Определение и "съхранение" на времето. Астрономическо време и часови зони Астрономия, водеща време

Само първата задача на услугата за време се решава чрез получаване на точките във времето. Следващата задача е да съхраните точното време в интервалите между астрономическите му определения. Тази задача се решава с помощта на астрономически часовник.

За да се получи висока точност на времето при производството на астрономически часовници, доколкото е възможно, всички източници на грешки се вземат предвид и елиминират и се създават най-благоприятните условия за тяхната работа.

Най-съществената част на часовника е махалото. Пружините и колелата служат като предавателен механизъм, стрелките - индикация, а махалото измерва времето. Ето защо в астрономическия часовник те се опитват да създадат възможно най-добрите условия за неговата работа: да направят температурата в помещението постоянна, да премахнат ударите, да отслабят въздушното съпротивление и накрая да направят механичното натоварване възможно най-ниско.

За да се гарантира висока точност, астрономическият часовник се поставя в дълбоко мазе, защитено от удари.Стаята се поддържа с постоянна температура през цялата година. За да се намали въздушното съпротивление и да се елиминира влиянието на промените в атмосферното налягане, махалото на часовника се поставя в корпус, в който налягането на въздуха е малко намалено (фиг. 20).

Астрономическите часовници с две махала (часовниците на Шорт) имат много висока точност, от които единият - не свободен, или „роб“, е свързан с механизми за предаване и индикация, а самият той се управлява от друг - свободно махало, несвързано с никакви колела и пружини (фиг. 21).

Свободното махало се поставя в дълбоко мазе в метален корпус. В този случай има намалено налягане. Свободно махало е свързано с несвободно чрез два малки електромагнита, близо до които се люлее. Свободното махало контролира махалото "роб", принуждавайки го да се люлее във времето със себе си.

Могат да се постигнат много малки грешки на часовника, но те не могат да бъдат напълно елиминирани. Ако обаче часовникът работи неправилно, но предварително е известно, че бърза или изостава с определен брой секунди на ден, тогава не е трудно да се изчисли точното време от такъв неправилен часовник. За да направите това, достатъчно е да знаете как работи часовникът, тоест колко секунди на ден бързат или изостават. Таблиците за корекции се съставят за даден екземпляр на астрономически часовник в продължение на месеци и години. Стрелките на астрономически часовник почти никога не показват точно времето, но с помощта на корекционни таблици е напълно възможно да се получат времеви печати с точност до хилядни от секундата.

За съжаление тактовата честота не остава постоянна. Когато външните условия се променят - стайна температура и въздушно налягане - поради винаги съществуващата неточност при производството на части и работата на отделни части, един и същ часовник може да промени своя ход с течение на времето. Промяната или вариацията в хода на часовника е основният показател за качеството на неговата работа. Колкото по-малка е вариацията в тактовата честота, толкова по-добър е часовникът.

По този начин, добрият астрономически часовник може да бъде прекалено прибързан и прекалено бавен, може да тича напред или да изостава дори с десети от секундата на ден и въпреки това може да се използва за надеждно отчитане на времето и получаване на достатъчно точни показания, само ако поведението му е постоянна, т.е. дневната вариация на курса е малка.

В махалото на астрономическия часовник на Шорт дневната промяна на удара е 0,001-0,003 сек. Дълго време такава висока точност оставаше ненадмината.През петдесетте години на нашия век инженер Ф. М. Федченко подобри окачването на махалото и подобри неговата термична компенсация. Това му позволи да проектира часовник, в който дневната промяна на удара беше намалена до 0,0002-0,0003 секунди.

През последните години конструкцията на астрономически часовници вече не беше заета от механика, а от електротехници и радиоинженери. Те направиха часовник, в който вместо трептенията на махалото бяха използвани еластични вибрации на кварцов кристал за отчитане на времето.

Подходящо нарязан кварцов кристал има интересни свойства. Ако такава плоча, наречена пиезокварц, е компресирана или огъната, тогава на противоположните й повърхности се появяват електрически заряди с различни знаци. Ако се прилага променлив електрически ток към противоположните повърхности на пиезокварцовата плоча, тогава пиезокварцът вибрира. Колкото по-малко е затихването на трептящото устройство, толкова по-постоянна е честотата на трептене. Пиезокварцът има изключително добри свойства в това отношение, тъй като затихването на неговите трептения е много малко. Това се използва широко в радиотехниката за поддържане на постоянна честота на радиопредавателите. Същото свойство на пиезоелектричния кварц - висока постоянство на честотата на вибрациите - направи възможно изграждането на много точен астрономичен кварцов часовник.

Кварцовият часовник (фиг. 22) се състои от радиотехнически генератор, стабилизиран от пиезоелектричен кварц, каскади с разделяне на честотата, синхронен електрически мотор и циферблат със стрелките на показалеца.

Радиотехническият генератор генерира високочестотен променлив ток, а пиезоелектричният кварц поддържа постоянна честота на своите трептения с голяма точност. В каскадите на разделяне на честотата честотата на променливия ток се намалява от няколкостотин хиляди до няколкостотин трептения в секунда. Синхронен електродвигател, работещ на нискочестотен променлив ток, завърта стрелките на показалеца, затваря релетата за времеви сигнал и т.н.

Скоростта на въртене на синхронен електродвигател зависи от честотата на променливия ток, с който се захранва. По този начин при кварцовите часовници скоростта на въртене на стрелките се определя в крайна сметка от честотата на вибрациите на пиезоелектричния кварц. Високата постоянство на честотата на вибрациите на кварцовата плоча осигурява еднородност и висока точност на кварцовия астрономически часовник.

В момента се произвеждат кварцови часовници от различен тип и предназначение с дневна промяна на скоростта, която не надвишава стотни или дори хилядни от секундата.

Първите дизайни на кварцови часовници бяха доста обемисти. В края на краищата естествената честота на вибрациите на кварцовата плоча е относително висока и за да се броят секундите и минутите е необходимо да се намали с помощта на поредица от каскади с разделяне на честотата. Междувременно използваните за това лампови радиоустройства заемат много място. През последните десетилетия полупроводниковото радиотехника се развива бързо и на негова основа е разработено миниатюрно и микроминиатюрно радио оборудване. Това направи възможно изграждането на малък преносим кварцов часовник за морска и въздушна навигация, както и за различни експедиционни дейности. Тези преносими кварцови хронометри не надвишават размера и теглото на конвенционалните механични хронометри.

Ако обаче механичният морски хронометър от втория клас има дневна грешка не повече от ± 0,4 сек, а от първи клас - не повече от ± 0,2 сек, тогава съвременните кварцови преносими хронометри имат дневна вариация от ± 0,1; ± 0,01 и дори ± 0,001 сек.

Например, Chronotom, произведен в Швейцария, има размери 245X137X100 мм, а нестабилността на хода му на ден не надвишава ± 0,02 сек. Стационарният кварцов хронометър "Izotom" има дългосрочна относителна нестабилност не повече от 10 -8, т.е. дневната вариация има грешка от около ± 0,001 сек.

Кварцовите часовници обаче не са без сериозни недостатъци, чието присъствие е от съществено значение за астрономическите измервания с висока точност. Основните недостатъци на кварцовите астрономически часовници са зависимостта на честотата на кварцовите вибрации от температурата на околната среда и „стареенето на кварца“, тоест промяната в честотата на неговите вибрации във времето. Първият недостатък беше преодолян чрез внимателно термостатиране на частта от часовника, в която се намира кварцовата плоча. Остаряването на кварца, което води до бавен дрейф на часовника, все още не е елиминирано.

"Молекулярен часовник"

Възможно ли е да се създаде устройство за измерване на времеви интервали с по-висока точност от махало и кварцови астрономически часовници?

В търсене на подходящи методи за това учените се обърнаха към системи, в които се извършват молекулярни вибрации. Такъв избор, разбира се, не беше случаен и именно той предопредели по-нататъшния успех. „Молекулярните часовници“ направиха възможно, отначало, с хиляди, а чрез заемане, от стотици хиляди пъти, да се увеличи точността на измерването на времето. Пътят от молекулата до индикатора за време обаче се оказа труден и много труден.

Защо не беше възможно да се подобри точността на махалото и кварцовите астрономически часовници? С какво молекулите са по-добри от махалата и кварцовите плочи по отношение на измерването на времето? Какъв е принципът на действие и структура на молекулярния часовник?

Припомнете си, че всеки часовник се състои от блок, в който се извършват периодични трептения, отброяващ механизъм за отчитане на техния брой и устройство, в което се съхранява енергията, необходима за тяхното поддържане. Точността на часовника обаче е предимно зависи от стабилността на работата на този елементкойто измерва времето.

За да се увеличи точността на махалото астрономически часовник, тяхното махало е направено от специална сплав с минимален коефициент на топлинно разширение, поставя се в термостат, окачен по специален начин, разположен в съд, от който се изпомпва въздух и т.н. Както знаете, всички тези мерки направиха възможно намаляването на вариациите в тактовите часове на астрономическото махало до хилядни от секундата на ден. Въпреки това, постепенното износване на движещи се и триещи се части, бавни и необратими промени в структурните материали, като цяло, „стареенето“ на такива часовници не позволи да се постигне по-нататъшно подобряване на тяхната точност.

В астрономическите кварцови часовници времето се измерва от генератор, стабилизиран от кварц, а точността на тези часовници се определя от постоянството на честотата на трептенията на кварцовата плоча. С течение на времето настъпват необратими промени в кварцовата плоча и свързаните с нея електрически контакти. По този начин този драйвер за кварцов часовник "застарява". В този случай честотата на вибрациите на кварцовата плоча се променя донякъде. Това е причината за нестабилността на такива часовници и поставя граница за по-нататъшното увеличаване на тяхната точност.

Молекулярните часовници са проектирани по такъв начин, че техните показания в крайна сметка да се определят от честотата на електромагнитните вълни, погълнати и излъчени от молекулите. Междувременно атомите и молекулите абсорбират и излъчват енергия само периодично, само в определени части, наречени енергийни кванти. Понастоящем тези процеси са представени по следния начин: когато атомът е в нормално (невъзбудено) състояние, тогава неговите електрони заемат по-ниските енергийни нива и в същото време са на най-близкото разстояние от ядрото. Ако атомите абсорбират енергия, например светлинна енергия, тогава техните електрони скачат на нови позиции и са разположени малко по-далеч от ядрата си.

Нека обозначим енергията на атома, съответстваща на най-ниското положение на електрона през E и енергията, съответстваща на по-далечното му местоположение от ядрото - през E 2. Когато атомите, излъчващи електромагнитни трептения (например светлина), от възбудено състояние с енергия E 2 преминават в невъзбудено състояние с енергия E 1, тогава излъчената част от електромагнитната енергия е равна на ε = E 2 -E 1. Лесно е да се види, че горното съотношение не е нищо друго освен един от изразите на закона за запазване на енергията.

Междувременно е известно, че енергията на квант светлина е пропорционална на неговата честота: ε = hv, където ε е енергията на електромагнитните трептения, v е тяхната честота, h = 6.62 * 10 -27 ерг * сек е константа на Планк . От тези две съотношения не е трудно да се намери честотата v на светлината, излъчвана от атома. Очевидно v = (E 2 - E 1) / h sec -1

Всеки атом от даден тип (например водород, кислород и др.) Има свои собствени енергийни нива. Следователно всеки възбуден атом при преминаване в по-ниските състояния излъчва електромагнитни трептения с доста определен набор от честоти, т.е.придава характеристика на луминесценция само за него. Ситуацията е абсолютно същата с молекулите, с единствената разлика, че те имат редица допълнителни енергийни нива, свързани с различното разположение на съставните им частици и с взаимното им движение,

По този начин атомите и молекулите са способни да абсорбират и излъчват електромагнитни вибрации само с ограничена честота. Стабилността, с която атомните системи правят това, е изключително висока. Той е милиарди пъти по-висок от стабилността на всякакви макроскопични устройства, които възприемат или излъчват определени видове вибрации, например струни, камертони, микрофони и др. Това се обяснява с факта, че във всякакви макроскопични устройства, като машини, измервателни уреди и др., силите, осигуряващи тяхната стабилност, в повечето случаи са само десетки или стотици пъти по-големи от външните сили. Следователно, с течение на времето и с промени във външните условия, свойствата на такива устройства се променят донякъде. Ето защо музикантите трябва толкова често да настройват цигулките и пианото си. Напротив, в микросистемите, например атоми и молекули, между частиците, които ги изграждат, действат толкова големи сили, че обикновените външни влияния са много по-малки по размер. Следователно обикновените промени във външните условия - температура, налягане и т.н. - не причиняват забележими промени в тези микросистеми.

