривалість якого, хоч і не постійна, але може бути заздалегідь обчислена з урахуванням її зменшення приблизно на півсекунди у сторіччя. Це призвело до введення в міжнародній практиці в 1952 р. для деяких цілей нової шкали часу - ефемеридного часу (ЄТ), яке почали використовувати - про що говорить сама його назва - для складання різних національних ефемерид і щорічників. Як ми вже говорили в попередньому розділі, в результаті рішення Вашингтонської конференції 1884 р. та спеціальних рекомендацій Міжнародного астрономічного союзу, прийнятих у 1928 р., гринвічський час став називатися всесвітнім часом (UT). Тому далі в цьому розділі, коли мова піде про середній сонячний час грінвічського меридіана, ми надаватимемо перевагу назві UT, а не GMT. Зараз UT, заснований на обертанні Землі навколо своєї осі, задає шкалу часу, необхідну астронавігації. Але, як ми зазначали, швидкість обертання Землі змінюється, у 1956 р. для спеціальних потреб служб часу виникла потреба у більш точному визначенні UT:

UT0-серед її сонячний час нульового меридіана, отриманий безпосередньо з астрономічних спостережень;

UT1 – це UT0 з поправками на рух полюса (не більше ніж на 0,035 с). Шкала UT1 використовується для астронавігації;

UT2 - це UT0 з поправками на рух полюса і екстраполовані зміни в швидкості обертання Землі (також не більше ніж на 0,035 с). UT2 - "згладжена" шкала часу, що задає по можливості рівномірний час. До 1972 р. ця шкала була основою сигналів часу.

Питання про шкалу ЕТ та її зв'язку з UT надто складне, щоб його розглядати тут. Досить сказати, що ЄТ досить близько відповідає UT, оскільки тривалість ефемеридної доби задається тривалістю середньої сонячної доби в XIX ст. У 1956 р. фахівці відмовилися від використання середньої сонячної доби як міжнародної фундаментальної одиниці часу на користь ефемеридної секунди, визначеної як «1/31556925,9747 частка тропічного року 0 січня 1900 р. о 12 год ефемеридного часу».

Проте перехід на нову систему не вирішив усіх проблем. Завдяки своїй незмінності ефемеридна секунда дуже зручна для теоретичних розрахунків і застосовується у різних ефемеридах. Але ефемеридна секунда не підходить для повсякденного використання з двох причин. По-перше, вона не завжди є в розпорядженні, оскільки визначити її з необхідною точністю можна лише з великою затримкою після обробки численних результатів спостережень. По-друге, для тих, хто цікавиться саме точним моментом часу, а не тимчасовим інтервалом, у тому числі й для широкої публіки, необхідно, щоб сигнали часу якомога точніше відповідали обертанню Землі, зміні дня та ночі. Крім того, хоча різниця між ЕТ та UT протягом року була дуже мала, з роками вона накопичується внаслідок систематичного уповільнення обертання Землі та може досягати вельми значної величини. У 1952 р., коли ЄТ вперше було використано, накопичена різниця між цією шкалою, заснованої на швидкості обертання Землі в XIX ст., та UT, заснованої на даних 1952 р., становила близько 30 с.

Застосування ЕТ в сигналах часу було певною мірою компромісним рішенням, оскільки фізикам та інженерам телебачення потрібно, щоб тривалість секунди сигналу часу була постійною, тобто. «означала б одне й те саме для всіх народів і в усі часи», тоді як для звичайних споживачів часу, а також навігаторів і геодезистів було необхідно, щоб сигнал часу, скажімо, полудень, збігався з полуденним розташуванням небесних тіл. До 1944 р. сигнали часу, контрольовані Грінвічем, задавалися, наскільки це було можливо, обертанням Землі, внаслідок чого секунда (отримувана з сигналів часу) з кожним днем ​​могла змінювати свою тривалість, хоча і дуже незначно. У 1944 р. у Великобританії була зроблена спроба передавати секундні сигнали по можливості через рівні проміжки часу, тривалість яких визначалася середнім значенням секундного інтервалу, що задається найточнішим кварцовим годинником, а при необхідності (за середами) робити корекції «стрибком» для узгодження зі шкалою (астрономічного) часу. Водночас у США таке компромісне рішення між передачею частоти та часу не було прийнято; сигнали часу, що передаються радіостанцією Аннаполіса і контрольовані обсерваторією ВМС США, підтримувалися в точній відповідності до обертання Землі, а еталонна частота, контрольована Національним бюро стандартів США і передана його радіостанцією, по можливості зберігалася незмінною.

Атомний годинник

Покінчити з одним із недоліків ефемеридного часу - його недоступністю - допоміг атомний годинник. Перший діючий комплект системи атомних годинників був розроблений у Національному бюро стандартів США (Вашингтон) Гарольдом Лайонсом та його колегами у 1948-1949 рр. з використанням для стабілізації генератора кварцового спектральної лінії поглинання аміаку. 12 серпня 1948 р. атомний годинник почав діяти як зразок частоти. Незабаром після цього увагу привернув інший хімічний елемент – цезій. Найперша конструкція цезієвого зразка, пов'язана з іменами Шервуда, Захаріаса і особливо Рамзея, було запропоновано США. Але регулярне використання цезієвого променевого зразка, сконструйованого Ессеном та Паррі, почалося в Національній фізичній лабораторії в Англії. У червні 1955 р., коли було прийнято рішення використовувати ефемеридну секунду в якості фундаментальної одиниці часу, цезієвий еталон застосували для калібрування кварцового годинника і в якості еталона частоти. Потім протягом наступних кількох років лабораторні цезієві стандарти з'явилися в Боулдері (Колорадо), Оттаві і Нойшателі.

Навіть найперші екземпляри атомного годинника мали в сотні разів більшу довготривалу стабільність, ніж кварцові зразки. Крім того, вони не були схильні до плавної зміни ходу, який відбувається в кварцових генераторах через «старіння» кристала кварцу. З цих причин атомний годинник забезпечив високостабільну шкалу часу дуже високої точності (принаймні в десятки разів перевищує точність інших зберігачів часу), майже миттєво доступну. Але минуло ще чимало років, перш ніж ці переваги було реалізовано. Тільки останні екземпляри цезієвих променевих еталонів мають таку ж короткочасну стабільність, яку показують кварцові годинники.

