Способы счета времени доклад

Обновлено: 18.05.2024

2. Познакомиться с видами часов;

3.Узнать способы измерения времени;

Объект исследования – часы

Методы исследования – изучение литературы, интернет источников, знакомство с предметом исследования, его историей и свойствами.

Гипотеза: Время- это особая величина, обладающая такими свойствами, как неповторимость, длительность, необратимость.

Время — форма протекания физических и психических процессов, условие возможности изменения. Одно из основных понятий философии и физики, мера длительности существования всех объектов.

В философии — это необратимое течение (протекающее лишь в одном направлении — из прошлого, через настоящее в будущее)

2.2. История происхождения часов.

Около 2000 лет назад был изобретен еще один вид часов – песочные часы. Создание песочных часов датируется приблизительно около III века до нашей эры во времена ученого Архимеда. Местом их изобретения долгое время считалась Древняя Греция, однако некоторые археологические находки позволяют предполагать, что первые песочные часы были созданы жителями Ближнего Востока.

Первые механические часы были придуманы где-то около 1350 года. Первые часы появлялись в средневековых монастырях, чтобы сзывать монахов на службы. И вот уже более шестисот лет они исправно отсчитывают время. К середине XVI века в большинстве городов Европы появились общедоступные часы на городских ратушах, башнях и соборах.

С открытием электричества берет свое начало история электрических часов, изобретенных в середине XIX века. Создание и дальнейшее развитие электрических часов положило конец неудобству по синхронизации времени в разных частях света.

В 1955 году история развития часов совершила крутой поворот. Британец Луи Эссен заявил о создании первых атомных часов на цезии-133. Они обладали небывалой точностью. Погрешность составляла одну секунду на миллион лет. Устройство стали считать цезиевым эталоном частоты. Всемирным стандартом времени стал эталон атомных часов.

Часы становятся предметом роскоши. Некоторые часы украшались золотом, драгоценными камнями, эмалью, жемчугами и представляли собой скорее произведения искусства, нежели механизм для измерения времени.

На протяжении многих столетий менялись внешний вид часов, усовершенствовались технологии времяисчисления, полностью изменились материалы для их изготовления, однако предназначение часов осталось все тем же. Люди используют часы для отсчета периода времени.

Единицы измерения времени

Аттосекунда (одна миллиардная миллиардной доли секунды)

Самые быстротекущие процессы, которые способны захронометрировать ученые, измеряют в аттосекундах.

Фемтосекунда (одна миллионная миллиардной доли секунды)

Атом в молекуле совершает одно колебание за время от 10 до 100 фемтосекунд. Даже самая быстротекущая химическая реакция протекает за период, исчисляемый несколькими сотнями фемтосекунд. Взаимодействие света с пигментами сетчатой оболочки глаза, а именно этот процесс и позволяет нам видеть окружающее, длится около 200 фемтосекунд.

Пикосекунда (одна тысячная миллиардной доли секунды)

Самые быстродействующие транзисторы функционируют во временных рамках измеряемых в пикосекундах. Время существования кварков, редких субатомных частиц, получаемых в мощных ускорителях, составляет всего одну пикосекунду. Средняя продолжительность гидрогенной связи между молекулами воды при комнатной температуре равняется трем пикосекундам.

Наносекунда (миллиардная доля секунды)

Эта единица времени обычно встречается в области телекоммуникаций, импульсных лазеров и некоторых разделах электроники.

Микросекунда (миллионная доля секунды)

Миллисекунда (тысячная доля секунды)

Глазом моргнуть. Именно это мы успеем сделать за указанный промежуток. Человеческому уху требуется как раз такое время, чтобы отличить эхо от первоначального звука. За десятую долю секунды колибри успевает семь раз взмахнуть своими крылышками.

2) Бутылка 0,5 с водой

3) Дрель со сверлом

4) Две трубочки для коктейля

6) Двухсторонний скотч

Берём двухсторонний скотч и наклеиваем его на крышку бутылки.

Отрезаем ненужные уголки

Далее проделываем в склеенных между собой крышках две дырочки дрелью.

Берём коктейльные трубочки и просовываем их в отверстия, с одной и с другой стороны оставляя небольшой конец трубочки.

После чего закручиваем бутылки к готовым крышкам.

Добавляем в воду краситель.

Вот, что у нас получилось.

Наши водяные часы готовы!