Това обяснява такава висока точност на спектралния анализ и много други методи и устройства, базирани на използването на атомни и молекулярни вибрации. Това го прави толкова привлекателно да се използват тези квантови системи като главен елемент в астрономическите часовници. В крайна сметка такива микросистеми не променят свойствата си с течение на времето, тоест не „стареят“.

Когато инженерите започнаха да проектират молекулярни часовници, методите за възбуждащи атомни и молекулярни вибрации бяха вече добре известни. Едно от тях е, че високочестотни електромагнитни трептения се подават към съд, пълен с един или друг газ. Ако честотата на тези вибрации съответства на енергията на възбуждане на тези частици, тогава възниква резонансно поглъщане на електромагнитната енергия. След известно време (по-малко от една милионна от секундата), възбудените частици (атоми и молекули) спонтанно преминават от възбудено в нормално състояние и в същото време самите те излъчват кванти електромагнитна енергия.

Изглежда, че следващата стъпка при проектирането на такъв часовник трябва да бъде преброяването на броя на тези трептения, тъй като броят на трептенията на махалото се отчита в махаловия часовник. Обаче такъв прав, „челен“ път беше твърде труден. Факт е, че честотата на електромагнитните трептения, излъчвани от молекулите, е много висока. Например, в амонячна молекула за един от основните преходи е 23 870 129 000 периоди в секунда. Честотата на електромагнитните вибрации, излъчвани от различни атоми, е от същия порядък или дори по-висока. Никое механично устройство не е подходящо за преброяване на броя на такива високочестотни вибрации. Освен това конвенционалните електронни устройства също се оказаха неподходящи за това.

Изход от тази трудност беше намерен с помощта на оригинално решение. Газът амоняк се поставя в дълга метална тръба (вълновод). За по-лесно боравене тази тръба е навита. Високочестотни електромагнитни трептения се подават от генератор към единия край на тази тръба, а в другия край е инсталирано устройство за измерване на тяхната интензивност. Генераторът направи възможно, в определени граници, да промени честотата на електромагнитните трептения, възбудени от него.

За прехода на амонячни молекули от невъзбудено в възбудено състояние са необходими добре дефинирана енергия и съответно добре дефинирана честота на електромагнитните трептения (ε = hv, където ε е квантовата енергия, v е честотата на електромагнитни трептения, h е константата на Планк). Докато честотата на електромагнитните трептения, генерирани от генератора, е по-голяма или по-малка от тази резонансна честота, амонячните молекули не абсорбират енергия. Когато тези честоти съвпадат, значителен брой амонячни молекули абсорбират електромагнитната енергия и преминават в възбудено състояние. Разбира се, в този случай (по силата на закона за запазване на енергията) в края на вълновода, където е инсталирано измервателното устройство, интензивността на електромагнитните трептения е по-малка. Ако плавно промените честотата на генератора и запишете показанията на измервателното устройство, тогава при резонансната честота се открива спад в интензивността на електромагнитните трептения.

Следващата стъпка при проектирането на молекулярен часовник е именно използването на този ефект. За това беше сглобено специално устройство (фиг. 23). В него високочестотен генератор, оборудван с захранване, генерира високочестотни електромагнитни трептения. За да се увеличи постоянството на честотата на тези трептения, генераторът се стабилизира с. с помощта на пиезоелектричен кварц. В съществуващите устройства от този тип честотата на трептенията на високочестотния генератор е избрана равна на няколкостотин хиляди периода в секунда в съответствие с естествената честота на трептенията на кварцовите плочи, използвани в тях.

Фиг. 23. Схема на "молекулярния часовник"

Тъй като тази честота е твърде висока, за да може директно да се управлява дадено механично устройство, тогава с помощта на устройството за разделяне на честотата тя се намалява до няколкостотин трептения в секунда и едва след това се подава към сигналните релета и синхронен електродвигател, въртящ се стрелките на показалеца, разположени на циферблата на часовника. По този начин тази част от молекулярния часовник следва модела на описания по-рано кварцов часовник.

За да възбудят амонячните молекули, някои от електромагнитните вълни, генерирани от високочестотния генератор, се подават към умножител на честота на променлив ток (вж. Фиг. 23). Коефициентът на умножение на честотата в него е избран така, че да го доведе до резонанс. От изхода на честотния умножител електромагнитните трептения се подават към вълновода с амонячен газ. Устройството на изхода на вълновода - дискриминатор - отбелязва интензивността на електромагнитните трептения, преминали през вълновода и въздейства върху високочестотния генератор, променяйки честотата на трептенията, които той възбужда. Дискриминаторът е проектиран така, че когато трептенията с честота, по-ниска от резонансната, пристигнат на входа на вълновода, той настройва генератора, увеличавайки честотата на неговите трептения. Ако на входа на вълновода пристигнат трептения с честота, по-висока от резонансната, това намалява честотата на генератора. В този случай настройката в резонанс е толкова по-точна, колкото по-стръмна е кривата на поглъщане. По този начин е желателно потъването в интензивността на електромагнитните трептения, дължащо се на резонансното поглъщане на тяхната енергия от молекулите, да бъде възможно най-тясно и дълбоко.

Всички тези взаимосвързани устройства - генераторът, умножителят, амонячният газопровод и дискриминаторът - представляват контур за обратна връзка, в който амонячните молекули се възбуждат от генератора и в същото време го управляват, карайки го да произвежда трептения с желаната честота . Така в крайна сметка молекулният часовник използва амонячни молекули като стандарт за честота и време. В първия молекулярен амонячен часовник, разработен по този принцип от G. Lions през 1953 г., нестабилността на курса е била около 10 -7, тоест промяната в честотата не надвишава десетмилионна част. Впоследствие нестабилността беше намалена до 10 -8, което съответства на грешка в измерването на интервалите от време с 1 секунда в продължение на няколко години.

Като цяло това е, разбира се, отлична точност. Оказа се обаче, че в конструираното устройство кривата на поглъщане на електромагнитната енергия се оказа далеч не толкова остра, колкото се очакваше, но донякъде "размазана". Съответно точността на цялото устройство се оказа значително по-ниска от очакваната. Проведените през следващите години задълбочени проучвания на този молекулярен часовник дават възможност да се установи, че показанията им зависят до известна степен от конструкцията на вълновода, както и от температурата и налягането на газа в него. Установено е, че именно тези ефекти са източниците на нестабилност при работата на такива часовници и ограничават тяхната точност.

Впоследствие тези дефекти на молекулярния часовник не бяха напълно елиминирани. Въпреки това беше възможно да се измислят други, по-усъвършенствани видове квантови измерватели на времето.

Атомен цезиев часовник

Допълнителни подобрения в стандартите за честота и време са постигнати въз основа на ясното разбиране на причините за недостатъците на амонячния молекулен часовник. Нека припомним, че основните недостатъци на амонячните молекулярни часовници са някои „размазване“ на кривата на резонансно поглъщане и зависимостта на часовниците от температурата и налягането на газа във вълновода.

Какви са причините за тези дефекти? Могат ли да бъдат елиминирани? Оказа се, че размазването на резонанса възниква в резултат на топлинното движение на газовите частици, запълващи вълновода. В края на краищата някои от газовите частици се движат към електромагнитната вълна и следователно честотата на трептене за тях е малко по-висока от тази, дадена от генератора. Другите частици газ, напротив, се движат от входящата електромагнитна вълна, сякаш бягат от нея; за тях честотата на електромагнитните трептения е малко по-ниска от номиналната. Само за относително много малък брой неподвижни газови частици честотата на възприеманите от тях електромагнитни трептения е равна на номиналната, т.е. дадени от генератора.

Описаното явление е добре познатият надлъжен доплеров ефект. Именно той води до факта, че резонансната крива се изравнява и размазва и се разкрива зависимостта на тока на изхода на вълновода от скоростта на движение на газовите частици, т.е. върху температурата на газа.

Екип от учени от Американското бюро за стандарти успя да преодолее тези трудности. Обаче това, което направиха като цяло, се оказа нов и много по-точен стандарт за честота и време, въпреки че използваха някои от вече известните неща.

Това устройство вече не използва молекули, а атоми. Тези атоми не просто запълват съда, а се движат в лъч. И така, че посоката на тяхното движение е перпендикулярна на посоката на разпространение на електромагнитната вълна. Лесно е да се разбере, че в този случай надлъжният доплер ефект липсва. Устройството използва цезиеви атоми, чието възбуждане възниква при честота на електромагнитните трептения, равна на 9 192 631 831 периода в секунда.

Съответното устройство е монтирано в тръба, в единия край на която има електрическа пещ 1, която загрява метален цезий до изпаряване, а в другия край, детектор 6, който отчита броя на цезиевите атоми, които са достигнали до него ( Фиг. 24). Между тях са: първият магнит 2, вълноводът 3, доставящ високочестотни електромагнитни трептения, колиматорът 4 и вторият магнит 5. Когато пещта е включена, металните пари избухват в тръбата през процепа и тесен лъч цезий атомите летят по оста си, като са изложени по пътя на въздействието на магнитни полета, създадени от постоянни магнити, и високочестотно електромагнитно поле, подавано чрез вълновод от генератора към тръбата, така че посоката на разпространение на вълната е перпендикулярна към посоката на полета на частиците.

Такова устройство дава възможност за решаване на първата част от проблема: да възбуди атомите, тоест да ги прехвърли от едно състояние в друго и в същото време да избегне надлъжния доплеров ефект. Ако изследователите се ограничат само до това подобрение, то точността на устройството ще се увеличи, но не много. Всъщност в лъч от атоми, излъчвани от нажежаем източник, винаги има невъзбудени и възбудени атоми. По този начин, когато атомите, изхвърлени от източника, летят през електромагнитното поле и се възбуждат, тогава към вече съществуващите възбудени атоми се добавя определен брой възбудени атоми. Следователно промяната в броя на възбудените атоми е относително не много голяма и следователно ефектът от действието на електромагнитните вълни върху лъча на частиците не е много рязък. Ясно е, че ако първоначално изобщо нямаше възбудени атоми и след това те се появиха, тогава цялостният ефект би бил много по-контрастен.

И така, възниква допълнителен проблем: в участъка от източника до електромагнитното поле пропуснете атомите в нормално състояние и отстранете възбудените. За да се реши това, не е трябвало да се измисля нищо ново, тъй като през 40-те години на нашия век Равин и Рамзи са разработили съответните методи за спектроскопски изследвания. Тези методи се основават на факта, че всички атоми и молекули имат определени електрически и магнитни свойства и тези свойства са различни за възбудени и невъзбудени частици. Следователно в електрическо и магнитно поле възбудените и невъзбудени атоми и молекули се отклоняват по различни начини.

В описания атомен цезиев часовник, по пътя на лъча на частиците между източника и високочестотното електромагнитно поле е монтиран постоянният магнит 2 (виж фиг. 24), така че невъзбудените частици са фокусирани върху прореза на колиматора и възбудените бяха отстранени от гредата. Вторият магнит 5, който стои между високочестотното електромагнитно поле и детектора, напротив, беше инсталиран така, че невъзбудените частици бяха отстранени от лъча и само възбудените частици бяха фокусирани върху детектора. Това двойно разделяне води до факта, че до детектора се достига само от онези частици, които са били невъзбудени преди да влязат в електромагнитното поле и след това са преминали в възбудено състояние в това поле. В този случай зависимостта на показанията на детектора от честотата на електромагнитните трептения се оказва много остра и съответно резонансната крива на поглъщане на електромагнитната енергия се оказва много тясна и стръмна.

В резултат на описаните мерки задвижващата единица на атомния цезиев часовник се оказа способна да реагира дори на много малка детонизация на високочестотния генератор и по този начин беше постигната много висока точност на стабилизиране.

Останалата част от устройството като цяло повтаря концепцията за молекулен часовник: високочестотен генератор управлява електрически часовник и едновременно възбужда частици чрез вериги за умножение на честотата. Разграничител, свързан с цезиева тръба и високочестотен генератор, реагира на работата на тръбата и настройва генератора така, че честотата на трептенията, които генерира, съвпада с честотата, при която частиците се възбуждат.

