Astronomija računovodstva i vođenja vremena. Astronomsko vrijeme i vremenske zone

1. Lokalno vrijeme. Vrijeme mjereno na određenom geografskom meridijanu naziva se lokalnim vremenom tog meridijana. Za sva mjesta na istom meridijanu, satni kut proljetnog ekvinocija (ili Sunca, ili srednjeg sunca) je u svakom trenutku isti. Dakle, na cijelom geografskom meridijanu lokalnom vremenu(zvjezdani ili solarni) u istom trenutku je isto.

2. Univerzalno vrijeme. Lokalno srednje solarno vrijeme Greenwichkog meridijana naziva se univerzalno vrijeme.

Lokalno srednje vrijeme bilo koje točke na Zemlji uvijek je jednako univerzalnom vremenu u tom trenutku, plus zemljopisna dužina te točke, izražena u satima i smatra se pozitivnim istočno od Greenwicha.

3. Svjetsko vrijeme. Godine 1884. predložen je zonski sustav za računanje srednjeg vremena: vrijeme se broji samo na 24 glavna geografska meridijana koji se nalaze jedan od drugog u zemljopisnoj dužini na udaljenosti od točno 15°, otprilike u sredini svake vremenske zone. Vremenske zone su numerirane od 0 do 23. Greenwich je uzet kao glavni meridijan nulte zone.

4. Ljetno računanje vremena. Kako bi se racionalnije raspodijelila električna energija koja se koristi za osvjetljavanje poslovnih i stambenih prostora, te kako bi se što bolje iskoristilo dnevno svjetlo tijekom ljetnih mjeseci u godini, mnoge zemlje pomiču kazaljke standardnog vremena unaprijed za 1h.

5. Zbog neravnomjerne rotacije Zemlje prosječni dan ispada promjenjiva vrijednost. Stoga se u astronomiji koriste dva sustava računanja vremena: neuniformno vrijeme koje se dobiva iz promatranja i određeno je stvarnom rotacijom Zemlje i jednolično vrijeme, što je argument pri izračunavanju efemerida planeta i određena je kretanjem Mjeseca i planeta. Ujednačeno vrijeme naziva se Newtonovsko ili efemeridno vrijeme.

9.Kalendar. Vrste kalendara. Povijest modernog kalendara. Julijanski dani.

Sustav brojanja za duga razdoblja naziva se kalendar. Svi kalendari se mogu podijeliti u tri glavne vrste: solarni, lunarni i lunisolarni. Solarni kalendari temelje se na trajanju tropske godine, lunarni se temelje na trajanju lunarnog mjeseca, lunisolarni kalendari temelje se na oba ova razdoblja. Suvremeni kalendar usvojen u većini zemalja je solarni kalendar. Tropska godina je osnovna jedinica vremena za solarne kalendare. Dužina tropske godine u prosječnom solarnom danu je 365d5h48m46s.

U julijanskom kalendaru, trajanje kalendarske godine smatra se jednakim 365 srednjih sunčevih dana tri uzastopne godine, a svaka četvrta godina sadrži 366 dana. Godine od 365 dana zovu se jednostavne godine, a godine od 366 dana zovu se prijestupne godine. Veljača ima 29 dana u prijestupnoj godini i 28 u jednostavnoj godini.

Gregorijanski kalendar nastao je kao rezultat reforme julijanskog kalendara. Činjenica je da se nesklad između julijanskog kalendara i brojanja tropskih godina pokazao nezgodnim za crkvenu kronologiju. Prema pravilima kršćanska crkva blagdan Uskrsa trebao je doći prve nedjelje nakon proljetnog punog mjeseca, t.j. prvi puni mjesec nakon proljetnog ekvinocija.

Gregorijanski kalendar uveden je u većinu zapadnih zemalja tijekom 16. i 17. stoljeća. U Rusiji su prešli na novi stil tek 1918. godine.

Oduzimanjem ranijeg datuma jednog događaja od kasnijeg datuma drugog, danog u jednom sustavu kronologije, može se izračunati broj dana koji je prošao između tih događaja. U tom slučaju se mora uzeti u obzir broj prijestupnih godina. Ovaj problem je prikladnije riješiti korištenjem julijanskog razdoblja, odnosno julijanskih dana. Svaki julijanski dan počinje u podne u Greenwichu. Početak prikaza julijanskih dana uvjetovan je i predložen je u 16. stoljeću. OGLAS Scaliger, kao početak velikog razdoblja od 7980 godina, koje je proizvod triju manjih razdoblja: razdoblja od 28 godina,19,15 Scaliger je razdoblje od 7980 godina nazvao "Julijanskim" u čast svog oca Julija.

Na zvjezdarnicama postoje instrumenti uz pomoć kojih na najtočniji način određuju vrijeme - provjeravaju sat. Vrijeme se postavlja prema položaju koji zauzimaju svjetiljke iznad horizonta. Kako bi sat zvjezdarnice radio što točnije i ravnomjernije u razmaku između večeri, kada se provjeravaju položajem zvijezda, sat se postavlja u duboke podrume. U takvim podrumima, tijekom cijele godine, konstantna temperatura. Ovo je vrlo važno jer promjene temperature utječu na rad sata.

Za prijenos točnih vremenskih signala putem radija, zvjezdarnica ima posebnu sofisticiranu satnu, električnu i radijsku opremu. Signali točnog vremena koji se prenose iz Moskve među najtočnijim su na svijetu. Određivanje točnog vremena po zvijezdama, vođenje vremena točnim satovima i prijenos putem radija - sve to čini Vremensku službu.

GDJE RADE Astronomi

Astronomi provode znanstveni rad u zvjezdarnicama i astronomskim institutima.

Potonji se uglavnom bave teorijskim istraživanjima.

Nakon Velike listopadske socijalističke revolucije kod nas je u Lenjingradu osnovan Institut za teorijsku astronomiju, Astronomski institut. P.K. Sternberga u Moskvi, astrofizičke zvjezdarnice u Armeniji, Gruziji i niz drugih astronomskih institucija.

Obuka i obrazovanje astronoma odvija se na sveučilištima na Mehanički i Matematičkim ili Fizičko-matematičkim fakultetima.

Glavna zvjezdarnica u našoj zemlji je Pulkovo. Izgrađena je 1839. u blizini Sankt Peterburga pod vodstvom istaknutog ruskog znanstvenika. U mnogim se zemljama s pravom naziva astronomskom prijestolnicom svijeta.

Zvjezdarnica Simeiz na Krimu nakon Velikog Domovinski rat potpuno je obnovljena, a nedaleko od nje izgrađena je nova zvjezdarnica u selu Partizanskoye u blizini Bakhchisaraja, gdje je sada ugrađen najveći reflektirajući teleskop u SSSR-u s ogledalom promjera 1 ¼ m i reflektorom sa ogledalom. s promjerom od 2,6 m uskoro će biti postavljena - treća po veličini u svijetu. Obje zvjezdarnice sada čine jednu instituciju - Krimski astrofizički opservatorij Akademije znanosti SSSR-a. Astronomske zvjezdarnice postoje u Kazanu, Taškentu, Kijevu, Harkovu i drugim mjestima.

Na svim zvjezdarnicama koje imamo znanstveni rad prema dogovorenom planu. Dostignuća astronomske znanosti u našoj zemlji pomažu širokim slojevima radnih ljudi da razviju ispravnu, znanstvenu ideju o svijetu oko nas.

Mnoge astronomske zvjezdarnice postoje i u drugim zemljama. Od njih su najstariji od postojećih najpoznatiji - Pariz i Greenwich, od čijeg se meridijana odbrojavaju zemljopisne dužine na kugli zemaljskoj (nedavno je ova zvjezdarnica premještena na novu lokaciju, dalje od Londona, gdje ima mnogo smetnje za promatranja noćnog neba). Najveći teleskopi na svijetu postavljeni su u Kaliforniji na zvjezdarnicama Mount Palomar, Mount Wilson i Lick. Posljednja je ugrađena krajem XIX stoljeća, a prva dva - već u XX. stoljeću.

Dobivanje vremenskih bodova rješava samo prvi zadatak vremenske službe. Sljedeći zadatak je pohraniti točno vrijeme u intervalima između njegovih astronomskih definicija. Taj se problem rješava uz pomoć astronomskih satova.