Всі годинники повинні бути відрегульовані таким чином, щоб вони мали однаковий перебіг, тобто. однаково зберігали час, а також показували однаковий час. Новий атомний годинник не був винятком, і першим завданням стало їхнє калібрування за працюючими стандартними зразками, іншими словами, шкалу атомного часу потрібно було привести у певну відповідність з астрономічною шкалою часу. За період 1955-1958 рр. атомний годинник Англії та США був відкалібрований за астрономічними шкалами часу Херстмонсо та Вашингтона. Перша атомна шкала часу, відома як GA (Greenwich atomic - Грінвічська атомна), ґрунтувалася спочатку на цезієвому еталоні Національної фізичної лабораторії, узгодженому з ефемеридним часом.

З 1959 р. всесвітнє поширення набула шкала часу AJ обсерваторії ВМС США. Її початкова епоха (дата) була встановлена ​​так, щоб атомний час і UT2 були однаковими опівночі на 1 січня 1958 Атомна секунда була визначена на основі резонансу в атомі цезію. У 1964 р. атомну секунду було визнано у міжнародному масштабі як реалізації ефемеридної секунди. У 1967 р. на 13-й Всесвітній конференції заходів і терезів у Парижі від астрономічного визначення секунди відмовилися і як фундаментальна одиниця часу в Міжнародній системі одиниць СІ прийняли атомну секунду:

Одиницею часу в Міжнародній системі одиниць має бути секунда, яка визначається наступним чином: секунда є тривалістю 9192631770 періодів випромінювання, що відповідає переходу між двома надтонкими підрівнями основного стану атома цезію - 133 .

Завдяки тому, що атомний годинник став застосовуватися в багатьох країнах світу, а його шкали часу за допомогою радіосигналів та іншими способами могли порівнюватися з точністю до 1 мкс (мікросекунда = 10-6 с) і вище, з'явилася можливість створення міжнародного «усередненого годинника» високої точності , заснованих на великій кількості незалежних показань всіх атомних годинників, що йдуть з винятковою рівномірністю Розбіжність в ході цих годин за рік не перевищувала кількох мікросекунд, тоді як шкали часу, що задаються ними, ухилялися від шкали, заснованої на обертанні Землі, більш ніж на секунду на рік.

Міжнародне бюро часу, що координує з 1919 р. зберігання часу в міжнародному масштабі, сформувало за США власну шкалу атомного часу А3, засновану на трьох незалежних еталонах Англії, Швейцарії та США з початковою епохою 1 січня 1958 р. Шкала А3 офіційно була прийнята в 1971 р. та отримала назву шкали Міжнародного атомного часу TAI. Але і через 21 рік, до 1 січня 1979 р., рівноправно існували дві шкали: TAI (заснована на швидкості обертання Землі в XIX ст.) і итг (заснована на обертанні Землі за період 1958-1979 рр.), що випереджає TAI приблизно на 17с.

Координація сигналів часу

А тепер знову повернемось до сигналів часу. У 1958 р. служба часу Англії запровадила нову шкалу, пізніше названу шкалою координованого всесвітнього часу (UTC), сигнали часу якої мали відрізнятися більш ніж 0,1 з від UT2. Це досягалося шляхом невеликої стрибкоподібної зміни («зсуву») частоти атомного годинника, що генерує сигнали часу, що змушувало атомний час наблизитися до UT2 (у 1960-х рр. його потрібно було зменшити). Величина зсуву приймалася на весь календарний рік, але завдяки можливості передбачати зміни швидкості обертання Землі стрибкоподібна корекція проводилася щомісяця, щоб зберігати ухилення UTC від UT2 в межах 0,1 с. Повну відповідність між службами часу Англії та США було досягнуто у 1961 р.: були синхронізовані сигнали часу та проведені річні зрушення та місячні стрибкоподібні корекції. У 1963 р. ця система Англії та США поширилася по всьому світу і була взята під контроль МБВ у Парижі; тоді-то вона і отримала назву UTC.

Однак розширення та ускладнення систем супутникового та інших видів електронного зв'язку, а також навігаційних систем породило нові великі практичні труднощі. Робота цих систем залежить від ступеня синхронізації як самих радіосигналів, і частот. Стрибкоподібна корекція та підстроювання частоти призводили до багатьох незручностей. На тлі цього факт, що секунда радіосигналів часу не відповідала узаконеній секунді, сприймався швидше як неестетична деталь, ніж реальна перешкода.

Додаткова секунда

Після всебічного обговорення всіх рівнях, державних і міжнародному, в еталонну систему сигналів часу було внесено істотні зміни. З 1 січня 1972 р. сигнали часу стали точно відповідати атомним секундам, відлік часу за новою шкалою UTC було встановлено зі зсувом - 10 хв щодо шкали TAI. Ця система передач точного часу діє й донині.

Було ухвалено угоду, згідно з якою ухилення нової системи не повинно перевищувати 0,7 с (пізніше цей допуск збільшили до 0,9 с) від шкали часу UT1, що використовується в навігації та астрономії. Досягається це шляхом корекції годинника в останній день календарного місяця, переважно 31 грудня або 30 червня, при цьому годинник перекладається вперед або назад точно на 1 с, що називається «додатковою секундою». Це аналогічно до процедури, що проводиться раз на чотири роки, коли до лютого високосного року додається один додатковий день, оскільки рік не містить цілої кількості діб; так само додається або віднімається одна секунда, оскільки сонячна доба не містить цілого числа атомних секунд.

Таким чином, міжнародні сигнали часу та частоти, що передаються, наприклад, певними станціями в Англії та США, точно відповідають шкалі атомного часу без перерв і будь-яких змін протягом року. У той самий момент, коли додається додаткова секунда (вона може бути позитивною, і негативною), відбувається лише зміна нумерації секундних позначок. Тому, щоб зробити, наприклад, корекцію 31 грудня додаванням «позитивної» секунди, необхідну внаслідок того, що UTC надто далеко ухилилося від UT1, останню хвилину року збільшують до 61 с. Для проведення корекції негативною секундою останню хвилину зменшують до 59 с. Для тих, кому необхідне точніше знання UT1 (наприклад, навігаторам та астрономам), на основні часові та частотні сигнали накладають певний код, що вказує число десятих часток секунди, на яке в даний день UTC ухилилося від UT1.