Цялото това устройство като цяло се нарича атомен цезиев часовник.

При първите модели на цезиеви часовници (например цезиевият часовник на Националната физическа лаборатория на Англия) нестабилността е била само 1-9. При устройства от този тип, разработени и изградени през последните години, нестабилността е намалена до 10 -12 -10 -13.

Вече беше казано, че дори най-добрите механични астрономически часовници, поради износване на техните части, променят донякъде курса си с течение на времето. Дори кварцовият астрономически часовник не е без този недостатък, тъй като поради стареенето на кварца има бавен дрейф на техните показания. В цезиевите атомни часовници не е открит дрейф на честотата.

При сравняване на различни копия на тези часовници помежду си, честотата на техните трептения съвпада в рамките на ± 3 * 10 -12, което съответства на грешка от само 1 секунда за 10 000 години.

Това устройство обаче не е лишено от недостатъците си: изкривяванията на формата на електромагнитното поле и относително кратката продължителност на въздействието му върху атомите на лъча ограничават по-нататъшното увеличаване на точността на измерване на интервалите от време с помощта на такива системи.

Астрономически часовник с квантов генератор

Друга стъпка към увеличаване на точността на измерване на интервалите от време беше направена с помощта молекулни генератори- устройства, в които се използва излъчване на електромагнитни вълни от молекули.

Това откритие беше неочаквано и логично. Неочаквано - защото изглеждаше, че възможностите на старите методи са изчерпани, а други няма. Естествено - тъй като редица известни ефекти вече съставляват почти всички части на новия метод и остава само правилното комбиниране на тези части. Новата комбинация от известни неща обаче е същността на много открития. Винаги е нужно много смелост да се мисли, за да се измисли. Доста често, след като това се направи, всичко изглежда много просто.

Устройствата, в които се използва молекулярно лъчение за получаване на честотен стандарт, се наричат ​​мазери; тази дума се формира от началните букви на израза: микровълново усилване чрез стимулирано излъчване на радиация, т.е. усилване на радиовълни в сантиметровия диапазон с помощта на индуцирано лъчение. В момента устройства от този тип най-често се наричат ​​квантови усилватели или квантови генератори.

Какво подготви откритието на квантовия генератор? Какъв е неговият принцип на действие и структура?

Изследователите са знаели, че когато възбудените молекули, като амоняк, се понижат до по-ниски енергийни нива и излъчат електромагнитно излъчване, тогава естествената ширина на тези емисионни линии е изключително малка, във всеки случай, многократно по-малка от ширината на абсорбционната линия, използвана в молекулярните часовници. Междувременно, когато се сравнява честотата на две трептения, остротата на резонансната крива зависи от ширината на спектралните линии, а постижимата точност на стабилизация зависи от остротата на резонансната крива.

Ясно е, че изследователите са били изключително заинтересовани от възможността за постигане на по-висока точност при измерване на интервали от време, използвайки не само абсорбция, но и излъчване на електромагнитни вълни от молекули. Изглежда, че вече има всичко за това. Всъщност във вълновода на молекулярния часовник възбудените амонячни молекули се осветяват спонтанно, тоест преминават към по-ниски енергийни нива и в същото време излъчват електромагнитно излъчване с честота 23 870 129 000 периоди в секунда. Ширината на тази емисионна спектрална линия наистина е много малка. Освен това, тъй като вълноводът на молекулярния часовник е изпълнен с електромагнитни трептения, подавани от генератора, и честотата на тези трептения е равна на честотата на енергийните кванти, излъчвани от амонячните молекули, тогава във вълновода се появява индуциранемисия на възбудени амонячни молекули, чиято вероятност е много по-голяма от спонтанната. По този начин този процес увеличава общия брой радиационни събития.

Независимо от това, системата от молекулярния часовник тип вълновод се оказа напълно неподходяща за наблюдение и използване на молекулярно лъчение. Всъщност в такъв вълновод има много повече невъзбудени амонячни частици от възбудените и дори като се вземе предвид индуцираното лъчение, актовете на поглъщане на електромагнитната енергия се случват много по-често от актовете на излъчване. Освен това не е ясно как в такъв вълновод човек може да отдели енергийните кванти, излъчвани от молекулите, когато един и същ обем е запълнен с електромагнитно излъчване от генератор, а това излъчване има същата честота и много по-висока интензивност.

Не е ли вярно, че всички процеси се оказват толкова смесени, че на пръв поглед изглежда невъзможно да се открои необходимия? Това обаче не е така. В края на краищата е известно, че по своите електрически и магнитни свойства възбудените молекули се различават от невъзбудените и това прави възможно разделянето им.

През 1954-1955г. този проблем беше блестящо решен от Н. Г. Басов и А. М. Прохоров в СССР и от Гордън, Зейгер и Таунс в САЩ *. Тези автори са се възползвали от факта, че електрическото състояние на възбудените и невъзбудени амонячни молекули е малко по-различно и, прелитайки през нехомогенно електрическо поле, те се отклоняват по различни начини.

* (J. Singer, Masers, IL, М., 1961; Басов Н. Г., Летохов В. С., Стандарти за оптична честота, Физ. 4, 1968.)

Спомнете си, че между две електрически заредени успоредни плочи, например кондензаторни плочи, се създава еднородно електрическо поле; между заредена плоча и точка или две заредени точки - нехомогенни. Ако електрическите полета са изобразени с помощта на силови линии, тогава еднородните полета са представени от линии с еднаква плътност, а хетерогенните - с линии с неравна плътност, например по-малко в равнината и по-голямо в точката, където линиите се събират. Методите за получаване на нехомогенни електрически полета от една или друга форма са отдавна известни.

Молекулярният генератор е комбинация от източник на молекули, електрически сепаратор и резонатор, всички сглобени в тръба, от която се изпомпва въздух. За дълбоко охлаждане тази тръба се поставя в течен азот. По този начин се постига висока стабилност на цялото устройство. Източникът на частици в молекулния генератор е балон с тесен отвор, пълен с амонячен газ. През този отвор тесен лъч от частици с определена скорост навлиза в тръбата (фиг. 25, а).

Лъчът винаги съдържа невъзбудени и възбудени амонячни молекули. Обикновено обаче има много повече невъзбудени хора, отколкото развълнувани. В тръбата, по пътя на тези частици, има електрически зареден кондензатор, състоящ се от четири пръчки - така нареченият квадруполен кондензатор. В него електрическото поле е нехомогенно и има такава форма (фиг. 25, б), че преминавайки през него, невъзбудените амонячни молекули се разпръскват в страни, а възбудените се отклоняват към оста на тръбата и по този начин се фокусират. Следователно в такъв кондензатор се получава разделяне на частиците и само възбудените амонячни молекули достигат до другия край на тръбата.

В този друг край на тръбата има съд с определен размер и форма - така нареченият резонатор. Попаднали в него, възбудените амонячни молекули след кратък период от време спонтанно преминават от възбудено състояние в невъзбудено състояние и в същото време излъчват електромагнитни вълни с определена честота. Твърди се, че този процес е осветен. По този начин е възможно не само да се получи молекулярно лъчение, но и да се изолира.

Нека разгледаме по-нататъшното развитие на тези идеи. Електромагнитното излъчване с резонансна честота, взаимодействащо с невъзбудени молекули, ги прехвърля в възбудено състояние. Същата радиация, взаимодействайки с възбудени молекули, ги пренася в невъзбудено състояние, като по този начин стимулира тяхното излъчване. В зависимост от това кои молекули има повече, невъзбудени или възбудени, преобладава процесът на абсорбция или индуцирано излъчване на електромагнитна енергия.

След създаването в определен обем, например, резонатор, значително преобладаване на възбудени амонячни молекули и подаване на електромагнитни трептения на резонансната честота, е възможно да се усили свръхвисоката честота. Ясно е, че това усилване възниква поради непрекъснато изпомпване на възбудени амонячни молекули в резонатора.

Ролята на резонатора не се ограничава само до факта, че той е съд, в който се получава излъчването на възбудени молекули. Тъй като електромагнитното излъчване с резонансна честота стимулира излъчването на възбудени молекули, колкото по-голяма е плътността на това излъчване, толкова по-активно протича този процес на индуцирано излъчване.

Избирайки размерите на резонатора в съответствие с дължината на вълната на тези електромагнитни трептения, по този начин е възможно да се създадат условия в него за появата на стоящи вълни (подобно на избора на размерите на тръбите на органа за възникване на стоящи вълни на съответните еластични звукови вибрации в тях). Чрез направата на стените на резонатора от подходящ материал е възможно да се гарантира, че те отразяват електромагнитните трептения с възможно най-малки загуби. И двете мерки позволяват да се създаде висока плътност на електромагнитната енергия в резонатора и по този начин да се увеличи ефективността на цялото устройство като цяло.

При равни други условия печалбата в това устройство се оказва толкова по-голяма, колкото по-висока е плътността на потока на възбудените молекули. Забележително е, че при някаква достатъчно висока плътност на потока на възбудени молекули и подходящи параметри на резонатора, интензивността на излъчване на молекулите става достатъчно висока, за да покрие различни енергийни загуби и усилвателят се превръща в молекулярен генератор на микровълнови трептения - т.н. наречен квантов генератор. В този случай вече не е необходимо да се подава високочестотна електромагнитна енергия към резонатора. Процесът на индуцирано излъчване на някои възбудени частици се поддържа от излъчването на други. Освен това при подходящи условия процесът на генериране на електромагнитна енергия не се прекъсва дори в случая, когато част от него се отклонява встрани.

Квантов генератор с много висока стабилност Той дава високочестотни електромагнитни трептения със строго определена честота и може да се използва за измерване на интервали от време. В този случай няма нужда тя да работи непрекъснато. Достатъчно е периодично на равни интервали да сравнявате честотата на електрическия генератор на астрономическия часовник с този стандарт на молекулярната честота и при необходимост да въвеждате корекция.

Астрономически часовник с корекция на молекулярен амоняк е построен в края на 50-те години. Тяхната краткосрочна нестабилност не надвишава 10 -12 за 1 минута, а тяхната дългосрочна нестабилност е около 10 -10, което съответства на изкривявания при отчитане на интервали от време само с 1 секунда в продължение на няколкостотин години.

По-нататъшно подобряване на стандартите за честота и време беше постигнато въз основа на същите идеи и използването на някои други частици като работна среда, например талий и водород. В същото време квантовият генератор, работещ върху лъч водородни атоми, разработен и построен в началото на 60-те години от Голдънбърг, Клепнер и Рамзи, се оказа особено обещаващ. Този генератор също се състои от източник на частици, сепаратор и резонатор, монтирани в тръба (фиг. 26), потопени в подходящ хладилен агент. Източникът излъчва лъч водородни атоми. Този лъч съдържа невъзбудени и възбудени водородни атоми и има много повече невъзбудени атоми от възбудените.

Тъй като възбудените водородни атоми се различават от невъзбудените по своето магнитно състояние (магнитен момент), тогава за тяхното разделяне се използва не електрическо, а магнитно поле, създадено от двойка магнити. Резонаторът на водородния генератор също има значителни характеристики. Изработена е под формата на разтопен кварцов колба, чиито вътрешни стени са покрити с парафин. Поради множество (около 10 000) еластични отражения на водородните атоми от парафиновия слой, дължината на полета на частиците и съответно времето на престоя им в резонатора, в сравнение с молекулярния генератор, се увеличава с хиляди пъти. По този начин е възможно да се получат много тесни спектрални линии на излъчване на водородни атоми и, в сравнение с молекулен генератор, да се намали нестабилността на цялото устройство с фактор хиляди.

Съвременните конструкции на астрономически часовници с водороден квантов генератор са надминали стандарта на атомния лъч на цезий по отношение на тяхната производителност. При тях не е открит систематичен дрейф... Тяхната краткосрочна нестабилност е само 6 * 10 -14 на минута, а дългосрочната - 2 * 10 -14 на ден, което е десет пъти по-малко от тази на цезиевия стандарт. Възпроизводимостта на часовника с водороден квантов генератор е ± 5 * 10 -13, докато възпроизводимостта на цезиевия стандарт е ± 3 * 10 -12. Следователно, водородният генератор е приблизително десет пъти по-добър в това отношение. По този начин с помощта на водороден астрономически часовник е възможно да се осигури точност на измерване на времето от порядъка на 1 секунда за интервал от около сто хиляди години.

