تعریف و «ذخیره» زمان. زمان نجومی و مناطق زمانی نجوم نگهداری زمان

فقط اولین وظیفه سرویس زمان با به دست آوردن امتیازات به موقع حل می شود. وظیفه بعدی ذخیره زمان دقیق در فواصل بین تعاریف نجومی آن است. این کار با کمک یک ساعت نجومی حل می شود.

برای به دست آوردن دقت بالا در زمان بندی در ساخت ساعت های نجومی، تا حد امکان، تمامی منابع خطا در نظر گرفته شده و از بین می روند و مساعدترین شرایط برای کارکرد آنها ایجاد می شود.

در یک ساعت، مهمترین قسمت آونگ است. فنرها و چرخ ها به عنوان مکانیزم انتقال عمل می کنند، فلش ها - نشان می دهند، و آونگ زمان را اندازه گیری می کند. بنابراین در ساعت نجومی سعی می شود بهترین شرایط ممکن را برای عملکرد آن ایجاد کنند: ثابت نگه داشتن دمای اتاق، از بین بردن ضربه ها، تضعیف مقاومت هوا و در نهایت کاهش بار مکانیکی تا حد امکان.

برای اطمینان از دقت بالا، ساعت نجومی در یک زیرزمین عمیق قرار می گیرد که از ضربه محافظت می شود. اتاق در طول سال در دمای ثابت نگه داشته می شود. برای کاهش مقاومت هوا و از بین بردن تأثیر تغییرات فشار اتمسفر، آونگ ساعت در محفظه ای قرار می گیرد که در آن فشار هوا تا حدودی کاهش می یابد (شکل 20).

ساعت‌های نجومی با دو آونگ (ساعت‌های Short) دقت بسیار بالایی دارند که یکی از آن‌ها - غیر آزاد یا "برده" با انتقال و مکانیسم‌های نشان‌دهنده متصل است و خودش توسط دیگری کنترل می‌شود - یک آونگ آزاد که به هیچ چرخی متصل نیست. و فنرها (شکل 21).

آونگ آزاد در یک زیرزمین عمیق در یک جعبه فلزی قرار می گیرد. در این حالت فشار کاهش یافته است. یک آونگ آزاد از طریق دو آهنربای الکتریکی کوچک به یک غیرآزاد متصل می شود که در نزدیکی آنها نوسان می کند. آونگ آزاد آونگ "برده" را کنترل می کند و آن را مجبور می کند تا در زمان خود با خود حرکت کند.

می توان به خطاهای ساعت بسیار کوچک دست یافت، اما نمی توان آنها را به طور کامل حذف کرد. با این حال، اگر ساعت به درستی کار نمی کند، اما از قبل مشخص شده است که عجله دارد یا تعداد ثانیه های مشخصی در روز عقب است، محاسبه زمان دقیق از چنین ساعت نادرستی دشوار نیست. برای انجام این کار کافی است بدانید ساعت چه کار می کند، یعنی چند ثانیه در روز عجله دارند یا عقب می مانند. در طول ماه ها و سال ها، جداول اصلاحی برای این نمونه از ساعت نجومی تهیه می شود. عقربه های یک ساعت نجومی تقریباً هرگز زمان را دقیقاً نشان نمی دهند، اما با کمک جداول تصحیح، می توان مهرهای زمانی را با دقت هزارم ثانیه به دست آورد.

متأسفانه، نرخ ساعت ثابت نمی ماند. هنگامی که شرایط خارجی تغییر می کند - دمای اتاق و فشار هوا - به دلیل عدم دقت همیشه موجود در ساخت قطعات و عملکرد تک تک قطعات، همان ساعت می تواند در طول زمان مسیر خود را تغییر دهد. تغییر یا تغییر در روند یک ساعت، شاخص اصلی کیفیت کار آن است. هرچه تغییر در نرخ ساعت کمتر باشد، ساعت بهتر است.

بنابراین، یک ساعت نجومی خوب می‌تواند بسیار شتاب‌زده و بسیار کند باشد، می‌تواند جلوتر باشد یا حتی یک دهم ثانیه در روز عقب بیفتد، و در عین حال می‌تواند برای نگه‌داشتن زمان به‌طور قابل‌اطمینان و دریافت خوانش‌های دقیق نسبتاً دقیق، اگر فقط رفتارش باشد، استفاده شود. ثابت است، یعنی تغییرات روزانه دوره کم است.

در ساعت نجومی آونگی شورت، تغییرات روزانه سکته مغزی 0.001-0.003 ثانیه است. برای مدت طولانی، چنین دقت بالایی بی نظیر باقی ماند. در دهه پنجاه قرن ما، مهندس F. M. Fedchenko تعلیق آونگ را بهبود بخشید و جبران حرارتی آن را بهبود بخشید. این به او اجازه داد تا ساعتی طراحی کند که در آن تغییرات روزانه ضربه به 0.0002-0.0003 ثانیه کاهش می یابد.

در سال‌های اخیر، ساخت ساعت‌های نجومی دیگر توسط مکانیک‌ها نبود، بلکه توسط برق‌کاران و مهندسان رادیو انجام شد. آنها ساعتی ساختند که در آن از ارتعاشات الاستیک کریستال کوارتز به جای نوسانات آونگ برای شمارش زمان استفاده شد.

یک کریستال کوارتز با برش مناسب خواص جالبی دارد. اگر چنین صفحه ای که پیزوکوارتز نامیده می شود فشرده یا خم شود، بارهای الکتریکی از علائم مختلف بر روی سطوح مخالف آن ظاهر می شود. اگر یک جریان الکتریکی متناوب به سطوح مخالف صفحه پیزوکوارتز اعمال شود، پیزوکوارتز مرتعش می شود. هر چه میرایی دستگاه نوسانی کمتر باشد، فرکانس نوسان ثابت تر است. پیزوکوارتز از این نظر خواص بسیار خوبی دارد، زیرا میرایی نوسانات آن بسیار کم است. این به طور گسترده ای در مهندسی رادیو برای حفظ فرکانس ثابت فرستنده های رادیویی استفاده می شود. همین ویژگی کوارتز پیزوالکتریک - ثبات بالای فرکانس ارتعاش - ساخت یک ساعت کوارتز نجومی بسیار دقیق را ممکن کرد.

یک ساعت کوارتز (شکل 22) متشکل از یک ژنراتور رادیویی-فنی تثبیت شده توسط کوارتز پیزوالکتریک، آبشارهای تقسیم فرکانس، یک موتور الکتریکی سنکرون و یک صفحه با فلش های اشاره گر است.

ژنراتور رادیویی-تکنیکی یک جریان متناوب با فرکانس بالا تولید می کند و کوارتز پیزوالکتریک فرکانس ثابت نوسانات خود را با دقت زیادی حفظ می کند. در آبشارهای تقسیم فرکانس، فرکانس جریان متناوب از چند صد هزار به چند صد نوسان در ثانیه کاهش می یابد. یک موتور الکتریکی سنکرون که با جریان متناوب فرکانس پایین کار می کند، فلش های اشاره گر را می چرخاند، رله های سیگنال زمان را می بندد و غیره.

سرعت چرخش یک موتور الکتریکی سنکرون به فرکانس جریان متناوب که با آن عرضه می شود بستگی دارد. بنابراین، در ساعت‌های کوارتز، سرعت چرخش عقربه‌ها در نهایت توسط فرکانس ارتعاش کوارتز پیزوالکتریک تعیین می‌شود. ثبات بالای فرکانس نوسانات صفحه کوارتز یکنواختی مسیر و دقت بالای نشانه های ساعت نجومی کوارتز را تضمین می کند.

در حال حاضر ساعت‌های کوارتز در انواع و اهداف مختلف با تغییرات روزانه از صدم یا حتی هزارم ثانیه تولید می‌شوند.

اولین طرح های ساعت های کوارتز نسبتاً حجیم بودند. از این گذشته، فرکانس طبیعی ارتعاشات یک صفحه کوارتز نسبتاً زیاد است و برای شمارش ثانیه ها و دقیقه ها باید با استفاده از یک سری آبشارهای تقسیم فرکانس آن را کاهش داد. در این میان دستگاه های رادیویی لامپ مورد استفاده برای این کار فضای زیادی را اشغال می کنند. در دهه های اخیر، مهندسی رادیو نیمه هادی به سرعت توسعه یافته و تجهیزات رادیویی مینیاتوری و میکرومیناتوری بر اساس آن توسعه یافته است. این امکان ساخت یک ساعت کوارتز قابل حمل با اندازه کوچک را برای ناوبری دریایی و هوایی و همچنین برای کارهای اعزامی مختلف فراهم کرد. این کرنومترهای کوارتز قابل حمل از اندازه و وزن کرونومترهای مکانیکی معمولی تجاوز نمی کنند.

با این حال، اگر یک کرنومتر مکانیکی دریایی کلاس دوم خطای روزانه بیش از 0.4 ± ثانیه و از کلاس اول - بیش از 0.2 ± ثانیه نداشته باشد، در این صورت کرونومترهای قابل حمل کوارتز مدرن دارای تغییرات روزانه 0.1 ± هستند. 0.01 ± و حتی 0.001 ± ثانیه.

به عنوان مثال، کرونوتوم ساخت سوئیس دارای ابعاد 245X137X100 میلی متر است و ناپایداری ضربه آن در روز از ± 0.02 ثانیه تجاوز نمی کند. کرونومتر کوارتز ثابت "Izotom" دارای ناپایداری نسبی طولانی مدت بیش از 10-8 نیست، یعنی تغییرات روزانه خطای حدود 0.001 ± ثانیه دارد.

با این حال، ساعت های کوارتز بدون ایرادات جدی نیستند که وجود آن ها برای اندازه گیری های نجومی با دقت بالا ضروری است. معایب اصلی ساعت های نجومی کوارتز وابستگی فرکانس ارتعاشات کوارتز به دمای محیط و "پیری کوارتز" یعنی تغییر فرکانس ارتعاشات آن در طول زمان است. اولین اشکال با ترموستات دقیق بخشی از ساعت که صفحه کوارتز در آن قرار دارد برطرف شد. پیری کوارتز که منجر به رانش آهسته ساعت می شود، هنوز از بین نرفته است.

"ساعت مولکولی"

آیا می توان دستگاهی برای اندازه گیری فواصل زمانی با دقت بالاتری نسبت به ساعت های نجومی آونگی و کوارتز ساخت؟

در جستجوی روش‌های مناسب برای این کار، دانشمندان به سیستم‌هایی روی آوردند که در آنها ارتعاشات مولکولی رخ می‌دهد. چنین انتخابی البته تصادفی نبود و این او بود که موفقیت بعدی را از پیش تعیین کرد. «ساعت های مولکولی» در ابتدا هزاران بار و با قرض گرفتن صدها هزار بار امکان افزایش دقت اندازه گیری زمان را فراهم کردند. با این حال، مسیر از مولکول به نشانگر زمان دشوار و بسیار دشوار بود.

چرا نمی توان دقت ساعت های نجومی آونگ و کوارتز را بهبود بخشید؟ چگونه مولکول ها از نظر زمان اندازه گیری بهتر از آونگ ها و صفحات کوارتز هستند؟ اصل عملکرد و ساختار ساعت مولکولی چیست؟

به یاد بیاورید که هر ساعت شامل بلوکی است که در آن نوسانات دوره ای انجام می شود، مکانیسم شمارش برای شمارش تعداد آنها و دستگاهی که انرژی لازم برای حفظ آنها در آن ذخیره می شود. با این حال، دقت ساعت بیشتر است به پایداری عملکرد آن عنصر بستگی داردکه زمان را می سنجد

برای افزایش دقت ساعت نجومی آونگی، آونگ آنها از آلیاژ مخصوص با حداقل ضریب انبساط حرارتی، قرار داده شده در ترموستات، به صورت معلق، در ظرفی که هوا از آن خارج می شود و غیره قرار می گیرد. ساعت‌های آونگی نجومی تا هزارم ثانیه در روز کار می‌کنند. با این حال، سایش تدریجی قطعات متحرک و مالشی، تغییرات آهسته و غیرقابل برگشت در مواد ساختاری، به طور کلی، "پیری" چنین ساعت هایی امکان دستیابی به بهبود بیشتر در دقت آنها را فراهم نمی کند.

در ساعت های کوارتز نجومی، زمان توسط یک ژنراتور تثبیت شده توسط کوارتز اندازه گیری می شود و دقت این ساعت ها با ثابت بودن فرکانس نوسانات صفحه کوارتز تعیین می شود. با گذشت زمان، تغییرات برگشت ناپذیری در صفحه کوارتز و تماس های الکتریکی مرتبط با آن رخ می دهد. بنابراین، این درایور ساعت کوارتز "پیری" است. در این حالت فرکانس ارتعاش صفحه کوارتز تا حدودی تغییر می کند. دلیل بی ثباتی اینگونه ساعت ها همین است و افزایش بیشتر دقت آنها را محدود می کند.

ساعت های مولکولی به گونه ای طراحی شده اند که خوانش آنها در نهایت با فرکانس امواج الکترومغناطیسی جذب شده و ساطع شده توسط مولکول ها تعیین می شود. در همین حال، اتم‌ها و مولکول‌ها انرژی را فقط به صورت متناوب جذب و منتشر می‌کنند، فقط در بخش‌های خاصی که کوانتوم انرژی نامیده می‌شوند. این فرآیندها در حال حاضر به صورت زیر نشان داده می شوند: وقتی یک اتم در حالت عادی (تحریک نشده) است، الکترون های آن سطوح انرژی پایین تر را اشغال می کنند و در همان زمان در نزدیک ترین فاصله از هسته قرار دارند. اگر اتم‌ها انرژی جذب کنند، مثلاً انرژی نور، الکترون‌های آن‌ها به موقعیت‌های جدیدی می‌پرند و تا حدودی دورتر از هسته‌شان قرار می‌گیرند.

اجازه دهید انرژی اتم مربوط به پایین ترین موقعیت الکترون از طریق E و انرژی مربوط به مکان دورتر آن از هسته - از طریق E 2 را تعیین کنیم. هنگامی که اتم‌هایی که نوسانات الکترومغناطیسی ساطع می‌کنند (مثلاً نور)، از حالت برانگیخته با انرژی E 2 به حالت تحریک‌ناپذیر با انرژی E 1 می‌رسند، آنگاه بخش گسیل‌شده انرژی الکترومغناطیسی برابر ε = E 2 -E 1 است. به راحتی می توان دریافت که نسبت فوق چیزی بیش از یکی از عبارات قانون بقای انرژی نیست.

در همین حال، مشخص است که انرژی یک کوانتوم نور با فرکانس آن متناسب است: ε = hv، که ε انرژی نوسانات الکترومغناطیسی است، v فرکانس آنها است، h = 6.62 * 10 -27 erg * sec ثابت پلانک است. . از این دو نسبت، یافتن فرکانس v نور ساطع شده از اتم دشوار نیست. بدیهی است، v = (E 2 - E 1) / ساعت ثانیه -1

هر اتم از یک نوع معین (مثلاً هیدروژن، اکسیژن و غیره) سطوح انرژی خاص خود را دارد. بنابراین، هر اتم برانگیخته، هنگام عبور به حالت‌های پایین، نوسانات الکترومغناطیسی را با مجموعه‌ای از فرکانس‌های کاملاً مشخص منتشر می‌کند، یعنی فقط برای آن یک مشخصه لومینسانس می‌دهد. وضعیت دقیقاً در مورد مولکول ها یکسان است، تنها با این تفاوت که آنها تعدادی سطوح انرژی اضافی دارند که به ترتیب متفاوت ذرات تشکیل دهنده آنها و حرکت متقابل آنها مرتبط است.

بنابراین، اتم ها و مولکول ها قادر به جذب و انتشار ارتعاشات الکترومغناطیسی با فرکانس محدود هستند. ثباتی که سیستم های اتمی با آن این کار را انجام می دهند بسیار بالاست. میلیاردها برابر بیشتر از پایداری هر دستگاه ماکروسکوپی است که انواع خاصی از ارتعاشات را درک یا منتشر می کند، به عنوان مثال، رشته ها، چنگال های تنظیم، میکروفون ها و غیره، نیروهایی که پایداری آنها را تضمین می کنند، در بیشتر موارد، تنها ده ها یا ده ها هستند. صدها برابر بیشتر از نیروهای خارجی بنابراین با گذشت زمان و با تغییر شرایط خارجی، خواص این گونه وسایل تا حدودی تغییر می کند. به همین دلیل است که نوازندگان مجبورند ویولن و پیانو خود را اغلب کوک کنند. برعکس، در میکروسیستم‌ها، به‌عنوان مثال، اتم‌ها و مولکول‌ها، چنان نیروهای بزرگی بین ذرات تشکیل‌دهنده آنها عمل می‌کنند که تأثیرات خارجی معمولی از نظر قدر بسیار کوچکتر است. بنابراین، تغییرات معمولی در شرایط خارجی - دما، فشار و غیره - هیچ تغییر محسوسی در این میکروسیستم ها ایجاد نمی کند.