А теперь берём секундомер и засекаем время перетекания воды из одной бутылки в другую.

Время есть не что иное, как исскуственно — придуманная человеком мера измерения расстояния между двумя событиями. Сначала человек для удобства придумал время и часы, а потом, намного позже, попытался найти эталон измерения времени.

При работе над данной темой я узнала много нового о времени и его измерении.

Уверенно дать определение времени на данном этапе развития человечества еще нельзя. Ученые естествознания и философии дают разные определения времени.

История развития человечества повлияло на формирование единиц измерения времени, хотя основные из них взяты у самой природы. Многие народы, в процессе своего развития, совершенствовали единицы измерения времени, но основные остались такими же, как и много лет назад.

В настоящий момент для определения текущего времени суток изобретён такой прибор как часы. Существует множество видов часов, которые можно классифицировать и по механизму действия, и по размерам. История развития цивилизации повлияла не только на точность измерения времени часами, но и на их портативность. Потребность измерять время возникло у людей уже в глубокой древности, и определенные методы счета времени, и первые календари возникли много тысяч лет назад.

Время в астрономии

На протяжении всей истории человечества времени отводилась важная роль. Время в астрономии, как и в любой сфере, играет важную и интересную роль. В своем роде, это продолжительность любого действия, оценка самой жизнидеятельности. Представьте, если бы его не было, то как бы мы определяли все вокруг.

Сутки Земли

Юлианские дни

Астрономы приняли определенную порядковую нумерацию дней. В ней существует цикл длиной 28 лет. В нём все дни и недели повторяются.

Данный способ измерения разработан Джоном Гершелем в 1849 году. Счёт времени начался с полудня 1 апреля с 4713 года до нашей эры. А предложил его использовать Иосиф Скалигер. Кстати, он и назвал его юлианским, в честь отца Юлия

Джон Гершель

Звёздное время в астрономии

Звёздные сутки соответствуют дистанции между двумя последовательными вершинами.

Такое время в астрономии можно определить как часовой угол точки весеннего равноденствия. Более того, по этому месту отсчитывают звёздное время.

Звёздные сутки подразумевают продолжительность оборота Земли вокруг своей оси. Их делят на часы, минуты и секунды. В одном году звездных суток больше на один, чем в средних солнечных.
Как видно, звёздные сутки короче, чем средние солнечные. Установленная разница составляет 3 минуты 56 секунд.

Притом, время обращения Земли к точке весеннего равноденствия всегда одно и то же. Итак, сутки постоянны.

Солнечное время в астрономии

Применение звёздного времени удобно в астрономии, но не для обыденной жизни человека. Поэтому было принято такое понятие как солнечное время.
Этот отрезок времени зависит от изменения часового угла Солнца.

Данный порядок расчёта времени основан на интервале между двумя последовательными кульминациями Солнца. Кстати, большую роль играет были эти кульминации верхними или нижними. От этого различают полдень сейчас или полночь.

Истинное и среднее солнечное время в астрономии

Солнечное время бывает истинным и средним. Зависит это того, по какому Солнцу его определяют.

Истинные солнечные сутки это время оборота Земли касательно Солнца.
Началом таких суток принято считать истинную полночь, то есть период нижней кульминации Солнца.

Солнечне часы

Передвижение солнца неравномерно. В результате этого, солнечные сутки 22 декабря длиннее, чем 23 сентября почти на одну минуту. Но такая неточность неудобна для расчёта.

В нашей жизни сутки составляют 24 часа. Как правило, измеряют всё в секундах. Кроме того, для определения времени человек различает утро, день, вечер и ночь. Это зависит, прежде всего, от того, где расположено Солнце относительно отдельного меридиана.

А вот средние солнечные сутки используются для точного определения времени.
Это время между двумя относительными кульминациями среднего экваториального Солнца на одном меридиане. Лучше сказать, что средние солнечные сутки соответствуют среднему значению истинных солнечных.

Эклиптическое Солнце размеренно двигается со средней скоростью Солнца. Сходятся они примерно 3 января и 4 июля.
Экваториальное также равномерно, но совпадает с эклиптическим солнцем в точке весеннего равноденствия. Среднее экваториальное солнце постоянно и равномерно относительно истинному солнечному времени.