Междувременно редица изследвания през последните години показват, че тази висока точност при измерване на интервалите от време, постигната на базата на генератори на атомни лъчи, все още не е ограничаваща и може да бъде увеличена.

Точно предаване на времето

Задачата на услугата за време не се ограничава до получаване и съхраняване на точното време. Също толкова важна част от него е организацията на предаването на точното време, при което тази точност няма да бъде загубена.

В старите дни предаването на сигнали за време се извършва с помощта на механични, звукови или светлинни устройства. В Петербург точно по обяд изстреля оръдие; също така беше възможно да сравните часовниците си с часовниковия часовник на Института по метрология, сега кръстен на Д. И. Менделеев. В морските пристанища падаща топка се използва като сигнал за времето. От корабите, акостирали в пристанището, се виждаше как точно по обяд топката падна от върха на специална мачта и падна на крака си.

За нормалния ход на съвременния интензивен живот много важна задача е да се осигури точно време за железниците, пощата, телеграфа и големите градове. Не се изисква такава висока точност, както при астрономическата и географската работа, но е необходимо с точност на минутите във всички части на града, във всички части на нашата обширна страна, всички часовници показват времето едно и също. Тази задача обикновено се изпълнява с електрически часовник.

В часовникарската индустрия на железниците и комуникационните институции, в часовникарската индустрия на съвременния град, електрическите часовници играят важна роля. Устройството им е много просто и въпреки това с точност до една минута те показват едно и също време във всички точки на града.

Електрическите часовници са първични и вторични. Първичните електрически часовници имат махало, колела, ескалатор и са измерватели в реално време. Вторичните електрически часовници са само индикатори: те нямат механизъм с часовник, но има само относително просто устройство, което движи стрелките веднъж в минута (фиг. 27). При всяко отваряне на тока електромагнитът освобождава котвата и „кучето“, прикрепено към котвата, опирайки се на тресчотката, го завърта с един зъб. Сигналите за електрически ток се подават към вторичния часовник или от централна настройка, или от първичен електрически часовник. През последните години се появи говорещ часовник, проектиран на принципа на звукови филми, който не само показва, но и казва времето.

За предаване точно времеднес се използват предимно електрически сигнали, изпратени по телефон, телеграф и радио. През последните десетилетия техниката на тяхното предаване се подобри и точността се увеличи съответно. През 1904 г. Бигурдан предава ритмични времеви сигнали от Парижката обсерватория, които са получени от обсерваторията Монцурис с точност 0,02-0,03 сек. През 1905 г. Вашингтонската морска обсерватория започва редовното предаване на сигнали за времето; през 1908 г. ритмичните сигнали за време започват да се предават от Айфеловата кула, а от 1912 г. от обсерваторията в Гринуич.

В момента предаването на точни времеви сигнали се извършва в много страни. В СССР такива предавания се провеждат от Държавния астрономически институт. P.K.Sternberg, както и редица други организации. В същото време се използват редица различни програми за предаване на средните показания на слънчевото време по радиото. Например програмата за сигнализиране на времето за излъчване се предава в края на всеки час и се състои от шест кратки импулса. Началото на последния от тях съответства на времето на този или онзи час и 00 мин 00 сек. В морската и въздушната навигация се използва програма от пет серии от 60 импулса и три серии от шест къси сигнала, разделени от по-дълги сигнали. Освен това има редица специални програми за сигнализация на времето. Информацията за различни специални програми за сигнализация на времето се публикува в специални издания.

Грешката при предаване на сигнали за време за излъчвани програми е около ± 0,01 - 0,001 сек, а за някои специални ± 10 -4 и дори ± 10 -5 сек. По този начин понастоящем са разработени методи и устройства, които позволяват да се приема, съхранява и предава времето с много висока степен на точност.

Напоследък бяха приложени съществено нови идеи в областта на съхраняването и предаването на точното време. Да предположим, че е необходимо в редица точки на която и да е територия точността на показанията на стоящите часовници да е била не по-лоша от ± 30 секунди, при условие че всички тези часовници работят непрекъснато през цялата година. Такива изисквания се прилагат например за градските и железопътните часовници. Изискванията не са много строги, но за да бъдат изпълнени с помощта на автономни часовници, дневната скорост на всеки часовник трябва да бъде по-добра от ± 0,1 сек, а това изисква прецизни кварцови хронометри.

Междувременно, ако за решаване на този проблем се използва универсална система за време, състоящ се от първични часовници и голям брой свързани вторични часовници, тогава само първичните часовници трябва да имат висока точност. Следователно, дори при увеличени разходи за основния часовник и съответно ниски разходи за вторични часовници, е възможно да се осигури добра точност в цялата система при относително ниски общи разходи.

Разбира се, в този случай е необходимо да се уверите, че самият вторичен часовник не въвежда грешки. По-рано описаните вторични часовници с тресчотка и лапа, при които стрелката се движи веднъж в минута по сигнал, понякога се провалят. Освен това с течение на времето грешката в техните показания се натрупва. В съвременните вторични часовници се използват различни видове проверка и корекция на показанията. Още по-голяма точност осигуряват вторичните часовници, които използват променлив ток с индустриална честота (50 Hz), чиято честота е строго стабилизирана. Основната част на този часовник е синхронен електрически мотор, задвижван от променлив ток. По този начин в този часовник самият променлив ток е непрекъснат времеви сигнал с период на повторение от 0,02 сек.

В момента е създадена Световната синхронизация на атомните часовници (WOSAC; име, съставено от първите букви на думите: Световна синхронизация на атомните часовници). Основният основен часовник на тази система се намира в Рим, Ню Йорк, САЩ и се състои от три атомни хрона (атомни цезиеви часовници), чиито показания са осреднени. По този начин се гарантира точността на синхронизирането, равна на (1-3) * 10 -11. Този първичен часовник е свързан със световна мрежа от вторични часовници.

Тестът показа, че при предаване на точни сигнали за време чрез WOZAK от щата Ню Йорк (САЩ) до остров Оаху (Хавай), тоест приблизително 30 000 км, показанията на времето се изравняват с точност от 3 микросекунди.

Постигнатата днес висока точност на съхранение и предаване на времеви печати дава възможност за решаване на сложни и нови проблеми на космическата навигация на дълги разстояния, както и макар и стари, но все пак важни и интересни въпроси относно движението на земната кора .

Накъде плават континентите?

Сега можем да се върнем към проблема за движението на континентите, описан в предишната глава. Това е още по-интересно, защото през половин век, изминал от появата на произведенията на Вегенер до наши дни, научният дебат около тези идеи все още не е утихнал. Например W. Munk и G. MacDonald пишат през 1960 г .: „Някои от данните на Вегенер са неоспорими, но повечето от неговите аргументи са изцяло базирани на произволни предположения“. И по-нататък: „Големи размествания на континентите се случиха преди изобретяването на телеграфа, средни размествания - преди изобретението на радиото и след това на практика не се наблюдаваха смени“.

Тези каустични забележки не са без основание, поне в първата им част. Всъщност надлъжните измервания, направени едновременно от Вегепер и неговите сътрудници по време на експедициите им в Гренландия (в една от които Вегенер загива трагично), са извършени с точност, недостатъчна за строго решение на разглежданата задача. Това беше отбелязано от неговите съвременници.

Един от най-убедените привърженици на теорията за движението на континентите в нейната съвременна версия е П. Н. Кропоткин. През 1962 г. той пише: „Палеомагнитните и геоложки данни показват, че по време на мезозоя и кайнозоя лайтмотивът на движението на земната кора е разпокъсването на два древни континента - Лавразия и Гондвана и разпространението на техните части към Тихия океан и Тетис геосинклинален колан. " Спомнете си, че Лавразия обхващаше Северна Америка, Гренландия, Европа и цялата северна половина на Азия, Гондвана - южните континенти и Индия. Океанът Тетис се простира от Средиземно море през Алпите, Кавказ и Хималаите до Индонезия.

По-нататък същият автор пише: „Единството на Гондвана сега се проследява от докембрийската до средата на Креда и неговата фрагментация сега изглежда като дълъг процес, започнал в палеозоя и достигнал особено голям мащаб от средата на Креда . Оттогава са изминали 80 милиона години. Следователно разстоянието между Африка и Южна Америка се е увеличило със скорост от 6 см годишно. Същата скорост се получава от палеомагнитни данни за движението на Индустан от южното полукълбо към северното " . След като реконструира местоположението на континентите в миналото, използвайки палеомагнитни данни, П. Н. Кропоткин стигна до заключението, че „по това време континентите наистина бяха съборени в такъв блок, който приличаше на очертанията на вегенерианската първична континентална платформа“.

Така че, сумата от данните, получени по различни методи, показва, че съвременното местоположение на континентите и техните очертания са се формирали в далечното минало в резултат на поредица от разломи и значително движение на континентални блокове.

Въпросът за съвременното движение на континентите се решава въз основа на резултатите от надлъжните изследвания, проведени с достатъчна точност. Какво в този случай означава достатъчна точност, може да се види от факта, че например на географската ширина на Вашингтон промяна в географската дължина с една десет хилядна от секундата съответства на отместване от 0,3 см. Тъй като очакваната скорост на движение е около 1 м годишно, а съвременните услуги вече са на разположение Тъй като е налице дефинирането на точки във времето, съхранение и предаване на точното време с точност до хилядни и десет хилядни от секундата, тогава за получаване на убедителни резултати е достатъчно да извърши съответните измервания с интервал от няколко години или няколко десетки години.

За тази цел през 1926 г. е създадена мрежа от 32 пункта за наблюдение и са извършени астрономически надлъжни изследвания. През 1933 г. са извършени многократни астрономически надлъжни проучвания и вече 71 обсерватории са включени в работата. Тези измервания, извършени на добро съвременно ниво, макар и не за много дълъг интервал от време (7 години), показаха, по-специално, че Америка не се отдалечава от Европа с 1 м годишно, както смята Вегенер, но се приближава това е приблизително 60 см годишно.

Така с помощта на много точни надлъжни измервания беше потвърдено наличието на съвременното движение на големи континентални камъни. Освен това беше възможно да се установи, че отделните части на тези континентални блокове имат малко по-различни движения.

Точно време

За измерване на кратки периоди от време в астрономията основната единица е средната продължителност на слънчевия ден, т.е. средният интервал от време между двата горни (или долни) климакса на центъра на Слънцето. Трябва да се използва средната стойност, тъй като продължителността на слънчевия ден леко варира през цялата година. Това се дължи на факта, че Земята не се върти около Слънцето в кръг, а в елипса и скоростта на нейното движение леко се променя. Това причинява малки нередности в видимото движение на Слънцето по еклиптиката през цялата година.

Моментът на горната кулминация на центъра на Слънцето, както вече казахме, се нарича истински обед. Но за да проверите часовника, за да определите точното време, няма нужда да отбелязвате върху него момента на кулминацията на Слънцето. По-удобно и по-точно е да се маркират моментите на кулминацията на звездите, тъй като разликата между моментите на кулминацията на всяка звезда и Слънцето е точно известна за всяко време. Следователно, за да се определи точното време с помощта на специални оптични устройства, се отбелязват моментите на кулминацията на звездите и от тях се проверява правилността на часовника, "поддържащ" времето. Определеното по този начин време би било абсолютно точно, ако наблюдаваното въртене на небосвода се случи със строго постоянна ъглова скорост. Оказа се обаче, че скоростта на въртене на Земята около оста си, а оттам и привидното въртене на небесната сфера, претърпява много малки промени във времето. Следователно, за „съхраняване“ на точното време, сега се използва специален атомен часовник, чийто ход се контролира от трептящи процеси в атомите, които се случват с постоянна честота. Часовниците на отделни обсерватории се проверяват спрямо атомни сигнали за време. Сравнението на времето, определено от атомния часовник, и видимото движение на звездите позволява да се изследват нередностите на въртенето на Земята.

Определянето на точното време, съхраняването му и предаването му по радиото на цялото население е задача на прецизната услуга за време, която съществува в много страни.

Сигнали за точно време по радиото се получават от навигаторите на морския и въздушния флот, много научни и индустриални организации, които трябва да знаят точното време. Познаването на точното време е необходимо, по-специално, за да се определят географските дължини на различни точки на земната повърхност.