این چنین دقت بالایی در تجزیه و تحلیل طیفی و بسیاری از روش ها و دستگاه های دیگر مبتنی بر استفاده از ارتعاشات اتمی و مولکولی را توضیح می دهد. این موضوع استفاده از این سیستم های کوانتومی را به عنوان عنصر اصلی در ساعت های نجومی بسیار جذاب می کند. از این گذشته ، چنین میکروسیستم هایی با گذشت زمان خواص خود را تغییر نمی دهند ، یعنی "پیری" نمی شوند.

زمانی که مهندسان شروع به طراحی ساعت های مولکولی کردند، روش های ارتعاشات اتمی و مولکولی هیجان انگیز از قبل به خوبی شناخته شده بود. یکی از آنها این است که نوسانات الکترومغناطیسی با فرکانس بالا به یک ظرف پر شده با یک یا گاز دیگر عرضه می شود. اگر فرکانس این ارتعاشات با انرژی تحریک این ذرات مطابقت داشته باشد، جذب رزونانسی انرژی الکترومغناطیسی رخ می دهد. پس از مدتی (کمتر از یک میلیونیم ثانیه)، ذرات برانگیخته (اتم ها و مولکول ها) به طور خود به خود از حالت برانگیخته به حالت عادی می روند و در عین حال خودشان کوانتومی انرژی الکترومغناطیسی ساطع می کنند.

به نظر می رسد قدم بعدی در طراحی چنین ساعتی باید شمارش تعداد این نوسانات باشد، زیرا تعداد نوسانات آونگ در ساعت آونگی شمارش می شود. با این حال، چنین مسیر مستقیم و "فرونی" بسیار دشوار بود. واقعیت این است که فرکانس نوسانات الکترومغناطیسی ساطع شده توسط مولکول ها بسیار زیاد است. به عنوان مثال، در یک مولکول آمونیاک برای یکی از انتقال های اصلی، 23،870،129،000 دوره در ثانیه است. فرکانس ارتعاشات الکترومغناطیسی ساطع شده توسط اتم های مختلف از همان مرتبه بزرگی یا حتی بیشتر است. هیچ وسیله مکانیکی برای شمارش تعداد چنین ارتعاشات فرکانس بالایی مناسب نیست. علاوه بر این، دستگاه های الکترونیکی معمولی نیز برای این کار نامناسب هستند.

راهی برای خروج از این مشکل با کمک یک راه حل اصلی پیدا شد. گاز آمونیاک در یک لوله فلزی بلند (موج) قرار داده شد. برای سهولت در جابجایی، این لوله کویل شده است. نوسانات الکترومغناطیسی با فرکانس بالا از یک ژنراتور به یک سر این لوله تغذیه می شد و در انتهای دیگر دستگاهی برای اندازه گیری شدت آنها نصب می شد. ژنراتور امکان تغییر فرکانس نوسانات الکترومغناطیسی برانگیخته شده توسط آن را در محدوده های معینی ایجاد کرد.

برای انتقال مولکول های آمونیاک از حالت تحریک نشده به حالت برانگیخته، یک انرژی کاملاً تعریف شده و بر این اساس، یک فرکانس کاملاً تعریف شده از نوسانات الکترومغناطیسی مورد نیاز است (ε = hv، جایی که ε انرژی کوانتومی است، v فرکانس است. نوسانات الکترومغناطیسی، h ثابت پلانک است). تا زمانی که فرکانس نوسانات الکترومغناطیسی تولید شده توسط ژنراتور بیشتر یا کمتر از این فرکانس تشدید باشد، مولکول های آمونیاک انرژی جذب نمی کنند. هنگامی که این فرکانس ها بر هم منطبق می شوند، تعداد قابل توجهی از مولکول های آمونیاک انرژی الکترومغناطیسی را جذب کرده و به حالت برانگیخته می روند. البته در این حالت (به موجب قانون بقای انرژی) در انتهای موجبر که دستگاه اندازه گیری نصب شده است، شدت نوسانات الکترومغناطیسی کمتر می شود. اگر فرکانس ژنراتور را به آرامی تغییر دهید و قرائت های دستگاه اندازه گیری را ضبط کنید، در فرکانس تشدید، افت شدت نوسانات الکترومغناطیسی تشخیص داده می شود.

قدم بعدی در طراحی ساعت مولکولی دقیقاً استفاده از این اثر است. برای این، یک دستگاه ویژه مونتاژ شد (شکل 23). در آن، یک ژنراتور با فرکانس بالا مجهز به منبع تغذیه، نوسانات الکترومغناطیسی با فرکانس بالا ایجاد می کند. برای افزایش ثبات فرکانس این نوسانات، ژنراتور با تثبیت می شود. با استفاده از کوارتز پیزوالکتریک در دستگاه های موجود از این نوع، فرکانس نوسانات ژنراتور فرکانس بالا برابر با چند صد هزار دوره در ثانیه مطابق با فرکانس طبیعی نوسانات صفحات کوارتز استفاده شده در آنها انتخاب می شود.

برنج. 23. طرح "ساعت مولکولی"

از آنجایی که این فرکانس برای کنترل مستقیم هر وسیله مکانیکی بسیار زیاد است، با کمک واحد تقسیم فرکانس، به چند صد نوسان در ثانیه کاهش می یابد و تنها پس از آن به رله های سیگنال و یک موتور الکتریکی سنکرون که نشانگر را می چرخاند، تغذیه می شود. فلش هایی که روی صفحه ساعت قرار دارند. بنابراین، این بخش از ساعت مولکولی از الگوی ساعت کوارتز که قبلاً توضیح داده شد پیروی می کند.

به منظور تحریک مولکول های آمونیاک، برخی از نوسانات الکترومغناطیسی تولید شده توسط مولد فرکانس بالا به یک ضرب کننده فرکانس جریان متناوب تغذیه می شود (شکل 23 را ببینید). ضریب ضرب فرکانس در آن به گونه ای انتخاب می شود که آن را به رزونانس برساند. از خروجی ضریب فرکانس، نوسانات الکترومغناطیسی با گاز آمونیاک به موجبر تغذیه می شود. دستگاهی که در خروجی موجبر قرار دارد - یک تشخیصگر - شدت نوسانات الکترومغناطیسی عبوری از موجبر را یادداشت می کند و روی ژنراتور فرکانس بالا عمل می کند و فرکانس نوساناتی را که برانگیخته می کند تغییر می دهد. تفکیک کننده طوری طراحی شده است که وقتی نوسانات با فرکانس کمتر از رزونانس به ورودی موجبر می رسد، ژنراتور را تنظیم می کند و فرکانس نوسانات آن را افزایش می دهد. اگر نوسانات با فرکانس بالاتر از فرکانس تشدید به ورودی موجبر برسد، فرکانس ژنراتور را کاهش می دهد. در این مورد، تنظیم به رزونانس دقیق تر است، منحنی جذب تندتر می شود. بنابراین، مطلوب است که شیب شدت نوسانات الکترومغناطیسی، به دلیل جذب رزونانسی انرژی آنها توسط مولکول‌ها، تا حد امکان باریک و عمیق باشد.

همه این دستگاه های به هم پیوسته - مولد، ضریب، موجبر گاز آمونیاک و تفکیک کننده - یک حلقه بازخورد هستند که در آن مولکول های آمونیاک توسط ژنراتور برانگیخته می شوند و در عین حال آن را کنترل می کنند و آن را مجبور می کنند تا نوساناتی با فرکانس مورد نظر ایجاد کند. . بنابراین، در نهایت، ساعت مولکولی از مولکول های آمونیاک به عنوان استاندارد برای فرکانس و زمان استفاده می کند. در اولین ساعت مولکولی آمونیاک که بر اساس این اصل توسط G. Lions در سال 1953 ساخته شد، ناپایداری مسیر حدود 10 -7 بود، یعنی تغییر در فرکانس از یک بخش ده میلیونی فراتر نمی رفت. متعاقباً، ناپایداری به 8-10 کاهش یافت، که مربوط به خطا در اندازه‌گیری فواصل زمانی 1 ثانیه در طول چندین سال است.

به طور کلی، این، البته، دقت عالی است. با این حال، مشخص شد که در دستگاه ساخته شده، منحنی جذب انرژی الکترومغناطیسی به اندازه‌ای که انتظار می‌رفت تیز نیست، اما تا حدودی "لکه‌دار" است. بر این اساس، دقت کل دستگاه به طور قابل توجهی کمتر از حد انتظار بود. مطالعات کامل این ساعت مولکولی که در سال‌های بعد انجام شد، این امکان را به وجود آورد که خوانش آنها تا حدی به طراحی موجبر و همچنین به دما و فشار گاز موجود در آن بستگی دارد. مشخص شد که همین تأثیرات منبع بی ثباتی در عملکرد چنین ساعت هایی هستند و دقت آنها را محدود می کنند.

پس از آن، این نقص ساعت مولکولی به طور کامل برطرف نشد. با این حال، می‌توان انواع دیگر و پیشرفته‌تر زمان‌سنج‌های کوانتومی را ارائه کرد.

ساعت سزیمی اتمی

بهبودهای بیشتر در استانداردهای فرکانس و زمان بر اساس درک روشنی از دلایل کمبود ساعت مولکولی آمونیاک به دست آمده است. بیایید به یاد بیاوریم که معایب اصلی ساعت های مولکولی آمونیاک "لکه گیری" منحنی جذب رزونانس و وابستگی ساعت ها به دما و فشار گاز در موجبر است.

دلایل این نقص ها چیست؟ آیا می توان آنها را حذف کرد؟ معلوم شد که لکه دار شدن رزونانس در نتیجه حرکت حرارتی ذرات گازی که موجبر را پر می کنند اتفاق می افتد. از این گذشته ، برخی از ذرات گاز به سمت موج الکترومغناطیسی حرکت می کنند ، و بنابراین برای آنها فرکانس نوسان کمی بالاتر از آن است که توسط ژنراتور ارائه شده است. برعکس، سایر ذرات گازی از موج الکترومغناطیسی ورودی حرکت می کنند، گویی از آن فرار می کنند. برای آنها، فرکانس نوسانات الکترومغناطیسی کمی کمتر از اسمی است. فقط برای تعداد نسبتاً بسیار کمی از ذرات گاز ساکن، فرکانس نوسانات الکترومغناطیسی درک شده توسط آنها برابر با اسمی است، یعنی. توسط ژنراتور ارائه شده است.

پدیده توصیف شده اثر داپلر طولی شناخته شده است. این اوست که منجر به این واقعیت می شود که منحنی رزونانس صاف و لکه دار شده است و وابستگی جریان در خروجی موجبر به سرعت حرکت ذرات گاز آشکار می شود ، یعنی. روی دمای گاز

تیمی از دانشمندان اداره استاندارد آمریکا توانسته اند بر این مشکلات غلبه کنند. با این حال، کاری که آنها به طور کلی انجام دادند معلوم شد که استانداردی جدید و بسیار دقیق تر از فرکانس و زمان است، اگرچه از برخی چیزهای شناخته شده استفاده می کرد.

این دستگاه دیگر از مولکول ها استفاده نمی کند، بلکه از اتم ها استفاده می کند. این اتم ها فقط ظرف را پر نمی کنند، بلکه در یک پرتو حرکت می کنند. و به طوری که جهت حرکت آنها عمود بر جهت انتشار موج الکترومغناطیسی باشد. به راحتی می توان فهمید که در این مورد اثر طولی داپلر وجود ندارد. این دستگاه از اتم های سزیم استفاده می کند که تحریک آن در فرکانس نوسانات الکترومغناطیسی برابر با 9 192 631 831 دوره در ثانیه رخ می دهد.

دستگاه مربوطه در یک لوله نصب شده است که در یک سر آن یک کوره الکتریکی 1 وجود دارد که سزیم فلزی را تا تبخیر گرم می کند و در انتهای دیگر یک آشکارساز 6 که تعداد اتم های سزیم را که به آن رسیده اند می شمارد. شکل 24). بین آنها عبارتند از: آهنربای اول 2، موجبر 3، تامین کننده نوسانات الکترومغناطیسی با فرکانس بالا، کولیماتور 4 و آهنربای دوم 5. هنگامی که کوره روشن می شود، بخارات فلزی از طریق شکاف و یک پرتو باریک به داخل لوله می ترکند. اتم‌های سزیم در امتداد محور خود پرواز می‌کنند و در طول مسیر در معرض تأثیر میدان‌های مغناطیسی ایجاد شده توسط آهنرباهای دائمی و میدان الکترومغناطیسی با فرکانس بالا قرار می‌گیرند که توسط یک موجبر از ژنراتور به لوله تأمین می‌شود، به طوری که جهت انتشار موج عمود بر هم باشد. به جهت پرواز ذرات

چنین وسیله ای حل بخش اول مشکل را امکان پذیر می کند: برانگیختن اتم ها، یعنی انتقال آنها از یک حالت به حالت دیگر و در عین حال جلوگیری از اثر داپلر طولی. اگر محققان فقط به این پیشرفت محدود می شدند، دقت دستگاه افزایش می یافت، اما نه چندان. در واقع، در یک پرتو اتم که از یک منبع رشته ای ساطع می شود، همیشه اتم های تحریک نشده و برانگیخته وجود دارد. بنابراین، هنگامی که اتم های ساطع شده از منبع در میدان الکترومغناطیسی پرواز می کنند و برانگیخته می شوند، تعداد معینی از اتم های برانگیخته به اتم های برانگیخته موجود اضافه می شود. بنابراین، تغییر در تعداد اتم‌های برانگیخته نسبتاً زیاد نیست و بنابراین، تأثیر امواج الکترومغناطیسی بر پرتو ذرات چندان تیز نیست. واضح است که اگر در ابتدا اصلاً اتم های برانگیخته وجود نداشت و سپس ظاهر می شدند ، تأثیر کلی بسیار متضادتر بود.

بنابراین، یک مشکل اضافی ایجاد می شود: در بخش از منبع تا میدان الکترومغناطیسی، اجازه دهید اتم ها در حالت عادی از آن عبور کنند و اتم های برانگیخته را حذف کنید. برای حل آن، هیچ چیز جدیدی نباید اختراع می شد، زیرا در دهه چهل قرن ما، خاخام و سپس رمزی روش های مربوطه را برای مطالعات طیف سنجی توسعه دادند. این روش ها بر این اساس استوار است که همه اتم ها و مولکول ها دارای خواص الکتریکی و مغناطیسی خاصی هستند و این خواص برای ذرات برانگیخته و تحریک نشده متفاوت است. بنابراین، در میدان های الکتریکی و مغناطیسی، اتم ها و مولکول های برانگیخته و تحریک نشده به روش های مختلف منحرف می شوند.

در ساعت سزیم اتمی شرح داده شده در مسیر پرتو ذرات بین منبع و میدان الکترومغناطیسی با فرکانس بالا، آهنربای دائمی 2 (نگاه کنید به شکل 24) به گونه ای نصب شده بود که ذرات تحریک نشده بر روی شکاف کولیماتور متمرکز شوند و آنهایی که هیجان زده بودند از پرتو حذف شدند. آهنربای دوم 5 که بین میدان الکترومغناطیسی با فرکانس بالا و آشکارساز ایستاده بود، برعکس، به گونه ای نصب شد که ذرات تحریک نشده از پرتو حذف شدند و فقط ذرات برانگیخته روی آشکارساز متمرکز شدند. این جدایی مضاعف منجر به این واقعیت می شود که آشکارساز تنها توسط آن ذراتی می رسد که قبل از ورود به میدان الکترومغناطیسی تحریک نشده بودند و سپس در این میدان به حالت برانگیخته منتقل می شدند. در این حالت، وابستگی خوانش آشکارساز به فرکانس نوسانات الکترومغناطیسی بسیار تیز است و بر این اساس، منحنی رزونانس جذب انرژی الکترومغناطیسی بسیار باریک و شیب دار است.

در نتیجه اقدامات توصیف شده، واحد محرک ساعت سزیم اتمی قادر به پاسخگویی حتی به یک جداسازی بسیار کوچک ژنراتور فرکانس بالا بود و بنابراین دقت تثبیت بسیار بالایی به دست آمد.

بقیه دستگاه، به طور کلی، مفهوم ساعت مولکولی را تکرار می کند: یک مولد فرکانس بالا یک ساعت الکتریکی را کنترل می کند و همزمان ذرات را از طریق مدارهای ضرب فرکانس تحریک می کند. یک تفکیک کننده متصل به یک لوله سزیوم و یک ژنراتور فرکانس بالا به عملکرد لوله واکنش نشان می دهد و ژنراتور را طوری تنظیم می کند که فرکانس نوساناتی که ایجاد می کند با فرکانس برانگیختگی ذرات مطابقت داشته باشد.