Еталонні сигнали часу, координовані МБВ у Парижі, базуються на всесвітньому «середньому годиннику», розрахункові значення яких виходять шляхом усереднення інформації майже вісімдесяти атомних годинників, що належать двадцяти чотирьом країнам світу. Брати участь у цій операції можуть поки ті країни, які перебувають у сфері дії радіонавігаційної системи «Лоран-С», але в майбутньому системи супутникової навігації дозволять порівнювати між собою показання більшої кількості годин. Момент, коли має проводитися корекція UTC, тобто. вводитиметься додаткова секунда, встановлює МБВ. У 1972 р. ухилення UTC від TAI становило точно 10 с. До 1 січня 1979 р. було додано ще 8 додаткових секунд, тому ухилення UTC від TAI збільшилося до 18с.

З початком передач сигналів часу в 1972 р. у новій шкалі UTC, пов'язаної зі шкалою атомного часу TAI, замість старої UTC, заснованої на шкалі середнього сонячного часу UT2 (яку багато неспеціалістів продовжують називати GMT), виникли нові розбіжності, пов'язані з термінологією шкал часу . Звичайно, нова шкала часу, як і раніше, ґрунтувалася на грінвічському меридіані, але її вже не можна було назвати шкалою середнього сонячного часу, заснованої на меридіані Грінвіча (тобто GMT), хоча вона ніколи не ухилялася більш ніж на 0,9 с від останньої. . Справді, нині навіть грінвічський меридіан вже не точно збігається з тим, що проходив через центр пасажного інструменту обсерваторії в Грінвічі. І хоча цей інструмент досі існує, спостереження не проводяться; Сьогодні початковий меридіан довготи і часу не зафіксований точно будь-яким речовим чином, яке положення визначається статистично на підставі результатів спостережень всіх визначальних час станцій, що враховуються МБВ при координуванні еталонних сигналів часу. Але все ж таки старий меридіан, зображений латунною смужкою у дворі старої обсерваторії, знаходиться не більше ніж за кілька метрів від уявної лінії, що задає нульовий меридіан земної кулі.

78. Цезієвий променевий еталон частоти в Херстмонсо, 1974 Виготовлений фірмою "Хьюлетт-Паккард", тип 5060 А. (Грінвічська обсерваторія.)

Хоча термін GMT в астрономії зараз не застосовується, ним продовжують користуватися в навігації, для багатьох цивільних цілей, а також як назву декретного часу в багатьох країнах світу. Але навіть ці країни, і особливо Франція, останнім часом стали опиратися застосуванню GMT. У 1975 р. 15-а Всесвітня конференція заходів і терезів рекомендувала користуватися сигналами часу нової шкали UTC, a у майбутньому прийняти цю шкалу як основу декретного часу , замінивши нею GMT, оскільки зміни UTC, зроблені 1972 р., зробили шкалу GMT не визначено . Франція та Іспанія вже вжили відповідних законодавчих заходів; у період написання цієї книги до цього готувалися Нідерланди, Швейцарія та ФРН. 9 серпня 1978 р. у Франції було скасовано закон від 1911 р. (який говорив, що декретний час у Франції це паризький середній час, затриманий на 9 хв 21 с), і на всій території країни було затверджено час, який надалі визначатиметься за допомогою додавання до UTC або віднімання з нього певної кількості годин і яка може бути збільшена або зменшена на деяких відрізках року шляхом введення літнього часу; GMT у майбутньому пропонувалося не вживати.

Так як до 1978 р. була додана одна додаткова секунда, здавалося б, можна подумати, що 1978 р. став довшим за попередній рік. Це, звісно, ​​негаразд. Добре відомо, що тривалість року зменшується лише на півсекунди за сторіччя. Насправді довша стала доба - всесвітня доба (година, хвилина та секунда). Тому доба 365-денного 1978 р. стала довшою на одну секунду доби 365-денного року XIX ст., прийнятого за основу для сигналів часу. Одна додаткова секунда була додана до 1978 для того, щоб принаймні в першому півріччі 1979 південний сигнал точного часу не розходився більш ніж на 0,9 з істинним полуднем, що визначається розташуванням зірок.

79. Схема цезієвої променевої трубки "Хронорама" (Ебоше, Швейцарія)

Неможливо передбачити, як змінюватиметься швидкість обертання Землі в найближчі десятиліття. Зараз Земля уповільнює своє обертання значно швидше, ніж у минулі три століття. Але цілком можливо, що ця тенденція зміниться і, скажімо, у 1990-х роках. доведеться скасувати введення додаткової (позитивної) секунди або навіть запровадити негативну додаткову секунду. Проте в майбутньому - можливо, у найближчі десятки, сотні, або тисячі років - два або навіть тричі на рік доведеться вводити позитивну додаткову секунду, якщо ми продовжуватимемо засновувати нашу шкалу часу на середній тривалості доби в XIX ст. Що стосується більш віддаленого майбутнього, то ефект уповільнення обертання Землі – через кілька мільйонів років на рік залишиться лише 365 діб, а не 365 1/4., як зараз, – призведе до ліквідації додаткової високосної доби (але не додаткових секунд).

Визначення точного часу, його зберігання та передача по радіо всьому населенню становлять завдання служби точного часу, що існує у багатьох країнах.

Сигнали точного часу по радіо приймають штурмани морського і повітряного флоту, багато наукових і виробничих організацій, які потребують знання точного часу. Знати точний час потрібно, зокрема, і для визначення географічн

їх довгота різних пунктів земної поверхні.

Рахунок часу. Визначення географічної довготи. Календар

З курсу фізичної географії СРСР вам відомі поняття місцевого, поясного та декретного рахунку часу, а також що різницю географічних довгот двох пунктів визначають за різницею місцевого часу цих пунктів. Це завдання вирішується астрономічними методами, які використовують спостереження зірок. З визначення точних координат окремих пунктів проводиться картографування земної поверхні.

Для рахунки великих проміжків часу люди з давніх-давен використовували тривалість або місячного місяця, або сонячного року, тобто. тривалість обороту Сонця з екліптики. Рік визначає періодичність сезонних змін. Сонячний рік триває 365 сонячних днів 5 годин 48 хвилин 46 секунд. Він практично несумірний з добою та з довжиною місячного місяця – періодом зміни місячних фаз (близько 29,5 діб). Це і становить труднощі створення простого та зручного календаря. За багатовікову історію людства створювалося та використовувалося багато різних систем календарів. Але всі їх можна розділити на три типи: сонячні, місячні та місячно-сонячні. Південні скотарські народи користувалися зазвичай місячними місяцями. Рік, що складається з 12 місячних місяців, містив 355 сонячних діб. Для узгодження рахунку часу по Місяцю та Сонцю доводилося встановлювати в році то 12, то 13 місяців і вставляти в рік додаткові дні. Простішим і зручнішим був сонячний календар, який застосовувався ще в Древньому Єгипті. В даний час у більшості країн світу прийнято також сонячний календар, але більш досконалого пристрою, званий григоріанським, про який йдеться далі.