Преброяване на времето. Определяне на географска дължина. Календар

От курса по физическа география на СССР знаете понятията за местно, зоново и майчинско броене на време, а също така, че разликата в географските дължини на две точки се определя от разликата в местното време на тези точки. Този проблем се решава чрез астрономически методи, използващи наблюдения на звездите. Въз основа на определянето на точните координати на отделни точки се картографира земната повърхност.

От древни времена хората са използвали продължителността или на лунния месец, или на слънчевата година, за да броят дълги периоди от време, т.е. продължителността на слънчевата революция по еклиптиката. Годината определя честотата на сезонните промени. Слънчевата година продължава 365 слънчеви дни 5 часа 48 минути 46 секунди. На практика е несъизмеримо с дните и с продължителността на лунния месец - периодът на смяна на лунната фаза (около 29,5 дни). Това е трудността при създаването на прост и удобен календар. През вековната история на човечеството са създадени и използвани много различни календарни системи. Но всички те могат да бъдат разделени на три вида: слънчеви, лунни и лунно-слънчеви. Южните скотовъдци обикновено използваха лунните месеци. Година от 12 лунни месеца съдържа 355 слънчеви дни. За да се съгласува броенето на времето според Луната и Слънцето, беше необходимо да се зададат 12 или 13 месеца в годината и да се вмъкнат допълнителни дни в годината. По-прост и удобен беше слънчевият календар, който се използваше в древен Египет. Понастоящем в повечето страни по света също се приема слънчевият календар, но на по-съвършено устройство, наречено григорианско, което се обсъжда допълнително.

При съставянето на календара е необходимо да се вземе предвид, че продължителността на календарната година трябва да бъде възможно най-близка до продължителността на революцията на Слънцето по еклиптиката и че календарната година трябва да съдържа цяло число слънчеви дни, тъй като неудобно е да започнете годината по различно време на деня.

Тези условия са изпълнени от календара, разработен от александрийския астроном Созигенес и въведен през 46 г. пр. Н. Е. в Рим от Юлий Цезар. Впоследствие, както знаете, от курса на физическата география той получи името на юлианския или стар стил. В този календар годините се броят три пъти подред в продължение на 365 дни и се наричат ​​прости, а годината след тях е 366 дни. Нарича се високосна година. Високосните години в юлианския календар са онези години, чиито числа се делят равномерно на 4.

Средната продължителност на една година според този календар е 365 дни 6 часа, т.е. това е с около 11 минути по-дълго от истинското. Поради това старият стил изоставаше от реалния ход на времето с около 3 дни на всеки 400 години.

В григорианския календар (нов стил), въведен в СССР през 1918 г. и дори по-рано приет в повечето страни, години, завършващи на две нули, с изключение на 1600, 2000, 2400 и т.н. (т.е. тези, при които броят на стотиците се дели на 4 без остатък), не се считат за скок. Така се коригира грешката от 3 дни, трупаща се над 400 години. Така средната продължителност на една година в новия стил се оказва много близка до периода на революцията на Земята около Слънцето.

До XX век. разликата между новия стил и стария (юлиански) стил достигна 13 дни. Тъй като новият стил е въведен у нас едва през 1918 г., Октомврийската революция, извършена през 1917 г. на 25 октомври (по стария стил), се празнува на 7 ноември (според новия стил).

Разликата между стария и новия стил от 13 дни ще остане и през XXI век, и през XXII век. ще се увеличи до 14 дни.

Новият стил, разбира се, не е напълно точен, но грешка от 1 ден ще се натрупа върху него само след 3300 години.

1. Местно време. Времето, измерено на даден географски меридиан, се нарича местно време на този меридиан. За всички места на един и същи меридиан часовият ъгъл на пролетното равноденствие (или Слънцето, или средното слънце) е еднакъв във всеки един момент. Следователно на целия географски меридиан местното време (сидерично или слънчево) в един и същ момент е същото.

2. Световно време. Местното слънчево време на меридиана в Гринуич се нарича универсално време.

Местното средно време на която и да е точка на Земята винаги е равно на универсалното време към този момент плюс дължината на тази точка, изразено в часови единици и считано за положително на изток от Гринуич.

3. Време на зона. През 1884 г. е предложена коланна система за изчисляване на средното време: времето се отчита само на 24 основни географски меридиана, разположени точно на 15 ° един от друг по дължина, приблизително в средата на всеки часови пояс. Часовите зони са номерирани от 0 до 23. Гринуич се приема като основен меридиан на нулевата зона.

4. Лятно часово време. За да се разпредели по-ефективно електричеството, използвано за осветление на предприятия и жилищни помещения, и да се използва максимално дневната светлина през летните месеци на годината, в много страни часовите стрелки на стандартния часовник се преместват с 1 час напред.

5. Поради неравномерното въртене на Земята средният ден се оказва променлива стойност. Следователно в астрономията се използват две системи на времето: неравномерно време, което се получава от наблюденията и се определя от действителното въртене на Земята, и еднородно време, което е аргумент при изчисляване на ефемеридите на планетите и се определя от движението на Луната и планетите. Еднородното време се нарича нютоново или ефемеридно време.

9. Календар. Видове календари. История на съвременния календар. Юлиански дни.

Системата за отчитане на дълги периоди от време се нарича календар. Всички календари могат да бъдат разделени на три основни типа: слънчеви, лунни и лунно-слънчеви. Слънчевите календари са базирани на продължителността на тропическата година, лунните календари са базирани на продължителността на лунния месец, лунозоларните календари са базирани на двата периода. Съвременният календар, приет в повечето страни, е слънчевият календар. Основната мерна единица за време в слънчевите календари е тропическата година. Продължителността на една тропическа година в средните слънчеви дни е 365d5h48m46s.

В юлианския календар продължителността на една календарна година се счита за равна на 365 средни слънчеви дни в продължение на три последователни години, а всяка четвърта година съдържа 366 дни. Годините от 365 дни се наричат ​​прости, а 366 дни се наричат ​​високосни. В високосна година има 29 дни през февруари, в проста година - 28.

Григорианският календар възниква в резултат на реформата на Юлианския календар. Факт е, че несъответствието между юлианския календар и броенето на тропическите години се оказа неудобно за църковната хронология. Според правилата на християнската църква празникът на Великден е трябвало да се случи в първата неделя след пролетното пълнолуние, т.е. първото пълнолуние след пролетното равноденствие.

Григорианският календар е въведен в повечето западни страни през 16-17 век. В Русия те преминаха към нов стил едва през 1918 година.

Като извадите по-ранната дата на едно събитие от по-късната дата на друго, дадена в една хронологична система, можете да изчислите броя на дните, изминали между тези събития. Трябва да се вземе предвид броят на високосните години. Тази задача е по-удобно решена с помощта на юлианския период или юлианските дни. Началото на всеки юлиански ден се счита за средно пладне по Гринуич. Началото на броенето на юлианските дни е условно и е предложено през 16 век. От н.е. Скалигер, като началото на голям период от 7980 години, което е плод на три по-малки периода: период от 28 години, 19.15 Скалигер нарича периода от 7980 години „юлиански“ в чест на баща си Юлий.

Щастлив съм, че живея по примерен и прост начин:
Като слънце - като махало - като календар
М. Цветаева

Урок 6/6

ПредметОснови на измерване на времето.

предназначение Помислете за системата за отчитане на времето и връзката й с географската дължина. За да се даде представа за хронологията и календара, определянето на географските координати (дължина) на района според данните от астрометричните наблюдения.

Задачи :
1. Образователна: практическа астрометрия за: 1) астрономически методи, инструменти и мерни единици, броене и съхранение на време, календари и хронология; 2) определяне на географските координати (дължина) на района според астрометрични наблюдения. Обслужване на Слънцето и точно време. Използването на астрономията в картографията. Относно космическите явления: революцията на Земята около Слънцето, революцията на Луната около Земята и въртенето на Земята около оста си и за техните последици - небесни явления: изгрев, залез, ежедневно и годишно видимо движение и кулминации на светилата (Слънцето, Луната и звездите), промяната във фазите на Луната ...
2. Възпитание: формирането на научен мироглед и атеистично образование в хода на запознаване с историята на човешкото познание, с основните видове календари и хронологични системи; развенчаване на суеверия, свързани с понятието „високосна година“ и превода на датите на юлианския и григорианския календар; политехническо и трудово обучение при представяне на материали за устройства за измерване и съхраняване на време (часовници), календари и хронологични системи и за практически начини за прилагане на астрометрични знания.
3. Развиване: формиране на умения: за решаване на задачи за изчисляване на времето и датите на хронологията и прехвърляне на времето от една система за съхранение и акаунт в друга; изпълнява упражнения за прилагане на основните формули на практическата астрометрия; използвайте движеща се карта на звездното небе, справочници и астрономически календар, за да определите положението и условията на видимост на небесните тела и хода на небесните явления; определят географските координати (дължина) на района според астрономическите наблюдения.

Зная:
1-во ниво (стандартно)- системи за отчитане на времето и мерни единици; концепцията за половин ден, полунощ, ден, връзката между времето и географската дължина; нулев меридиан и универсално време; зонално, местно, лятно и зимно часово време; методи за превод; нашата хронология, произходът на нашия календар.
2-ро ниво- системи за отчитане на времето и мерни единици; концепцията за половин ден, полунощ, ден; връзка на времето с географската дължина; нулев меридиан и универсално време; зонално, местно, лятно и зимно часово време; методи за превод; назначаване на точна услуга за времето; понятието хронология и примери; концепцията за календар и основните видове календари: лунен, лунно-слънчев, слънчев (юлиански и григориански) и основите на хронологията; проблемът със създаването на постоянен календар. Основни понятия за практическа астрометрия: принципите за определяне на времето и географските координати на даден район от астрономически наблюдения. Причините за ежедневно наблюдаваните небесни явления, генерирани от въртенето на Луната около Земята (промяна във фазите на Луната, очевидното движение на Луната в небесната сфера).

Да можете да:
1-во ниво (стандартно)- намиране на време универсално, средно, зона, местно, лято, зима;
2-ро ниво- намиране на време универсално, средно, зона, местно, лято, зима; превеждайте дати от стар в нов стил и обратно. Решаване на задачи за определяне на географските координати на мястото и времето на наблюдение.

Оборудване: плакат "Календар", PKZN, махало и слънчев часовник, метроном, хронометър, кварцов часовник Земен глобус, таблици: някои практически приложения на астрономията. CD - "Red Shift 5.1" (Шоу-шоу, Приказки на Вселената = Време и сезони). Модел на небесната сфера; стенна карта на звездното небе, карта на часовите зони. Карти и снимки на земната повърхност. Таблица "Земята в космическото пространство". Фрагменти от филмови ленти„Видимо движение на небесни тела“; „Развитие на идеи за Вселената“; „Как астрономията опроверга религиозните идеи на Вселената“

Интердисциплинарна комуникация: Географски координати, броене на време и методи за ориентация, картографска проекция (география, клас 6-8)

По време на занятията

1. Повторение на наученото(10 минути).
но) 3 души на индивидуални карти.
1. 1. На каква надморска височина в Новосибирск (φ = 55º) Слънцето кулминира на 21 септември? [за втората седмица на октомври според PKZN δ = -7º, след това h = 90 о -φ + δ = 90 о -55º-7º = 28º]
2. Къде на земята не се виждат звезди в южното полукълбо? [на Северния полюс]
3. Как да се ориентирам в терена от Слънцето? [Март, септември - изгрев на изток, залез на запад, обяд на юг]
2. 1. Пладневата височина на Слънцето е 30º, а деклинацията му е 19º. Определете географската ширина на мястото за наблюдение.
2. Как са дневните пътеки на звездите спрямо небесния екватор? [успоредно]
3. Как да се ориентирам в терена с помощта на полярна звезда? [северна посока]
3. 1. Каква е деклинацията на звезда, ако тя кулминира в Москва (φ = 56 º ) на височина 69º?
2. Как е оста на света спрямо земната ос, спрямо равнината на хоризонта? [успоредно, под ъгъл спрямо географската ширина на мястото за наблюдение]
3. Как да се определи географската ширина на района от астрономически наблюдения? [измерете ъгловата височина на Полярната звезда]

б) 3 души на черната дъска.
1. Изведете формулата за височината на осветителното тяло.
2. Ежедневни пътеки на звезди (звезди) на различни географски ширини.
3. Докажете, че височината на полюса на света е равна на географската ширина.