Эклиптика

Поясное время

В общем, используется оно в основном в географии.
Из школьных знаний нам известно, что Земля делится на меридианы. Всего их 24 и они отстают друг от друга на 15 градусов долготы.
Принято считать, что начальный меридиан с нулевой долготой является основным. Его ещё называют всемирным.
Меридианы простираются с запада на восток.
Такое время в соседних поясах отличается на один час. Для того, чтобы вычислить время отдельного пояса, необходимо узнать номер пояса.

Меридианы

Собственно говоря, поясное время это время часового пояса. Принято считать, что день состоит из 24 часов и начинается в полночь.

Декретное время

Например, на территории России выделено на 9 часовых поясов. В 1930 году определили понятие декретного времени. К поясному добавили один час.

Чаосвые пояса мира

Декретное время также называют московским.

Это определение времени по подразумевает использование времени соседнего пояса. Иначе говоря, декретное время это поясное время плюс один час.
По новым понятиям его называют местным временем.

Эфемеридное время

Это шкала времени, определяющая секунды. Расчёт такого времени не зависит от скорости вращения Земли.
Вдобавок, оно является основной единицей времени. Ввел это понятие в 1952 году Дж. М. Клеменс.

Эфемеридное время постоянно и применяется, на самом деле, для удобства исчисления.

Как видно, время отражает продолжительность чего-либо. Надо полагать, это самое уникальное течение и величина, которую определил человек. Помимо всего, для его расчёта придумали множество способов.

Время

Безусловно, время очень много значит для человека. Так как это одна из основных составляющих его жизни.
Что будет дальше покажет нам время.

Разные способы © 2022
Внимание! Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер и не является рекомендацией к применению.

Задачи проекта:

2. Познакомиться с видами часов;

3.Узнать способы измерения времени;

Объект исследования – часы

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Понятие "время".

2.2. История происхождения часов.

Единицы измерения времени

Аттосекунда (одна миллиардная миллиардной доли секунды)

Самые быстротекущие процессы, которые способны захронометрировать ученые, измеряют в аттосекундах.

Фемтосекунда (одна миллионная миллиардной доли секунды)

Пикосекунда (одна тысячная миллиардной доли секунды)

Наносекунда (миллиардная доля секунды)

Микросекунда (миллионная доля секунды)

Миллисекунда (тысячная доля секунды)

1/10 секунды

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

"Изготовление водяных часов в домашних условиях"

2) Бутылка 0,5 с водой

3) Дрель со сверлом

4) Две трубочки для коктейля

6) Двухсторонний скотч

Берём двухсторонний скотч и наклеиваем его на крышку бутылки.

Отрезаем ненужные уголки

Далее проделываем в склеенных между собой крышках две дырочки дрелью.

После чего закручиваем бутылки к готовым крышкам.

Добавляем в воду краситель.

Вот, что у нас получилось.

Наши водяные часы готовы!

А теперь берём секундомер и засекаем время перетекания воды из одной бутылки в другую.

Время есть не что иное, как исскуственно - придуманная человеком мера измерения расстояния между двумя событиями. Сначала человек для удобства придумал время и часы, а потом, намного позже, попытался найти эталон измерения времени.

При работе над данной темой я узнала много нового о времени и его измерении.

Содержание работы

Файлы: 1 файл

РЕФЕРАТ.docx

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………………..14

введение

Тайна времени увлекала человеческий разум не одно тысячелетие. Самые глубокие умы человечества стремились проникнуть в нее. До сих пор не преодолены многие тупики, в которые заводила эта проблема. А когда удавалось освободиться от одних, настигали другие. Искусство и литература, наука, философия и теология вовлечены в этот нескончаемый процесс. Последние столетия бурно развивающаяся наука пролила некоторый свет на природу времени, изучив специфические для соответствующей области науки проявления временного. В итоге, оптимистические ожидания переросли в осознание того, что ускользает опять целостное проникновение в сущность времени [1, c. 172].

Время многолико. Это и явление Мира, обнаруживающее себя изменениями внутри и вне нас, и способ измерения изменений, именуемый часами, и конструктор человеческого разума, позволяющий описывать и сопоставлять изменения друг с другом. Почему проблемы времени оказываются столь важными для всего человечества? Представления о времени пронизывают и науку, и культуру, и быт, и технологическое окружение человека [1, c. 172; 6].