Kako bi se pri izradi astronomskih satova postigla visoka točnost očitavanja vremena, u najvećoj mogućoj mjeri uzimaju se u obzir i otklanjaju svi izvori pogrešaka te se stvaraju najpovoljniji uvjeti za njihov rad.

Najvažniji dio sata je njihalo. Opruge i kotači služe kao prijenosni mehanizam, strelice služe kao pokazivači, a njihalo mjeri vrijeme. Stoga u astronomskim satovima pokušavaju stvoriti moguće Bolji uvjeti za njegov rad: da temperatura prostorije bude konstantna, da se eliminiraju udari, da se oslabi otpor zraka i, konačno, da se mehaničko opterećenje učini što manjim.

Kako bi se osigurala visoka točnost, astronomski sat se nalazi u dubokom podrumu, zaštićen od udaraca. U prostoriji se održava konstantna temperatura tijekom cijele godine. Za smanjenje otpora zraka i otklanjanje utjecaja promjena atmosferskog tlaka, njihalo sata stavlja se u kućište u kojem je tlak zraka malo smanjen (slika 20).

Astronomski sat s dva njihala (Shortov sat) ima vrlo visoku točnost, od kojih je jedno - neslobodno ili "robo" - povezano s prijenosnim i pokaznim mehanizmima, a njime upravlja drugi - slobodnim njihalom, ne spojen na bilo koje kotače i opruge (slika 21).

Slobodno njihalo smješteno je u duboki podrum u metalnom kućištu. Ovaj slučaj stvara smanjeni tlak. Veza slobodnog njihala s neslobodnim vrši se preko dva mala elektromagneta, u blizini kojih se ljulja. Slobodno njihalo kontrolira "robo" njihalo, uzrokujući njegovo ljuljanje u skladu sa samim sobom.

Moguće je postići vrlo malu pogrešku u očitanjima sata, ali se ona ne može potpuno eliminirati. Međutim, ako sat radi pogrešno, ali se unaprijed zna da su u žurbi ili zaostaju za određeni broj sekundi dnevno, onda nije teško izračunati točno vrijeme iz takvih netočnih satova. Da biste to učinili, dovoljno je znati koji je tijek sata, odnosno koliko sekundi dnevno žure ili zaostaju. Tablice korekcija sastavljaju se za određeni primjer astronomskog sata tijekom mjeseci i godina. Kazaljke astronomskih satova gotovo nikada ne pokazuju točno vrijeme, ali uz pomoć tablica korekcija sasvim je moguće dobiti vremenske oznake s točnošću od tisućinki sekunde.

Nažalost, sat ne ostaje konstantan. Pri promjeni vanjskih uvjeta – sobne temperature i tlaka zraka – zbog uvijek postojećih netočnosti u izradi dijelova i radu pojedinih dijelova, isti sat s vremenom može promijeniti svoj tijek. Promjena ili varijacija tijeka sata glavni je pokazatelj kvalitete njegova rada. Što je manja varijacija takta, to je sat bolji.

Dakle, dobar astronomski sat može biti prenagljen i presporo, može trčati unaprijed ili kasniti čak i desetinke sekunde dnevno, a opet može pouzdano držati vrijeme i dati dovoljno točna očitanja, samo ako je njihovo ponašanje konstantno, tj. dnevne varijacije su male.

U astronomskom satu Shortovog njihala dnevna varijacija brzine je 0,001-0,003 sec. Dugo je vremena tako visoka točnost ostala nenadmašna.Pedesetih godina našeg stoljeća inženjer F. M. Fedchenko poboljšao je ovjes njihala i poboljšao njegovu toplinsku kompenzaciju. To mu je omogućilo da dizajnira sat čija je dnevna varijacija stope smanjena na 0,0002-0,0003 sekunde.

V posljednjih godina Dizajnom astronomskih satova više se nisu bavili mehaničari, već električari i radioinženjeri. Izrađivali su satove u kojima su se umjesto oscilacija njihala za brojanje vremena koristile elastične vibracije kristala kvarca.

Ploča izrezana na odgovarajući način od kvarcnog kristala ima zanimljiva svojstva. Ako se takva ploča, nazvana piezokvarc, stisne ili savije, tada se na njezinim suprotnim površinama pojavljuju električni naboji različitih predznaka. Ako se na suprotne površine piezoelektrične ploče dovede izmjenična električna struja, tada piezokvarc oscilira. Što je slabljenje oscilatornog uređaja niže, frekvencija titranja je konstantnija. Piezokvarc ima izuzetno dobra svojstva u tom pogledu, budući da je prigušenje njegovih oscilacija vrlo malo. Ovo se naširoko koristi u radiotehnici za održavanje konstantne frekvencije radijskih odašiljača. Isto svojstvo piezokvarca - visoka postojanost frekvencije titranja - omogućilo je izradu vrlo točnih astronomskih kvarcnih satova.

Kvarcni satovi (slika 22) sastoje se od radio-tehničkog generatora stabiliziranog piezoelektričnim kvarcom, kaskada s frekvencijskom podjelom, sinkronog elektromotora i brojčanika sa strelicama.

Radio generator stvara visokofrekventnu izmjeničnu struju, a piezokvarc s velikom točnošću održava konstantnu frekvenciju svojih oscilacija. U stupnjevima frekvencijske podjele frekvencija izmjenične struje se smanjuje s nekoliko stotina tisuća na nekoliko stotina oscilacija u sekundi. Sinkroni elektromotor koji radi na niskofrekventnu izmjeničnu struju rotira pokazivače, zatvara releje koji daju vremenske signale itd.

Brzina vrtnje sinkronog elektromotora ovisi o frekvenciji izmjenične struje kojom se napaja. Tako je u kvarcnom satu brzina rotacije kazaljki na kraju određena frekvencijom titranja piezokvarca. Visoka postojanost frekvencije titranja kvarcne ploče osigurava ujednačenost tijeka i visoku točnost indikacija kvarcnog astronomskog sata.

Trenutno se proizvode kvarcni satovi različite vrste i sastanci s dnevnom varijacijom tečaja, koja ne prelazi stotinke, pa čak i tisućinke sekunde.

Prvi dizajni kvarcnih satova bili su prilično glomazni. Uostalom, prirodna frekvencija oscilacija kvarcne ploče je relativno visoka, a kako bi se izbrojile sekunde i minute, potrebno ju je smanjiti korištenjem niza kaskada frekvencijske podjele. U međuvremenu, cijevni radio uređaji koji se koriste u tu svrhu zauzimaju puno prostora. Posljednjih desetljeća poluvodička radiotehnika se brzo razvijala, a na njezinoj osnovi razvijena je minijaturna i mikrominijaturna radio oprema. To je omogućilo izradu malih prijenosnih kvarcnih satova za pomorsku i zračnu plovidbu, kao i za razne ekspedicione radove. Ovi prijenosni kvarcni kronometri nisu veći i teži od konvencionalnih mehaničkih kronometara.

Međutim, ako mehanički brodski kronometar druge klase ima dnevnu pogrešku brzine ne veću od ±0,4 s, a prve klase - ne više od ±0,2 s, tada moderni kvarcni prijenosni kronometri imaju dnevnu nestabilnost brzine od ±0,1 ; ±0,01 pa čak ±0,001 sek.

Na primjer, "Chronotom" proizveden u Švicarskoj ima dimenzije 245X137X100 mm, a nestabilnost njegovog tečaja dnevno ne prelazi ±0,02 sekunde. Stacionarni kvarcni kronometar "Isotom" ima dugotrajnu relativnu nestabilnost ne veću od 10 -8, tj. pogreška u dnevnom ciklusu je oko ±0,001 sec.

Međutim, kvarcni satovi nisu bez ozbiljnih nedostataka, čija je prisutnost neophodna za visokoprecizna astronomska mjerenja. Glavni nedostaci kvarcnih astronomskih satova su ovisnost frekvencije kvarcnih oscilacija o temperaturi okoline i "starenje kvarca", tj. promjena frekvencije njegovih oscilacija tijekom vremena. Prvi nedostatak je prevladan pažljivom kontrolom temperature dijela sata u kojem se nalazi kvarcna ploča. Starenje kvarca, koje dovodi do sporog pomicanja sata, još nije otklonjeno.