в) Останалите сами .
1. Коя е най-голямата височина на Vega (δ = 38 около 47 ") в Люлката (φ = 54 около 04")? [най-високата височина в горната кулминация, h = 90 о -φ + δ = 90 о -54 о 04 "+38 о 47" = 74 о 43 "]
2. Изберете всяка ярка звезда от PKZN и запишете нейните координати.
3. В какво съзвездие е Слънцето днес и какви са неговите координати? [за втората седмица на октомври от PKZN в конс. Дева, δ = -7º, α = 13 ч 06 м]

г) в "Red Shift 5.1"
Намерете слънцето:
- каква информация можете да получите за слънцето?
- какви са координатите му днес и в какво съзвездие е?
- как се променя деклинацията? [намалява]
- коя от звездите, които имат собствено име, е най-близо в ъглово разстояние до Слънцето и какви са координатите му?
- докажете, че Земята в момента се движи по орбита, приближавайки се към Слънцето (от таблицата за видимост - ъгловият диаметър на Слънцето нараства)

2. Нов материал (20 минути)
Трябва да конвертирате внимание на учениците:
1. Продължителността на деня и годината зависи от референтната рамка, в която се разглежда движението на Земята (дали е свързано с неподвижни звезди, Слънцето и т.н.). Изборът на референтната система се отразява в името на единицата време.
2. Продължителността на времевите единици е свързана с условията на видимост (кулминации) на небесните тела.
3. Въвеждането на стандарта за атомно време в науката се дължи на неравномерността на въртенето на Земята, което беше открито с повишаване на точността на часовниците.
4. Въвеждането на стандартно време се дължи на необходимостта от координиране на икономическите дейности на територията, определена от границите на часовите зони.

Системи за броене на време. Връзка с географската дължина. Преди хиляди години хората забелязаха, че много от природата се повтаря: слънцето изгрява на изток и залязва на запад, лятото замества зимата и обратно. Тогава се появиха първите единици време - ден месец Година ... С помощта на най-простите астрономически инструменти беше установено, че има около 360 дни в годината и за около 30 дни силуетът на Луната преминава през цикъл от едно пълнолуние до следващото. Следователно халдейските мъдреци приеха за основа шестдесетичната бройна система: денят беше разделен на 12 нощни и 12 дневни часа , кръгът е 360 градуса. Всеки час и всяка степен са разделени на 60 минути , и всяка минута - 60 секунди .
Последващите по-точни измервания обаче безнадеждно развалиха това съвършенство. Оказа се, че Земята прави пълна революция около Слънцето за 365 дни, 5 часа 48 минути и 46 секунди. Луната, от друга страна, отнема от 29,25 до 29,85 дни, за да обиколи Земята.
Периодични явления, придружени от денонощното въртене на небесната сфера и привидното годишно движение на Слънцето по еклиптиката лежат в основата на различни системи за измерване на времето. Време- основната физическа величина, характеризираща последователната промяна на явленията и състоянията на материята, продължителността на тяхното съществуване.
Къс- ден, час, минута, секунда
Дълго- година, тримесечие, месец, седмица.
1. "Звездно"време, свързано с движението на звездите в небесната сфера. Измерено с часовия ъгъл на пролетното равноденствие: S = t ^; t = S - a
2. "Слънчева"време, свързано с: видимото движение на центъра на диска на Слънцето по еклиптиката (истинско слънчево време) или движението на" средното Слънце "- въображаема точка, движеща се равномерно по небесния екватор за същия период от време като истинското Слънце (средно слънчево време).
С въвеждането през 1967 г. на атомния стандарт за времето и на Международната система SI атомната секунда се използва във физиката.
Второе физическа величина, числено равна на 9192631770 периоди на излъчване, съответстващи на прехода между свръхфини нива на основното състояние на атома цезий-133.
Всички горепосочени „времена“ са съгласувани помежду си чрез специални изчисления. Средното слънчево време се използва в ежедневието. . Основната единица на звездното, истинското и средното слънчево време е денят.Получаваме сидерична, средна слънчева и други секунди, като делим съответния ден на 86400 (24 часа, 60 м, 60 секунди). Денят се превърна в първата времева единица преди повече от 50 000 години. Ден- периодът от време, през който Земята прави един пълен оборот около оста си спрямо която и да е забележителност.
Звезден ден- периодът на въртене на Земята около оста си спрямо неподвижни звезди, се определя като интервал от време между две последователни горни кулминации на пролетното равноденствие.
Истински слънчев ден- периодът на въртене на Земята около оста си спрямо центъра на слънчевия диск, определен като интервал от време между две последователни кулминации със същото име на центъра на слънчевия диск.
Поради факта, че еклиптиката е наклонена към небесния екватор под ъгъл 23 o 26 ", а Земята се върти около Слънцето по елиптична (леко удължена) орбита, скоростта на видимото движение на Слънцето в небесната сфера и следователно продължителността на истинските слънчеви дни постоянно ще се променя през цялата година.: най-бързата близо до точките на равноденствие (март, септември), най-бавната близо до точките на слънцестоене (юни, януари) За опростяване на изчисленията на времето в астрономията, концепцията за се въвежда среден слънчев ден - периодът на въртене на Земята около оста си спрямо "средното Слънце".
Средни слънчеви днисе определят като интервал от време между две последователни едноименни кулминации на "средното слънце". Те са с 3 м 55 009 сек по-кратки от сидеричния ден.
24 h 00 m 00 s сидерично време са равни на 23 h 56 m 4,09 s средно слънчево време. За категоричността на теоретичните изчисления, ефемериди (таблични)второ, равно на средната слънчева секунда на 0 януари 1900 г. в 12 часа от текущото време, не свързано с въртенето на Земята.

Преди около 35 000 години хората забелязват периодична промяна във външния вид на Луната - промяната в лунните фази. Фаза Fнебесно тяло (Луна, планета и др.) се определя от съотношението на най-голямата ширина на осветената част на диска ддо нейния диаметър д: Ф =г / г... Линия терминаторразделя тъмните и светлите части на осветителния диск. Луната се движи около Земята в същата посока, в която земята се върти около оста си: от запад на изток. Отражението на това движение е очевидното движение на луната на фона на звездите към въртенето на небето. Всеки ден Луната се измества на изток с 13,5 o спрямо звездите и завършва пълен кръг за 27,3 дни. Така че беше установена втората мярка за време след деня - месец.
Звезден (звезден) лунен месец- периодът от време, през който Луната прави един пълен оборот около Земята спрямо неподвижни звезди. Равно на 27 d 07 h 43 m 11.47 s.
Синодичен (календарен) лунен месец- интервалът от време между две последователни фази със същото име (обикновено новолуния) на Луната. Равно на 29 d 12 h 44 m 2,78 s.
Комбинацията от явленията на привидното движение на Луната на фона на звездите и промяната във фазите на Луната ви позволява да навигирате от Луната на земята (Фиг.). Луната се появява като тесен полумесец на запад и изчезва в лъчите на зората със същия тесен полумесец на изток. Нека психически прикрепим права линия към лунния полумесец вляво. Можем да прочетем в небето или буквата „Р“ - „растяща“, „рогата“ на месеца са обърнати наляво - месецът се вижда на запад; или буквата "С" - "стареене", "рогата" на месеца са обърнати надясно - месецът се вижда на изток. При пълнолуние луната се вижда на юг в полунощ.

В резултат на наблюдението на промяната в положението на Слънцето над хоризонта в продължение на много месеци възникна трета мярка за време - година.
Година- периодът от време, през който Земята прави един пълен оборот около Слънцето спрямо която и да е забележителност (точка).
Звездна година- сидеричен (звезден) период на революцията на Земята около Слънцето, равен на 365,256320 ... средни слънчеви дни.
Аномалистична година- интервалът от време между два последователни преминавания на средното Слънце през точката на неговата орбита (обикновено перихелий), е равен на 365.259641 ... средни слънчеви дни.
Тропическа година- интервалът от време между два последователни преминавания на средното Слънце през пролетното равноденствие, равен на 365.2422 ... средни слънчеви дни или 365 d 05 h 48 m 46.1 s.

Световно времесе определя като местното средно слънчево време при нулевия (Гринуич) меридиан ( Около, UT- Универсално време). Тъй като в ежедневието местното време не може да се използва (тъй като в Люлката е едно, а в Новосибирск е различно (различно λ )), поради което беше одобрен от конференцията по предложение на канадския железопътен инженер Санфорд Флеминг(8 февруари 1879 когато говори в канадския институт в Торонто) стандартно време,разделяне на земното кълбо на 24-часови зони (360: 24 = 15 о, по 7,5 о от централния меридиан). Нулевата часова зона е разположена симетрично около нулевия (Гринуич) меридиан. Поясите са номерирани от 0 до 23 от запад на изток. Реалните граници на поясите са изравнени с административните граници на области, региони или щати. Централните меридиани на часовите зони са точно 15 o (1 час) един от друг, следователно, когато се премествате от един часови пояс в друг, времето се променя с цяло число часове, но броят на минутите и секундите не се променя . Новият календарен ден (и Нова година) започва на редове за дата(демаркационна линия), преминаващ главно по меридиана 180 o източна дължина близо до североизточната граница на Руската федерация. На запад от датата, денят на месеца е винаги един повече, отколкото на изток от него. Когато тази линия се пресича от запад на изток, номерът на календара намалява с един, а когато се пресича линията от изток на запад, номерът на календара се увеличава с един, което премахва грешка при броене на времето при пътуване по света и преместване на хора от Изтока до Западното полукълбо на Земята.
Ето защо, Международната конференция за меридиани (1884, Вашингтон, САЩ), във връзка с развитието на телеграфа и железопътния транспорт, въвежда:
- началото на деня от полунощ, а не от обяд, както беше.
- първоначалният (нулев) меридиан от Гринуич (Обсерваторията в Гринуич близо до Лондон, основана от J. Flamsteed през 1675 г., през оста на телескопа на обсерваторията).
- система за броене стандартно време
Времето на зоната се определя по формулата: T n = T 0 + n където T 0 - универсално време; н- номер на часовата зона.
Лятно часово време- стандартно време, променено с цяло число часове с правителствено постановление. За Русия това е равно на талията, плюс 1 час.
Московско време- лятно часово време на втория часови пояс (плюс 1 час): Tm = T 0 + 3 (часа).
Лятно време- лятно часово време, променено допълнително с плюс 1 час по правителствена поръчка за летния период от време с цел спестяване на енергийни ресурси. По примера на Англия, която за първи път въведе лятното часово време през 1908 г., сега има 120 страни по света, включително Руската федерация, която ежегодно преминава към лятно часово време.
Часови зони по света и Русия
След това трябва накратко да запознаете учениците с астрономически методи за определяне на географските координати (дължина) на района. Поради въртенето на Земята, разликата между моментите от настъпването на половин ден или кулминациите ( кулминация.Какво е това явление?) На звездите с известни екваториални координати в 2 точки е равно на разликата в географските дължини на точките, което дава възможност да се определи географската дължина на дадена точка от астрономическите наблюдения на Слънцето и други светила и, обратно , местно време във всяка точка с известна дължина.
Например: единият от вас е в Новосибирск, другият в Омск (Москва). Колко от вас ще наблюдават горната кулминация на центъра на Слънцето преди? И защо? (забележете, това означава, че вашият часовник работи според новосибирското време). Изход- в зависимост от местоположението на Земята (меридиан - географска дължина), кулминацията на която и да е звезда се наблюдава по различно време, т.е. времето е свързано с географската дължина или T = UT + λ,и разликата във времето за две точки, разположени на различни меридиани, ще бъде T 1 -T 2 = λ 1 - λ 2.Географска дължина (λ ) на площта се измерва на изток от "нулевия" (Гринуич) меридиан и е числено равен на интервала от време между същите кулминации на една и съща звезда на меридиана в Гринуич ( UT)и в точката на наблюдение ( T). Изразява се в градуси или часове, минути и секунди. За да се определи географската дължина на областта, е необходимо да се определи моментът на кулминацията на всяко светило (обикновено Слънцето) с известни екваториални координати. Превеждайки с помощта на специални таблици или калкулатор времето за наблюдение от средно слънчево в звездно и знаейки времето от кулминацията на тази звезда на меридиана в Гринуич от справочника, можем лесно да определим географската дължина на областта. Единствената трудност при изчисленията е точното преобразуване на мерните единици от една система в друга. Моментът на кулминацията не може да бъде „наблюдаван“: достатъчно е да се определи височината (зенитното разстояние) на звездата във всеки точно фиксиран момент във времето, но изчисленията тогава ще бъдат доста сложни.
Часовникът се използва за измерване на времето. От най-простите, използвани в древността, са гномон - вертикален стълб в центъра на хоризонтална платформа с прегради, след това пясък, вода (клепсидри) и огън, до механични, електронни и атомни. Още по-точен атомен (оптичен) стандарт на времето е създаден в СССР през 1978г. Грешка от 1 секунда се появява веднъж на 10 000 000 години!