تمام این دستگاه به عنوان یک کل ساعت سزیمی اتمی نامیده می شود.

در اولین مدل های ساعت سزیمی (مثلاً ساعت سزیمی آزمایشگاه ملی فیزیک انگلستان) ناپایداری فقط 1-9 بود. در دستگاه هایی از این نوع که در سال های اخیر توسعه یافته و ساخته شده اند، ناپایداری به 10 -12 -10 -13 کاهش یافته است.

پیش از این گفته می شد که بهترین ساعت های نجومی مکانیکی نیز به دلیل فرسودگی قطعاتشان با گذشت زمان تا حدودی مسیر خود را تغییر می دهند. حتی یک ساعت نجومی کوارتز نیز خالی از این اشکال نیست، زیرا به دلیل پیری کوارتز، خوانش آنها به کندی حرکت می کند. هیچ رانش فرکانسی در ساعت‌های اتمی سزیم یافت نشد.

هنگام مقایسه نسخه های مختلف این ساعت ها با یکدیگر، فرکانس نوسانات آنها در ± 3 * 10 -12 منطبق بود که مربوط به خطای تنها 1 ثانیه در 10000 سال است.

با این حال، این دستگاه خالی از اشکال نیست: اعوجاج شکل میدان الکترومغناطیسی و مدت نسبی کوتاه اثر آن بر اتم‌های پرتو، افزایش بیشتر دقت اندازه‌گیری فواصل زمانی را با کمک چنین سیستم‌هایی محدود می‌کند.

ساعت نجومی با مولد کوانتومی

گام دیگری در جهت افزایش دقت اندازه گیری فواصل زمانی با استفاده از آن انجام شد ژنراتورهای مولکولی- دستگاه هایی که در آنها استفاده می شود انتشار امواج الکترومغناطیسی توسط مولکول ها.

این کشف غیرمنتظره و منطقی بود. غیرمنتظره - زیرا به نظر می رسید که امکانات روش های قدیمی تمام شده بود و دیگر وجود نداشت. طبیعی - زیرا تعدادی از اثرات شناخته شده در حال حاضر تقریباً تمام بخش های روش جدید را تشکیل می دهند و فقط ترکیب صحیح این بخش ها باقی مانده است. با این حال، ترکیب جدیدی از چیزهای شناخته شده جوهر بسیاری از اکتشافات است. همیشه فکر کردن برای رسیدن به آن جسارت زیادی می خواهد. اغلب، پس از انجام این کار، همه چیز بسیار ساده به نظر می رسد.

دستگاه هایی که در آنها از تشعشعات مولکولی برای به دست آوردن استاندارد فرکانس استفاده می شود، میزر نامیده می شوند. این کلمه از حروف اولیه عبارت تشکیل شده است: تقویت مایکروویو با انتشار تحریک شده تشعشع، یعنی تقویت امواج رادیویی در محدوده سانتی متر با استفاده از تابش القایی. در حال حاضر، دستگاه هایی از این نوع اغلب به عنوان تقویت کننده کوانتومی یا ژنراتور کوانتومی شناخته می شوند.

چه چیزی باعث کشف مولد کوانتومی شد؟ اصل عملکرد و ساختار آن چیست؟

محققان می‌دانستند که وقتی مولکول‌های برانگیخته، مانند آمونیاک، به سطوح انرژی پایین‌تری می‌رسند و تشعشعات الکترومغناطیسی ساطع می‌کنند. عرض طبیعی این خطوط انتشار بسیار کوچک است، در هر صورت، چندین برابر کمتر از عرض خط جذب مورد استفاده در ساعت های مولکولی است. در ضمن، هنگام مقایسه فرکانس دو نوسان، وضوح منحنی تشدید به عرض خطوط طیفی و دقت قابل دستیابی تثبیت به وضوح منحنی رزونانس بستگی دارد.

واضح است که محققان علاقه زیادی به امکان دستیابی به دقت بالاتر در اندازه گیری فواصل زمانی با استفاده از نه تنها جذب، بلکه تابش امواج الکترومغناطیسی توسط مولکول ها داشتند. به نظر می رسد که در حال حاضر همه چیز برای این وجود دارد. در واقع، در موجبر یک ساعت مولکولی، مولکول های آمونیاک برانگیخته به طور خود به خود روشن می شوند، یعنی به سطوح انرژی پایین تر می روند و در همان زمان تابش الکترومغناطیسی با فرکانس 23870129000 دوره در ثانیه ساطع می کنند. عرض این خط طیفی گسیلی در واقع بسیار کوچک است. علاوه بر این، از آنجایی که موجبر ساعت مولکولی با نوسانات الکترومغناطیسی تامین شده از ژنراتور پر شده است و فرکانس این نوسانات برابر با فرکانس کوانتوم های انرژی ساطع شده توسط مولکول های آمونیاک است، پس در موجبر رخ می دهد. القاء شدهانتشار مولکول های آمونیاک برانگیخته، که احتمال آن بسیار بیشتر از خود به خودی است. بنابراین، این فرآیند تعداد کل رویدادهای تشعشعی را افزایش می دهد.

با این وجود، سیستم از نوع موجبر ساعت مولکولی برای مشاهده و استفاده از تشعشعات مولکولی کاملاً نامناسب بود. در واقع، در چنین موجبر، ذرات آمونیاک تحریک نشده بسیار بیشتر از ذرات برانگیخته وجود دارد، و حتی با در نظر گرفتن تابش القایی، اعمال جذب انرژی الکترومغناطیسی بسیار بیشتر از اعمال گسیلی اتفاق می افتد. علاوه بر این، مشخص نیست که چگونه در چنین موجبری می‌توان کوانتوم‌های انرژی ساطع شده توسط مولکول‌ها را زمانی که همان حجم با تابش الکترومغناطیسی از یک ژنراتور پر می‌شود، جدا کرد و این تابش همان فرکانس و شدت بسیار بالاتری دارد.

آیا این درست نیست که همه فرآیندها به قدری درهم آمیخته شده اند که در نگاه اول نمی توان یکی از موارد ضروری را تشخیص داد؟ با این حال، اینطور نیست. از این گذشته ، مشخص است که مولکول های برانگیخته از نظر خواص الکتریکی و مغناطیسی با مولکول های تحریک نشده متفاوت هستند و این امکان جداسازی آنها را فراهم می کند.

در سال 1954-1955. این مشکل توسط N. G. Basov و A. M. Prokhorov در اتحاد جماهیر شوروی و توسط گوردون، زیگر و تاونز در ایالات متحده آمریکا به طرز درخشانی حل شد. این نویسندگان از این واقعیت استفاده کردند که حالت الکتریکی مولکول های آمونیاک برانگیخته و تحریک نشده تا حدودی متفاوت است و با پرواز در یک میدان الکتریکی ناهمگن، آنها به روش های مختلفی منحرف می شوند.

* (J. Singer, Masers, IL, M., 1961; Basov N.G.، Letokhov V.S.، استانداردهای فرکانس نوری، فیزیک. 4، 1968.)

به یاد بیاورید که یک میدان الکتریکی یکنواخت بین دو صفحه موازی با بار الکتریکی ایجاد می شود، به عنوان مثال، صفحات خازن. بین یک صفحه باردار و یک نقطه یا دو نقطه باردار - ناهمگن. اگر میدان های الکتریکی با استفاده از خطوط نیرو به تصویر کشیده شوند، میدان های همگن با خطوطی با چگالی یکسان، و میدان های ناهمگن - با خطوطی با چگالی نابرابر، به عنوان مثال، کمتر در صفحه و بیشتر در نقطه ای که خطوط همگرا می شوند، نشان داده می شوند. روش های به دست آوردن میدان های الکتریکی ناهمگن از یک شکل یا دیگری مدت هاست شناخته شده است.

ژنراتور مولکولی ترکیبی از یک منبع مولکول، یک جداکننده الکتریکی و یک تشدید کننده است که همگی در لوله ای که هوا از آن پمپاژ می شود، جمع شده اند. برای خنک سازی عمیق، این لوله در نیتروژن مایع قرار می گیرد. این به پایداری بالای کل دستگاه می رسد. منبع ذرات در ژنراتور مولکولی یک بالون با سوراخ باریک پر از گاز آمونیاک است. از طریق این سوراخ، یک پرتو باریک از ذرات با سرعت معین وارد لوله می شود (شکل 25، a).

پرتو همیشه حاوی مولکول های آمونیاک تحریک نشده و برانگیخته است. با این حال، معمولاً تعداد افراد غیر هیجان‌زده بیشتر از افراد هیجان‌زده است. در لوله، در مسیر این ذرات، یک خازن با بار الکتریکی متشکل از چهار میله وجود دارد - به اصطلاح خازن چهار قطبی. در آن، میدان الکتریکی ناهمگن است و دارای چنان شکلی است (شکل 25، ب) که با عبور از آن، مولکول های آمونیاک تحریک نشده به طرفین پراکنده می شوند و مولکول های برانگیخته به سمت محور لوله منحرف می شوند و بنابراین تمرکز می کنند. بنابراین، در چنین کندانسوری، ذرات از هم جدا می شوند و تنها مولکول های آمونیاک برانگیخته به انتهای دیگر لوله می رسند.

در انتهای دیگر لوله یک رگ با اندازه و شکل خاصی وجود دارد - به اصطلاح تشدید کننده. مولکول های آمونیاک برانگیخته پس از مدت کوتاهی به طور خود به خود از حالت برانگیخته به حالت تحریک نشده عبور کرده و همزمان امواج الکترومغناطیسی با فرکانس معین ساطع می کنند. گفته می شود که این فرآیند روشن است. بنابراین، نه تنها می توان تابش مولکولی را به دست آورد، بلکه می توان آن را نیز جدا کرد.

بیایید توسعه بیشتر این ایده ها را در نظر بگیریم. تابش الکترومغناطیسی فرکانس تشدید، در تعامل با مولکول های تحریک نشده، آنها را به حالت برانگیخته منتقل می کند. همین تشعشع با برهمکنش با مولکول های برانگیخته، آنها را به حالت تحریک نشده منتقل می کند و در نتیجه تشعشع آنها را تحریک می کند. بسته به اینکه کدام مولکول بیشتر باشد، تحریک نشده یا برانگیخته، فرآیند جذب یا انتشار القایی انرژی الکترومغناطیسی غالب است.

با ایجاد در یک حجم خاص، به عنوان مثال، یک تشدید کننده، غلبه قابل توجهی از مولکول های آمونیاک برانگیخته و تامین نوسانات الکترومغناطیسی فرکانس تشدید به آن، می توان فرکانس فوق العاده بالا را تقویت کرد. واضح است که این تقویت به دلیل پمپاژ مداوم مولکول های آمونیاک برانگیخته به داخل تشدید کننده اتفاق می افتد.

نقش تشدید کننده فقط به این واقعیت محدود نمی شود که ظرفی است که در آن انتشار مولکول های برانگیخته رخ می دهد. از آنجایی که تابش الکترومغناطیسی یک فرکانس تشدید، انتشار مولکول های برانگیخته را تحریک می کند، هر چه چگالی این تابش بیشتر باشد، این فرآیند تابش القایی فعال تر است.

با انتخاب ابعاد تشدید کننده متناسب با طول موج این نوسانات الکترومغناطیسی، می توان شرایطی را برای وقوع امواج ایستاده در آن ایجاد کرد (مشابه انتخاب ابعاد لوله های اندام برای وقوع امواج ایستاده ارتعاشات صوتی الاستیک مربوطه در آنها). با ساختن دیوارهای تشدید کننده از مواد مناسب می توان اطمینان حاصل کرد که نوسانات الکترومغناطیسی را با کمترین تلفات ممکن منعکس می کند. هر دوی این اقدامات باعث ایجاد چگالی بالای انرژی الکترومغناطیسی در تشدید کننده و در نتیجه افزایش کارایی کل دستگاه به عنوان یک کل می شود.

در صورت مساوی بودن همه چیزهای دیگر، بهره در این دستگاه هر چه بیشتر باشد، چگالی شار مولکول های برانگیخته بیشتر است. قابل توجه است که در برخی از چگالی شار به اندازه کافی بالا از مولکول های برانگیخته و پارامترهای مناسب تشدید کننده، شدت تابش مولکول ها به اندازه ای زیاد می شود که تلفات انرژی مختلف را پوشش می دهد و تقویت کننده به یک مولد مولکولی نوسانات مایکروویو تبدیل می شود. به نام مولد کوانتومی در این حالت دیگر نیازی به تامین انرژی الکترومغناطیسی با فرکانس بالا به تشدید کننده نیست. فرآیند انتشار القایی برخی از ذرات برانگیخته با انتشار برخی دیگر پشتیبانی می شود. علاوه بر این، در شرایط مناسب، فرآیند تولید انرژی الکترومغناطیسی حتی در صورتی که مقداری از آن به سمت منحرف شود، قطع نمی‌شود.

یک ژنراتور کوانتومی با پایداری بسیار بالا نوسانات الکترومغناطیسی با فرکانس بالا را با فرکانس کاملاً تعریف شده می دهد و می تواند برای اندازه گیری فواصل زمانی استفاده شود. در این صورت نیازی به کار مداوم آن نیست. کافی است به صورت دوره ای در فواصل زمانی معین فرکانس مولد الکتریکی ساعت نجومی را با این استاندارد فرکانس مولکولی مقایسه کرده و در صورت لزوم اصلاحی را معرفی کنید.

یک ساعت نجومی اصلاح شده با ژنراتور مولکولی آمونیاک در اواخر دهه پنجاه ساخته شد. ناپایداری کوتاه مدت آنها از 12-10 در هر دقیقه تجاوز نمی کند و ناپایداری طولانی مدت آنها حدود 10-10 بود که مربوط به اعوجاج در شمارش فواصل زمانی تنها 1 ثانیه در طول چند صد سال است.

بهبود بیشتر استانداردهای فرکانس و زمان بر اساس همین ایده ها و استفاده از برخی ذرات دیگر به عنوان یک محیط کار، به عنوان مثال، تالیوم و هیدروژن به دست آمد. در همان زمان، یک ژنراتور کوانتومی که بر روی پرتوی از اتم‌های هیدروژن کار می‌کند، که در اوایل دهه شصت توسط گلدنبرگ، کلپنر و رمزی ساخته و ساخته شد، بسیار امیدوارکننده بود. این ژنراتور همچنین شامل یک منبع ذرات، جداکننده و تشدید کننده است که در یک لوله (شکل 26) غوطه ور در یک مبرد مناسب نصب شده است. منبع پرتویی از اتم های هیدروژن ساطع می کند. این پرتو حاوی اتم های هیدروژن تحریک نشده و برانگیخته است و تعداد اتم های تحریک نشده بسیار بیشتر از اتم های برانگیخته است.

از آنجایی که اتم های هیدروژن برانگیخته از نظر حالت مغناطیسی (لمان مغناطیسی) با اتم های تحریک نشده متفاوت هستند، بنابراین برای جداسازی آنها از یک میدان الکتریکی استفاده نمی شود، بلکه از یک میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط یک جفت آهنربا استفاده می شود. تشدید کننده مولد هیدروژن نیز ویژگی های قابل توجهی دارد. این به شکل فلاسک کوارتز ذوب شده ساخته شده است که دیواره های داخلی آن با پارافین پوشانده شده است. به دلیل بازتاب های الاستیک متعدد (حدود 10000) اتم های هیدروژن از لایه پارافین، طول پرواز ذرات و بر این اساس، زمان ماندن آنها در تشدید کننده، در مقایسه با مولد مولکولی، هزاران برابر افزایش می یابد. بنابراین، می‌توان خطوط طیفی بسیار باریکی را برای انتشار اتم‌های هیدروژن به‌دست آورد و در مقایسه با یک ژنراتور مولکولی، ناپایداری کل دستگاه را به میزان هزاران کاهش داد.

طراحی های مدرن ساعت های نجومی با ژنراتور کوانتومی هیدروژنی از نظر عملکرد از استاندارد پرتو اتمی سزیم پیشی گرفته اند. رانش سیستماتیک در آنها تشخیص داده نشد... بی ثباتی کوتاه مدت آنها فقط 6 * 10 -14 در دقیقه و بلند مدت - 2 * 10 -14 در روز است که ده برابر کمتر از استاندارد سزیم است. تکرارپذیری ساعت با یک ژنراتور کوانتومی هیدروژنی 13-10*5 ± است در حالی که تکرارپذیری استاندارد سزیم 12-10*3 ± است. در نتیجه، مولد هیدروژن از این نظر تقریباً ده برابر بهتر است. بنابراین، با کمک یک ساعت نجومی هیدروژنی، می توان از دقت اندازه گیری زمان در حد 1 ثانیه در بازه زمانی حدود صد هزار سال اطمینان حاصل کرد.