"molekularni sat"

Je li moguće stvoriti uređaj za mjerenje vremenskih intervala koji ima veću točnost od njihala i kvarcnih astronomskih satova?

U potrazi za prikladnim metodama za to, znanstvenici su se okrenuli sustavima u kojima se javljaju molekularne vibracije. Takav izbor, naravno, nije bio slučajan i upravo je on predodredio daljnji uspjeh. "Molekularni satovi" omogućili su isprva povećanje točnosti mjerenja vremena za tisuće, a posuđivanjem stotine tisuća puta. Međutim, put od molekule do indikatora vremena pokazao se složenim i vrlo teškim.

Zašto nije bilo moguće poboljšati točnost astronomskih satova s ​​visak i kvarc? Po čemu su se molekule pokazale boljim od njihala i kvarcnih ploča u pogledu mjerenja vremena? Koji je princip rada i uređaj molekularnog sata?

Podsjetimo da se svaki sat sastoji od bloka u kojem se javljaju periodične oscilacije, mehanizma za brojanje za brojanje njihovog broja i uređaja u kojem se pohranjuje energija potrebna za njihovo održavanje. Međutim, točnost sata je uglavnom ovisi o stabilnosti rada tog elementa koji mjeri vrijeme.

Kako bi se povećala točnost astronomskih satova njihala, njihalo je izrađeno od posebne legure s minimalnim koeficijentom toplinskog širenja, smješteno u termostat, ovješeno na poseban način, smješteno u posudi iz koje se ispumpava zrak itd. poznato je, sve te mjere omogućile su smanjenje varijacija u tečaju astronomskih satova njihala na tisućinke sekunde dnevno. Međutim, postupno trošenje pokretnih i trljajućih dijelova, spore i nepovratne promjene u konstrukcijskim materijalima, općenito - "starenje" takvih satova nije omogućilo daljnje poboljšanje njihove točnosti.

U astronomskim kvarcnim satovima vrijeme se mjeri oscilatorom stabiliziranim kvarcom, a točnost očitanja tih satova određena je konstantnošću frekvencije titranja kvarcne ploče. Tijekom vremena dolazi do nepovratnih promjena na kvarcnoj ploči i s njom povezanim električnim kontaktima. Tako ovaj majstorski element kvarcnog sata "stari". U tom slučaju se frekvencija titranja kvarcne ploče donekle mijenja. To je razlog nestabilnosti takvih satova i ograničava daljnje povećanje njihove točnosti.

Molekularni satovi su dizajnirani na takav način da su njihova očitanja u konačnici određena frekvencijom elektromagnetskih vibracija koje apsorbiraju i emitiraju molekule. U međuvremenu, atomi i molekule apsorbiraju i emitiraju energiju samo povremeno, samo u određenim dijelovima, koji se nazivaju energetski kvanti. Ovi procesi su trenutno predstavljeni na sljedeći način: kada je atom u normalnom (nepobuđenom) stanju, tada njegovi elektroni zauzimaju niže energetske razine i, u isto vrijeme, nalaze se na najbližoj udaljenosti od jezgre. Ako atomi apsorbiraju energiju, poput svjetlosti, tada njihovi elektroni skaču na nove položaje i nalaze se nešto dalje od svojih jezgri.

Označimo energiju atoma, koja odgovara najnižem položaju elektrona, kroz Ei, a energiju koja odgovara njegovom udaljenijem položaju od jezgre, kroz E 2 . Kada atomi, koji zrače elektromagnetske oscilacije (na primjer, svjetlost), iz pobuđenog stanja s energijom E 2 pređu u neuzbuđeno stanje s energijom E 1, tada emitirani dio elektromagnetska energija jednako je ε = E 2 -E 1. Lako je vidjeti da data relacija nije ništa drugo nego jedan od izraza zakona održanja energije.

U međuvremenu, poznato je da je energija svjetlosnog kvanta proporcionalna njegovoj frekvenciji: ε = hv, gdje je ε energija elektromagnetskih oscilacija, v je njihova frekvencija, h = 6,62 * 10 -27 erg * sec - Planckova konstanta. Iz ova dva odnosa nije teško pronaći frekvenciju v svjetlosti koju emitira atom. Očito, v \u003d (E 2 - E 1) / h sec -1

Svaki atom dane vrste (na primjer, atom vodika, kisika, itd.) ima svoje razine energije. Stoga svaki pobuđeni atom tijekom prijelaza u niža stanja emitira elektromagnetske oscilacije s dobro definiranim skupom frekvencija, tj. daje sjaj karakterističan samo za njega. Potpuno ista situacija je i s molekulama, s jedinom razlikom što one imaju niz dodatnih energetskih razina povezanih s različitim rasporedom sastavnih čestica i njihovim međusobnim kretanjem,

Dakle, atomi i molekule su sposobni apsorbirati i emitirati elektromagnetske vibracije samo ograničene frekvencije. Stabilnost s kojom atomski sustavi to čine iznimno je visoka. Milijarde je puta veća od stabilnosti bilo kojeg makroskopskog uređaja koji percipira ili emitira određene vrste vibracija, na primjer, žice, vilice za podešavanje, mikrofone itd. To se objašnjava činjenicom da u bilo kojem makroskopskom uređaju, na primjer, strojevi , mjerni instrumenti i sl. ., sile koje osiguravaju njihovu stabilnost su u većini slučajeva samo desetke ili stotine puta veće od vanjskih sila. Stoga se tijekom vremena i kako se vanjski uvjeti mijenjaju, svojstva takvih uređaja donekle se mijenjaju. Zbog toga glazbenici moraju tako često ugađati svoje violine i klavire. Naprotiv, u mikrosustavima, kao što su atomi i molekule, između čestica koje ih tvore djeluju tako velike sile da su obični vanjski utjecaji puno manji po veličini. Stoga uobičajene promjene vanjskih uvjeta – temperature, tlaka i sl. – ne uzrokuju nikakve zamjetne promjene unutar tih mikrosustava.

To objašnjava visoku točnost spektralne analize i mnogih drugih metoda i instrumenata temeljenih na korištenju atomskih i molekularnih vibracija. To je ono što čini tako privlačnim korištenje ovih kvantnih sustava kao glavnog elementa u astronomskim satovima. Uostalom, takvi mikrosustavi s vremenom ne mijenjaju svoja svojstva, odnosno ne “stare”.

Kada su inženjeri počeli projektirati molekularne satove, metode pobuđivanja atomskih i molekularnih vibracija već su bile dobro poznate. Jedna od njih je da se visokofrekventne elektromagnetske oscilacije primjenjuju na posudu napunjenu jednim ili drugim plinom. Ako frekvencija tih oscilacija odgovara energiji pobude tih čestica, tada dolazi do rezonantne apsorpcije elektromagnetske energije. Nakon nekog vremena (manje od milijuntinke sekunde) pobuđene čestice (atomi i molekule) spontano prelaze iz pobuđenog u normalno stanje i pritom same emitiraju kvante elektromagnetske energije.

Čini se da bi sljedeći korak u projektiranju takvog sata trebao biti prebrojavanje broja tih oscilacija, jer se broj zamaha njihala izračunava u satu njihala. Međutim, takav izravan, “frontalni” put pokazao se pretežkim. Činjenica je da je frekvencija elektromagnetskih oscilacija koje emitiraju molekule vrlo visoka. Na primjer, u molekuli amonijaka za jedan od glavnih prijelaza to je 23,870,129,000 perioda u sekundi. Frekvencija elektromagnetskih oscilacija koje emitiraju različiti atomi je istog reda veličine ili čak i veća. Nijedan mehanički uređaj nije prikladan za brojanje takvih visokofrekventnih vibracija. Štoviše, konvencionalni elektronički uređaji također su se pokazali neprikladnima za to.

Izlaz iz ove poteškoće pronađen je uz pomoć originalnog zaobilaznog puta. Plin amonijak stavljen je u dugu metalnu cijev (valovod). Radi lakšeg rukovanja, ova cijev je namotana. Visokofrekventne elektromagnetske oscilacije dovođene su s generatora na jedan kraj ove cijevi, a na drugom kraju je ugrađen uređaj za mjerenje njihovog intenziteta. Generator je omogućio, u određenim granicama, promjenu frekvencije elektromagnetskih oscilacija koje je pobuđivao.