Система за отчитане на времето у нас
1) От 1 юли 1919 г. въведен стандартно време(Постановление на Съвета на народните комисари на РСФСР от 08.08.1919 г.)
2) През 1930 г. е инсталиран Москва (майчинство) времето на 2-ра часова зона, в която се намира Москва, като се преведе един час преди стандартното време (+3 към универсалното или +2 към централноевропейското), за да се осигури по-светлата част от деня през деня ( указ на Съвета на народните комисари на СССР от 06.16.). Разпределението по часови зони на ръбове и региони се променя значително. Отменен през февруари 1991 г. и възстановен от януари 1992 г.
3) Със същия Указ от 1930 г. се отменя преходът към лятно часово време, действащ от 1917 г. (20 април и връщане на 20 септември).
4) През 1981 г. лятното часово време беше възобновено в страната. Постановление на Министерския съвет на СССР от 24 октомври 1980 г. "За процедурата за изчисляване на времето на територията на СССР" се въвежда лятно часово време чрез превод в 0 часа на 1 април стрелките на часовника са с един час напред, а на 1 октомври с един час назад от 1981 година. (През 1981 г. лятното часово време беше въведено в по-голямата част от развитите страни - 70, с изключение на Япония). По-късно в СССР преводът започва да се прави в най-близката до тези дати неделя. Резолюцията въведе редица съществени промени и одобри новосъставения списък с административни територии, определени за съответните часови зони.
5) През 1992 г. е възстановен президентският указ, отменен през февруари 1991 г., майчинство (Москва) от 19 януари 1992 г. със запазване на прехода към лятното часово време в последната неделя на март в 2 часа сутринта за час напред и за зимно часово време в последната неделя на септември в 3 часа сутринта преди един час.
6) През 1996 г. с Постановление на правителството на Руската федерация № 511 от 23.04.1996 г. лятното часово време е удължено с един месец и сега приключва в последната неделя на октомври. В Западен Сибир регионите, които преди са били в зоната MSK + 4, са преминали към MSK + 3 път, присъединявайки се към омското време: Новосибирска област на 23 май 1993 г. в 00:00, Алтайска територия и Република Алтай на 28 май 1995 г. в 4:00, Томска област 1 май 2002 г. в 3:00, Кемеровска област на 28 март 2010 г. в 02:00. ( разликата с универсалното време GMT ​​остава 6 часа).
7) От 28 март 2010 г., с преминаването към лятно часово време, територията на Русия започна да се намира в 9 часови пояса (от 2-ри до 11-ти включително, с изключение на 4-ти, Самарска област и Удмуртия на 28 март 2010 г. в 2 часа сутринта по московско време) със същото време във всяка часова зона. Границите на часовите зони минават по границите на съставните образувания на Руската федерация, като всяко съставно образувание е включено в една зона, с изключение на Якутия, която е включена в 3 зони (MSK + 6, MSK + 7, MSK + 8) и региона Сахалин, който е включен в 2 зони (MSK + 7 на Сахалин и MSK + 8 на Курилските острови).

И така, за нашата страна през зимата T = UT + n + 1 h , но през лятото T = UT + n + 2 часа

Можете да предложите да направите лабораторна (практическа) работа у дома: Лабораторна работа„Определяне на координатите на терена от наблюдения на Слънцето“
Оборудване: гномон; креда (колчета); „Астрономически календар“, тетрадка, молив.
Работна поръчка:
1. Определяне на обедната линия (посока на меридиана).
С ежедневното движение на Слънцето по небето сянката на гномона постепенно променя посоката и дължината си. В истински обяд той има най-малката дължина и показва посоката на обедната линия - проекцията на небесния меридиан върху равнината на математическия хоризонт. За да се определи следобедната линия, е необходимо в сутрешните часове да се маркира точката, в която пада сянката на гномона, и да се начертае кръг през него, като се вземе гномонът за негов център. След това трябва да изчакате, докато сянката на гномона докосне линията на кръга за втори път. Получената дъга е разделена на две части. Линията, минаваща през гномона и средата на обедната дъга, ще бъде следобедната линия.
2. Определяне на географската ширина и дължина на района от наблюденията на Слънцето.
Наблюденията започват малко преди момента на истинския пладне, появата на който се записва в момента на точно съвпадение на сянката от гномона и обедната линия според добре настроен часовник, който работи според стандартното време. В същото време се измерва дължината на сянката от гномона. По дължината на сянката лв истински обяд по времето на настъпването му Tпо лятно часово време, като се използват прости изчисления, се определят координатите на района. Предварително от връзката tg h ¤ = N / lкъдето З.- височината на гномона, намерете височината на гномона в истински пладне h ¤.
Географската ширина на площта се изчислява по формулата φ = 90-h ¤ + d ¤, където d ¤ е деклинацията на Слънцето. За да определите географската дължина на областта, използвайте формулата λ = 12 h + n + Δ-Dкъдето н- номер на часовата зона, h - уравнение на времето за даден ден (определено съгласно данните от "Астрономическия календар"). За зимно време D = н+ 1; за лятно време D = н + 2.

"Планетариум" 410,05 mb		Ресурсът ви позволява да инсталирате пълна версия на иновативния учебно-методически комплекс „Планетариум“ на компютър на учител или ученик. „Планетариум“ - селекция от тематични статии - предназначени за използване от учители и ученици в уроци по физика, астрономия или природни науки в 10-11 клас. Когато инсталирате комплекса, се препоръчва да използвате само английски букви в имената на папки.
Демонстрации 13,08 MB		Ресурсът представя демонстрационни материали на иновативния учебно-методически комплекс Планетариум.
Планетариум 2.67 MB Часовник 154.3 KB Стандартно време 374.3 kb Карта на стандартното време 175.3 kb

„Концепцията за определен период от време, от който се нуждаем
като скала, а именно време, защото времето,
взето от само себе си, не е такъв мащаб ... ".
Плотин

След като изучихте тази тема, вие:

• научете за историята на съвременния календар; какво е "сидерично" и "слънчево" време и има ли уравнение на времето; кой в ​​икономически развитите страни е пазителят на точното време; с какъв календар живеем; за историята на устройствата за измерване на времето;
• ще можете да разкажете историята на съвременния календар; обяснете какво е "сидерично" и "слънчево" време; обяснете разликите между истинските дни, дни и звездни дни; обяснете какво е уравнението на времето; разкажете за уредите за измерване на времето, които са се използвали в древността; назовете едно от тези устройства, което все още се използва.

Преди да започнете да усвоявате материала по тази тема, чуйте видеолекцията „Астрономическо време и календар“ от Владимир Георгиевич Сурдин.

Щракнете върху иконата

Целият живот и дейности на хората се случват във времето. Наблюдавайки смяната на деня и нощта, хората отдавна са възприемали потока на времето, но са се научили да го измерват много по-късно.

Мерките за измерване на времето са взети от самата природа: по-късите са тясно свързани с въртенето на Земята около оста си, а по-дългите са свързани с движението на Луната и нашата планета в орбита около Слънцето.

Възникнаха значителни трудности при установяването на стандарти за измерване на времето. Мерките за време са естествени единици, взети от човек от заобикалящия го свят - това са дни, месеци и години. Важно е те да са несъизмерими.

Единиците за измерване на интервали от време, по-малко от ден - час, минута, секунда и нейните фракции - са създадени от самия човек. С течение на времето той се научи не само да измерва тези конвенционални единици за време, но и да ги съхранява. За да измери по-дълги периоди от време, човек използва периодични природни явления. Системата за отчитане на значителни периоди от време, базирана на периодични явления на околния свят, обикновено се нарича календар. Календарът ви позволява да установите определен ред на броене на дни в годината; той е неотделим от човешката култура.

Календарът, който постоянно използваме в момента, не се появи веднага; той има своя дълга, много сложна история, която все още не е завършена до днес, тъй като съвременният календар не може да се нарече съвършен.

Време. Единици за измерване и отчитане на времето

Време- основната физическа величина, характеризираща последователната промяна на явленията и състоянията на материята, продължителността на тяхното съществуване.

В исторически план всички основни и производни единици за време се определят въз основа на астрономически наблюдения на хода на небесните явления, причинени от въртенето на Земята около оста си, въртенето на Луната около Земята и въртенето на Земята около Слънце. За измерване и отчитане на времето в астрометрията се използват различни референтни системи, свързани с определени небесни тела или определени точки от небесната сфера. Най-разпространени са "сидеричното" и "слънчевото" време. С въвеждането през 1967 г. на атомния стандарт за време и Международната система SI атомната секунда се използва във физиката.

Звездное и слънчево времеса съвместими помежду си посредством специални изчисления. Средното слънчево време се използва в ежедневието.

Определянето на точното време, неговото съхранение и предаване по радиото съставляват работата на Службата за прецизно време, която съществува във всички развити страни по света, включително Русия.

Основната единица на звездното, истинското и средното слънчево време е денят. Сидерични, средни слънчеви и други секунди се получават чрез разделяне на съответния ден на 86400 (24 часа 60 минути 60 секунди). Денят се превърна в първата времева единица преди повече от 50 000 години.

Ден- периодът от време, през който Земята прави един пълен оборот около оста си спрямо която и да е забележителност.

Звезденден- периодът на въртене на Земята около оста си спрямо неподвижни звезди, се определя като интервал от време между две последователни горни кулминации на пролетното равноденствие.

Истинска слънчеваден- периодът на въртене на Земята около оста си спрямо центъра на слънчевия диск, определен като интервал от време между две последователни кулминации със същото име на центъра на слънчевия диск.

Поради факта, че еклиптиката е наклонена към небесния екватор под ъгъл и Земята се върти около Слънцето по елиптична орбита, скоростта на видимото движение на Слънцето в небесната сфера. Следователно през цялата година продължителността на истинския слънчев ден постоянно ще се променя: най-бързо в близост до точките на равноденствие (март, септември), най-бавно близо до точките на слънцестоене (юни, януари).

За да се опростят изчисленията на времето в астрономията, се въвежда понятието за среден слънчев ден - периодът на въртене на Земята около оста си спрямо "средното Слънце".

Уравнението на времето(SW) е разликата между средното слънчево време (SWT) и истинското слънчево време (SWT):

HC = SSV - WIS

Тази разлика във всеки един момент от времето е еднаква за наблюдател във всяка точка на Земята.

Задание за дискусия с учителя (може да бъде във или във видеозалата)

Истинският ден е времето, през което Слънцето прави пълен кръг по небето, през годината варира от 23 часа 44 минути до 24 часа 14 минути, в зависимост от времето на годината. Настоящата орбита на Земята се пресича с кръгова само четири пъти в годината: 16 април , 14 юни , 1 септемврии 25 декември... Тези дни уравнението на времето е 0. Съответно, за всеки сезон има максимум от уравнението на времето: около 12 февруари+ 14,3 минути, 15 май- 3,8 минути, 27 юли+ 6,4 минути и 4 ноември- 16,4 минути Обяснете защо уравнението на времето е 0 в дните, когато орбитата на Земята се пресича с кръгова.

За определеност на теоретичните изчисления, ефемериди (табличен) секунда, равна на средната слънчева секунда на 01 януари 1900 г. в 12 часа от текущото време, не свързана с въртенето на Земята. Преди около 35 000 години хората забелязват периодична промяна във външния вид на Луната - промяната в лунните фази. Фаза Fнебесно тяло (Луна, планета и др.) се определя от съотношението на най-голямата ширина на осветената част на диска ддо нейния диаметър д:

Линия терминаторразделя тъмните и светлите части на осветителния диск.

Луната се движи около Земята в същата посока, в която земята се върти по оста си: от запад на изток. Отражението на това движение е очевидното движение на луната на фона на звездите към въртенето на небето. Всеки ден Луната се измества на изток спрямо звездите и завършва пълен кръг за 27,3 дни. Така че беше установена втората мярка за време след деня - месец .

Звезден (звезден) луненмесец- периодът от време, през който Луната прави един пълен оборот около Земята спрямо неподвижни звезди. Равно на 27 дни 07 ч. 43 мин. 11,51 сек.

Синодичен (календарен) луненмесец- интервалът от време между две последователни фази със същото име (обикновено новолуния) на Луната, равен на 29 дни 12 часа 44 минути 2.78 s.

Комбинацията от явленията на видимото движение на Луната на фона на звездите и промяната във фазите на Луната ви позволява да навигирате от Луната на земята. Луната се появява в тесен полумесец на запад и изчезва в лъчите на зората със същия тесен полумесец на изток. Ако мислено поставим права линия отляво на лунния полумесец, тогава можем да прочетем в небето или буквата „Р“ (нарастваща), докато „рогата“ на месеца са обърнати наляво - месецът е видим на запад; или буквата "С" (стареене), докато "рогата" на месеца са обърнати надясно - месецът се вижда на изток. При пълнолуние луната се вижда на юг в полунощ.

Повърхността на Земята е разделена на 24 области, ограничени от меридиани - времеви зони... Нулевата часова зона е разположена симетрично по отношение на Гринуишкия (нулев) меридиан; поясите са номерирани от 0 до 23 от запад на изток. Реалните граници на поясите са изравнени с административните граници на области, региони или щати. Централните меридиани на часовите зони са точно 1 час един от друг, следователно, когато се премествате от една часова зона в друга, времето се променя с цяло число часове, но броят на минутите и секундите не се променя. Новият календарен ден (и Нова година) започва на редове за дата (демаркационна линия), преминаващ главно по меридиана 180 източна дължина близо до североизточната граница на Руската федерация. На запад от датата, денят на месеца е винаги един повече, отколкото на изток от него. Когато пресичате тази линия от запад на изток, номерът на календара намалявана единица, а при пресичане на линията от изток на запад, календарният номер се увеличаваза единица. Това елиминира грешката във времето при пътуване по света, както и при преместване от Източното полукълбо на Земята към Западното.

Лятно часово време- стандартно време, променено с цяло число часове с правителствено постановление. За Русия това е равно на стандартното време, плюс 1 час.

Московско време- лятно часово време на втория часови пояс (плюс 1 час): Tm = T0 + 3 (часа).

Лятно време- лятно часово време, променено допълнително с плюс 1 час по правителствена поръчка за летния период от време с цел спестяване на енергийни ресурси.

Поради въртенето на Земята, разликата между моментите на настъпване на половин ден или кулминацията на звезди с известни екваториални координати в 2 точки е равна на разликата в географските дължини на точките, което прави възможно определянето на географска дължина на дадена точка от астрономически наблюдения на Слънцето и други светила и, обратно, местно време във всяка точка с известна дължина ...

Географска дължинаплощта се измерва на изток от "нулевия" (Гринуич) меридиан и е числено равна на интервала от време между същите кулминации на една и съща звезда на меридиана в Гринуич и в точката на наблюдение:

Където С- звездно време в точка с дадена географска ширина, S 0- сидерично време в началния меридиан. Изразява се в градуси или часове, минути и секунди.

За да се определи географската дължина на района, е необходимо да се определи моментът на кулминацията на светило (обикновено Слънце) с известни екваториални координати. Чрез превод с помощта на специални таблици или калкулатор времето за наблюдение от средно слънчево в звездно, а също и знаейки времето на кулминацията на тази звезда на меридиана в Гринуич от справочника, можете да определите географската дължина на областта. За да се определи моментът на кулминация, е достатъчно да се определи височината (зенитното разстояние) на звездата във всеки точно фиксиран момент във времето.

Задачи за дискусия с учителя (може да бъде във или във видеозалата)

Защо слънчевото време се използва в ежедневието, а не сидеричното време?

Възможно ли е да се проектира слънчев часовник, който да показва средното слънчево време, лятното часово време, лятното часово време и т.н.? Подгответе валидни отговори, обсъдете отговорите с учителя.

Инструменти за измерване и поддържане на времето

Дори в Древен Вавилон слънчевите дни са били разделени на 24 часа (360: 24 = 15). По-късно всеки час беше разделен на 60 минути и всяка минута на 60 секунди.

Първите инструменти за измерване на времето бяха слънчевите часовници. Най-простият слънчев часовник беше гномон- вертикален стълб в центъра на хоризонтална платформа с прегради. Сянката на гномона описва сложна крива, в зависимост от височината на Слънцето и променяща се от ден на ден в зависимост от положението на Слънцето върху еклиптиката, скоростта на сянката също се променя. Погледнете снимките: ъглите, съответстващи на всеки час, имат различна стойност.

Точността на измерване на времето с помощта на гномона се определя от височината му: колкото по-висок е гномонът, толкова по-дълга е сянката от него, което увеличава точността на измерването. За улеснение в края на гномона имаше дупка, която се виждаше ясно в сенките. Беше възможно да се увеличи точността на измерване на времето чрез намиране на ъглополовящата на сутрешните и вечерните сенки със същата дължина: при разсъмване и здрач скоростта на промяна в дължината на сянката е по-висока и нейната посока (за даден дължина) се задава по-точно.

Наклонявайки платформата така, че полюсът от гномона да е насочен към полюса на света, получаваме екваториален слънчев часовник, в който скоростта на сянката е еднаква.

Пясъчен часовник, пожарни и водни часовници са измислени за измерване на времето през нощта и при лошо време.

Пясъчен часовникимат опростен дизайн, могат да се използват по всяко време на деня и независимо от времето, се различават по точност, но са тромави и „стартират“ само за кратко.

Пожарен часовникса спирала или пръчка, изработени от горимо вещество с маркирани раздели. Недостатъци на тези часовници: ниска точност (зависимостта на скоростта на горене от състава на веществото и времето) и сложността на производството.

Интересно е

В древен Китай са създадени специални смеси, които могат да горят дълго време (месеци) и не изискват постоянно наблюдение.

Древните миньори са използвали часовник с огън, представляващ глинен съд с масло, което е било достатъчно за 10 часа горене на лампа. Миньорът довършваше работата, когато маслото изгоря.

Воден часовникизползван в много страни от Древния свят.

Механични часовницис тежести и колела са измислени за първи път през X-XI век. В Русия първата кула механични часовнициинсталиран от монаха Лазар Сърбин в Московския Кремъл през 1404г. Махало часовникизобретен през 1657 г. от холандския физик и астроном Х. Хюйгенс.

Интересно е

Отидете на пътешествие във времето с Роналд Топ, гледайте видеоклипа „Време. Историята на създаването на часовници. История на изобретенията ".

Щракнете върху иконата

Календар . Основни календари

Древен египетски календар в гробницата на Сененмут

Календар- непрекъсната бройна система за големи периоди от време, основана на периодичността на природните явления, която се проявява особено ясно при небесните явления (движението на небесните тела). Цялата вековна история на човешката култура е неразривно свързана с календара. Необходимостта от календари възникна в такава дълбока древност, когато хората все още не можеха да четат и пишат. Календарите определят настъпването на пролетта, лятото, есента и зимата, периодите на цъфтежа на растенията, узряването на плодовете, събирането на лечебни билки, промените в поведението и живота на животните, промените във времето, времето на земеделската работа и много повече. Както в древни времена, календарите и сега ви позволяват да регулирате и планирате живота и икономическите дейности на хората.

Има три основни типа календари: лунен, слънчева, лунно-слънчева.

1. Лунният календар.Възникна преди повече от 30 000 години. Този календар се основава на синодичен лунен месец с продължителност 29,5 средни слънчеви дни... Лунната година на календара съдържа 354 (355) дни (11,25 дни по-къси от слънчевата) и е разделена на 12 месеца: във всеки нечетен месец има 30 дни, а в четен месец - 29 дни. Тъй като календарният месец е 0,0306 дни по-кратък от синодичния, то след 30 години разликата между тях достига 11 дни. Има два цикъла: 30-годишен - арабски (11/30) и 8-годишен - турски (8/3). В арабския 30-годишен цикъл има 19 „прости“ години от 354 дни и 11 „високосни“ години от по 355 дни. Турският 8-годишен цикъл има 5 „прости“ и 3 „високосни“ години. Лунният календар е приет като религиозен и държавен календар в много мюсюлмански страни.

2. Слънчев календар.Слънчевият календар се основава на тропическа година (периоди на смяна на сезоните). Появява се преди повече от 6000 години в Древен Египет, този календар сега се приема като световен календар.

Джулианслънчевият календар на „стария стил“ съдържа 365,25 дни: три „прости“ години имат 365 дни, една високосна - 366 дни. Има 12 месеца в годината, по 30 и 31 дни (с изключение на февруари). Юлианската година е на 11 минути 13,9 секунди след тропическата година. За 1500 години от прилагането му се е натрупала грешка от 10 дни.

IN Григорианслънчевият календар "нов стил" дължината на годината е 365, 242500 дни. Разлики от Юлианския слънчев календар: дните бяха преместени с 10 дни напред; новите векове и хилядолетия започват от 1 януари на „първата“ година на дадения век и хилядолетие; всеки век, който не се дели на 4 без остатък, не се счита за високосен век. Това коригира грешка от 3 дни на всеки 400 години.

У нас, преди революцията, се използва юлианският календар на „стария стил“, грешката на който към 1917 г. е 13 дни. През 1918 г. в страната беше въведен григорианският календар на „новия стил“, приет в целия свят и всички дати се преместиха с 13 дни напред.

За любопитните

Гледайте образователна карикатура за историята на юлианския и григорианския календар.

Щракнете върху иконата

Формула за конвертиране на юлиански календарни дати в григориански:

Където
T Gи T Ю.- дати по григорианския и юлианския календар;
н- цяло число дни, ОТ- броят на пълните минали векове;
C 1- най-близкият брой векове, кратен на четири.

Помислете за други примери за сортове слънчеви календари.

Персийски календар.Проектиран от Омар Хаям през 1079 г .; е бил използван на територията на Персия и редица други държави до средата на 19 век. Продължителността на тропическата година е 365,24242 дни; 33-годишният цикъл включва 25 „прости“ и 8 „високосни“ години. Много по-точна от григорианската: грешка от 1 година „изтича“ над 4500 години.

Коптски (александрийски) календар:една година - 12 месеца за 30 дни; след 12 месеца в "простата" година се добавя 5, в "скока" - 6 допълнителни дни. Използва се на територията на коптите (Етиопия, Египет, Судан, Турция и др.).

3. Лунно-слънчев календар.Произхожда от началото на I хилядолетие пр. Н. Е. И е бил използван в Древен Китай, Индия, Вавилон, Юдея, Древна Гърция и Рим. Тя се основава на движението на Луната, съобразено с годишното движение на слънцето. Годината се състои от 12 лунни месеца по 29 и 30 дни, към които, за да се отчете движението на Слънцето, периодично се добавят „високосни“ години, съдържащи допълнителен 13-ти месец: „простите“ години продължават 353, 354, 355 дни , и „високосна година“ - 383, 384 или 385 дни. В момента официалният календар в Израел (началото на годината пада в различни дни между 6 септември и 5 октомври). Използва се и заедно с държавата - григорианския календар, в страните от Югоизточна Азия (Виетнам, Китай и др.).

Лунно-слънчев календар

В допълнение към описаните основни видове календари, различни народи са създали и други календари, например източния, календара на маите, ацтекския календар, индуски календари и т.н.

До началото на ХХ век нарастването на международните научни, технически, културни и икономически връзки наложи създаването на единен, прост и точен Световен календар. Съществуващите календари имат редица недостатъци: недостатъчно съответствие между продължителността на тропическата година и датите на астрономическите явления, свързани с движението на Слънцето през небесната сфера; неравномерна и непоследователна продължителност на месеците; несъответствие на номерата на месеца и дните от седмицата, несъответствие на имената им с позицията в календара и др. Бяха разгледани различни проекти, един от които през 1954 г. беше препоръчан за разглеждане от Общото събрание на ООН. По религиозни причини обаче проектът не беше реализиран. Въвеждането на единен Световен вечен календар остава един от проблемите на нашето време.