При складанні календаря необхідно враховувати, що тривалість календарного року має бути якомога ближчою до тривалості обороту Сонця з екліптики і що календарний рік повинен містити цілу кількість сонячної доби, оскільки незручно починати рік у різний час доби.

Цим умовам задовольняв календар, розроблений олександрійським астрономом Созігеном та введений у 46 р. до н.е. у Римі Юлієм Цезарем. Згодом, як вам відомо, з курсу фізичної географії він отримав назву юліанського або старого стилю. У цьому календарі роки вважаються тричі поспіль по 365 діб і називаються простими, наступний за ними рік – 366 діб. Він називається високосним. Високосними роками в юліанському календарі є роки, номери яких без залишку діляться на 4.

Середня тривалість року за цим календарем становить 365 діб 6 год, тобто. вона приблизно на 11 хв довша за істинну. Через це старий стиль відставав від дійсного часу приблизно на 3 доби за кожні 400 років.

У григоріанському календарі (новому стилі), введеному в СРСР в 1918 р. і ще раніше прийнятому в більшості країн, роки, що закінчуються на два нулі, за винятком 1600, 2000, 2400 і т.п. (Тобто тих, у яких число сотень ділиться на 4 без залишку), не вважаються високосними. Цим і виправляють помилку в 3 доби, що накопичується за 400 років. Таким чином, середня тривалість року у новому стилі виявляється дуже близькою до періоду звернення Землі навколо Сонця.

До XX ст. різниця між новим стилем та старим (юліанським) досягла 13 діб. Оскільки нашій країні новий стиль було запроваджено лише 1918 р., то Жовтнева революція, скоєна 1917 р. 25 жовтня (за старим стилем), відзначається 7 листопада (за новим стилем).

Різниця між старим та новим стилями у 13 діб збережеться і у XXI ст., а у XXII ст. зросте до 14 діб.

Новий стиль, звичайно, не є абсолютно точним, але помилка в 1 добу накопичиться за ним лише через 3300 років.

Я щаслива жити зразково та просто:
Як сонце – як маятник – як календар
М. Цвєтаєва

Урок 6/6

ТемаОснови виміру часу.

Ціль Розглянути систему рахунку часу та її зв'язок із географічною довготою. Дати уявлення про літочислення та календар, визначення географічних координат (довготи) місцевості за даними астрометричних спостережень.

Завдання :
1. Навчальна: практичної астрометрії про: 1) астрономічні способи, інструменти та одиниці виміру, рахунки та зберігання часу, календарі та літочислення; 2) визначення географічних координат (довготи) місцевості за даними астрометричних спостережень. Служби Сонця та точного часу. Застосування астрономії у картографії. Про космічні явища: звернення Землі навколо Сонця, звернення Місяця навколо Землі та обертання Землі навколо своєї осі та про їх наслідки - небесні явища: схід, захід, добовий і річний видимий рух і кульмінації світил (Сонця, Місяця та зірок), зміну фаз Місяця .
2. Виховує: формування наукового світогляду та атеїстичне виховання в ході знайомства з історією людського пізнання, з основними типами календарів та системами літочислення; розвінчання забобонів, пов'язаних з поняттями "високосний рік" та перекладом дат юліанського та григоріанського календарів; політехнічне та трудове виховання при викладі матеріалу про прилади для вимірювання та зберігання часу (годинник), календарі та системи літочислення та про практичні способи застосування астрометричних знань.
3. Розвиваюча: формування умінь: вирішувати завдання на розрахунок часу та дат літочислення та переведення часу з однієї системи зберігання та рахунки в іншу; виконувати вправи застосування основних формул практичної астрометрії; застосовувати рухливу карту зоряного неба, довідники та астрономічний календар для визначення положення та умов видимості небесних світил та перебігу небесних явищ; визначати географічні координати (довготу) місцевості за даними астрономічних спостережень.

Знати:
1-й рівень (стандарт)- Системи рахунку часу та одиниці виміру; поняття півдня, півночі, доби, зв'язку часу з географічною довготою; нульового меридіана та всесвітнього часу; поясний, місцевий, літній та зимовий час; способи перекладу; наше літочислення, виникнення нашого календаря.
2-й рівень- Системи рахунку часу та одиниці виміру; поняття півдня, півночі, доби; зв'язку часу із географічною довготою; нульового меридіана та всесвітнього часу; поясний, місцевий, літній та зимовий час; способи перекладу; призначення служби точного часу; поняття літочислення та приклади; поняття календаря та основні типи календарів: місячний, місячно-сонячний, сонячний (юліанський та григоріанський) та основи літочислення; проблему створення календаря, що постійно діє. Основні поняття практичної астрометрії: принципи визначення часу та географічних координат місцевості за даними астрономічних спостережень. Причини повсякденних небесних явищ, породжених зверненням Місяця навколо Землі (зміна фаз Місяця, видимий рух Місяця по небесній сфері).

Вміти:
1-й рівень (стандарт)- знаходити час всесвітній, середній, поясний, місцевий, літній, зимовий;
2-й рівень- знаходити час всесвітній, середній, поясний, місцевий, літній, зимовий; перекладати дати зі старого на новий стиль та назад. Вирішувати задачі на визначення географічних координат місця та часу спостереження.