Za prijelaz molekula amonijaka iz nepobuđenog u pobuđeno stanje potrebna je dobro definirana energija i, sukladno tome, dobro definirana frekvencija elektromagnetskih oscilacija (ε = hv, gdje je ε kvantna energija, v frekvencija elektromagnetske oscilacije, h je Planckova konstanta). Sve dok je frekvencija elektromagnetskih oscilacija koje proizvodi generator veća ili manja od ove rezonantne frekvencije, molekule amonijaka ne apsorbiraju energiju. Kada se te frekvencije poklope, značajan broj molekula amonijaka apsorbira elektromagnetsku energiju i prelazi u pobuđeno stanje. Naravno, u ovom slučaju (zbog zakona održanja energije) na kraju valovoda gdje je ugrađen mjerni uređaj, intenzitet elektromagnetskih oscilacija je manji. Ako glatko promijenite frekvenciju generatora i zabilježite očitanja mjernog uređaja, tada se na rezonantnoj frekvenciji otkriva pad intenziteta elektromagnetskih oscilacija.

Sljedeći korak u dizajniranju molekularnog sata je upravo iskorištavanje ovog efekta. Za to je sastavljen poseban uređaj (slika 23). U njemu visokofrekventni generator opremljen napajanjem stvara visokofrekventne elektromagnetske oscilacije. Da bi se povećala postojanost frekvencije ovih oscilacija, generator se stabilizira s. pomoću piezoelektričnog kristala. U postojećim uređajima ovog tipa, frekvencija titranja visokofrekventnog generatora odabrana je na nekoliko stotina tisuća perioda u sekundi u skladu s prirodnom frekvencijom titranja kvarcnih ploča koje se u njima koriste.

Riža. 23. Shema "molekularnog sata"

Budući da je ta frekvencija previsoka za izravno upravljanje bilo kojim mehaničkim uređajem, svodi se na nekoliko stotina oscilacija u sekundi uz pomoć jedinice za podjelu frekvencije, a tek nakon toga se dovodi na signalne releje i sinkroni elektromotor koji rotira strelice pokazivača. koji se nalazi na brojčaniku sata. Dakle, ovaj dio molekularnog sata ponavlja shemu ranije opisanih kvarcnih satova.

Kako bi se potaknule molekule amonijaka, dio elektromagnetskih oscilacija koje stvara visokofrekventni generator primjenjuje se na množitelj frekvencije izmjenične struje (vidi sliku 23). Faktor množenja frekvencije u njemu je odabran tako da ga dovede do rezonantnog. Iz izlaza množitelja frekvencije, elektromagnetske oscilacije ulaze u valovod s plinom amonijakom. Uređaj na izlazu valovoda - diskriminator - bilježi intenzitet elektromagnetskih oscilacija koje su prošle kroz valovod i djeluje na visokofrekventni generator, mijenjajući frekvenciju oscilacija koje pobuđuje. Diskriminator je konstruiran tako da kada na ulaz valovoda stignu oscilacije s frekvencijom ispod rezonantne frekvencije, podešava generator, povećavajući frekvenciju svojih oscilacija. Ako, međutim, na ulaz valovoda stignu oscilacije s frekvencijom većom od rezonantne frekvencije, tada se smanjuje frekvencija generatora. U ovom slučaju, podešavanje rezonancije je točnije, što je krivulja apsorpcije strmija. Stoga je poželjno da pad intenziteta elektromagnetskih oscilacija, zbog rezonantne apsorpcije njihove energije molekulama, bude što uži i dublji.

Svi ti međusobno povezani uređaji - generator, množitelj, valovod amonijaka i diskriminator - su sklop Povratne informacije, u kojem generator pobuđuje molekule amonijaka i istovremeno njime upravlja, tjerajući ga da generira oscilacije željene frekvencije. Dakle, molekularni sat u konačnici koristi molekule amonijaka kao standard frekvencije i vremena. U prvom molekularnom amonijačnom satu, koji je prema ovom principu razvio G. Lyons 1953. godine, nestabilnost brzine bila je oko 10 -7, tj. promjena frekvencije nije prelazila deset milijuntih dionica. Nakon toga, nestabilnost je smanjena na 10 -8 , što odgovara pogrešci u mjerenju vremenskih intervala od 1 sekunde tijekom nekoliko godina.

Općenito, ovo je, naravno, izvrsna točnost. No, pokazalo se da se u konstruiranom uređaju krivulja apsorpcije elektromagnetske energije pokazala daleko od oštre kako se očekivalo, već prilično "razmazana". Sukladno tome, ispostavilo se da je točnost cijelog uređaja znatno niža od očekivane. Pažljiva istraživanja ovih molekularnih satova provedena u narednim godinama omogućila su otkriti da njihova očitanja u određenoj mjeri ovise o dizajnu valovoda, kao i o temperaturi i tlaku plina koji se u njemu nalazi. Utvrđeno je da su ti učinci izvori nestabilnosti takvih satova i ograničavaju njihovu točnost.

U budućnosti, ovi nedostaci u molekularnom satu nisu u potpunosti otklonjeni. Međutim, bilo je moguće smisliti i druge, više savršene vrste kvantni mjerači vremena.

Atomski cezijev sat

Daljnje poboljšanje standarda frekvencije i vremena postignuto je na temelju jasnog razumijevanja razloga za nedostatke molekularnih satova amonijaka. Podsjetimo da su glavni nedostaci molekularnih satova amonijaka neko "razmazivanje" krivulje rezonantne apsorpcije i ovisnost prikaza ovih satova o temperaturi i tlaku plina u valovodu.

Koji su razlozi ovih nedostataka? Mogu li se eliminirati? Pokazalo se da do širenja rezonancije dolazi kao rezultat toplinskog gibanja čestica plina koje ispunjavaju valovod. Uostalom, neke od čestica plina kreću se prema elektromagnetskom valu i stoga je za njih frekvencija titranja nešto viša od one koju daje generator. Druge čestice plina, naprotiv, kreću se od dolaznog elektromagnetskog vala, kao da bježe od njega; za njih je frekvencija elektromagnetskih oscilacija nešto niža od nazivne. Samo za relativno vrlo veliki broj nepomične čestice plina, frekvencija elektromagnetskih oscilacija koje percipiraju jednaka je nazivnoj, t.j. koju daje generator.

Opisani fenomen je dobro poznati longitudinalni Dopplerov efekt. On je taj koji dovodi do činjenice da je rezonancijska krivulja spljoštena i razmazana i utvrđena je ovisnost jakosti struje na izlazu valovoda o brzini čestica plina, t.j. na temperaturi plina.

Skupina znanstvenika iz američkog Ureda za standarde uspjela se nositi s tim poteškoćama. Međutim, ono što su napravili bio je, općenito, novi i puno točniji standard frekvencije i vremena, iako su korištene neke već poznate stvari.

Ovaj uređaj više ne koristi molekule, već atome. Ti atomi ne samo da pune posudu, već se kreću u zraku. I to tako da je smjer njihova kretanja okomit na smjer širenja elektromagnetskog vala. Lako je razumjeti da u ovom slučaju nema longitudinalnog Dopplerovog efekta. Uređaj koristi atome cezija, čije se pobuđivanje događa na frekvenciji elektromagnetskih oscilacija jednakoj 9,192,631,831 perioda u sekundi.

Odgovarajući uređaj je postavljen u cijev na čijem se jednom kraju nalazi električna peć 1 koja zagrijava metalni cezij do isparavanja, a na drugom kraju nalazi se detektor 6 koji broji broj atoma cezija koji imaju dospio do njega (slika 24). Između njih su: prvi magnet 2, valovod 3, koji opskrbljuje visokofrekventne elektromagnetske oscilacije, kolimator 4, i drugi magnet 5. polja koja stvaraju trajni magneti, te visokofrekventno elektromagnetno polje koje napaja valovod iz generatora na cijev tako da je smjer širenja vala okomit na smjer leta čestica.