В своей работе я расскажу, что же такое время, дам понятие времени. А также опишу методы измерения времени, которые весьма разнообразны. Проблемой измерения времени, независимо от способа и системы его отсчёта, занимаются различные разделы науки и техники. Технические средства – счетчики времени (часы и другие приборы) для счёта время и воссоздания его единиц и их долей разрабатываются в хронометрии. Астрономия даёт возможность с помощью специальных наблюдений небесных светил контролировать работу счётчиков времени и определять поправки к шкалам времени.

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ

Уже в глубокой древности в основу измерения больших и малых промежутков времени легли астрономические явления, обусловленные движением небесных светил, прежде всего, Земли и Луны. На современном уровне развития науки представляется, что счет времени Вселенной начат с события, произошедшего почти 15 миллиардов лет назад, после которого Вселенная расширяется. Время измеряют путем наблюдения за периодически повторяющимися процессами. В качестве единицы для измерения больших интервалов времени стал применяться год, определяемый периодом обращения Земли вокруг Солнца; с этой единицей время связан цикл изменений в природе. Более мелкой единицей стал служить цикл смены лунных фаз (синодический месяц), который, несколько изменившись, превратился в существующий поныне месяц [3, c. 280].

Сутки связаны с циклом смены светлого и тёмного времени и обусловлены вращением Земли. Для отсчёта ещё более мелких интервалов времени сутки делились на часы, причём первоначально светлое время суток делилось на 12 дневных часов, а тёмное – на 12 ночных часов, различных по длине и не имеющих постоянной продолжительности в течение года. Позже было введено деление суток на 24 равных часа. Сутки были первой естественной единицей меры времени, регулировавшей труд и отдых. Сейчас понятно, что периодическая смена дня и ночи происходит из-за вращения Земли вокруг своей оси. Есть два вида солнечного времени – истинное и среднее солнечное [3, c. 281].

Промежуток времени между двумя последовательными кульминациями центра Солнца на одном и том же меридиане, равный периоду вращения Земли, называют истинными солнечными сутками. Но измерять ими время тоже неудобно, они в июне короче на 51 с, чем в январе. Дело в том, что Земля движется по орбите вокруг Солнца неравномерно: вблизи перигелия (в январе) ее скорость наибольшая, а вблизи афелия (в июне) — наименьшая (второй закон Кеплера). Потому и истинные солнечные сутки непостоянны, и вместо них используют сутки, равные средней длине истинных солнечных суток за год. Кроме того, из-за движения Солнца по эклиптике происходит видимое годичное движение Солнца с запада на восток, т.е. в направлении против вращения. Ввели понятие среднего Солнца, звездных суток и звездного времени [5].

Звездные сутки определяются периодом вращения Земли вокруг своей оси относительно любой звезды. Но звезды тоже имеют собственные движения. Условились определять длительность звездных суток как промежуток времени между двумя последовательными кульминациями точки весеннего равноденствия, находящейся на одном и том же меридиане. Оказалось, что из-за прецессии средние звездные сутки уменьшаются на 0,0084 секунды, и они на 3 минуты 56 секунд короче средних солнечных. Звездное время очень важно в астрономии, оно определяет положение светил, а в обыденной жизни используется солнечное время. И за среднюю единицу солнечных суток приняли 24 часа 3 минуты 56,5554 секунды звездного времени. Измерение солнечного времени основано на видимом суточном движении Солнца [3, c. 281; 5].
Истинный полдень наступает на разных меридианах Земли в разное время, и для удобства принято соглашение (по идее канадского ученого С.Флешинга) о делении земного шара на часовые пояса, которые проходят через 15 градусов по долготе, начиная с меридиана Гринвича. Это – Лондонский меридиан нулевой долготы, и пояс назван нулевым (западноевропейским). Время 1-го часового пояса (Рим, Берлин, Осло) названо среднеевропейским, а 2-го – восточноевропейским. Всего часовых поясов – 24, внутри каждого пояса время принимается одинаковым – среднепоясным. Но территориальное деление не совпадает с делением на часовые пояса, и часто их проводят приблизительно по рекам или административным границам. Примерно на 180-градусном меридиане происходит по договору линия перемены дат, т. е. день начинается в Японии и на Камчатке, потом в Сибири, Китае и Австралии, затем в Европе и Африке, потом – в Америке и заканчивается на Аляске. При пересечении линии изменения дат на самолете в восточном направлении одно и то же число приписывается двум дням, а в западном — один день теряется. Кроме того, в ряде стран указами вводят часовой сдвиг – переход на зимнее или летнее время. Согласованное решение о введении поясного времени приняли на Международной конференции в 1883 г. В нашей стране, простирающейся на 11 часовых поясов, поясное время ввели в 1919 г., взяв за основу международную систему часовых поясов и существовавшие тогда административные границы [5].