Обладнання: плакат «Календар», ПКЗН, маятниковий і сонячний годинник, метроном, секундомір, кварцовий годинник Глобус Землі, таблиці: деякі практичні застосування астрономії. CD- "Red Shift 5.1" (Час-показ, Розповіді про Всесвіт = Час і пори року). Модель небесної галузі; настінна карта зоряного неба, карта часових поясів. Карти та фотографії земної поверхні. Таблиця "Земля у космічному просторі". Фрагменти діафільмів"Очевидний рух небесних світил"; "Розвиток уявлень про Всесвіт"; "Як астрономія спростувала релігійні уявлення про Всесвіт"

Міжпредметний зв'язок: Географічні координати, рахунок часу та способи орієнтування, картографічна проекція (географія, 6-8 кл)

Хід уроку

1. Повторення вивченого(10 хв).
а) 3 особи за індивідуальними картками.
1. 1. На якій висоті у Новосибірську (φ= 55º) кульмінує Сонце 21 вересня? [на другий тиждень жовтня по ПКЗН δ=-7º , тоді h=90 про -φ+δ=90 про -55º-7º=28º ]
2. Де на землі не видно жодних зірок південної півкулі? [на північному полюсі]
3. Як орієнтуватися біля Сонцю? [березень, вересень - схід Сході, захід заході, полудень Півдні]
2. 1. Південна висота Сонця 30º, яке відмінювання 19º. Визначити географічну широту спостереження.
2. Як розташовуються добові шляхи зірок щодо небесного екватора? [паралельно]
3. Як орієнтуватися біля Полярної зірці? [напрямок на північ]
3. 1. Яке відмінювання зірки, якщо вона кульмінує у Москві (φ= 56 º ) на висоті 69?
2. Як розташовується вісь світу щодо земної осі, щодо площини горизонту? [паралельно, під кутом географічної широти місця спостереження]
3. Як визначити географічну широту території з астрономічних спостережень? [виміряти кутову висоту Полярної зірки]

б) 3 особи біля дошки.
1. Вивести формулу висоти світила.
2. Добові шляхи світил (зірок) різних широтах.
3. Довести, що висота полюса світу дорівнює географічній широті.

в) Інші самостійно .
1. Якої найбільшої висоти досягає Вега (δ = 38 про 47 ") у Колиски (? = 54 про 04 ")? [найбільша висота у верхній кульмінації, h=90 про -φ+δ=90 про -54 про 04" +38 про 47"=74 про 43"]
2. Вибрати по ПКЗН будь-яку яскраву зірку та запишіть її координати.
3. У якому сузір'ї знаходиться Сонце сьогодні та які його координати? [на другий тиждень жовтня за ПКЗН у созв. Діви, δ=-7º , α=13 год 06 м]

г) у "Red Shift 5.1"
Знайти Сонце:
- Яку інформацію можна отримати про Сонце?
- Які його координати сьогодні та в якому сузір'ї знаходиться?
- як змінюється відмінювання? [зменшується]
- Яка із зірок, що мають власне ім'я, найбільш близька по кутовому відстані до Сонця і які її координати?
- Доведіть що Земля в даний момент рухаючись по орбіті наближається до Сонця (з таблиці видимості - зростає кутовий діаметр Сонця)

2. Новий матеріал (20 хв)
Потрібно звернути увага учнів:
1. Тривалість доби та року залежить від того, в якій системі відліку розглядається рух Землі (чи пов'язана вона з нерухомими зірками, Сонцем тощо). Вибір системи відліку відбивається у назві одиниці рахунку часу.
2. Тривалість одиниць рахунку часу пов'язані з умовами видимості (кульмінаціями) небесних світил.
3. Введення атомного стандарту часу у науці було зумовлено нерівномірністю обертання Землі, виявленої у разі підвищення точності годин.
4. Введення поясного часу обумовлено необхідністю узгодження господарських заходів на території, що визначається межами часових поясів.

Системи лічби часу. Зв'язок із географічною довготою. Тисячі років тому люди помітили, що багато що в природі повторюється: Сонце встає на сході і заходить на заході, літо змінює зиму і навпаки. Саме тоді виникли перші одиниці часу. день місяць рік . За допомогою найпростіших астрономічних приладів було встановлено, що року близько 360 днів, і приблизно за 30 днів силует Місяця проходить цикл від одного повного місяця до наступного. Тому халдейські мудреці прийняли в основу шістдесяткову систему числення: добу розбили на 12 нічних та 12 денних годин , коло - на 360 градусів. Кожну годину та кожен градус були поділені на 60 хвилин , а кожна хвилина – на 60 секунд .
Однак наступні точніші виміри безнадійно зіпсували цю досконалість. Виявилося, що Земля робить повний оберт навколо Сонця за 365 діб 5 годин 48 хвилин і 46 секунд. Місяцю ж, щоб обійти Землю, потрібно від 29,25 до 29,85 діб.
Періодичні явища, що супроводжуються добовим обертанням небесної сфери та видимий річний рух Сонця з екліптики лежать основу різних систем рахунки часу. Час- основна фізична величина, що характеризує послідовну зміну явищ та станів матерії, тривалість їхнього буття.
Короткі- Доба, година, хвилина, секунда
Довгі- Рік, квартал, місяць, тиждень.
1. "Зорянечас, пов'язаний з переміщенням зірок на небесній сфері. Вимірюється годинниковим кутом точки весняного рівнодення: S = t ^; t = S - a
2. "Сонячнечас, пов'язаний: з видимим рухом центру диска Сонця з екліптики (справжній сонячний час) або рухом "середнього Сонця" - уявної точки, що рівномірно переміщається по небесному екватору за той же проміжок часу, що і справжнє Сонце (середній сонячний час).
З введенням у 1967 році атомного стандарту часу та Міжнародної системи СІ у фізиці використовується атомна секунда.
Секунда- фізична величина, чисельно рівна 9192631770 періодів випромінювання, що відповідає переходу між надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133.
Усі вищеописані "часи" узгоджуються між собою шляхом спеціальних розрахунків. У повсякденному житті використовується середній сонячний час . Основною одиницею зоряного, істинного та середнього сонячного часу є доба.Зоряні, середні сонячні та інші секунди ми отримуємо поділом відповідної доби на 86400 (24 h , 60 m , 60 s). Доба стала першою одиницею вимірювання часу понад 50 000 років тому. Доба- проміжок часу, протягом якого Земля робить один повний оберт навколо своєї осі щодо якогось орієнтира.
Зоряна доба- період обертання Землі навколо осі щодо нерухомих зірок, визначається як проміжок часу між двома послідовними верхніми кульмінаціями точки весняного рівнодення.
Справжня сонячна доба- період обертання Землі навколо своєї осі щодо центру диска Сонця, який визначається як проміжок часу між двома послідовними однойменними кульмінаціями центру диска Сонця.
Зважаючи на те, що екліптика нахилена до небесного екватора під кутом 23 про 26", а Земля обертається навколо Сонця по еліптичній (злегка витягнутій) орбіті, швидкість видимого руху Сонця по небесній сфері і, отже, тривалість справжньої сонячної доби буде постійно змінюватися : найбільш швидко поблизу точок рівнодення (березень, вересень), найбільш повільно поблизу точок сонцестоянь (червень, січень) Для спрощення розрахунків часу в астрономії введено поняття середньої сонячної доби - періоду обертання Землі навколо своєї осі щодо "середнього Сонця".
Середня сонячна добавизначаються як проміжок часу між двома послідовними однойменними кульмінаціями "Середнього Сонця". Вони на 3 м 55,009 s коротше за зіркові доби.
24 h 00 m 00 s зоряний час дорівнює 23 h 56 m 4,09 s середнього сонячного часу. Для визначеності теоретичних розрахунків прийнято ефемеридна (таблична)секунда, що дорівнює середньої сонячної секунди 0 січня 1900 року о 12 годині рівнопоточного часу, не пов'язаного з обертанням Землі.