Takav uređaj omogućuje rješavanje prvog dijela problema: pobuđivanje atoma, odnosno njihovo prebacivanje iz jednog stanja u drugo, a ujedno izbjegavanje longitudinalnog Dopplerovog efekta. Da su se istraživači ograničili samo na ovo poboljšanje, tada bi se točnost uređaja povećala, ali ne mnogo. Doista, u snopu atoma emitiranih iz izvora sa žarnom niti uvijek postoje nepobuđeni i pobuđeni atomi. Dakle, kada atomi koji su izletjeli iz izvora lete kroz elektromagnetsko polje i pobuđeni su, tada se već postojećim pobuđenim atomima dodaje određeni broj pobuđenih atoma. Stoga se pokazuje da je promjena u broju pobuđenih atoma relativno nevelika i, posljedično, učinak djelovanja elektromagnetskih valova na snop čestica nije vrlo oštar. Jasno je da ako u početku uopće nije bilo pobuđenih atoma, a onda su se pojavili, onda bi ukupni učinak bio mnogo kontrastniji.

Dakle, javlja se dodatni zadatak: na dijelu od izvora do elektromagnetskog polja preskočiti atome koji su u normalnom stanju i ukloniti pobuđene. Ništa novo nije bilo potrebno izmisliti da bi se to riješilo, budući da su još četrdesetih godina našeg stoljeća rabin, a potom i Ramsey, razvili odgovarajuće metode za spektroskopske studije. Ove metode se temelje na činjenici da svi atomi i molekule imaju određena električna i magnetska svojstva, a ta su svojstva različita za pobuđene i nepobuđene čestice. Stoga u električnim i magnetska polja pobuđeni i nepobuđeni atomi i molekule različito odstupaju.

U opisanom atomskom cezijevom satu, na putu snopa čestica između izvora i visokofrekventnog elektromagnetskog polja, ugrađen je permanentni magnet 2 (vidi sliku 24) tako da su nepobuđene čestice fokusirane na prorez kolimatora, a uzbuđeni su uklonjeni sa grede. Drugi magnet 5, koji stoji između visokofrekventnog elektromagnetskog polja i detektora, naprotiv, postavljen je na način da su nepobuđene čestice uklonjene iz snopa, a samo pobuđene bile su usmjerene na detektor. Takvo dvostruko razdvajanje dovodi do činjenice da do detektora dospiju samo one čestice koje su bile nepobuđene prije ulaska u elektromagnetsko polje, a zatim su u tom polju prešle u pobuđeno stanje. U ovom slučaju, ovisnost očitanja detektora o frekvenciji elektromagnetskih oscilacija pokazuje se vrlo oštrom i, sukladno tome, rezonancijska krivulja apsorpcije elektromagnetske energije postaje vrlo uska i strma.

Kao rezultat opisanih mjera pokazalo se da je pogonska jedinica atomskog cezijevog sata sposobna odgovoriti i na vrlo malo odgađanje visokofrekventnog generatora, te je time postignuta vrlo visoka stabilizacijska točnost.

Ostatak uređaja, općenito, ponavlja princip dijagrama molekularnog sata: visokofrekventni generator kontrolira električni sat i istovremeno pobuđuje čestice kroz krugove za množenje frekvencije. Diskriminator spojen na cezijevu cijev i visokofrekventni generator reagiraju na rad cijevi i podešavaju generator tako da se frekvencija oscilacija koje proizvodi poklapa s frekvencijom na kojoj su čestice pobuđene.

Sav ovaj uređaj u cjelini naziva se atomski cezijev sat.

U prvim modelima cezijevih satova (na primjer, cezijev sat Nacionalnog fizikalnog laboratorija Engleske) nestabilnost je bila samo 1 -9 . Kod uređaja ovog tipa, razvijenih i izgrađenih posljednjih godina, nestabilnost je smanjena na 10 -12 -10 -13 .

Već je prije rečeno da i najbolji mehanički astronomski satovi zbog istrošenosti svojih dijelova s ​​vremenom donekle mijenjaju hod. Ni kvarcni astronomski satovi nisu bez ovog nedostatka, jer zbog starenja kvarca dolazi do sporog pomaka njihovih očitanja. U atomskim satovima cezija nije pronađen pomak frekvencije.

Uspoređujući različite primjere ovih satova, uočeno je da se frekvencija njihovih oscilacija podudara unutar ± 3 * 10 -12, što odgovara pogrešci od samo 1 sekunde u 10 000 godina.

Međutim, ovaj uređaj nije bez nedostataka: izobličenja oblika elektromagnetskog polja i relativno kratko trajanje njegovog utjecaja na atome snopa ograničavaju daljnje povećanje točnosti mjerenja vremenskih intervala pomoću takvih sustava.

Astronomski sat s kvantnim generatorom

Još jedan korak ka povećanju točnosti mjerenja vremenskih intervala napravljen je korištenjem molekularni generatori- aparati koji koriste zračenje elektromagnetskih valova molekulama.

Ovo otkriće bilo je neočekivano i prirodno. Neočekivano - jer se činilo da su mogućnosti starih metoda iscrpljene, dok drugih nije bilo. Prirodno - jer je niz dobro poznatih učinaka već činio gotovo sve dijelove nove metode i preostalo je samo pravilno kombinirati te dijelove. Međutim, nova kombinacija poznatih stvari bit je mnogih otkrića. Uvijek je potrebno puno hrabrosti za razmišljanje da bi se to smislilo. Često, nakon što se to učini, sve izgleda vrlo jednostavno.

Uređaji u kojima se zračenje molekula koristi za dobivanje standarda frekvencije nazivaju se maseri; ova riječ je nastala od početnih slova izraza: mikrovalno pojačanje stimuliranom emisijom zračenja, tj. pojačanje radio valova centimetarskog raspona pomoću induciranog zračenja. Trenutno se uređaji ovog tipa najčešće nazivaju kvantna pojačala ili kvantni generatori.

Što je pripremilo otkriće kvantnog generatora? Koji je njegov princip rada i uređaj?

Istraživači su znali da kada uzbuđene molekule, poput amonijaka, prelaze na više niske razine energije i emitiraju elektromagnetsko zračenje prirodna širina ovih emisijskih linija iznimno je mala, barem mnogo puta manji od širine apsorpcijske linije koja se koristi u molekularnim satovima. U međuvremenu, kada se uspoređuje frekvencija dviju oscilacija, oštrina rezonantne krivulje ovisi o širini spektralnih linija, a dostižna točnost stabilizacije ovisi o oštrini rezonantne krivulje.

Jasno je da je istraživače iznimno zanimala mogućnost postizanja veće točnosti u mjerenju vremenskih intervala koristeći ne samo apsorpciju, već i emisiju elektromagnetskih valova od strane molekula. Čini se da je sve već tu za ovo. Doista, u valovodu molekularnog sata, pobuđene molekule amonijaka spontano emitiraju svjetlost, tj. prelaze na niže energetske razine i istovremeno emitiraju elektromagnetsko zračenje s frekvencijom od 23 870 129 000 perioda u sekundi. Širina ove spektralne emisione linije je doista vrlo mala. Osim toga, budući da je valovod molekularnog sata ispunjen elektromagnetskim oscilacijama koje se napajaju iz generatora, a frekvencija tih oscilacija jednaka je frekvenciji energetskih kvanta koje emitiraju molekule amonijaka, tada u valovodu inducirano zračenje pobuđenih molekula amonijaka, čija je vjerojatnost mnogo veća od spontanog. Dakle, ovaj proces se povećava ukupni broj djela zračenja.

Ipak, za promatranje i korištenje molekularnog zračenja, sustav kao što je valovod molekularnog sata pokazao se potpuno neprikladnim. Doista, u takvom valovodu ima mnogo više nepobuđenih čestica amonijaka nego pobuđenih, pa čak i uzimajući u obzir induciranu radijaciju, aktovi apsorpcije elektromagnetske energije događaju se mnogo češće nego aktovi emisije. Osim toga, nije jasno kako izolirati kvante energije koje emitiraju molekule u takvom valovodu kada je isti volumen ispunjen elektromagnetskim zračenjem iz generatora, a to zračenje ima istu frekvenciju i puno veći intenzitet.

Nije li istina da su svi procesi toliko izmješani da se na prvi pogled čini nemoguće od njih izdvojiti onaj pravi? Međutim, nije. Uostalom, poznato je da se pobuđene molekule razlikuju po svojim električnim i magnetskim svojstvima od nepobuđenih, a to ih čini mogućim.

Godine 1954.-1955. ovaj problem su briljantno riješili N. G. Basov i A. M. Prokhorov u SSSR-u te Gordon, Zeiger i Towns u SAD*. Ovi su autori iskoristili činjenicu da je električno stanje pobuđenih i nepobuđenih molekula amonijaka ponešto drugačije i, leteći kroz nehomogeno električno polje, različito odstupaju.