С развитием хозяйственной деятельности человека к проблеме измерения времени стали предъявлять более высокие требования. Совершенствовались приборы для измерения времени – часы, что позволяло вводить всё более точные системы счёта времени применительно к практическим и научным требованиям. В современных часах система счёта времени задаётся тем или иным искусственным периодическим процессом: качанием балансира (морские хронометры, часы в быту и др.), маятника (астрономические часы и др.), колебанием кварцевой пластинки (кварцевые часы). В наиболее точных кварцевых часах стабильность колебаний кварца контролируется квантовыми генераторами, действие которых основано на периодических процессах, происходящих в атомах и молекулах (атомные часы).
Секунда – общепринятая единица времени, примерно с периодом 1 секунды бьется пульс человека. Исторически эта единица связана с делением суток на 24 часа, 1 часа – на 60 минут, 1 минуты – на 60 секунд. До 1964 г. международная единица времени была основана на суточном вращении Земли. Но продолжительность суток оказалась подверженной разным вариациям и зависящей от положения Земли на орбите при ее движении вокруг Солнца. Изменения скорости вращения на протяжении года составляют около 10-8 секунд. Поэтому за стандарт были выбраны средние солнечные сутки 1900 г. Но солнечные сутки примерно на 4 минуты длиннее звездных, т. е. времени поворота на 360° [3, c. 282].

ВРЕМЯ, понятие, позволяющее установить, когда произошло то или иное событие по отношению к другим событиям, т.е. определить, на сколько секунд, минут, часов, дней, месяцев, лет или столетий одно из них случилось раньше или позже другого. Измерение времени подразумевает введение временнóй шкалы, пользуясь которой можно было бы соотносить эти события. Точное определение времени базируется на дефинициях, принятых в астрономии и отличающихся высокой точностью.

Поясное время.

В повседневной практике на местах используется поясное время, которое отличается от всемирного на целое число часов. Всемирное время используется для счета времени при решении гражданских и военных задач, в астронавигации, для точного определения долготы в геодезии, а также при определении положения искусственных спутников Земли относительно звезд. Поскольку скорость вращения Земли вокруг своей оси не является абсолютно постоянной величиной, всемирное время не является строго равномерным по сравнению с эфемеридным или атомным временем.

Системы счета времени.

Принято, что сутки начинаются в полночь и продолжаются 24 часа. В США для гражданских нужд принято сутки делить на две равные части – до полудня и после полудня, и соответственно в этих рамках вести 12-часовой счет времени.

В вооруженных силах США, а также в большинстве стран континентальной Европы время указывается четырехзначными цифрами по 24-часовому циферблату. В этой системе полночь (начало суток) обозначается как 0000, следующий затем полдень – 1200, 3 ч пополудни – 1500, а следующая полночь (окончание суток) – 2400, 1 ч 25 мин после полуночи – 0125 и т.п.

Время и долгота местности.

Часовые пояса.

Чтобы не вводить местное время для каждого градуса (или каждой минуты) широты, поверхность Земли была условно поделена на 24 часовых пояса. При переходе из одного часового пояса в другой значения минут и секунд (времени) сохраняются, изменяется лишь значение часов.

Существуют некоторые районы, в которых местное время отличается от всемирного не только на целое количество часов, но еще дополнительно на 30, 40 или 45 мин. Правда, такие временные зоны не являются стандартными часовыми поясами.

На Северном и Южном полюсах меридианы сходятся в одной точке, и поэтому там понятие часовых поясов теряет смысл. По сложившейся традиции считается, что время на полюсах соответствует всемирному.

Теоретически все часовые пояса земного шара должны ограничиваться прямыми линиями, проходящими на 7,5 ° восточнее и западнее среднего меридиана каждого пояса, однако в реальности для сохранения единого времени внутри одной и той же административной или природной единицы их границы часто смещены относительно общепринятой.

Летнее время

Линия перемены даты.

При пересечении границы часового пояса мы переводим часы на 1 ч. На Земле также существует условная граница, при пересечении которой календарная дата меняется на одни сутки. Эта граница называется Линией перемены даты и проходит в Тихом океане по 180-му меридиану.