Близько 35000 років тому люди звернули увагу на періодичну зміну виду Місяця – зміну місячних фаз. Фаза Фнебесного світила (місяця, планети і т.д.) визначається ставленням найбільшої ширини освітленої частини диска dдо його діаметру D: Ф=d/D. Лінія термінаторарозділяє темну та світлу частину диска світила. Місяць рухається навколо Землі у той самий бік, у яку Земля обертається навколо своєї осі: із заходу Схід. Відображенням цього руху є видиме переміщення Місяця на тлі зірок назустріч обертанню неба. Щодобово Місяць зміщується на схід на 13,5 o щодо зірок і за 27,3 доби здійснює повне коло. Так було встановлено другий після доби міра часу - місяць.
Сидеричний (зоряний) місячний місяць- період часу, протягом якого Місяць здійснює один повний оберт навколо Землі щодо нерухомих зірок. дорівнює 27 d 07 h 43 m 11,47 s .
Синодичний (календарний) місячний місяць- проміжок часу між двома однойменними послідовними фазами (зазвичай новолуннями) Місяця. дорівнює 29 d 12 h 44 m 2,78 s .
Сукупність явищ видимого руху Місяця і натомість зірок і зміни фаз Місяця дозволяє орієнтуватися Місяцем біля (рис). Місяць з'являється вузьким серпіком на заході і зникає в променях ранкової зорі таким же вузьким серпом на сході. Подумки приставимо зліва до місячного серпа пряму лінію. Ми можемо прочитати на небі або літеру "Р" - "зростає", "роги" місяця повернуті вліво - місяць видно на заході; або літеру "С" - "старіє", "роги" місяця повернуті вправо - місяць видно на сході. У місяць Місяць опівночі видно на півдні.

В результаті спостережень за зміною положення Сонця над горизонтом протягом багатьох місяців виник третій захід - рік.
Рік- Проміжок часу, протягом якого Земля робить один повний оборот навколо Сонця щодо будь-якого орієнтиру (точки).
Зірковий рік- сидеричний (зоряний) період звернення Землі навколо Сонця, рівний 365,256320... середньої сонячної доби.
Аномалістичний рік- проміжок часу між двома послідовними проходженнями середнього Сонця через точку своєї орбіти (зазвичай, перигелій), дорівнює 365,259641... середньої сонячної доби.
Тропічний рік- проміжок часу між двома послідовними проходженнями середнього Сонця через точку весняного рівнодення, що дорівнює 365,2422... середньої сонячної доби або 365 d 05 h 48 m 46,1 s .

Всесвітній часвизначається як місцеве середнє сонячне час на нульовому (Грінвічському) меридіані ( Т о, UT- Universal Time). Так як у повсякденному житті місцевим часом користуватися не можна (оскільки в Колисці воно одне, а в Новосибірську інше (різні) λ )), тому й затверджено було Конференцією на пропозицію канадського інженера-залізничника Сенфорда Флемінга(8 лютого 1879 при виступі в Канадському інституті в м. Торонто) поясний час,розділивши земну кулю на 24 годинні зони (по 360:24=15 о, по 7,5 про від центрального меридіана). Нульовий часовий пояс розташований симетрично щодо нульового (грінвічського) меридіана. Нумерація поясів дається від 0 до 23 із заходу на схід. Реальні межі поясів поєднані з адміністративними межами районів, областей чи держав. Центральні меридіани часових поясів відстоять один від одного рівно на 15 про (1 годину), тому при переході з одного часового поясу в інший час змінюється ціле число годин, а хвилин і секунд не змінюється. Нова календарна доба (і Новий рік) починається на лінії зміни дати(демаркаційної лінії), що проходить в основному по меридіану 180 про східну довготу поблизу північно-східного кордону Російської Федерації. На захід від лінії зміни дат число місяця завжди на одиницю більше, ніж на схід від неї. При перетині цієї лінії із заходу на схід календарне число зменшується на одиницю, а при перетині лінії зі сходу на захід календарне число збільшується на одиницю, що виключає помилку в рахунку при кругосвітніх подорожах і переміщеннях людей зі Східної в Західну півкулі Землі.
Тому Міжнародною меридіанною Конференцією (1884 р., Вашингтон, США) у зв'язку з розвитком телеграфу та залізничного транспорту запроваджується:
- Початок доби з півночі, а не з полудня, як це було.
- Початковий (нульовий) меридіан від Грінвіча (Грінвічська обсерваторія біля Лондона, заснована Дж. Флемстід в 1675 р, через вісь телескопа обсерваторії).
- Система рахунку поясного часу
Поясне час визначається за такою формулою: T n = T 0 + n , де Т 0 - Всесвітній час; n- Номер часового поясу.
Декретний час- поясний час, змінене ціле число годин урядовим розпорядженням. Для Росії дорівнює поясному, плюс 1 год.
Московський час- декретний час другого часового поясу (плюс 1:00): Tм = T0 + 3 (Години).
Літній час- декретний поясний час, що змінюється додатково на 1 годину за урядовим розпорядженням на період літнього часу з метою економії енергоресурсів. За прикладом Англії, яка у 1908 р. вперше запроваджує перехід на літній час, зараз 120 країн світу, у тому числі й Російська Федерація здійснює щороку перехід на літній час.
Часові пояси світу та Росії
Далі слід коротко ознайомити учнів із астрономічними методами визначення географічних координат (довготи) місцевості. Внаслідок обертання Землі різниця між моментами настання півдня чи кульмінацій ( кульмінація.Що це за явище?) зірок з відомими екваторіальними координатами в 2 пунктах дорівнює різниці географічних довгот пунктів, що дає можливість визначення довготи даного пункту з астрономічних спостережень Сонця та інших світил та, навпаки, місцевого часу у будь-якому пункті з відомою довготою.
Наприклад: один із Вас знаходиться в Новосибірську, другий в Омську (Москві). Хто з Вас раніше спостерігатиме за верхньою кульмінацією центру Сонця? А чому? (Зауваження, мається на увазі, що Ваш годинник йде за часом Новосибірська). Висновок- Залежно від місцезнаходження на Землі (меридіана - географічної довготи) кульмінація будь-якого світила спостерігається в різний час, тобто час пов'язаний із географічною довготою або Т=UT+λ,а різниця в часі для двох пунктів, розташованих на різних меридіанах, буде Т 1 -Т 2 = λ 1 - λ 2 .Географічна довгота (λ ) місцевості відраховується на схід від "нульового" (грінвічського) меридіана і чисельно дорівнює проміжку часу між однойменними кульмінаціями одного і того ж світила на мерідіані грінвічського ( UT)та у пункті спостереження ( Т). Виражається в градусах або годинах, хвилинах та секундах. Щоб визначити географічну довготу місцевості необхідно визначити момент кульмінації будь-якого світила (зазвичай Сонця) з відомими екваторіальними координатами. Перевівши за допомогою спеціальних таблиць або калькулятора час спостережень із середнього сонячного в зоряне і знаючи за довідником час кульмінації цього світила на меридіані Грінвіч, ми без труднощів визначимо довготу місцевості. Єдину складність обчислень складає точне переведення одиниць часу з однієї системи до іншої. Момент кульмінації можна не "вартувати": досить визначити висоту (зенітну відстань) світила у будь-який точно зафіксований момент часу, але обчислення тоді будуть досить складними.
Для вимірювання часу служить годинник. Від найпростіших, що застосовуються ще в давнину, - це гномон - вертикальна жердина в центрі горизонтального майданчика з поділами, потім пісочні, водні (клепсидри) та вогневі, до механічних, електронних та атомних. Ще точніший атомний (оптичний) стандарт часу було створено СРСР 1978 року. Помилка в 1 секунду відбувається раз на 10 000 000 років!