* (J. Singer, Mathers, IL, M., 1961; Basov N. G., Letokhov V. S. Optički standardi frekvencije, UFN, vol. 96, br. 4, 1968.)

Podsjetimo da se između dvije električno nabijene paralelne ploče, na primjer, ploča kondenzatora, stvara jednolično električno polje; između nabijene ploče i točke ili dvije nabijene točke – nehomogeno. Ako se portretira električna polja uz pomoć linija sile, tada se homogena polja predstavljaju linijama iste gustoće, a nehomogena polja linijama nejednake gustoće, na primjer, manje blizu ravnine, a više blizu vrha, gdje se linije konvergiraju. Odavno su poznate metode za dobivanje nehomogenih električnih polja jednog ili drugog oblika.

Molekularni generator je kombinacija izvora molekula, električnog separatora i rezonatora sastavljenih u cijev iz koje se ispumpava zrak. Za duboko hlađenje, ova cijev se stavlja u tekući dušik. Time se postiže visoka stabilnost cijelog uređaja. Izvor čestica u molekularnom generatoru je boca s uskim otvorom napunjena plinovitim amonijakom. Kroz ovu rupu uski snop čestica određenom brzinom ulazi u cijev (slika 25a).

Zraka uvijek sadrži nepobuđene i pobuđene molekule amonijaka. Međutim, obično je mnogo više neuzbuđenih nego uzbuđenih. U cijevi, na putu ovih čestica, nalazi se kondenzator nabijen elektricitetom, koji se sastoji od četiri šipke, takozvani četveropolni kondenzator. U njemu je električno polje nehomogeno, i ima takav oblik (slika 25, b) da se, prolazeći kroz njega, nepobuđene molekule amonijaka raspršuju u strane, a pobuđene odstupaju prema osi cijevi i tako se fokusiraju. Stoga se u takvom kondenzatoru odvajaju čestice i samo pobuđene molekule amonijaka dopiru do drugog kraja cijevi.

Na ovom drugom kraju cijevi nalazi se posuda određene veličine i oblika – rezonator tzv. Jednom u njemu, pobuđene molekule amonijaka, nakon određenog kratkog vremenskog razdoblja, spontano prelaze iz pobuđenog u neuzbuđeno stanje i istovremeno emitiraju Elektromagnetski valovi određenu frekvenciju. O ovom procesu kažu da su molekule istaknute. Dakle, moguće je ne samo dobiti molekularno zračenje, već ga i izolirati.

Smatrati daljnji razvoj ove ideje. Elektromagnetsko zračenje rezonantne frekvencije, u interakciji s nepobuđenim molekulama, prenosi ih u pobuđeno stanje. Isto zračenje, u interakciji s pobuđenim molekulama, prenosi ih u neuzbuđeno stanje, stimulirajući tako njihovo zračenje. Ovisno o tome koje su molekule više, nepobuđene ili pobuđene, prevladava proces apsorpcije ili inducirane emisije elektromagnetske energije.

Stvaranjem u određenom volumenu, na primjer, rezonatora, značajne prevlasti pobuđenih molekula amonijaka i primjenom elektromagnetskih oscilacija rezonantne frekvencije na njega, moguće je pojačati mikrovalnu frekvenciju. Jasno je da se ovo pojačanje događa zbog kontinuiranog pumpanja pobuđenih molekula amonijaka u rezonator.

Uloga rezonatora nije ograničena samo na to da je riječ o posudi u kojoj se događa emisija pobuđenih molekula. Budući da elektromagnetsko zračenje rezonantne frekvencije stimulira zračenje pobuđenih molekula, što je veća gustoća tog zračenja, to se proces induciranog zračenja aktivnije odvija.

Odabirom dimenzija rezonatora u skladu s valnom duljinom ovih elektromagnetskih oscilacija, moguće je stvoriti uvjete za pojavu stajaćih valova u njemu (slično odabiru dimenzija orguljskih cijevi za pojavu stajaćih valova odgovarajuće elastične zvučne oscilacije u njima). Izradom zidova rezonatora od odgovarajućeg materijala, moguće je osigurati da odražavaju elektromagnetske oscilacije uz najmanji gubitak. Obje ove mjere omogućuju stvaranje velike gustoće elektromagnetske energije u rezonatoru i na taj način povećavaju učinkovitost cijelog uređaja u cjelini.

Ceteris paribus, dobitak u ovom uređaju je veći, što je veća gustoća toka pobuđenih molekula. Zanimljivo je da pri nekoj dovoljno velikoj gustoći toka pobuđenih molekula i prikladnim parametrima rezonatora, intenzitet zračenja molekula postaje dovoljno velik da pokrije različite gubitke energije, a pojačalo se pretvara u molekularni generator mikrovalnih oscilacija - tzv. naziva se kvantni generator. U tom slučaju više nije potrebno dovoditi visokofrekventnu elektromagnetsku energiju u rezonator. Proces stimulirane emisije nekih pobuđenih čestica podržava emisija drugih. Štoviše, u prikladnim uvjetima, proces generiranja elektromagnetske energije ne prestaje čak i ako se dio preusmjeri u stranu.

Kvantni oscilator vrlo visoke stabilnosti Daje visokofrekventne elektromagnetske oscilacije strogo definirane frekvencije i može se koristiti za mjerenje vremenskih intervala. Ne mora raditi kontinuirano. Dovoljno je povremeno u određenim intervalima usporediti frekvenciju električnog generatora astronomskog sata s ovim standardom molekularne frekvencije i po potrebi uvesti korekciju.

Astronomski sat ispravljen generatorom molekularnog amonijaka izgrađen je kasnih pedesetih. Njihova kratkoročna nestabilnost nije prelazila 10 -12 po 1 minuti, a dugotrajna oko 10 -10, što odgovara izobličenjima u brojanju vremenskih intervala od samo 1 sekunde u nekoliko stotina godina.

Na temelju istih ideja i korištenja nekih drugih čestica kao radnog medija, kao što su talij i vodik, postignuto je daljnje poboljšanje standarda frekvencije i vremena. U ovom slučaju, kvantni generator koji radi na snopu atoma vodika, koji su ranih šezdesetih razvili i izgradili Goldenberg, Klepner i Ramsay, pokazao se posebno obećavajućim. Ovaj generator se također sastoji od izvora čestica, separatora i rezonatora montiranog u cijevi (slika 26) uronjenog u odgovarajuću rashladnu tekućinu. Izvor emitira snop atoma vodika. U tom se snopu nalaze nepobuđeni i pobuđeni atomi vodika, a neuzbuđenih je mnogo više nego pobuđenih.

Budući da se pobuđeni atomi vodika razlikuju od nepobuđenih po svom magnetskom stanju (magnetski moment), njihovo razdvajanje više nije električno, već magnetsko polje koje stvara par magneta. Rezonator generatora vodika također ima značajne značajke. Izrađuje se u obliku tikvice od topljenog kvarca, čije su unutarnje stijenke obložene parafinom. Zbog višestrukih (oko 10.000) elastičnih refleksija atoma vodika od parafinskog sloja, duljina leta čestica i, sukladno tome, vrijeme njihovog boravka u rezonatoru, u usporedbi s molekularnim generatorom, povećava se tisućama puta. Na taj način moguće je dobiti vrlo uske spektralne emisione linije atoma vodika i, u usporedbi s molekularnim generatorom, smanjiti nestabilnost cijelog uređaja za tisuću faktora.

Moderni dizajni astronomskih satova s ​​kvantnim generatorom vodika nadmašili su standard za atomsku zraku cezija u svojoj izvedbi. Nije pronađen nikakav sustavni pomak. Njihova kratkoročna nestabilnost je samo 6 * 10 -14 u minuti, a dugotrajna - 2 * 10 -14 dnevno, što je deset puta manje od standarda cezija. Reproducibilnost očitanja sata s kvantnim generatorom vodika je ±5*10 -13 , dok je ponovljivost standarda cezija ±3*10 -12 . Posljedično, generator vodika je i po ovom pokazatelju oko deset puta bolji. Tako je uz pomoć vodikovog astronomskog sata moguće osigurati točnost mjerenja vremena reda veličine 1 sekunde za interval od oko sto tisuća godina.