Чтобы понять, зачем нужна такая линия, рассмотрим следующий пример. Пусть на Гринвичском меридиане в данный момент будет 0300, 10 июня. Тогда на 165 ° в.д. по местному времени будет на 11 ч позже (165 ° = 11 ґ 15 ° ), т.е. 1400, 10 июня. На 165 ° з.д. местное время будет отставать на 11 ч по сравнению с гринвичским, и, следовательно, там будет еще только 1600 предыдущего дня, т.е. 9 июня. На 180-м меридиане будет 1500 – 10 июня или 9 июня в зависимости от того, как рассматривать этот меридиан – западной или восточной долготы. Чтобы выйти из такого затруднения, для часового пояса со средним меридианом 180 ° было принято: в той части, которая находится к востоку от Линии перемены даты, календарная дата будет на сутки меньше, чем в той которая расположена к западу от этой линии. В некоторых районах, чтобы избежать изменения даты в пределах одной и той же группы островов, Линия перемены даты проводится не строго по 180-му меридиану.

Если человек пересекает эту линию, следуя на запад, например, из Сан-Франциско в Токио, календарная дата изменяется на более позднюю (на сутки позже), и таким образом путешественник как бы теряет день. При пересечении этой линии с запада на восток дата изменяется на более раннюю, и он еще раз проживает предыдущие календарные сутки. На кораблях практикуется изменение календарной даты в полночь, что аналогично пересечению именно в это время Линии перемены даты.

Поправки к всемирному времени.

Сигналы точного времени по радио передаются в системе координированного времени (UTC), аналогичного среднему гринвичскому времени. Однако в системе UTC ход времени не вполне равномерен, там возникают отклонения с периодом ок. 1 года. В соответствии с международным соглашением в передаваемые сигналы вводится поправка, учитывающая эти отклонения.

На станциях службы времени определяется местное звездное время, по которому вычисляется местное среднее солнечное время. Последнее преобразуется в единое всемирное время (UT0) путем прибавления соответствующего значения, принятого для долготы, на которой расположена станция (к западу от Гринвичского меридиана). Таким образом устанавливается координированное всемирное время.

С 1892 известно, что ось земного эллипсоида испытывает колебания по отношению к оси вращения Земли с периодом примерно 14 мес. Расстояние между этими осями, измеренное на любом полюсе, составляет ок. 9 м. Следовательно, долгота и широта любой точки на Земле испытывают периодические вариации. Для получения более однородной шкалы времени в вычисленную для конкретной станции величину UT0 вводится поправка за изменение долготы, которая может достигать 30 мс (в зависимости от положения станции); таким образом получается время UT1.

АСТРОНОМИЧЕСКОЕ ВРЕМЯ

Звездное время и солнечное время.

Для определения среднего солнечного времени астрономы используют наблюдения не самого солнечного диска, а звезд. По звездам же определяется т.н. звездное, или сидерическое (от лат. siderius – звезда или созвездие), время. С помощью математических формул по звездному времени рассчитывается среднее солнечное время.

Если воображаемую линию земной оси продлить в обе стороны, она пересечется с небесной сферой в точках т.н. полюсов мира – Северного и Южного (рис. 1). На угловом расстоянии 90 ° от этих точек проходит большой круг, называемый небесным экватором, который является продолжением плоскости земного экватора. Видимый путь движения Солнца называется эклиптикой. Плоскости экватора и эклиптики пересекаются под углом ок. 23,5 ° ; точки пересечения носят название точек равноденствия. Ежегодно, примерно 20–21 марта, Солнце пересекает экватор при движении с юга на север в точке весеннего равноденствия. Эта точка почти неподвижна по отношению к звездам и используется в качестве репера для определения положения звезд в системе астрономических координат, а также звездного времени. Последнее измеряется величиной часового угла, т.е. угла между меридианом, на котором находится объект, и точкой равноденствия (отсчет производится на запад от меридиана). В пересчете на время один час соответствует 15 дуговым градусам. По отношению к наблюдателю, находящемуся на определенном меридиане, точка весеннего равноденствия ежедневно описывает на небосводе замкнутую траекторию. Промежуток времени между двумя последовательными пересечениями этого меридиана называется звездными сутками.

Среднее солнечное время.