در این میان، تعدادی از مطالعات در سال‌های اخیر نشان داده است که این دقت بالا در اندازه‌گیری فواصل زمانی که بر اساس ژنراتورهای پرتو اتمی به دست می‌آید، هنوز محدود نبوده و قابل افزایش است.

انتقال زمان دقیق

وظیفه سرویس زمان محدود به بدست آوردن و ذخیره زمان دقیق نیست. بخش به همان اندازه مهم آن چنین سازماندهی انتقال زمان دقیق است که در آن این دقت از بین نمی رود.

در قدیم، انتقال سیگنال های زمان با استفاده از دستگاه های مکانیکی، صوتی یا نوری انجام می شد. در پترزبورگ، دقیقاً در ظهر، یک توپ شلیک شد. همچنین می‌توان ساعت‌های خود را با ساعت برجی موسسه اندازه‌شناسی، که اکنون به نام DI Mendeleev نامگذاری شده است، مقایسه کرد. در بنادر دریایی، یک توپ در حال سقوط به عنوان سیگنال زمان استفاده می شد. از کشتی‌های پهلو گرفته در بندر می‌شد متوجه شد که دقیقاً در ظهر چگونه توپ از بالای دکل مخصوص سقوط کرده و به پای خود می‌افتد.

برای روند عادی زندگی فشرده مدرن، یک وظیفه بسیار مهم این است که زمان دقیق برای راه‌آهن، پست، تلگراف و شهرهای بزرگ فراهم کند. نیازی به دقت بالایی مانند کارهای نجومی و جغرافیایی ندارد، اما لازم است که با دقت دقیقه، در تمام نقاط شهر، در تمام نقاط کشور پهناور ما، همه ساعت ها زمان را یکسان نشان دهند. . این کار معمولا با ساعت برقی انجام می شود.

در صنعت ساعت سازی راه آهن و موسسات ارتباطی، در صنعت ساعت سازی یک شهر مدرن، ساعت های برقی نقش مهمی دارند. دستگاه آنها بسیار ساده است و با این وجود با دقت یک دقیقه در تمام نقاط شهر زمان را یکسان نشان می دهند.

ساعت های الکتریکی اولیه و ثانویه هستند. ساعت های برقی اولیه دارای آونگ، چرخ، گریز و متر واقعی هستند. ساعت های الکتریکی ثانویه فقط نشانگر هستند: آنها مکانیزم ساعت ندارند، اما فقط یک دستگاه نسبتا ساده وجود دارد که عقربه ها را یک بار در دقیقه حرکت می دهد (شکل 27). در هر باز شدن جریان، آهنربای الکتریکی آرمیچر را آزاد می کند و "سگ" متصل به آرمیچر که روی چرخ جغجغه قرار دارد، آن را با یک دندان می چرخاند. سیگنال های جریان الکتریکی یا از یک تنظیم مرکزی یا از یک ساعت الکتریکی اولیه به ساعت ثانویه تغذیه می شوند. در سال های اخیر، ساعت های سخنگو ظاهر شده اند، که بر اساس اصل فیلم های صوتی طراحی شده اند، که نه تنها نشان می دهند، بلکه زمان را نیز نشان می دهند.

برای انتقال زمان دقیقامروزه سیگنال‌های الکتریکی عمدتاً از طریق تلفن، تلگراف و رادیو ارسال می‌شوند. در طول دهه های گذشته، تکنیک انتقال آنها بهبود یافته است و دقت آن افزایش یافته است. در سال 1904، بیگوردان سیگنال های زمان ریتمیک را از رصدخانه پاریس مخابره کرد که توسط رصدخانه مونتسوریس با دقت 0.02-0.03 ثانیه دریافت شد. در سال 1905، رصدخانه دریایی واشنگتن انتقال منظم سیگنال های زمانی را آغاز کرد، از سال 1908 آنها شروع به ارسال سیگنال های زمان ریتمیک از برج ایفل و از سال 1912 از رصدخانه گرینویچ کردند.

در حال حاضر، ارسال سیگنال های زمانی دقیق در بسیاری از کشورها انجام می شود. در اتحاد جماهیر شوروی، چنین برنامه هایی توسط موسسه نجوم دولتی انجام می شود. P.K.Sternberg و همچنین تعدادی سازمان دیگر. در همان زمان، تعدادی از برنامه های مختلف برای انتقال میانگین قرائت زمان خورشیدی توسط رادیو استفاده می شود. به عنوان مثال، برنامه سیگنال دهی زمان پخش در پایان هر ساعت ارسال می شود و از شش پالس کوتاه تشکیل شده است. شروع آخرین آنها مربوط به زمان این یا آن ساعت و 00 دقیقه و 00 ثانیه است. در ناوبری دریایی و هوایی از یک برنامه پنج سری 60 پالس و سه سری شش سیگنال کوتاه که با سیگنال های بلندتر جدا می شوند استفاده می شود. علاوه بر این، تعدادی برنامه خاص سیگنالینگ زمانی وجود دارد. اطلاعات مربوط به برنامه های مختلف سیگنالینگ زمانی ویژه در نسخه های ویژه منتشر می شود.

خطا در ارسال سیگنال های زمانی برای برنامه های پخش حدود 0.01 ± 0.001 ثانیه و برای برخی از برنامه های خاص ± 10 -4 و حتی 10 -5 ± ثانیه است. بنابراین در حال حاضر روش ها و دستگاه هایی ساخته شده اند که دریافت، ذخیره و انتقال زمان را با دقت بسیار بالایی ممکن می سازند.

اخیراً ایده های قابل توجهی در زمینه ذخیره و انتقال زمان دقیق پیاده سازی شده است. فرض کنید لازم است در تعدادی از نقاط در هر قلمرو دقت قرائت ساعتهای ایستاده نباید بدتر از 30 ± ثانیه باشد، مشروط بر اینکه تمام این ساعتها به طور مداوم در طول سال کار کنند. چنین الزاماتی، برای مثال، برای ساعت های شهری و راه آهن اعمال می شود. الزامات چندان سخت گیرانه نیستند، اما برای برآورده شدن آنها با کمک ساعت های خودمختار، لازم است که نرخ روزانه هر ساعت بهتر از 0.1 ± ثانیه باشد و این به زمان سنج های کوارتز دقیق نیاز دارد.

در ضمن اگر برای حل این مشکل استفاده می شود سیستم جهانی زمان، متشکل از ساعت های اولیه و تعداد زیادی ساعت ثانویه مرتبط است، پس فقط ساعت های اولیه باید دقت بالایی داشته باشند. در نتیجه، حتی با افزایش هزینه‌های ساعت اولیه و بر این اساس، هزینه‌های پایین برای ساعت‌های ثانویه، می‌توان از دقت خوب در کل سیستم با هزینه کل نسبتاً کم اطمینان حاصل کرد.

البته در این مورد باید مطمئن شد که خود ساعت ثانویه خطا ایجاد نمی کند. ساعت‌های ثانویه‌ای که قبلاً توضیح داده شد با یک چرخ جغجغه‌دار و یک پنجه، که در آن عقربه یک بار در دقیقه بر اساس سیگنال حرکت می‌کند، گاهی اوقات دچار نقص می‌شوند. علاوه بر این، با گذشت زمان، خطا در خوانش آنها جمع می شود. در ساعت های ثانویه مدرن، انواع مختلفی از تأیید و تصحیح خوانش ها استفاده می شود. دقت حتی بیشتر توسط ساعت های ثانویه ارائه می شود که از جریان متناوب فرکانس صنعتی (50 هرتز) استفاده می کنند که فرکانس آن به شدت تثبیت شده است. قسمت اصلی این ساعت یک موتور الکتریکی سنکرون است که توسط جریان متناوب به حرکت در می آید. بنابراین، در این ساعت، جریان متناوب خود یک سیگنال زمانی پیوسته با دوره تکرار 0.02 ثانیه است.

در حال حاضر، همگام سازی جهانی ساعت های اتمی (WOSAC) ایجاد شده است. ساعت اولیه اصلی این سیستم در شهر رم، نیویورک، ایالات متحده آمریکا قرار دارد و از سه کرون اتمی (ساعت سزیمی اتمی) تشکیل شده است که خوانش آنها به صورت میانگین است. بنابراین، دقت زمان بندی برابر با (1-3) * 10 -11 تضمین می شود. این ساعت اولیه با یک شبکه جهانی از ساعت های ثانویه مرتبط است.

این آزمایش نشان داد که هنگام ارسال سیگنال‌های زمانی دقیق از طریق WOZAK از ایالت نیویورک (ایالات متحده آمریکا) به جزیره اواهو (هاوایی)، یعنی تقریباً 30000 کیلومتر، زمان خواندن با دقت 3 میکروثانیه مطابقت داشت.

دقت بالای ذخیره و ارسال مهرهای زمانی که امروزه به دست آمده است، حل مشکلات پیچیده و جدید ناوبری فضایی دوربرد و همچنین سوالاتی هرچند قدیمی اما همچنان مهم و جالب در مورد حرکت پوسته زمین را ممکن می سازد. .

قاره ها به کجا می روند؟

اکنون می‌توانیم به مسئله حرکت قاره‌ها که در فصل قبل توضیح داده شد بازگردیم. این موضوع جالب‌تر است زیرا در نیم قرنی که از ظهور آثار وگنر تا زمان ما می‌گذرد، بحث علمی پیرامون این ایده‌ها هنوز فروکش نکرده است. به عنوان مثال، W. Munk و G. MacDonald در سال 1960 نوشتند: "برخی از داده های وگنر غیرقابل انکار هستند، اما بیشتر استدلال های او کاملاً مبتنی بر فرضیات خودسرانه است." و در ادامه: "تغییرهای بزرگ قاره ها قبل از اختراع تلگراف رخ داد، جابجایی های متوسط ​​- قبل از اختراع رادیو، و پس از آن عملا هیچ تغییری مشاهده نشد."

این سخنان سوزاننده، حداقل در بخش اول، بی اساس نیستند. در واقع، اندازه‌گیری‌های طولی انجام شده در یک زمان توسط Wegeper و همکارانش در سفرهای خود به گرینلند (که در یکی از آنها وگنر به طرز غم‌انگیزی درگذشت) با دقت کافی برای حل دقیق کار در دست انجام نشد. این مورد توسط معاصران او مورد توجه قرار گرفت.

یکی از متقاعدترین طرفداران نظریه حرکت قاره ها در نسخه مدرن آن P.N.Kropotkin است. او در سال 1962 نوشت: "داده های دیرینه مغناطیسی و زمین شناسی نشان می دهد که در طول مزوزوئیک و سنوزوئیک، لایت موتیف حرکت پوسته زمین، تکه تکه شدن دو قاره باستانی - لوراسیا و گندوانا و گسترش بخش های آنها به سمت اقیانوس آرام و تتیس بود. کمربند ژئوسنکلینال." به یاد بیاورید که لوراسیا آمریکای شمالی، گرینلند، اروپا و کل نیمه شمالی آسیا، گندوانا - قاره های جنوبی و هند را پوشش می دهد. اقیانوس تتیس از مدیترانه از طریق آلپ، قفقاز و هیمالیا تا اندونزی امتداد داشت.

همین نویسنده در ادامه نوشت: «وحدت گندوانا اکنون از پرکامبرین تا اواسط کرتاسه ردیابی می‌شود، و تکه تکه شدن آن اکنون مانند یک فرآیند طولانی به نظر می‌رسد که در پالئوزوئیک آغاز شد و از اواسط کرتاسه به مقیاس وسیعی رسید. 80 میلیون سال از آن زمان می گذرد. ​​در نتیجه فاصله بین آفریقا و آمریکای جنوبی به میزان 6 سانتی متر در سال افزایش می یابد. همین میزان از داده های دیرینه مغناطیسی برای حرکت هندوستان از نیمکره جنوبی به شمال به دست می آید. . پس از بازسازی موقعیت قاره‌ها در گذشته با استفاده از داده‌های دیرینه مغناطیسی، PN کروپوتکین به این نتیجه رسید که "در این زمان قاره‌ها واقعاً در یک بلوک به هم چسبیده بودند که شبیه طرح کلی سکوی قاره‌ای اولیه وگنری بود."

بنابراین مجموع داده‌های به‌دست‌آمده با روش‌های مختلف نشان می‌دهد که مکان مدرن قاره‌ها و خطوط کلی آنها در گذشته‌های دور در نتیجه تعدادی گسل و حرکت قابل توجه بلوک‌های قاره‌ای شکل گرفته است.

مسئله حرکت مدرن قاره ها بر اساس نتایج مطالعات طولی انجام شده با دقت کافی تصمیم گیری می شود. آنچه در این مورد به معنای دقت کافی است از این واقعیت قابل مشاهده است که، برای مثال، در عرض جغرافیایی واشنگتن، تغییر در طول جغرافیایی به اندازه یک ده هزارم ثانیه مربوط به یک افست 0.3 سانتی متر است. از آنجایی که سرعت تخمینی حرکت حدود 1 متر در سال است و خدمات زمان مدرن در حال حاضر از آنجایی که تعریف نقاط در زمان، ذخیره و انتقال زمان دقیق با دقت هزارم و ده هزارم ثانیه در دسترس است، بنابراین برای به دست آوردن نتایج قانع کننده کافی است. برای انجام اندازه گیری های مربوطه با فاصله چند سال یا چند ده سال.

بدین منظور در سال 1926 شبکه ای از 32 نقطه رصدی ایجاد و مطالعات طولی نجومی انجام شد. در سال 1933، مطالعات طولی نجومی مکرر انجام شد و در حال حاضر 71 رصدخانه در کار گنجانده شده بود. این اندازه‌گیری‌ها که در سطح مدرن خوب انجام شد، اگرچه نه برای یک بازه زمانی بسیار طولانی (7 سال)، به ویژه نشان داد که آمریکا 1 متر در سال از اروپا دور نمی‌شود، همانطور که وگنر فکر می‌کرد، بلکه در حال نزدیک شدن است. تقریباً با سرعت 60 سانتی متر در سال.

بدین ترتیب با کمک اندازه گیری های طولی بسیار دقیق، وجود حرکت مدرن تخته سنگ های بزرگ قاره ای تایید شد. علاوه بر این، می توان فهمید که بخش های جداگانه این بلوک های قاره ای دارای حرکات کمی متفاوت هستند.

زمان دقیق

برای اندازه گیری دوره های زمانی کوتاه در نجوم، واحد پایه میانگین مدت یک روز خورشیدی است، یعنی. میانگین فاصله زمانی بین دو نقطه اوج بالایی (یا پایینی) مرکز خورشید. مقدار متوسط ​​باید استفاده شود زیرا طول روز آفتابی در طول سال کمی در نوسان است. این به این دلیل است که زمین به دور خورشید به صورت دایره ای نمی چرخد، بلکه به صورت بیضی می چرخد ​​و سرعت حرکت آن کمی تغییر می کند. این باعث بی نظمی های کوچک در حرکت ظاهری خورشید در امتداد دایره البروج در طول سال می شود.

لحظه اوج گیری بالای مرکز خورشید همانطور که قبلاً گفتیم ظهر واقعی نامیده می شود. اما برای بررسی ساعت، برای تعیین زمان دقیق، نیازی به علامت زدن لحظه اوج گرفتن خورشید روی آن نیست. علامت گذاری لحظه های اوج ستاره ها راحت تر و دقیق تر است، زیرا تفاوت بین لحظات اوج هر ستاره و خورشید دقیقاً برای هر زمان مشخص است. بنابراین برای تعیین زمان دقیق با کمک دستگاه های نوری خاص، لحظات اوج ستارگان را یادداشت می کنند و صحت ساعت "نگه داشتن" زمان توسط آنها بررسی می شود. زمانی که به این روش تعیین می‌شود، اگر چرخش مشاهده‌شده فلک با سرعت زاویه‌ای کاملاً ثابت رخ دهد، کاملاً دقیق خواهد بود. با این حال، معلوم شد که سرعت چرخش زمین به دور محور خود، و از این رو چرخش ظاهری کره آسمانی، در طول زمان دستخوش تغییرات بسیار کوچکی می شود. بنابراین، برای "ذخیره" زمان دقیق، اکنون از یک ساعت اتمی ویژه استفاده می شود که روند آن توسط فرآیندهای نوسانی در اتم ها که در یک فرکانس ثابت رخ می دهد کنترل می شود. ساعت‌های رصدخانه‌های منفرد در برابر سیگنال‌های زمان اتمی بررسی می‌شوند. مقایسه زمان تعیین شده توسط ساعت اتمی و حرکت ظاهری ستارگان به فرد اجازه می دهد تا بی نظمی های چرخش زمین را مطالعه کند.

تعیین زمان دقیق، ذخیره آن و مخابره آن از طریق رادیو به کل جمعیت، وظیفه سرویس زمان دقیق است که در بسیاری از کشورها وجود دارد.

سیگنال های دقیق زمانی توسط رادیو توسط ناوگان دریایی و هوایی، بسیاری از سازمان های علمی و صنعتی که نیاز به دانستن زمان دقیق دارند، دریافت می شود. دانستن زمان دقیق به ویژه برای تعیین طول جغرافیایی نقاط مختلف روی سطح زمین ضروری است.

زمان شماری تعیین طول جغرافیایی تقویم

از درس جغرافیای فیزیکی اتحاد جماهیر شوروی، مفاهیم شمارش زمان محلی، منطقه و زایمان را می دانید و همچنین تفاوت در طول جغرافیایی دو نقطه با تفاوت زمان محلی این نقاط تعیین می شود. این مشکل با روش های نجومی با استفاده از رصد ستارگان حل می شود. بر اساس تعیین مختصات دقیق تک تک نقاط، سطح زمین نقشه برداری می شود.

از زمان های قدیم، مردم از مدت زمان ماه قمری یا سال شمسی برای شمارش دوره های زمانی طولانی استفاده می کردند. مدت زمان انقلاب خورشید در امتداد دایره البروج. سال تعیین کننده فراوانی تغییرات فصلی است. یک سال شمسی 365 روز شمسی و 5 ساعت و 48 دقیقه و 46 ثانیه طول می کشد. عملاً با روزها و با طول ماه قمری - دوره تغییر فاز قمری (حدود 29.5 روز) متناسب نیست. این امر ایجاد یک تقویم ساده و راحت را دشوار می کند. در طول تاریخ چند صد ساله بشر، بسیاری از سیستم های تقویم مختلف ایجاد و استفاده شده است. اما همه آنها را می توان به سه نوع خورشیدی، قمری و قمری تقسیم کرد. دامداران جنوب معمولاً از ماه های قمری استفاده می کردند. یک سال 12 ماهه قمری شامل 355 روز شمسی بود. برای تطبیق زمان شمارش بر اساس ماه و خورشید، لازم بود 12 یا 13 ماه در سال غروب شود و روزهای اضافی در سال وارد شود. ساده تر و راحت تر تقویم شمسی بود که در مصر باستان استفاده می شد. در حال حاضر در اکثر کشورهای جهان تقویم شمسی نیز پذیرفته شده است، اما از دستگاهی کاملتر به نام میلادی که در زیر به آن پرداخته می شود.

هنگام تنظیم تقویم، باید در نظر داشت که طول سال تقویمی باید تا حد امکان به مدت زمان چرخش خورشید در امتداد دایره البروج نزدیک شود و سال تقویمی باید دارای تعداد صحیح روزهای شمسی باشد، زیرا شروع سال در ساعات مختلف روز ناخوشایند است.

این شرایط توسط تقویمی که توسط اخترشناس اسکندریایی Sozigenes ایجاد شد و در سال 46 قبل از میلاد معرفی شد، برآورده شد. در رم توسط ژولیوس سزار. متعاقباً همانطور که می دانید از درس جغرافیای فیزیکی نام سبک جولیان یا قدیمی را دریافت کرد. در این تقویم سالها به مدت 365 روز سه بار پشت سر هم شمرده می شوند و ساده نامیده می شوند و سال بعد از آنها 366 روز است. به آن سال کبیسه می گویند. سال‌های کبیسه در تقویم جولیان سال‌هایی هستند که اعداد آنها به طور مساوی بر 4 بخش‌پذیر است.

متوسط ​​طول یک سال طبق این تقویم 365 روز و 6 ساعت است. حدود 11 دقیقه بیشتر از واقعی است. به همین دلیل، سبک قدیمی هر 400 سال حدود 3 روز از گذر زمان واقعی عقب بود.

در تقویم میلادی (سبک جدید)، که در سال 1918 در اتحاد جماهیر شوروی معرفی شد و حتی پیش از آن در اکثر کشورها به تصویب رسید، سال هایی که به دو صفر ختم می شوند، به استثنای 1600، 2000، 2400 و غیره. (یعنی آنهایی که در آنها تعداد صدها بدون باقیمانده بر 4 بخش پذیر است) جهش محسوب نمی شوند. به این ترتیب خطای 3 روز که بیش از 400 سال جمع شده است، اصلاح می شود. بنابراین، میانگین طول یک سال در سبک جدید بسیار نزدیک به دوره چرخش زمین به دور خورشید است.

تا قرن XX. تفاوت سبک جدید با سبک قدیم (ژولیان) به 13 روز رسید. از آنجایی که سبک جدید تنها در سال 1918 در کشور ما معرفی شد، انقلاب اکتبر که در سال 1917 در 25 اکتبر (طبق سبک قدیمی) انجام شد، در 7 نوامبر (طبق سبک جدید) جشن گرفته می شود.

تفاوت بین سبک های قدیمی و جدید 13 روزه در قرن XXI و در قرن XXII باقی خواهد ماند. به 14 روز افزایش می یابد.

البته سبک جدید کاملاً دقیق نیست، اما خطای 1 روزه تنها پس از 3300 سال روی آن جمع می شود.

1. به وقت محلی زمان اندازه گیری شده در یک نصف النهار جغرافیایی معین زمان محلی آن نصف النهار نامیده می شود.برای همه مکان های یک نصف النهار، زاویه ساعت اعتدال بهاری (یا خورشید یا خورشید وسط) در هر لحظه یکسان است. بنابراین، در کل نصف النهار جغرافیایی، زمان محلی (سیدره ای یا خورشیدی) در همان لحظه یکسان است.

2. زمان جهانی. میانگین زمان محلی خورشیدی نصف النهار گرینویچ زمان جهانی نامیده می شود.

میانگین زمان محلی هر نقطه از زمین همیشه برابر با زمان جهانی در آن لحظه به اضافه طول جغرافیایی آن نقطه است که بر حسب واحد ساعتی بیان می شود و در شرق گرینویچ مثبت در نظر گرفته می شود.

3. زمان منطقه. در سال 1884، یک سیستم کمربندی برای محاسبه میانگین زمان پیشنهاد شد: زمان تنها بر روی 24 نصف النهار اصلی جغرافیایی که دقیقاً 15 درجه از یکدیگر در طول جغرافیایی قرار دارند، تقریباً در وسط هر منطقه زمانی محاسبه می شود. مناطق زمانی از 0 تا 23 شماره گذاری می شوند. گرینویچ به عنوان نصف النهار اصلی منطقه صفر در نظر گرفته می شود.

4. ساعت تابستانی. به منظور توزیع مؤثرتر برق مورد استفاده برای روشنایی شرکت ها و اماکن مسکونی و استفاده کامل از نور روز در ماه های تابستان سال، در بسیاری از کشورها عقربه های ساعت ساعت استاندارد زمان 1 ساعت به جلو منتقل می شوند.

5. به دلیل چرخش ناهموار زمین، میانگین روز یک مقدار متغیر است. بنابراین در نجوم از دو نظام زمانی استفاده می شود: زمان ناهموار که از رصدها به دست می آید و با چرخش واقعی زمین مشخص می شود و زمان یکنواخت که در محاسبه زودگذر سیارات استدلال می شود و به وسیله آن مشخص می شود. حرکت ماه و سیارات زمان یکنواخت را زمان نیوتنی یا زودگذر می نامند.

9. تقویم. انواع تقویم. تاریخچه تقویم مدرن. روزهای جولیان

سیستم شمارش دوره های زمانی طولانی را تقویم می نامند. همه تقویم ها را می توان به سه نوع اصلی تقسیم کرد: شمسی، قمری و قمری. تقویم های شمسی بر اساس مدت زمان سال گرمسیری، تقویم های قمری بر اساس مدت زمان ماه قمری، تقویم های قمری بر اساس هر دوی این دوره ها هستند. تقویم مدرنی که در اکثر کشورها پذیرفته شده است، تقویم شمسی است. واحد اصلی اندازه گیری زمان در تقویم های شمسی، سال گرمسیری است. مدت زمان یک سال گرمسیری در روزهای خورشیدی به طور متوسط ​​365d5h48m46s است.

در تقویم جولیان، طول سال تقویمی معادل 365 روز خورشیدی متوسط ​​برای سه سال متوالی در نظر گرفته می شود و هر سال چهارم شامل 366 روز است. سال های 365 روزه را ساده و 366 روزه را سال کبیسه می گویند. در یک سال کبیسه، 29 روز در فوریه وجود دارد، در یک سال ساده - 28 روز.

تقویم میلادی در نتیجه اصلاح تقویم جولیان بوجود آمد. واقعیت این است که اختلاف بین تقویم جولیان و شمارش سالهای گرمسیری برای گاهشماری کلیسا ناخوشایند بود. طبق قوانین کلیسای مسیحی، تعطیلات عید پاک قرار بود در اولین یکشنبه پس از ماه کامل بهاری رخ دهد، یعنی. اولین ماه کامل بعد از اعتدال بهاری

تقویم میلادی در اکثر کشورهای غربی در طول قرن 16 و 17 معرفی شد. در روسیه، آنها تنها در سال 1918 به سبک جدیدی روی آوردند.

با کم کردن تاریخ اولیه یک رویداد از تاریخ بعدی رویداد دیگر، که در یک سیستم گاهشماری داده شده است، می توانید تعداد روزهایی را که بین این رویدادها سپری شده است محاسبه کنید. باید تعداد سال های کبیسه را در نظر گرفت. این کار با استفاده از دوره جولیان یا روزهای جولیان راحت تر حل می شود. آغاز هر روز جولیان به عنوان نیمروز گرینویچ در نظر گرفته می شود. آغاز شمارش روزهای جولیان مشروط است و در قرن شانزدهم پیشنهاد شد. آگهی اسکالیگر به عنوان آغاز یک دوره بزرگ 7980 ساله که حاصل سه دوره کوچکتر است: دوره 28 ساله، 19.15 اسکالیگر دوره 7980 ساله را به افتخار پدرش جولیوس "جولیان" نامیده است.

من خوشحالم که به شیوه ای مثال زدنی و ساده زندگی می کنم:
مثل خورشید - مثل آونگ - مثل تقویم
M. Tsvetaeva

درس 6/6

موضوعاصول اندازه گیری زمان

هدف سیستم شمارش زمان و رابطه آن با طول جغرافیایی را در نظر بگیرید. برای ارائه ایده ای از گاهشماری و تقویم، تعیین مختصات جغرافیایی (طول جغرافیایی) منطقه با توجه به داده های مشاهدات نجومی.

وظایف :
1. آموزشینجوم عملی در مورد: 1) روشهای نجومی، ابزارها و واحدهای اندازه گیری، شمارش و ذخیره زمان، تقویم و گاهشماری. 2) تعیین مختصات جغرافیایی (طول جغرافیایی) منطقه با توجه به مشاهدات نجومی. سرویس خورشید و زمان دقیق. استفاده از نجوم در نقشه کشی در مورد پدیده های کیهانی: چرخش زمین به دور خورشید، چرخش ماه به دور زمین و چرخش زمین به دور محور خود و در مورد پیامدهای آنها - پدیده های آسمانی: طلوع، غروب، حرکت مرئی روزانه و سالانه و اوج آن نورها (خورشید، ماه و ستارگان)، تغییر در فازهای ماه ...
2. تربیت: شکل گیری جهان بینی علمی و تربیت الحادی در مسیر آشنایی با تاریخ دانش بشری با انواع اصلی تقویم ها و نظام های گاه شماری. از بین بردن خرافات مرتبط با مفهوم "سال کبیسه" و ترجمه تاریخ های تقویم جولیان و گریگوری. آموزش پلی تکنیک و کارگری در ارائه مطالبی در مورد دستگاه های اندازه گیری و ذخیره زمان (ساعت)، تقویم ها و سیستم های گاهشماری و روش های عملی به کارگیری دانش نجومی.
3. در حال توسعه: شکل گیری مهارت ها: حل مسائل برای محاسبه زمان و تاریخ های گاهشماری و انتقال زمان از یک سیستم ذخیره سازی و حساب به دیگری. تمرین هایی را در مورد استفاده از فرمول های اساسی اخترسنجی عملی انجام دهید. از نقشه متحرک آسمان پرستاره، کتاب های مرجع و تقویم نجومی برای تعیین موقعیت و شرایط دید اجرام آسمانی و سیر پدیده های آسمانی استفاده کنید. تعیین مختصات جغرافیایی (طول جغرافیایی) منطقه با توجه به مشاهدات نجومی.

بدانید:
سطح 1 (استاندارد)- سیستم های شمارش زمان و واحدهای اندازه گیری؛ مفهوم نیم روز، نیمه شب، یک روز، رابطه بین زمان و طول جغرافیایی. نصف النهار صفر و زمان جهانی؛ منطقه، زمان محلی، تابستانی و زمستانی؛ روش های ترجمه؛ گاهشماری ما، مبدأ تقویم ما.
سطح 2- سیستم های شمارش زمان و واحدهای اندازه گیری؛ مفهوم نصف روز، نیمه شب، یک روز؛ رابطه بین زمان و طول جغرافیایی؛ نصف النهار صفر و زمان جهانی؛ منطقه، زمان محلی، تابستانی و زمستانی؛ روش های ترجمه؛ تعیین یک سرویس زمان دقیق؛ مفهوم گاهشماری و مثالها؛ مفهوم تقویم و انواع اصلی تقویم ها: قمری، قمری، خورشیدی (ژولیان و گریگوری) و مبانی گاهشماری. مشکل ایجاد یک تقویم دائمی مفاهیم اساسی نجوم عملی: اصول تعیین مختصات زمانی و جغرافیایی منطقه از داده های مشاهدات نجومی. دلایل پدیده های آسمانی مشاهده شده روزانه ناشی از چرخش ماه به دور زمین (تغییر در فازهای ماه، حرکت ظاهری ماه در کره آسمانی).

قادر بودن به:
سطح 1 (استاندارد)- زمان جهانی، متوسط، منطقه، محلی، تابستان، زمستان را پیدا کنید.
سطح 2- زمان جهانی، متوسط، منطقه، محلی، تابستان، زمستان را پیدا کنید. تبدیل تاریخ از سبک قدیمی به جدید و بازگشت. حل تکالیفی برای تعیین مختصات جغرافیایی مکان و زمان مشاهده.

تجهیزات: پوستر "تقویم"، PKZN، آونگ و ساعت آفتابی، مترونوم، کرونومتر، ساعت کوارتز کره زمین، جداول: برخی از کاربردهای عملی نجوم. CD- "Red Shift 5.1" (Time-show, Tales of the Universe = Time and seasons). مدل کره آسمانی; نقشه دیواری آسمان پرستاره، نقشه مناطق زمانی. نقشه ها و عکس های سطح زمین. جدول "زمین در فضا". تکه هایی از نوارهای فیلم«حرکت مرئی اجسام آسمانی»؛ "توسعه ایده ها در مورد کیهان"؛ "چگونه نجوم ایده های مذهبی جهان را رد کرد"

ارتباطات میان رشته ای: مختصات جغرافیایی، روش های شمارش زمان و جهت گیری، طرح نقشه برداری (جغرافیا، کلاس 6-8)

در طول کلاس ها

1. تکرار آموخته ها(10 دقیقه).
آ) 3 نفر در کارت های فردی.
1. 1. خورشید در 21 سپتامبر در چه ارتفاعی در نووسیبیرسک (φ = 55º) به اوج خود می رسد؟ [برای هفته دوم اکتبر مطابق با PKZN δ = -7º، سپس h = 90 о -φ + δ = 90 о -55º-7º = 28º]
2. در کجای زمین هیچ ستاره ای در نیمکره جنوبی قابل مشاهده نیست؟ [در قطب شمال]
3. چگونه می توان در زمین توسط خورشید حرکت کرد؟ [مارس، سپتامبر - طلوع خورشید در شرق، غروب خورشید در غرب، ظهر در جنوب]
2. 1. ارتفاع ظهر خورشید 30 درجه و انحراف آن 19 درجه است. عرض جغرافیایی محل رصد را تعیین کنید.
2. مسیرهای روزانه ستارگان نسبت به استوای سماوی چگونه است؟ [موازی]
3. چگونه با استفاده از ستاره قطبی در زمین حرکت کنیم؟ [جهت شمالی]
3. 1. انحراف ستاره اگر در مسکو به اوج خود برسد چقدر است (φ = 56 º ) در ارتفاع 69 درجه؟
2. محور جهان نسبت به محور زمین، نسبت به صفحه افق چگونه است؟ [موازی، در زاویه ای با عرض جغرافیایی محل مشاهده]
3. چگونه می توان عرض جغرافیایی منطقه را از روی رصدهای نجومی تعیین کرد؟ [ارتفاع زاویه ای ستاره شمالی را اندازه گیری کنید]

ب) 3 نفر روی تخته سیاه
1. فرمول ارتفاع لامپ را استخراج کنید.
2. مسیرهای روزانه ستارگان (ستاره ها) در عرض های جغرافیایی مختلف.
3. ثابت کنید که ارتفاع قطب جهان برابر است با عرض جغرافیایی.

v) بقیه به تنهایی .
1. بیشترین ارتفاعی که وگا به آن می رسد (δ = 38 در حدود 47 اینچ) در گهواره (φ = 54 در حدود 04") چقدر است؟ [بالاترین ارتفاع در نقطه اوج بالایی، h = 90 о -φ + δ = 90 о -54 о 04 "+38 о 47" = 74 о 43 "]
2. هر ستاره درخشان را با PKZN انتخاب کنید و مختصات آن را یادداشت کنید.
3. خورشید امروز در کدام صورت فلکی قرار دارد و مختصات آن چیست؟ [برای هفته دوم اکتبر توسط PKZN در موارد منفی. باکره، δ = -7º، α = 13 ساعت 06 متر]

د) در "Red Shift 5.1"
خورشید را پیدا کنید:
- چه اطلاعاتی در مورد خورشید می توانید بدست آورید؟
- مختصات آن امروز چیست و در کدام صورت فلکی قرار دارد؟
- انحراف چگونه تغییر می کند؟ [کاهش می دهد]
- کدام یک از ستاره هایی که نام خود را دارند از نظر فاصله زاویه ای به خورشید نزدیکتر است و مختصات آن چیست؟
- ثابت کنید که زمین در حال حرکت در مدار نزدیک به خورشید است (از جدول دید - قطر زاویه ای خورشید در حال رشد است)

2. مواد جدید (20 دقیقه)
نیاز به تبدیل توجه دانش آموزان:
1. طول یک روز و یک سال بستگی به چارچوب مرجعی دارد که حرکت زمین در آن در نظر گرفته می شود (این که آیا با ستاره های ثابت، خورشید و غیره مرتبط است). انتخاب سیستم مرجع در نام واحد زمان منعکس می شود.
2. مدت زمان واحدهای زمانی با شرایط دید (اوج) اجرام سماوی مرتبط است.
3. معرفی استاندارد زمان اتمی در علم به دلیل ناهمواری چرخش زمین بود که با افزایش دقت ساعت ها کشف شد.
4. معرفی زمان استاندارد به دلیل نیاز به هماهنگی فعالیت های اقتصادی در قلمرو تعریف شده توسط مرزهای مناطق زمانی است.

سیستم های زمان شماری رابطه با طول جغرافیایی هزاران سال پیش، مردم متوجه شدند که بسیاری از طبیعت تکرار می شود: خورشید از شرق طلوع می کند و در غرب غروب می کند، تابستان جایگزین زمستان می شود و بالعکس. پس از آن بود که اولین واحدهای زمان ظاهر شد - روز ماه سال ... با کمک ساده ترین ابزارهای نجومی، مشخص شد که در یک سال حدود 360 روز وجود دارد و در حدود 30 روز، شبح ماه از یک ماه کامل به ماه دیگر چرخه ای را طی می کند. بنابراین، حکیمان کلدانی سیستم اعداد شش وجهی را به عنوان مبنایی اتخاذ کردند: روز به 12 شب و 12 روز تقسیم می شد. ساعت ها ، دایره 360 درجه است. هر ساعت و هر درجه بر 60 تقسیم شده است دقایق و هر دقیقه - 60 ثانیه .
با این حال، اندازه‌گیری‌های دقیق‌تر بعدی به طرز ناامیدکننده‌ای این کمال را از بین برده است. معلوم شد که زمین در 365 روز و 5 ساعت و 48 دقیقه و 46 ثانیه به دور خورشید می چرخد. از سوی دیگر، ماه از 29.25 تا 29.85 روز طول می کشد تا به دور زمین بچرخد.
پدیده های تناوبی همراه با چرخش روزانه کره سماوی و حرکت ظاهری سالانه خورشید در امتداد دایره البروج زیربنای سیستم های مختلف نگهداری زمان است. زمان- کمیت فیزیکی اصلی که تغییر پی در پی پدیده ها و حالات ماده، مدت زمان وجود آنها را مشخص می کند.
کوتاه- روز، ساعت، دقیقه، ثانیه
طولانی- سال، سه ماهه، ماه، هفته.
1. "ستاره"زمان مرتبط با حرکت ستارگان در کره سماوی. اندازه گیری با زاویه ساعت اعتدال بهاری: S = t ^؛ t = S - a
2. "خورشیدی"زمان مرتبط با: حرکت ظاهری مرکز قرص خورشید در امتداد دایره البروج (زمان واقعی خورشیدی) یا حرکت "خورشید متوسط" - یک نقطه خیالی که به طور یکنواخت در طول استوای سماوی برای مدت زمان مشابه حرکت می کند. به عنوان خورشید واقعی (به معنای زمان خورشیدی).
با معرفی استاندارد زمان اتمی در سال 1967 و سیستم بین المللی SI، ثانیه اتمی در فیزیک مورد استفاده قرار گرفت.
دومینیک کمیت فیزیکی از لحاظ عددی برابر با 9192631770 دوره تابش است که مربوط به انتقال بین سطوح فوق ریز حالت پایه اتم سزیم-133 است.
تمام «زمان‌های» فوق با محاسبات خاص با یکدیگر سازگار هستند. متوسط ​​زمان خورشیدی در زندگی روزمره استفاده می شود. . واحد اصلی زمان خورشیدی واقعی، واقعی و متوسط ​​روز است.با تقسیم روز متناظر بر 86400 (24 ساعت، 60 متر، 60 ثانیه)، ثانیه های هیدری، میانگین خورشیدی و سایر ثانیه ها را به دست می آوریم. این روز به اولین واحد زمانی بیش از 50000 سال پیش تبدیل شد. روز- دوره زمانی که در طی آن زمین یک چرخش کامل به دور محور خود نسبت به هر نقطه عطفی انجام می دهد.
روز ستاره ای- دوره چرخش زمین به دور محور خود نسبت به ستارگان ثابت، به عنوان فاصله زمانی بین دو نقطه اوج متوالی بالای اعتدال بهاری تعریف می شود.
روز خورشیدی واقعی- دوره چرخش زمین به دور محور خود نسبت به مرکز قرص خورشید که به عنوان فاصله زمانی بین دو نقطه اوج متوالی به همین نام مرکز قرص خورشید تعریف می شود.
با توجه به اینکه دایره البروج با زاویه 23 o 26 اینچ به سمت استوای سماوی متمایل است و زمین در مداری بیضوی (کمی کشیده) به دور خورشید می چرخد، سرعت حرکت ظاهری خورشید در کره سماوی و بنابراین، مدت روزهای واقعی خورشیدی به طور مداوم در طول سال تغییر می کند. : سریعترین روزهای نزدیک به نقاط اعتدال (مارس، سپتامبر)، کندترین روزهای نزدیک به نقطه انقلاب (ژوئن، ژانویه) برای ساده کردن محاسبات زمان در نجوم، مفهوم یک روز متوسط ​​خورشیدی معرفی شده است - دوره چرخش زمین به دور محور خود نسبت به "خورشید متوسط".
میانگین روزهای آفتابیبه عنوان فاصله زمانی بین دو نقطه اوج متوالی همنام "خورشید وسط" تعریف می شوند. آنها 3 متر و 55009 ثانیه کوتاهتر از یک روز غیر طبیعی هستند.
24 h 00 m 00 s زمان جانبی برابر است با 23 h 56 m 4.09 s میانگین زمان خورشیدی. برای قطعیت محاسبات نظری، زودگذر (جدولی)دوم، برابر با میانگین ثانیه خورشیدی در 0 ژانویه 1900 در ساعت 12 از زمان کنونی، که مربوط به چرخش زمین نیست.

حدود 35000 سال پیش، مردم متوجه تغییر دوره ای در ظاهر ماه شدند - تغییر در فازهای قمری. فاز افیک جرم آسمانی (ماه، سیاره، و غیره) با نسبت بزرگ ترین عرض بخش نورانی دیسک تعیین می شود. دبه قطر آن D: Ф =DD... خط نابود کنندهقسمت های تاریک و روشن دیسک نورانی را جدا می کند. ماه به دور زمین در همان جهتی حرکت می کند که زمین به دور محور خود می چرخد: از غرب به شرق. بازتاب این حرکت حرکت ظاهری ماه در پس زمینه ستارگان به سمت چرخش آسمان است. ماه هر روز 13.5 درجه نسبت به ستاره ها به سمت شرق جابه جا می شود و یک دایره کامل را در 27.3 روز کامل می کند. بنابراین دومین اندازه گیری زمان بعد از روز برقرار شد - ماه.
ماه قمری Sidereal (ستاره ای).- دوره زمانی که ماه یک دور کامل به دور زمین نسبت به ستارگان ثابت می کند. برابر با 27 d 07 h 43 m 11.47 s.
سینودی (تقویمی) ماه قمری- فاصله زمانی بین دو فاز متوالی به همین نام (معمولاً ماه های جدید) ماه. برابر با 29 d 12 h 44 m 2.78 s.
ترکیبی از پدیده های حرکت ظاهری ماه در برابر پس زمینه ستارگان و تغییر در مراحل ماه به شما امکان می دهد توسط ماه روی زمین حرکت کنید (شکل). ماه به صورت هلالی باریک در غرب ظاهر می شود و در پرتوهای سحر با همان هلال باریک در شرق ناپدید می شود. اجازه دهید به طور ذهنی یک خط مستقیم را به هلال ماه در سمت چپ بچسبانیم. ما می توانیم در آسمان حرف "P" را بخوانیم - "در حال رشد"، "شاخ" ماه به سمت چپ چرخیده است - ماه در غرب قابل مشاهده است. یا حرف "C" - "پیری"، "شاخ" ماه به سمت راست چرخیده است - ماه در شرق قابل مشاهده است. در ماه کامل، ماه در نیمه شب در جنوب قابل مشاهده است.

در نتیجه مشاهده تغییر موقعیت خورشید در بالای افق برای چندین ماه، سومین اندازه گیری زمان بوجود آمده است - سال.
سال- دوره زمانی که در طی آن زمین یک چرخش کامل به دور خورشید نسبت به هر نقطه عطفی (نقطه) انجام می دهد.
سال ستاره ای- دوره ی ستاره ای (ستاره ای) چرخش زمین به دور خورشید برابر با 365.256320 ... میانگین روزهای خورشیدی.
سال ناهنجار- فاصله زمانی بین دو گذر متوالی خورشید متوسط ​​از نقطه مدار خود (معمولا حضیض)، برابر با 365.259641 ... میانگین روزهای خورشیدی است.
سال گرمسیری- فاصله زمانی بین دو گذر متوالی خورشید متوسط ​​از اعتدال بهاری، برابر با 2422/365 ... میانگین روزهای خورشیدی یا 365 d 05 h 48 m 46.1 s.

ساعت جهانیبه عنوان میانگین زمان محلی خورشیدی در نصف النهار صفر (گرینویچ) تعریف می شود. که، UT- زمان جهانی). از آنجایی که در زندگی روزمره نمی توان از زمان محلی استفاده کرد (زیرا در گهواره یک چیز است و در نووسیبیرسک متفاوت است (متفاوت λ ))، بنابراین به پیشنهاد مهندس راه آهن کانادا به تصویب کنفرانس رسید سنفورد فلمینگ(8 فوریه 1879 هنگام صحبت در موسسه کانادایی در تورنتو) زمان استاندارد،تقسیم کره زمین به مناطق 24 ساعته (360: 24 = 15 о، هر کدام 7.5 о از نصف النهار مرکزی). منطقه زمانی صفر به طور متقارن نسبت به نصف النهار صفر (گرینویچ) قرار دارد. تسمه ها از 0 تا 23 از غرب به شرق شماره گذاری شده اند. مرزهای واقعی کمربندها با مرزهای اداری نواحی، مناطق یا ایالت ها همسو می شوند. نصف النهارهای مرکزی مناطق زمانی دقیقاً 15 درجه (1 ساعت) از یکدیگر فاصله دارند، بنابراین، هنگام جابجایی از یک منطقه زمانی به منطقه زمانی دیگر، زمان به تعداد صحیح ساعت تغییر می کند، اما تعداد دقیقه ها و ثانیه ها تغییر نمی کند. . روز تقویم جدید (و سال نو) شروع می شود خطوط تاریخ(خط مرزی، عمدتاً از نصف النهار 180 درجه شرقی در نزدیکی مرز شمال شرقی فدراسیون روسیه می گذرد. در غرب خط تاریخ، روز ماه همیشه یک بیشتر از شرق آن است. هنگام عبور از این خط از غرب به شرق، عدد تقویم به میزان یک کاهش می یابد و در هنگام عبور از خط از شرق به غرب، عدد تقویم یک عدد افزایش می یابد که خطای شمارش زمانی را در هنگام سفر به دور دنیا و جابجایی افراد از مسیر حذف می کند. شرق به نیمکره غربی زمین.
بنابراین، کنفرانس بین المللی مریدین (1884، واشنگتن، ایالات متحده آمریکا)، در ارتباط با توسعه حمل و نقل تلگراف و راه آهن، معرفی می کند:
- شروع روز از نیمه شب، و نه از ظهر، همانطور که بود.
- نصف النهار اولیه (صفر) از گرینویچ (رصدخانه گرینویچ در نزدیکی لندن، که توسط J. Flamsteed در سال 1675 تأسیس شد، از طریق محور تلسکوپ رصدخانه).
- سیستم شمارش زمان استاندارد
زمان منطقه با فرمول تعیین می شود: T n = T 0 + n ، جایی که تی 0 - زمان جهانی؛ n- شماره منطقه زمانی
نور روز صرفه جویی در زمان- زمان استاندارد، با یک عدد صحیح ساعت با فرمان دولت تغییر می کند. برای روسیه برابر با کمر به اضافه 1 ساعت است.
به وقت مسکو- ساعت تابستانی منطقه زمانی دوم (به اضافه 1 ساعت): Tm = T 0 + 3 (ساعت ها).
زمان تابستان- زمان صرفه جویی در تابستان، به اضافه 1 ساعت به دستور دولت برای دوره تابستانی به منظور صرفه جویی در منابع انرژی تغییر کرده است. به دنبال مثال انگلستان که در سال 1908 برای اولین بار ساعت تابستانی را معرفی کرد، اکنون 120 کشور جهان از جمله فدراسیون روسیه سالانه ساعت تابستانی را اجرا می کنند.
مناطق زمانی جهان و روسیه
در ادامه باید به طور مختصر دانش آموزان را با روش های نجومی تعیین مختصات جغرافیایی (طول جغرافیایی) منطقه آشنا کنید. به دلیل چرخش زمین، تفاوت بین لحظات شروع نیم روز یا اوج گرفتن ( به اوج رسیدن.این پدیده چیست؟) ستارگان با مختصات استوایی شناخته شده در 2 نقطه برابر است با اختلاف طول جغرافیایی نقاط، که تعیین طول یک نقطه معین را از رصدهای نجومی خورشید و سایر منورها و برعکس ممکن می کند. ، به وقت محلی در هر نقطه با طول جغرافیایی مشخص.
به عنوان مثال: یکی از شما در نووسیبیرسک است، دیگری در اومسک (مسکو). چند نفر از شما قبلاً اوج بالای مرکز خورشید را مشاهده خواهید کرد؟ و چرا؟ (توجه داشته باشید، به این معنی است که ساعت شما مطابق با زمان نووسیبیرسک کار می کند). خروجی- بسته به موقعیت روی زمین (نصف النهار - طول جغرافیایی)، نقطه اوج هر ستاره در زمان های مختلف مشاهده می شود، یعنی زمان با طول جغرافیایی مرتبط است یا T = UT + λ،و اختلاف زمانی برای دو نقطه واقع در نصف النهارهای مختلف خواهد بود T 1 -T 2 = λ 1 - λ 2.طول جغرافیایی (λ ) مساحت در شرق نصف النهار «صفر» (گرینویچ) اندازه گیری می شود و از نظر عددی برابر است با فاصله زمانی بین همان اوج های همان ستاره در نصف النهار گرینویچ ( UT)و در نقطه مشاهده ( تی). در درجه یا ساعت، دقیقه و ثانیه بیان می شود. برای تعیین طول جغرافیایی منطقه، لازم است لحظه اوج هر نور (معمولا خورشید) با مختصات استوایی مشخص تعیین شود. با ترجمه به کمک جداول مخصوص یا ماشین حساب زمان مشاهده از میانگین خورشیدی به ستاره ای و دانستن زمان اوج گیری این ستاره در نصف النهار گرینویچ از کتاب مرجع به راحتی می توان طول جغرافیایی منطقه را تعیین کرد. تنها مشکل در محاسبات، تبدیل دقیق واحدهای زمان از یک سیستم به سیستم دیگر است. لحظه اوج را نمی توان "مشاهده" کرد: کافی است ارتفاع (فاصله اوج) ستاره را در هر لحظه دقیقاً ثابت در زمان تعیین کنیم، اما محاسبات پس از آن بسیار پیچیده خواهد بود.
ساعت برای اندازه گیری زمان استفاده می شود. از ساده ترین ها، که در دوران باستان استفاده می شد، هستند گنمون - یک قطب عمودی در مرکز یک سکوی افقی با تقسیمات، سپس ماسه، آب (کلپسیدرا) و آتش، به قطعات مکانیکی، الکترونیکی و اتمی. یک استاندارد زمان اتمی (نوری) حتی دقیق تر در سال 1978 در اتحاد جماهیر شوروی ایجاد شد. خطای 1 ثانیه ای هر 10000000 سال یکبار اتفاق می افتد!

سیستم زمان شماری در کشور ما
1) از 1 ژوئیه 1919 معرفی شد زمان استاندارد(فرمان شورای کمیسرهای خلق RSFSR مورخ 02/08/1919)
2) در سال 1930 نصب شده است مسکو (زایمان) زمان منطقه زمانی دوم که مسکو در آن قرار دارد، با ترجمه یک ساعت جلوتر از زمان استاندارد (+3 به جهانی یا +2 به اروپای مرکزی) به منظور اطمینان از روشن‌تر بودن بخش روز در روز ( فرمان شورای کمیسرهای خلق اتحاد جماهیر شوروی در تاریخ 1930/06/16). توزیع بر اساس مناطق زمانی لبه ها و مناطق به طور قابل توجهی تغییر می کند. در فوریه 1991 لغو شد و از ژانویه 1992 بازگردانده شد.
3) با همان فرمان 1930، انتقال به ساعت تابستانی که از سال 1917 (20 آوریل و بازگشت در 20 سپتامبر) به اجرا در آمده بود، لغو شد.
4) در سال 1981، انتقال به ساعت تابستانی در کشور از سر گرفته شد. فرمان شورای وزیران اتحاد جماهیر شوروی مورخ 24 اکتبر 1980 "در مورد روش محاسبه زمان در قلمرو اتحاد جماهیر شوروی" زمان تابستان معرفی شده است با ترجمه در ساعت 0 در 1 آوریل، عقربه های ساعت یک ساعت جلوتر هستند و در 1 اکتبر، یک ساعت به عقب از 1981. (در سال 1981، ساعت تابستانی در اکثریت قریب به اتفاق کشورهای توسعه یافته - 70، به جز ژاپن) معرفی شد. بعداً در اتحاد جماهیر شوروی، ترجمه در نزدیکترین یکشنبه به این تاریخ ها شروع شد. این قطعنامه تعدادی از تغییرات قابل توجه را ایجاد کرد و لیست جدید تهیه شده از مناطق اداری اختصاص داده شده به مناطق زمانی مربوطه را تأیید کرد.
5) در سال 1992، فرمان ریاست جمهوری بازسازی شد، در فوریه 1991، به وقت زایمان (مسکو) از 19 ژانویه 1992 با حفظ ساعت تابستانی در آخرین یکشنبه ماه مارس در ساعت 2 بامداد برای یک ساعت جلوتر و برای زمستان لغو شد. زمان آخرین یکشنبه شهریور ساعت 3 بامداد یک ساعت پیش.
6) در سال 1996، با فرمان شماره 511 دولت فدراسیون روسیه در تاریخ 23.04.1996، ساعت تابستانی یک ماه تمدید شد و اکنون در آخرین یکشنبه ماه اکتبر به پایان می رسد. در سیبری غربی، مناطقی که قبلاً در منطقه MSK + 4 بودند به زمان MSK + 3 تغییر کردند و به زمان اومسک پیوستند: منطقه نووسیبیرسک در 23 مه 1993 در ساعت 00:00، قلمرو آلتای و جمهوری آلتای در 28 مه 1995. در ساعت 4:00، منطقه تومسک، 1 می 2002، ساعت 3:00، منطقه کمروو، 28 مارس 2010، ساعت 02:00. ( تفاوت با زمان جهانی GMT ​​6 ساعت باقی می ماند).
7) از 28 مارس 2010، با انتقال به ساعت تابستانی، قلمرو روسیه در 9 منطقه زمانی (از 2 تا 11 فراگیر، به استثنای 4، منطقه سامارا و اودمورتیا در تاریخ) قرار گرفت. 28 مارس 2010 ساعت 2 بامداد به وقت مسکو) با زمان یکسان در هر منطقه زمانی. مرزهای مناطق زمانی در امتداد مرزهای نهادهای تشکیل دهنده فدراسیون روسیه قرار دارند، هر نهاد تشکیل دهنده در یک منطقه گنجانده شده است، به استثنای یاکوتیا که در 3 منطقه (MSK + 6، MSK + 7، MSK + است. 8) و منطقه ساخالین که در 2 منطقه (MSK + 7 در ساخالین و MSK + 8 در جزایر کوریل) قرار دارد.

بنابراین، برای کشور ما در زمان زمستان T = UT + n + 1 ساعت ، آ در زمان تابستان T = UT + n + 2 ساعت

می توانید کارهای آزمایشگاهی (عملی) را در خانه انجام دهید: کار آزمایشگاهی"تعیین مختصات زمین از مشاهدات خورشید"
تجهیزات: gnomon; گچ (گیره)؛ «تقویم نجومی»، دفتر، مداد.
سفارش کار:
1. تعیین خط نیمروز (جهت نصف النهار).
با حرکت روزانه خورشید در سراسر آسمان، سایه گنمون به تدریج جهت و طول خود را تغییر می دهد. در ظهر واقعی کمترین طول را دارد و جهت خط ظهر را نشان می دهد - طرح ریزی نصف النهار آسمانی بر روی صفحه افق ریاضی. برای تعیین خط ظهر، لازم است در ساعات صبح نقطه ای را که سایه گنومون در آن می افتد علامت گذاری کنید و یک دایره از آن بکشید و گنومون را مرکز آن قرار دهید. سپس باید صبر کنید تا سایه گنمون برای بار دوم خط دایره را لمس کند. قوس حاصل به دو قسمت تقسیم می شود. خطی که از گنومون و وسط قوس ظهر می گذرد، خط ظهر خواهد بود.
2. تعیین طول و عرض جغرافیایی منطقه از مشاهدات خورشید.
مشاهدات اندکی قبل از ظهر واقعی شروع می شود، که وقوع آن در لحظه انطباق دقیق سایه از gnomon و خط ظهر مطابق با یک ساعت به خوبی تنظیم شده، که مطابق با زمان استاندارد اجرا می شود، ثبت می شود. در همان زمان، طول سایه از gnomon اندازه گیری می شود. در طول سایه لدر ظهر واقعی در زمان وقوع آن تیبا استفاده از محاسبات ساده، با استفاده از ساعت تابستانی، مختصات منطقه تعیین می شود. در ابتدا از رابطه tg h ¤ = N / l، جایی که اچ- ارتفاع گنومون، ارتفاع گنومون را در ظهر واقعی ساعت ¤ پیدا کنید.
عرض جغرافیایی منطقه با فرمول محاسبه می شود φ = 90-h ¤ + d ¤، جایی که d ¤ انحراف خورشید است. برای تعیین طول منطقه از فرمول استفاده کنید λ = 12 ساعت + n + Δ-D، جایی که n- شماره منطقه زمانی، h - معادله زمانی برای یک روز معین (بر اساس داده های "تقویم نجومی" تعیین می شود). برای فصل زمستان D = n+ 1; برای تابستان D = n + 2.

"Planetarium" 410.05 mb		این منبع به شما امکان می دهد نسخه کاملی از مجتمع آموزشی و روشی نوآورانه "Planetarium" را روی رایانه معلم یا دانش آموز نصب کنید. "Planetarium" - گزیده ای از مقالات موضوعی - برای استفاده معلمان و دانش آموزان در درس های فیزیک، نجوم یا علوم در کلاس های 10-11 در نظر گرفته شده است. هنگام نصب مجتمع، توصیه می شود فقط از حروف انگلیسی در نام پوشه ها استفاده کنید.
نسخه ی نمایشی 13.08 مگابایت		این منبع نشان دهنده مطالب نمایشی مجموعه آموزشی و روش شناختی نوآورانه Planetarium است.
Planetarium 2.67 MB Clock 154.3 KB زمان استاندارد 374.3 کیلوبایت نقشه زمان استاندارد 175.3 کیلوبایت

«مفهوم دوره معینی که ما به آن نیاز داریم
به عنوان یک مقیاس، یعنی زمان، زیرا زمان،
گرفته شده به خودی خود، چنین مقیاسی نیست ... ".
فلوطین

با مطالعه این موضوع، شما:

• با تاریخچه تقویم مدرن آشنا شوید. زمان «سیدرئال» و «شمسی» چیست و آیا معادله زمان وجود دارد. چه کسی در کشورهای توسعه یافته اقتصادی حافظ زمان دقیق است. با چه تقویمی زندگی می کنیم درباره تاریخچه دستگاه های اندازه گیری زمان؛
• شما می توانید تاریخ تقویم مدرن را بگویید. توضیح دهید که زمان «سیدرال» و «شمسی» چیست. تفاوت بین روزهای واقعی، روزهای واقعی و روزهای غیر واقعی را توضیح دهید. توضیح دهید که معادله زمان چیست. در مورد دستگاه های اندازه گیری زمان که در دوران باستان استفاده می شد بگویید. یکی از این دستگاه ها را نام ببرید که هنوز در حال استفاده است.

قبل از شروع به تسلط بر مطالب در مورد این موضوع، به سخنرانی ویدیویی "زمان و تقویم نجومی" توسط ولادیمیر جورجیویچ سوردین گوش دهید.

روی نماد کلیک کنید

تمام زندگی و فعالیت های افراد در زمان اتفاق می افتد. با مشاهده تغییر روز و شب، مردم مدتهاست جریان زمان را درک کرده اند، اما بسیار دیرتر اندازه گیری آن را یاد گرفته اند.

اقدامات اندازه گیری زمان از خود طبیعت گرفته شده است: موارد کوتاه تر با چرخش زمین به دور محور آن و طولانی ترها مربوط به حرکت ماه و سیاره ما در مدار به دور خورشید است.

مشکلات قابل توجهی در ایجاد استانداردهایی برای اندازه گیری زمان به وجود آمد. معیارهای زمان واحدهای طبیعی هستند که توسط یک فرد از دنیای اطراف او گرفته می شود - این روزها، ماه ها و سال ها هستند. مهم این است که آنها غیرقابل مقایسه باشند.

واحدهایی برای اندازه گیری فواصل زمانی کمتر از یک روز - ساعت، دقیقه، ثانیه و کسرهای آن - توسط خود شخص ایجاد شده است. با گذشت زمان، او نه تنها اندازه گیری این واحدهای متعارف زمان را یاد گرفت، بلکه آنها را نیز ذخیره کرد. برای اندازه گیری دوره های زمانی طولانی تر، انسان از پدیده های طبیعی دوره ای استفاده می کرد. سیستم شمارش دوره های زمانی قابل توجه، بر اساس پدیده های دوره ای جهان اطراف، معمولاً تقویم نامیده می شود. این تقویم است که به شما امکان می دهد ترتیب خاصی از شمارش روزها را در یک سال ایجاد کنید. از فرهنگ بشری جدایی ناپذیر است.

تقویمی که در حال حاضر دائماً از آن استفاده می کنیم بلافاصله ظاهر نشد. این تاریخ طولانی و بسیار پیچیده خود را دارد که هنوز تا به امروز کامل نشده است، زیرا تقویم مدرن را نمی توان کامل نامید.

زمان. واحدهای اندازه گیری و شمارش زمان

زمان- کمیت فیزیکی اصلی که تغییر پی در پی پدیده ها و حالات ماده، مدت زمان وجود آنها را مشخص می کند.

از نظر تاریخی، تمام واحدهای اندازه گیری اولیه و مشتق شده زمان بر اساس مشاهدات نجومی از سیر پدیده های آسمانی ناشی از چرخش زمین به دور محور خود، چرخش ماه به دور زمین و چرخش زمین به دور تعیین می شوند. خورشید. برای اندازه‌گیری و شمارش زمان در اخترسنجی، از سیستم‌های مرجع مختلفی استفاده می‌شود که با اجرام آسمانی خاص یا نقاط خاصی از کره سماوی مرتبط هستند. گسترده ترین آنها زمان "سیدرال" و "شمسی" است. با معرفی استاندارد زمان اتمی و سیستم بین المللی SI در سال 1967، ثانیه اتمی در فیزیک مورد استفاده قرار گرفت.

زوزدنویه و زمان خورشیدیبا استفاده از محاسبات خاص با یکدیگر سازگار هستند. متوسط ​​زمان خورشیدی در زندگی روزمره استفاده می شود.

تعیین زمان دقیق، ذخیره سازی و ارسال آن از طریق رادیو، کار سرویس زمان دقیق است که در تمام کشورهای توسعه یافته جهان از جمله روسیه وجود دارد.

واحد اصلی زمان خورشیدی واقعی، واقعی و متوسط ​​روز است. ثانیه های جانبی، میانگین خورشیدی و سایر ثانیه ها با تقسیم روز متناظر بر 86400 (24 ساعت و 60 دقیقه و 60 ثانیه) به دست می آیند. این روز به اولین واحد زمانی بیش از 50000 سال پیش تبدیل شد.

روز- دوره زمانی که در طی آن زمین یک چرخش کامل به دور محور خود نسبت به هر نقطه عطفی انجام می دهد.

ستاره ایروز- دوره چرخش زمین به دور محور خود نسبت به ستارگان ثابت، به عنوان فاصله زمانی بین دو نقطه اوج متوالی بالای اعتدال بهاری تعریف می شود.

خورشیدی واقعیروز- دوره چرخش زمین به دور محور خود نسبت به مرکز قرص خورشید که به عنوان فاصله زمانی بین دو نقطه اوج متوالی به همین نام مرکز قرص خورشید تعریف می شود.

با توجه به اینکه دایره البروج با زاویه به سمت استوای سماوی متمایل می شود و زمین در مداری بیضوی به دور خورشید می چرخد، سرعت حرکت ظاهری خورشید در کره سماوی است. در نتیجه، در طول سال، مدت زمان یک روز واقعی خورشیدی دائماً تغییر می‌کند: با بیشترین سرعت در نزدیکی نقاط اعتدال (مارس، سپتامبر)، با کندی بیشتر در نزدیکی نقاط انقلاب (ژوئن، ژانویه).

برای ساده کردن محاسبات زمان در نجوم، مفهوم میانگین روز خورشیدی - دوره چرخش زمین حول محور خود نسبت به "خورشید متوسط" معرفی شده است.

معادله زمان(SW) تفاوت بین زمان متوسط ​​خورشیدی (SWT) و زمان واقعی خورشیدی (SWT) است:

HC = SSV - WIS

این تفاوت در هر لحظه از زمان برای یک ناظر در هر نقطه از زمین یکسان است.

تکلیف برای بحث با معلم (می تواند در اتاق ویدیو یا در آن باشد)

یک روز واقعی زمانی است که در طی آن خورشید یک دایره کامل در سراسر آسمان ایجاد می کند، در طول سال بسته به زمان سال از 23 ساعت و 44 دقیقه تا 24 ساعت و 14 دقیقه متغیر است. مدار کنونی زمین تنها چهار بار در سال با مدار دایره‌ای تلاقی می‌کند: 16 آوریل , 14 ژوئن , 1 سپتامبرو 25 دسامبر... این روزها معادله زمان 0 است. بر این اساس، در هر فصل حداکثر معادله زمان وجود دارد: حدود 12 فوریه+ 14.3 دقیقه، 15 می- 3.8 دقیقه، 27 جولای+ 6.4 دقیقه و 4 نوامبر- 16.4 دقیقه توضیح دهید که چرا در روزهایی که مدار زمین با مدار دایره ای قطع می شود معادله زمان صفر است.

برای قطعیت محاسبات نظری، زودگذر (جدولی) یک ثانیه برابر با میانگین ثانیه خورشیدی در 01 ژانویه 1900 در ساعت 12 از زمان کنونی، که مربوط به چرخش زمین نیست. حدود 35000 سال پیش، مردم متوجه تغییر دوره ای در ظاهر ماه شدند - تغییر در فازهای ماه. فاز افیک جرم آسمانی (ماه، سیاره، و غیره) با نسبت بزرگ ترین عرض بخش نورانی دیسک تعیین می شود. دبه قطر آن D:

خط نابود کنندهقسمت های تاریک و روشن دیسک نورانی را جدا می کند.

ماه به دور زمین در همان جهتی حرکت می کند که زمین به دور محور خود می چرخد: از غرب به شرق. بازتاب این حرکت حرکت ظاهری ماه در پس زمینه ستارگان به سمت چرخش آسمان است. هر روز ماه نسبت به ستارگان به سمت شرق جابه جا می شود و یک دایره کامل را در 27.3 روز کامل می کند. بنابراین دومین اندازه گیری زمان بعد از روز برقرار شد - ماه .

سیدرال (ستاره ای) قمریماه- دوره زمانی که ماه یک دور کامل به دور زمین نسبت به ستارگان ثابت می کند. برابر با 27 روز 07 ساعت 43 دقیقه و 11.51 ثانیه.

سینودیک (تقویم) قمریماه- فاصله زمانی بین دو فاز متوالی به همین نام (معمولاً ماه های جدید) ماه، برابر با 29 روز و 12 ساعت و 44 دقیقه و 2.78 ثانیه.

ترکیبی از پدیده های حرکت قابل مشاهده ماه در پس زمینه ستارگان و تغییر در مراحل ماه به شما امکان می دهد توسط ماه روی زمین حرکت کنید. ماه در هلال باریکی در غرب ظاهر می شود و در پرتوهای سحر با همان هلال باریک در شرق ناپدید می شود. اگر از نظر ذهنی یک خط مستقیم در سمت چپ هلال ماه قرار دهیم، می توانید در آسمان حرف "P" (در حال رشد) را بخوانید، در حالی که "شاخ های" ماه به سمت چپ چرخانده شده اند - ماه قابل مشاهده است. در غرب؛ یا حرف "C" (پیری)، در حالی که "شاخ" ماه به سمت راست چرخیده است - ماه در شرق قابل مشاهده است. در ماه کامل، ماه در نیمه شب در جنوب قابل مشاهده است.

سطح زمین به 24 ناحیه تقسیم می شود که توسط نصف النهارها محدود می شود - محدوده های زمانی... منطقه زمانی صفر به طور متقارن نسبت به نصف النهار گرینویچ (صفر) قرار دارد. تسمه ها از 0 تا 23 از غرب به شرق شماره گذاری شده اند. مرزهای واقعی کمربندها با مرزهای اداری نواحی، مناطق یا ایالت ها همسو می شوند. نصف النهارهای مرکزی مناطق زمانی دقیقاً 1 ساعت با یکدیگر فاصله دارند، بنابراین، هنگام جابجایی از یک منطقه زمانی به منطقه دیگر، زمان با تعداد صحیح ساعت تغییر می کند، اما تعداد دقیقه ها و ثانیه ها تغییر نمی کند. روز تقویم جدید (و سال نو) شروع می شود خطوط تاریخ (خط مرزی، عمدتاً از امتداد نصف النهار 180 طول شرقی در نزدیکی مرز شمال شرقی فدراسیون روسیه عبور می کند. در غرب خط تاریخ، روز ماه همیشه یک بیشتر از شرق آن است. هنگام عبور از این خط از غرب به شرق، شماره تقویم کاهش می دهددر واحد، و هنگام عبور از خط از شرق به غرب، شماره تقویم افزایشدر هر واحد. این خطا در زمان سفر در سراسر جهان و همچنین حرکت از نیمکره شرقی زمین به سمت غربی را از بین می برد.

نور روز صرفه جویی در زمان- زمان استاندارد، با یک عدد صحیح ساعت با فرمان دولت تغییر می کند. برای روسیه برابر با زمان استاندارد به اضافه 1 ساعت است.

به وقت مسکو- ساعت تابستانی منطقه زمانی دوم (به اضافه 1 ساعت): Tm = T0 + 3 (ساعت).

زمان تابستان- زمان صرفه جویی در تابستان، به اضافه 1 ساعت به دستور دولت برای دوره تابستانی به منظور صرفه جویی در منابع انرژی تغییر کرده است.

با توجه به چرخش زمین، تفاوت بین لحظات شروع نیم روز یا اوج ستارگان با مختصات استوایی شناخته شده در 2 نقطه برابر است با اختلاف طول جغرافیایی نقاط، که امکان تعیین طول جغرافیایی یک نقطه معین از مشاهدات نجومی خورشید و سایر نورها و برعکس، زمان محلی در هر نقطه با طول جغرافیایی مشخص ...

طول جغرافیاییاین مساحت در شرق نصف النهار "صفر" (گرینویچ) اندازه گیری می شود و از نظر عددی برابر است با فاصله زمانی بین همان نقطه اوج همان ستاره در نصف النهار گرینویچ و در نقطه مشاهده:

جایی که اس- زمان غیر واقعی در نقطه ای با عرض جغرافیایی معین، S 0- زمان غیر واقعی در نصف النهار اصلی. در درجه یا ساعت، دقیقه و ثانیه بیان می شود.

برای تعیین طول جغرافیایی منطقه، باید لحظه اوج گرفتن یک نور (معمولا خورشید) با مختصات استوایی مشخص را تعیین کرد. با ترجمه به کمک جداول مخصوص یا ماشین حساب زمان مشاهده از متوسط ​​خورشیدی تا ستاره ای و همچنین دانستن زمان اوج گیری این ستاره در نصف النهار گرینویچ از کتاب مرجع می توانید طول جغرافیایی منطقه را تعیین کنید. برای تعیین لحظه اوج، کافی است ارتفاع (فاصله اوج) ستاره را در هر لحظه دقیقاً ثابت در زمان تعیین کنیم.

وظایف برای بحث با معلم (می تواند در اتاق ویدیو یا در آن باشد)

چرا از زمان خورشیدی در زندگی روزمره استفاده می شود و از زمان غیر واقعی استفاده نمی شود؟

آیا می توان ساعت آفتابی را طراحی کرد که میانگین زمان خورشیدی، ساعت تابستانی، تابستان و غیره را نشان دهد؟ پاسخ های معتبر تهیه کنید، پاسخ ها را با معلم در میان بگذارید.

ابزار اندازه گیری و نگهداری زمان

حتی در بابل باستان، روزهای خورشیدی به 24 ساعت (360: 24 = 15) تقسیم می شد. بعداً هر ساعت بر 60 دقیقه و هر دقیقه بر 60 ثانیه تقسیم شد.

اولین ابزار اندازه گیری زمان ساعت آفتابی بود. ساده ترین ساعت آفتابی بود گنمون- یک قطب عمودی در مرکز یک سکوی افقی با تقسیمات. سایه گنمون یک منحنی پیچیده را توصیف می کند، بسته به ارتفاع خورشید و تغییر از روز به روز بسته به موقعیت خورشید در دایره البروج، سرعت سایه نیز تغییر می کند. به تصاویر نگاه کنید: زوایای مربوط به هر ساعت ارزش متفاوتی دارند.

دقت اندازه‌گیری زمان با کمک گنومون بر اساس ارتفاع آن تعیین می‌شود: هر چه گنومون بالاتر باشد، سایه‌ای که توسط آن ایجاد می‌شود طولانی‌تر می‌شود که دقت اندازه‌گیری را افزایش می‌دهد. برای سهولت مراجعه، سوراخی در انتهای گنمون وجود داشت که در سایه ها به وضوح قابل مشاهده بود. اگر نیمساز سایه‌های صبح و عصر را با طول یکسان بیابیم، می‌توان دقت اندازه‌گیری زمان را افزایش داد: در سپیده‌دم و غروب، میزان تغییر در طول سایه و جهت آن (برای یک زمان معین) بیشتر است. طول) با دقت بیشتری تنظیم می شود.

با کج کردن سکو به طوری که قطب از gnomon به سمت قطب جهان نشانه می رود، یک ساعت آفتابی استوایی به دست می آوریم که در آن سرعت حرکت سایه یکنواخت است.

ساعت شنی، آتش و آب برای اندازه گیری زمان در شب و در هوای بد اختراع شد.

ساعت شنیطراحی ساده ای دارند، می توانند در هر زمانی از روز استفاده شوند و صرف نظر از آب و هوا، از نظر دقت متفاوت هستند، اما دست و پا گیر هستند و فقط برای مدت کوتاهی "راه اندازی" می شوند.

ساعت آتش نشانییک مارپیچ یا یک چوب ساخته شده از یک ماده قابل احتراق با تقسیمات مشخص شده است. معایب این ساعت ها: دقت پایین (وابستگی میزان سوختن به ترکیب ماده و آب و هوا) و پیچیدگی ساخت.

جالبه

در چین باستان، مخلوط های ویژه ای ایجاد شد که می توانست برای مدت طولانی (ماه ها) بسوزد و نیازی به نظارت مداوم نداشت.

معدنچیان باستان از ساعت آتش نشانی یک ظرف خاکی با روغن استفاده می کردند که برای 10 ساعت سوزاندن یک لامپ کافی بود. معدنچی در حال اتمام کار بود که روغن سوخت.

ساعت آبیدر بسیاری از کشورهای جهان باستان استفاده می شود.

ساعت های مکانیکیبا وزنه و چرخ اولین بار در قرن X-XI اختراع شد. در روسیه، اولین برج ساعت های مکانیکیتوسط راهب لازار صرب در کرملین مسکو در سال 1404 نصب شد. ساعت آونگیدر سال 1657 توسط فیزیکدان و ستاره شناس هلندی H. Huygens اختراع شد.

جالبه

با رونالد تاپ سفری را در زمان آغاز کنید، ویدیوی «زمان. تاریخچه ایجاد ساعت. تاریخچه اختراعات ".

روی نماد کلیک کنید

تقویم . تقویم های پایه

تقویم مصر باستان در مقبره سننموت

تقویم- یک سیستم اعداد پیوسته برای دوره های زمانی زیاد، بر اساس تناوب پدیده های طبیعی، که به ویژه در پدیده های آسمانی (حرکت اجرام آسمانی) به وضوح آشکار می شود. کل تاریخ چند صد ساله فرهنگ بشری به طور جدایی ناپذیر با تقویم پیوند خورده است. نیاز به تقویم در چنین دوران باستانی عمیقی بوجود آمد، زمانی که شخص هنوز خواندن و نوشتن را نمی دانست. تقویم ها شروع بهار، تابستان، پاییز و زمستان، دوره های گلدهی گیاهان، رسیدن میوه ها، جمع آوری گیاهان دارویی، تغییر در رفتار و زندگی حیوانات، تغییرات آب و هوا، زمان کار کشاورزی و ... را تعیین می کردند. خیلی بیشتر. مانند زمان های قدیم، تقویم ها اکنون به شما اجازه می دهند تا زندگی و فعالیت های اقتصادی افراد را تنظیم و برنامه ریزی کنید.

سه نوع اصلی تقویم وجود دارد: قمری, خورشیدی, قمری-خورشیدی.

1. تقویم قمری.بیش از 30000 سال پیش پدید آمد. این تقویم بر اساس یک ماه قمری سینودی با مدت زمان 29.5 است میانگین روزهای آفتابی... سال قمری تقویم شامل 354 (355) روز (11.25 روز کوتاهتر از سال شمسی) است و به 12 ماه تقسیم می شود: در هر ماه فرد 30 روز و در یک ماه زوج - 29 روز وجود دارد. از آنجایی که ماه تقویم 0.0306 روز کوتاهتر از ماه سینودیک است، پس از 30 سال اختلاف بین آنها به 11 روز می رسد. دو دوره وجود دارد: 30 ساله - عربی (11/30) و 8 ساله - ترکی (8/3). در چرخه 30 ساله عربی، 19 سال "ساده" 354 روزه و 11 سال "کابیسه" هر کدام 355 روز وجود دارد. چرخه 8 ساله ترکیه دارای 5 سال "ساده" و 3 سال "کابیسه" است. تقویم قمری در بسیاری از کشورهای مسلمان به عنوان یک تقویم مذهبی و دولتی پذیرفته شده است.

2. تقویم شمسی.تقویم شمسی بر اساس یک سال گرمسیری (دوره های تغییر فصل) است. این تقویم که بیش از 6000 سال پیش در مصر باستان ظاهر شد، اکنون به عنوان تقویم جهانی پذیرفته شده است.

جولیانتقویم شمسی "سبک قدیمی" شامل 365.25 روز است: سه سال "ساده" 365 روز دارد، یک سال کبیسه - 366 روز. هر سال 12 ماه، 30 و 31 روز (به جز فوریه) وجود دارد. سال جولیان 11 دقیقه و 13.9 ثانیه از سال گرمسیری عقب تر است. برای 1500 سال استفاده از آن، خطای 10 روزه جمع شده است.

V گریگوریتقویم شمسی "سبک جدید" طول سال 365، 242500 روز است. تفاوت با تقویم شمسی جولیان: روزها 10 روز جلوتر منتقل شدند. قرن ها و هزاره های جدید از اول ژانویه سال "اول" قرن و هزاره معین آغاز می شود. هر قرنی که بدون باقیمانده بر 4 بخش پذیر نباشد، قرن کبیسه محسوب نمی شود. این یک خطای 3 روزه هر 400 سال را تصحیح می کند.

در کشور ما، قبل از انقلاب، از تقویم ژولیانی "سبک قدیمی" استفاده می شد که خطای آن تا سال 1917 13 روز بود. در سال 1918، تقویم میلادی به سبک جدید که در سراسر جهان پذیرفته شد، در این کشور معرفی شد و همه تاریخ ها 13 روز جلوتر رفتند.

برای کنجکاوها

کارتون آموزشی در مورد تاریخچه تقویم ژولیان و میلادی را تماشا کنید.

روی نماد کلیک کنید

فرمول تبدیل تاریخ های تقویم جولیان به میلادی:

جایی که
تی جیو تی یو- تاریخ ها مطابق با تقویم گریگوری و جولیان؛
n- تعداد صحیح روز، با- تعداد قرون کامل گذشته؛
ج 1- نزدیکترین تعداد قرنها، مضرب چهار.

نمونه های دیگری از انواع تقویم های خورشیدی را در نظر بگیرید.

تقویم فارسی.طراحی شده توسط عمر خیام در سال 1079; تا اواسط قرن نوزدهم در قلمرو ایران و تعدادی از ایالات دیگر مورد استفاده قرار گرفت. طول سال گرمسیری 365.24242 روز است. چرخه 33 ساله شامل 25 سال "ساده" و 8 "کابیسه" است. بسیار دقیق تر از گریگوری: یک خطای 1 ساله به مدت 4500 سال "پرداخت" می شود.

تقویم قبطی (اسکندری):یک سال - 12 ماه برای 30 روز؛ پس از 12 ماه در سال "ساده"، 5 روز اضافه می شود، در "جهش" - 6 روز اضافی. در قلمرو قبطی ها (اتیوپی، مصر، سودان، ترکیه و غیره) استفاده می شود.

3. تقویم قمری شمسی.در آغاز هزاره اول قبل از میلاد به وجود آمد و در چین باستان، هند، بابل، یهودیه، یونان باستان و روم استفاده می شد. این بر اساس حرکت ماه، مطابق با حرکت سالانه خورشید است. سال متشکل از 12 ماه قمری 29 و 30 روزه است که برای محاسبه حرکت خورشید، به طور دوره‌ای سال‌های «کبیسه» به آن اضافه می‌شود که شامل سیزدهمین ماه دیگر است: سال‌های «ساده» 353، 354، 355 روز طول می‌کشد. ، و "سالهای کبیسه" - 383، 384 یا 385 روز. در حال حاضر، تقویم رسمی در اسرائیل (آغاز سال در روزهای مختلف بین 6 سپتامبر و 5 اکتبر است). همچنین همراه با ایالت - تقویم میلادی، در کشورهای جنوب شرقی آسیا (ویتنام، چین و غیره) استفاده می شود.

تقویم قمری شمسی

علاوه بر انواع اصلی تقویم توصیف شده، مردمان مختلف تقویم های دیگری ایجاد کرده اند، به عنوان مثال، تقویم شرقی، تقویم مایا، تقویم آزتک، تقویم هندو و غیره.

در آغاز قرن بیستم، رشد روابط علمی، فنی، فرهنگی و اقتصادی بین المللی، ایجاد تقویم جهانی واحد، ساده و دقیق را ضروری ساخت. تقویم های موجود دارای تعدادی معایب هستند: مطابقت ناکافی بین طول مدت سال گرمسیری و تاریخ پدیده های نجومی مرتبط با حرکت خورشید در سراسر کره آسمانی. طول ماهها نابرابر و ناسازگار؛ ناهماهنگی اعداد ماه و روزهای هفته، ناهماهنگی نام آنها با موقعیت در تقویم و غیره. پروژه های مختلفی در نظر گرفته شد که یکی از آنها در سال 1954 برای بررسی در مجمع عمومی سازمان ملل پیشنهاد شد. اما به دلایل مذهبی این طرح اجرا نشد. معرفی یک تقویم دائمی جهانی یکی از مشکلات زمان ما باقی مانده است.