U međuvremenu, brojna istraživanja posljednjih godina pokazala su da ova visoka točnost mjerenja vremenskih intervala, postignuta na temelju generatora atomskog snopa, još nije granica i da se može poboljšati.

Prijenos točnog vremena

Zadaća vremenske službe nije ograničena na dobivanje i pohranjivanje točnog vremena. Jednako važan dio toga je i takva organizacija prijenosa točnog vremena, u kojoj se ta točnost ne bi izgubila.

U starim danima prijenos vremenskih signala obavljao se mehaničkim, zvučnim ili svjetlosnim uređajima. U Petrogradu je točno u podne pucao top; također se mogao provjeriti sat prema satu u tornju Instituta za mjeriteljstvo, koji sada nosi ime D. I. Mendeljejeva. U morskim lukama kao vremenski signal korištena je lopta koja pada. S brodova u luci moglo se vidjeti kako se točno u podne kugla odlomila s vrha posebnog jarbola i pala na podnožje.

Za normalan tijek suvremenog intenzivnog života vrlo je važno osigurati točno vrijeme željeznice, pošta, telegraf i veliki gradovi. Ne zahtijeva tako visoku točnost kao u astronomskom i geografskom radu, ali je potrebno da, s točnošću do minute, u svim dijelovima grada, u svim dijelovima naše ogromne zemlje, svi satovi pokazuju vrijeme u isti način. Taj se zadatak obično rješava uz pomoć električnog sata.

U satarskoj industriji željeznica i komunikacijskih institucija, u industriji satova suvremenog grada, električni satovi imaju važnu ulogu. Njihov je uređaj vrlo jednostavan, a opet s točnošću od jedne minute pokazuju isto vrijeme na svim točkama grada.

Električni satovi su primarni i sekundarni. Primarni električni satovi imaju njihalo, kotače, otvor i mjerači su u stvarnom vremenu. Sekundarni električni satovi su samo pokazivači: u njima nema sata, već postoji samo relativno jednostavan uređaj koji pomiče kazaljke jednom u minuti (slika 27.). Svakim otvaranjem struje elektromagnet otpušta sidro i "pas" pričvršćen za sidro, naslonjen na začepni kotač, okreće ga za jedan zub. Signali električna struja se napajaju sekundarnom satu ili iz centralne instalacije ili iz primarnog električnog sata. Posljednjih godina pojavili su se satovi koji govore, dizajnirani po principu zvučnih filmova, koji ne samo da pokazuju, već i govore vrijeme.

Za prijenos točno vrijeme sada služe uglavnom električnim signalima koji se šalju telefonom, telegrafom i radiom. Tijekom proteklih desetljeća tehnika njihovog prijenosa je poboljšana, a točnost se u skladu s tim povećala. Godine 1904. Bigourdant je odašiljao ritmičke vremenske signale iz Pariške zvjezdarnice, koje je primila zvjezdarnica Montsouris s točnošću od 0,02-0,03 sek. Godine 1905., Washingtonski pomorski opservatorij počeo je s redovitim prijenosom vremenskih signala; od 1908. godine počeli su se prenositi ritmički vremenski signali iz Eiffelov toranj, a od 1912. iz zvjezdarnice Greenwich.

Trenutno se prijenos točnih vremenskih signala provodi u mnogim zemljama. U SSSR-u takve prijenose provodi Državni astronomski institut po imenu V.I. P.K. Sternberga, kao i niz drugih organizacija. Istovremeno se koristi niz različitih programa za prijenos očitanja srednjeg sunčevog vremena putem radija. Na primjer, program vremenskog signala emitiranja se prenosi na kraju svakog sata i sastoji se od šest kratkih impulsa. Početak posljednjeg od njih odgovara vremenu ovog ili onog sata i 00 min 00 sek. U pomorskoj i zračnoj plovidbi koristi se program od pet serija od 60 impulsa i tri serije od šest kratkih signala, razdvojenih dužim signalima. Osim toga, postoji niz posebnih programa vremenskih signala. Informacije o raznim programima posebnih vremenskih signala objavljuju se u posebnim publikacijama.

Pogreška u prijenosu vremenskih signala za emitirane programe je oko ±0,01 - 0,001 sek, a za neke posebne ±10 -4 pa čak ±10 -5 sek. Stoga su trenutno razvijene metode i uređaji koji vam omogućuju primanje, pohranjivanje i prijenos vremena s vrlo visok stupanj točnost.

Nedavno su implementirane značajne nove ideje u području pohranjivanja i prijenosa točnog vremena. Pretpostavimo da je potrebno da na određenom broju točaka na bilo kojem teritoriju točnost očitanja satova koji tamo stoje ne bude lošija od ± 30 sekundi, pod uvjetom da svi ovi satovi rade neprekidno tijekom cijele godine. Takvi zahtjevi odnose se, na primjer, na gradske i željezničke satove. Zahtjevi nisu jako strogi, međutim, da bi se ispunili korištenjem autonomnih satova, potrebno je da dnevna brzina svake instance sata bude bolja od ± 0,1 sekunde, a za to su potrebni precizni kvarcni kronometri.

U međuvremenu, ako se ovaj problem riješi pomoću zajednički vremenski sustav, koji se sastoji od primarnih satova i velikog broja sekundarnih satova povezanih s njima, tada bi samo primarni satovi trebali imati visoku točnost. Stoga, čak i uz povećani trošak za primarni sat i odgovarajuću nisku cijenu za sekundarni sat, dobra se točnost može postići u cijelom sustavu uz relativno niske ukupne troškove.

Naravno, u ovom slučaju morate biti sigurni da sam sekundarni sat ne donosi pogreške. Prethodno opisani sekundarni sat s začepnim kotačićem i papučicom, u kojem se kazaljka pomiče jednom u minuti na signal, ponekad pokvari. Štoviše, s vremenom se nakuplja pogreška njihova svjedočenja. U suvremenim sekundarnim satovima koriste se razne vrste provjere i ispravljanja očitanja. Još veću točnost daje sekundarni sat koji koristi izmjeničnu struju industrijske frekvencije (50 Hz), čija je frekvencija strogo stabilizirana. Glavni dio ovog sata je sinkroni elektromotor koji pokreće izmjenična struja. Dakle, u ovom satu, sama izmjenična struja je kontinuirani vremenski signal s periodom ponavljanja od 0,02 sekunde.

Trenutno je stvorena Svjetska sinkronizacija atomskih satova (WOSAC; naziv se sastoji od prvih slova riječi: World-wide Synchronization of Atomic Clocks). Glavni primarni sat ovog sustava nalazi se u Rimu, New Yorku, SAD, a sastoji se od tri atomikrona (atomski cezijev sat), čija se očitanja usrednjavaju. Dakle, točnost očitanja vremena jednaka je (1-3)*10 -11 . Ovi primarni satovi povezani su na svjetsku mrežu sekundarnih satova.

Test je pokazao da su pri prijenosu točnih vremenskih signala putem WHOAC-a iz države New York (SAD) do otoka Oahu (Havaji), odnosno približno 30.000 km, indikacije vremena usklađene s točnošću od 3 mikrosekunde.

Danas postignuta visoka točnost pohranjivanja i prijenosa vremenskih oznaka omogućuje rješavanje složenih i novih problema navigacije u dubokom svemiru, ali i starih, ali još uvijek važnih i zanimljivih pitanja o kretanju. Zemljina kora.

Kamo idu kontinenti?

Sada se možemo vratiti na problem kretanja kontinenata, opisan u prethodnom poglavlju. To je tim zanimljivije jer u pola stoljeća koliko je prošlo od pojave Wegenerovih djela do našeg vremena, znanstvene rasprave oko ovih ideja još se nisu stišale. Na primjer, W. Munk i G. MacDonald su 1960. napisali: "Neki Wegenerovi podaci su nepobitni, ali većina njegovi se argumenti u potpunosti temelje na proizvoljnim pretpostavkama." I dalje: "Veliki pomaci kontinenata dogodili su se prije izuma telegrafa, srednji pomaci prije izuma radija, a nakon toga praktički nisu uočeni pomaci."