Как отмечалось выше, среднее солнечное время устанавливается с помощью наблюдений за звездами, а не за Солнцем. Среднее солнечное время строго определяется угловым положением Земли относительно ее оси, вне зависимости от того, постоянна или переменна скорость ее вращения. Но именно потому, что среднее солнечное время является мерой вращения Земли, оно используется для определения долготы местности, а также во всех других случаях, когда требуются точные данные о положении Земли в пространстве.

Эфемеридное время.

Движение небесных тел описывается математически уравнениями небесной механики. Решение этих уравнений позволяет установить координаты тела в виде функции времени. Время, входящее в эти уравнения, по определению, принятому в небесной механике, является равномерным, или эфемеридным. Существуют специальные таблицы эфемеридных (теоретически вычисленных) координат, которые дают расчетное положение небесного тела через определенные (обычно одинаковые) промежутки времени. Эфемеридное время может быть установлено по движению любой планеты или ее спутников в Солнечной системе. Астрономы определяют его по движению Земли по орбите вокруг Солнца. Оно может быть найдено путем наблюдений за положением Солнца по отношению к звездам, но обычно для этого следят за движением Луны вокруг Земли. Видимый путь, который Луна проходит в течение месяца среди звезд, может рассматриваться как своеобразные часы, в которых звезды образуют циферблат, а Луна служит часовой стрелкой. При этом эфемеридные координаты Луны должны быть вычислены с высокой степенью точности, и столь же точно должно быть определено ее наблюдаемое положение.

Положение Луны обычно определялось по времени прохождения через меридиан и покрытию звезд лунным диском. Наиболее современный метод представляет собой фотографирование Луны среди звезд с помощью специальной фотокамеры. В этой камере используется плоскопараллельный светофильтр из темного стекла, которому во время 20-секундной экспозиции придается наклон; вследствие этого изображение Луны смещается, и это искусственное смещение как бы компенсирует действительное движение Луны по отношению к звездам. Таким образом, Луна сохраняет строго фиксированное положение относительно звезд, и все элементы на снимке получаются отчетливыми. Поскольку положение звезд известно, измерения по снимку позволяют точно определить координаты Луны. Эти данные сводятся в виде эфемеридных таблиц Луны и позволяют рассчитать эфемеридное время.

Определение времени с помощью наблюдений за вращением Земли.

Значительно бóльшую точность измерения времени вращения Земли дает использование фотографической зенитной трубы (ФЗТ). ФЗТ представляет собой телескоп с фокусным расстоянием 4,6 м и входным отверстием диаметром 20 см, обращенным прямо в зенит. Небольшая фотографическая пластинка размещается под линзой на расстоянии ок. 1,3 см. Еще ниже, на расстоянии, равном половине фокусного, расположена ванна с ртутью (ртутный горизонт); ртуть отражает свет звезд, фокусирующийся на фотопластинке. И линза, и фотопластинка могут поворачиваться как единый блок на 180 ° вокруг вертикальной оси. При фотографировании звезды делается четыре 20-секундных экспозиции при различных положениях линзы. Пластинка перемещается с помощью механического привода таким образом, чтобы компенсировать видимое суточное движение звезды, удерживая ее в поле зрения. При движении каретки с фотокассетой автоматически регистрируются моменты прохождения ее через определенную точку (например, путем замыкания контакта часов). Отснятая фотопластинка проявляется, и полученное на ней изображение измеряется. Данные измерений сопоставляются с показаниями хронографа, что дает возможность установить точное время прохождения звезды через небесный меридиан.

В другом инструменте для определения звездного времени – призменной астролябии (не следует путать этот прибор со средневековым угломерным инструментом того же названия), 60-градусная (равносторонняя) призма и ртутный горизонт помещаются перед линзой телескопа. В призменной астролябии получаются два изображения наблюдаемой звезды, которые совпадают в момент, когда звезда находится на высоте 60 ° над горизонтом. При этом автоматически регистрируется показание часов.

Во всех этих инструментах используется один и тот же принцип – для звезды, координаты которой известны, определяется время (звездное или среднее) прохождения через определенную линию, например небесный меридиан. При наблюдениях специальными часами фиксируется время прохождения. Разность между вычисленным временем и показаниями часов дает поправку. Величина поправки показывает, сколько минут или секунд нужно прибавить к показаниям часов, чтобы получить точное время. Например, если расчетное время 3 ч 15 мин 26,785 с, а на часах 3 ч 15 мин 26,773 с, то часы отстают на 0,012 с и поправка составляет 0,012 с.