Система рахунку часу в нашій країні
1) З 1 липня 1919 р вводиться поясний час(Декрет РНК РРФСР від 8.02.1919г)
2) У 1930р встановлюється Московське (декретне) час 2-го часового поясу в якому знаходиться Москва, переведенням на одну годину вперед порівняно з поясним часом (+3 до Світового або +2 до середньоєвропейського) з метою забезпечення вдень більш світлої частини доби (декрет РНК СРСР від 16.06.1930г ). Істотно змінюється розподіл за часовими поясами країв та областей. Скасовано у лютому 1991р і знову відновлено з січня 1992р.
3) Цим же Декретом 1930 р скасовується чинний з 1917 р перехід на літній час (20 квітня і повернення 20 вересня).
4) У 1981 р відновлюється країни перехід на літній час. Постановою Ради Міністрів СРСР від 24 жовтня 1980 «Про порядок обчислення часу на території СРСР» вводиться літній час переведенням о 0 годині 1 квітня стрілок годинника на годину вперед, а 1 жовтня на годину тому з 1981р. (У 1981 р. перехід на літній час введено в переважній більшості розвинених країн - 70, крім Японії). Надалі в СРСР переклад стали робити найближчою до цих дат неділі. Постанова внесла низку істотних змін та затвердила заново складений перелік адміністративних територій, віднесених до відповідних часових поясів.
5) У 1992 р. відновлено Указам Президента, скасоване у лютому 1991 р., декретний (Московський) час з 19 січня 1992 р. зі збереженням переведення на літній час в останню неділю березня о 2 годині ночі на годину вперед, а на зимовий час в останню неділю вересня в 3 години ночі на годину тому.
6) У 1996 р. Постановою Уряду РФ №511 від 23.04.1996 р. літній час продовжується на один місяць і закінчується тепер в останню неділю жовтня. У Західному Сибіру регіони, які раніше знаходилися в зоні MSK+4, перейшли на час MSK+3, приєднавшись до Омського часу: Новосибірська область 23 травня 1993 о 00:00, Алтайський край і Республіка Алтай 28 травня 1995 о 4:00, Томська область 1 травня 2002 року о 3:00, Кемеровська область 28 березня 2010 року о 02:00. ( різниця зі всесвітнім часом GMT залишається 6 годин).
7) З 28 березня 2010 року при переході на літній час територія Росії почала розташовуватися в 9 часових поясах (з 2-го по 11-й включно, за винятком 4-го Самарську область і Удмуртія 28 березня 2010 року о 2 годині ночі перейшли на московський час) з однаковим часом у межах кожного часового поясу. Кордони часових поясів проходять за межами суб'єктів Російської Федерації, кожен суб'єкт входить в один пояс, за винятком Якутії, що входить у 3 пояси (MSK+6, MSK+7, MSK+8), та Сахалінської області, яка входить у 2 пояси ( MSK+7 на Сахаліні та MSK+8 на Курильських островах).

Отже, для нашої країни у зимовий час Т=UT+n+1 год , а в літній час Т=UT+n+2 год

Можна запропонувати виконати вдома лабораторну (практичну) роботу: Лабораторна робота"Визначення координат місцевості за спостереженнями Сонця"
Устаткування: гномон; крейда (кілочки); "Астрономічний календар", зошит, олівець.
Порядок виконання роботи:
1. Визначення полуденної лінії (напрямки меридіана).
При добовому русі Сонця небом тінь від гномона поступово змінює свій напрям і довжину. У справжній опівдні вона має найменшу довжину і показує напрямок південної лінії - проекції небесного меридіана на площину математичного горизонту. Для визначення полуденної лінії необхідно в ранковий час відзначити точку, в яку падає тінь від гномона і провести через неї коло, приймаючи гномон за її центр. Потім слід почекати, коли тінь від гномона вдруге торкнеться лінії кола. Отриману дугу поділяють на дві частини. Лінія, що проходить через гномон та середину полуденної дуги, буде полуденною лінією.
2. Визначення широти та довготи місцевості за спостереженнями Сонця.
Спостереження починаються незадовго до моменту справжнього полудня, настання якого фіксується в момент точного збігу тіні від гномона і південної лінії по добре вивіреному годиннику, що йде за декретним часом. Одночасно вимірюють довжину тіні від гномону. По довжині тіні lу справжній полудень на момент його наступу Тд за декретним часом за допомогою простих розрахунків визначають координати місцевості. Попередньо із співвідношення tg h ¤ =Н/l, де Н- Висота гномона, знаходять висоту гномона в справжній полудень h ¤.
Широта місцевості обчислюється за такою формулою φ=90-h ¤ +d ¤де d ¤ - відмінювання Сонця. Для визначення довготи місцевості використовують формулу λ=12 h +n+Δ-D, де n- номер часового поясу, h - рівняння часу на цю добу (визначається за даними "Астрономічного календаря"). Для зимового часу D = n+ 1; для літнього часу D = n + 2.

Точний час

Для виміру коротких проміжків часу астрономії основний одиницею є середня тривалість сонячної доби, тобто. середній проміжок часу між двома верхніми (або нижніми) кульмінаціями центру Сонця. Середнє значення доводиться використовувати, тому що протягом року тривалість сонячної доби трохи коливається. Це з тим, що Земля обертається навколо Сонця за колом, а, по еліпсу і швидкість її руху у своїй трохи змінюється. Це і викликає невеликі нерівномірності у видимому русі Сонця з екліптики протягом року.

Момент верхньої кульмінації центру Сонця, як ми казали, називається справжнім полуднем. Але для перевірки годинника, для визначення точного часу немає потреби відзначати за ним саме момент кульмінації Сонця. Зручніше і точніше відзначати моменти кульмінації зірок, тому що різниця моментів кульмінації будь-якої зірки та Сонця точно відома для будь-якого часу. Тому для визначення точного часу за допомогою спеціальних оптичних приладів відзначають моменти кульмінацій зірок і перевіряють за ними правильність ходу годинника, що «зберігає» час. Визначається таким чином час було б абсолютно точним, якби обертання небосхилу, що спостерігається, відбувалося зі строго постійною кутовою швидкістю. Однак виявилося, що швидкість обертання Землі навколо осі, а отже і видиме обертання небесної сфери, зазнає згодом дуже невеликих змін. Тому для «зберігання» точного часу зараз використовуються спеціальні атомні годинники, хід яких контролюється коливальними процесами в атомах, що відбуваються на незмінній частоті. Годинник окремих обсерваторій звіряється за сигналами атомного часу. Порівняння часу, що визначається за атомним годинником і видимим рухом зірок, дозволяє досліджувати нерівномірності обертання Землі.

Визначення точного часу, його зберігання та передача по радіо всьому населенню становлять завдання служби точного часу, що існує у багатьох країнах.

Сигнали точного часу по радіо приймають штурмани морського і повітряного флоту, багато наукових і виробничих організацій, які потребують знання точного часу. Знати точний час потрібно, зокрема, і визначення географічних довгот різних пунктів земної поверхні.

Рахунок часу. Визначення географічної довготи. Календар

З курсу фізичної географії СРСР вам відомі поняття місцевого, поясного та декретного рахунку часу, а також що різницю географічних довгот двох пунктів визначають за різницею місцевого часу цих пунктів. Це завдання вирішується астрономічними методами, які використовують спостереження зірок. З визначення точних координат окремих пунктів проводиться картографування земної поверхні.

Для рахунки великих проміжків часу люди з давніх-давен використовували тривалість або місячного місяця, або сонячного року, тобто. тривалість обороту Сонця з екліптики. Рік визначає періодичність сезонних змін. Сонячний рік триває 365 сонячних днів 5 годин 48 хвилин 46 секунд. Він практично несумірний з добою та з довжиною місячного місяця - періодом зміни місячних фаз (близько 29,5 діб). Це і становить труднощі створення простого та зручного календаря. За багатовікову історію людства створювалося та використовувалося багато різних систем календарів. Але всі їх можна розділити на три типи: сонячні, місячні та місячно-сонячні. Південні скотарські народи користувалися зазвичай місячними місяцями. Рік, що складається з 12 місячних місяців, містив 355 сонячних діб. Для узгодження рахунку часу по Місяцю та Сонцю доводилося встановлювати в році то 12, то 13 місяців і вставляти в рік додаткові дні. Простішим і зручнішим був сонячний календар, який застосовувався ще в Древньому Єгипті. В даний час у більшості країн світу прийнято також сонячний календар, але більш досконалого пристрою, званий григоріанським, про який йдеться далі.

При складанні календаря необхідно враховувати, що тривалість календарного року має бути якомога ближчою до тривалості обороту Сонця з екліптики і що календарний рік повинен містити цілу кількість сонячної доби, оскільки незручно починати рік у різний час доби.

Цим умовам задовольняв календар, розроблений олександрійським астрономом Созігеном та введений у 46 р. до н.е. у Римі Юлієм Цезарем. Згодом, як вам відомо, з курсу фізичної географії він отримав назву юліанського або старого стилю. У цьому календарі роки вважаються тричі поспіль по 365 діб і називаються простими, наступний за ними рік - 366 діб. Він називається високосним. Високосними роками в юліанському календарі є роки, номери яких без залишку діляться на 4.

Середня тривалість року за цим календарем становить 365 діб 6 год, тобто. вона приблизно на 11 хв довша за істинну. Через це старий стиль відставав від дійсного часу приблизно на 3 доби за кожні 400 років.

У григоріанському календарі (новому стилі), введеному в СРСР в 1918 р. і ще раніше прийнятому в більшості країн, роки, що закінчуються на два нулі, за винятком 1600, 2000, 2400 і т.п. (Тобто тих, у яких число сотень ділиться на 4 без залишку), не вважаються високосними. Цим і виправляють помилку в 3 доби, що накопичується за 400 років. Таким чином, середня тривалість року у новому стилі виявляється дуже близькою до періоду звернення Землі навколо Сонця.

До XX ст. різниця між новим стилем та старим (юліанським) досягла 13 діб. Оскільки нашій країні новий стиль було запроваджено лише 1918 р., то Жовтнева революція, скоєна 1917 р. 25 жовтня (за старим стилем), відзначається 7 листопада (за новим стилем).

Різниця між старим та новим стилями у 13 діб збережеться і у XXI ст., а у XXII ст. зросте до 14 діб.

Новий стиль, звичайно, не є абсолютно точним, але помилка в 1 добу накопичиться за ним лише через 3300 років.