Ove zajedljive primjedbe nisu bez temelja, barem u svom prvom dijelu. Doista, longitudinalna mjerenja koja su Wegeper i njegovi suradnici svojedobno proveli tijekom svojih ekspedicija na Grenland (u jednoj od kojih je Wegener tragično poginuo) izvedena su s točnošću nedovoljnom za rigorozno rješenje problema. To su zabilježili i njegovi suvremenici.

Jedan od najuvjerljivijih pristalica teorije kretanja kontinenata u njezinoj modernoj verziji je P. N. Kropotkin. Godine 1962. napisao je: „Paleomagnetski i geološki podaci pokazuju da je tijekom mezozoika i kenozoika lajtmotiv kretanja zemljine kore bio rascjepkanost dvaju drevnih kontinenata – Laurazije i Gondvane i širenje njihovih dijelova u stranu. tihi ocean i do geosinklinalnog pojasa Tethys". Podsjetimo da je Laurazija pokrivala Sjeverna Amerika, Grenland, Europa i cijela sjeverna polovica Azije, Gondwana - južni kontinenti i Indija. Ocean Tethys protezao se od Sredozemnog mora preko Alpa, Kavkaza i Himalaje do Indonezije.

Isti je autor dalje napisao: „Jedinstvo Gondvane sada je praćeno od prekambrija do sredine krede, a njezina rascjepkanost sada izgleda kao dug proces koji je započeo u paleozoiku i dosegao posebno velike razmjere od sredine Kreda. Od tog vremena prošlo je osamdeset milijuna godina. Posljedično, udaljenost između Afrike i Južna Amerika povećavao stopom od 6 cm godišnje. Ista je brzina dobivena iz paleomagnetskih podataka za kretanje Hindustana s južne hemisfere na sjevernu. „Nakon što je rekonstruirao položaj kontinenata u prošlosti koristeći paleomagnetske podatke, PN Kropotkin je došao do zaključka da je" - u to vrijeme kontinenti su stvarno bili zbijeni u takav blok, koji je nalikovao obrisima Wegenerove primarne kontinentalne platforme."

Dakle, zbroj podataka dobivenih različitim metodama pokazuje da su današnji položaj kontinenata i njihovi obrisi nastali u dalekoj prošlosti kao rezultat niza rasjeda i značajnog pomicanja kontinentalnih blokova.

Pitanje trenutačnog kretanja kontinenata odlučuje se na temelju rezultata longitudinalnih studija provedenih s dovoljno točnošću. Što u ovom slučaju znači dovoljnu točnost vidi se iz činjenice da npr. na geografskoj širini Washingtona promjena zemljopisne dužine od jedne desettisućinke sekunde odgovara pomaku od 0,3 cm. Budući da je procijenjena brzina kretanja iznosi oko 1 m godišnje, a suvremene vremenske usluge već Ako je moguće odrediti vremenske točke, pohraniti i prenijeti točno vrijeme s točnošću od tisućinki i deset tisućinki sekunde, tada je za dobivanje uvjerljivih rezultata dovoljno provoditi odgovarajuća mjerenja u razmacima od nekoliko godina ili nekoliko desetaka godina.

U tu svrhu 1926. godine stvorena je mreža od 32 promatračke točke i provedena su astronomska longitudinalna istraživanja. Godine 1933. provedena su ponovljena astronomska longitudinalna istraživanja, a u rad je već uključen 71 zvjezdarnica. Ova mjerenja, provedena na dobroj suvremenoj razini, iako u ne tako dugom vremenskom intervalu (7 godina), pokazala su, posebice, da se Amerika ne udaljava od Europe za 1 metar godišnje, kako je mislio Wegener, već se približava otprilike brzinom od 60 cm godišnje.

Tako je uz pomoć vrlo točnih longitudinalnih mjerenja potvrđena prisutnost suvremenog kretanja velikih kontinentalnih blokova. Štoviše, bilo je moguće doznati da pojedini dijelovi ovih kontinentalnih blokova imaju nešto drugačije kretanje.

Određivanje točnog vremena, njegovo pohranjivanje i prijenos putem radija cijelom stanovništvu zadaća je službe točnog vremena koja postoji u mnogim zemljama.

Radio signale vremena primaju navigatori pomorske i zračne flote, mnoge znanstvene i industrijske organizacije koje trebaju znati točno vrijeme. Poznavanje točnog vremena potrebno je posebno za određivanje zemljopisnog područja

njihove zemljopisne dužine u različitim točkama na zemljinoj površini.

Račun vremena. Definicija geografska dužina. Kalendar

Iz kolegija fizičke geografije SSSR-a poznajete pojmove lokalnog, zonskog i porodiljnog vremena, a također i da je razlika u zemljopisnim dužinama dviju točaka određena razlikom u lokalnom vremenu ovih točaka. Taj se problem rješava astronomskim metodama primjenom promatranja zvijezda. Na temelju određivanja točnih koordinata pojedinih točaka kartira se zemljina površina.

Od davnina su ljudi koristili trajanje bilo lunarnog mjeseca ili solarne godine za izračunavanje dugih vremenskih razdoblja, t.j. trajanje Sunčeve revolucije duž ekliptike. Godina određuje učestalost sezonskih promjena. Solarna godina traje 365 solarnih dana 5 sati 48 minuta 46 sekundi. Praktički je neusporediv s danima i duljinom lunarnog mjeseca - razdobljem promjene mjesečevih faza (oko 29,5 dana). To otežava izradu jednostavnog i praktičnog kalendara. Tijekom stoljeća ljudske povijesti, mnogi razni sustavi kalendari. Ali svi se mogu podijeliti u tri vrste: solarni, lunarni i lunisolarni. Južni pastoralni narodi obično su koristili lunarne mjesece. Godina koja se sastojala od 12 lunarnih mjeseci sadržavala je 355 solarnih dana. Za usklađivanje računanja vremena prema Mjesecu i prema Suncu bilo je potrebno uspostaviti 12 ili 13 mjeseci u godini i ubaciti dodatne dane u godinu. Jednostavniji i prikladniji bio je solarni kalendar, koji se koristio unatrag Drevni Egipt. Trenutno je u većini zemalja svijeta također usvojen solarni kalendar, ali napredniji uređaj, nazvan gregorijanski, o kojem se govori u nastavku. AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA

Prilikom sastavljanja kalendara mora se voditi računa da trajanje kalendarske godine bude što bliže trajanju Sunčeve revolucije po ekliptici i da kalendarska godina sadrži cijeli broj sunčevih dana, tj. budući da je nezgodno započeti godinu u različito doba dana.

Te uvjete je zadovoljio kalendar koji je razvio aleksandrijski astronom Sosigenes i uveo 46. pr. u Rimu Julija Cezara. Nakon toga, kao što znate, iz tečaja fizičke geografije, nazvan je Julijanski ili stari stil. U ovom kalendaru godine se broje tri puta zaredom po 365 dana i nazivaju se jednostavnim, a godina koja slijedi je 366 dana. To se zove prijestupna godina. Prijestupne godine u julijanskom kalendaru su one godine čiji su brojevi djeljivi s 4.

Prosječna duljina godine prema ovom kalendaru je 365 dana 6 sati, t.j. to je oko 11 minuta dulje od pravog. Zbog toga je stari stil zaostajao za stvarnim protokom vremena za oko 3 dana na svakih 400 godina.

U gregorijanskom kalendaru (novi stil), uvedenom u SSSR-u 1918. i još ranije usvojenom u većini zemalja, godine koje završavaju na dvije nule, s izuzetkom 1600., 2000., 2400. itd. (tj. one čiji je broj stotina djeljiv sa 4 bez ostatka) ne smatraju se prijestupnim godinama. Time se ispravlja greška od 3 dana, akumulirajući se tijekom 400 godina. Dakle, prosječna duljina godine u novom stilu vrlo je bliska razdoblju okretanja Zemlje oko Sunca.

Do 20. stoljeća razlika između novog stila i starog (julijanskog) dosegla je 13 dana. Budući da je novi stil kod nas uveden tek 1918. godine, tada listopadska revolucija, počinjen 1917. 25. listopada (po starom), slavi se 7. studenoga (po novom).

Razlika između starog i novog stila od 13 dana nastavit će se iu 21. stoljeću, te u 22. stoljeću. će se povećati na 14 dana.

Novi stil, naravno, nije potpuno točan, ali će se pogreška od 1 dana nakupiti u njemu tek nakon 3300 godina.