Обычно за ночь проводится наблюдение за 10–20 звездами, и по ним вычисляется средняя поправка. Последовательная серия поправок позволяет определить точность хода часов. При помощи таких инструментов, как ФЗТ и астролябия, за одну ночь устанавливается время с точностью ок. 0,006 с.

Все эти инструменты предназначены для определения звездного времени, по которому устанавливается среднее солнечное время, а последнее переводится в поясное время.

Чтобы следить за течением времени, необходим простой способ его определения. В древности для этого использовались водяные или песочные часы. Точное определение времени стало возможным после того, как Галилей в 1581 установил, что период колебаний маятника почти не зависит от их амплитуды. Однако практическое использование этого принципа в маятниковых часах началось лишь спустя сто лет. Самые совершенные маятниковые часы сейчас имеют точность хода ок. 0,001–0,002 с в сутки. Начиная с 1950-х годов, маятниковые часы перестали использоваться для точных измерений времени и уступили место кварцевым и атомным часам. См. также ЧАСЫ.

Кварцевые часы.

Атомные часы.

Для отсчета времени могут быть использованы также процессы поглощения (или излучения) электромагнитных волн атомами или молекулами некоторых веществ. Для этого применяется сочетание атомного генератора колебаний, делителя частоты и синхронного мотора. Согласно квантовой теории, атом может находиться в различных состояниях, каждое из которых соответствует определенному энергетическому уровню Е, представляющему дискретную величину. При переходе с более высокого энергетического уровня на более низкий возникает электромагнитное излучение, и наоборот, при переходе на более высокий уровень излучение поглощается. Частота излучения, т.е. число колебаний в секунду, определяется формулой:

где E₂ – начальная энергия, E₁ – конечная энергия и h – постоянная Планка.

Многие квантовые переходы дают очень высокую частоту, примерно 5 ґ 10 14 Гц, и возникающее излучение находится в диапазоне видимого света. Для создания атомного (квантового) генератора необходимо было найти такой атомный (или молекулярный) переход, частота которого могла бы быть воспроизведена с помощью электронной техники. Микроволновые устройства, подобные используемым в радиолокаторе, способны генерировать частоты порядка 10 10 (10 млрд.) Гц.

Преимущество атомного генератора перед кварцевым пьезоэлектрическим заключается в том, что его частота не меняется со временем. Однако он не может непрерывно функционировать столь же долго, как кварцевые часы. Поэтому принято комбинировать в одних часах пьезоэлектрический кварцевый генератор с атомным; частота кварцевого генератора время от времени проверяется по атомному генератору.

Секунда.

Использование атомной секунды в качестве эталонной единицы времени было принято 12-й Международной конференцией по мерам и весам в Париже в 1964. Она определяется на основе цезиевого эталона. С помощью электронных устройств осуществляется подсчет колебаний цезиевого генератора, и время, за которое происходит 9 192 631 770 колебаний, принимается за эталон секунды.

Гравитационное (или эфемеридное) время и атомное время.

Эфемеридное время устанавливается по данным астрономических наблюдений и подчиняется законам гравитационного взаимодействия небесных тел. Определение времени с помощью квантовых стандартов частоты основано на электрических и ядерных взаимодействиях внутри атома. Вполне возможно несовпадение масштабов атомного и гравитационного времени. В таком случае частота колебаний, генерируемых атомом цезия, будет изменяться по отношению к секунде эфемеридного времени в течение года, и это изменение нельзя отнести за счет ошибки наблюдения.

Радиоактивный распад.

Вращение Земли.

За сутки отклонение составляет несколько тысячных долей секунды, однако за год накапливается ошибка в 1–2 с. Различают три типа изменения скорости вращения Земли: вековые, являющиеся следствием приливов под воздействием лунного притяжения и приводящие к увеличению продолжительности суток примерно на 0,001 с в столетие; малые скачкообразные изменения продолжительности суток, причины которых точно не установлены, удлиняющие или укорачивающие сутки на несколько тысячных долей секунды, причем такая аномальная продолжительность может сохраняться на протяжении 5–10 лет; наконец, отмечаются периодические изменения, главным образом с периодом в один год.

Бакунин П.И., Блинов Н.С. Служба точного времени. М., 1977
Физика космоса. М., 1986
Завельский Ф.С. Время и его измерение от биллионных долей секунды до миллиардов лет. М., 1987

Читайте также: