Измерение времени.

Измерение времени. Проблемой измерения
В., независимо от способа и системы его отсчёта, занимаются различные разделы
науки и техники. Технич. средства -счётчики В. (часы и др. приборы) для
счёта В. и воссоздания его единиц и их долей разрабатываются в хронометрии.
Астрономия даёт возможность с помощью спец. наблюдений небесных светил
контролировать работу счётчиков В. и определять поправки к шкалам В.

Уже в глубокой древности в основу измерения
больших и малых промежутков В. легли астрономич. явления, обусловленные
движением небесных светил, прежде всего Земли и Луны. В качестве единицы
для измерения больших интервалов В. стал применяться год, определяемый
периодом обращения Земли вокруг Солнца; с этой единицей В. связан цикл
изменений в природе. Более мелкой единицей В. стал служить цикл смены лунных
фаз (синодический месяц), к-рый, несколько изменившись, превратился
в существующий поныне месяц. Сутки связаны с циклом смены светлого
и тёмного времени и обусловлены вращением Земли. Для отсчёта ещё более
мелких интервалов В. 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. С развитием хоз.
деятельности человека к проблеме измерения В. стали предъявлять более высокие
требования. Совершенствовались приборы для измерения В.- часы, что
позволяло вводить всё более точные системы счёта В., применительно к практич.
и науч. требованиям. В совр. часах система счёта В. задаётся тем или иным
искусств, периодич. процессом: качанием балансира (мор. хронометры, часы
в быту и др.), маятника (астрономич. часы и др.), колебанием кварцевой
пластинки (кварцевые часы). В наиболее точных кварцевых часах стабильность
колебаний кварца контролируется квантовыми генераторами, действие к-рых
основано на периодич. процессах, происходящих в атомах и молекулах (атомные
часы).

Вращение Земли вокруг оси относительно
звёзд определяет звёздное В. Поскольку звёзды имеют собств. движения, недостаточно
хорошо изученные, звёздное В. измеряют относительно весеннего равноденствия
точки, движение к-рой среди звёзд хорошо известно. Момент её верхней
кульминации (см. Кульминация небесного светила) принимается за начало
звёздных суток. Звёздные сутки подразделяют на звёздные часы, минуты и
секунды. Звёздное В. определяется непосредственно из астрономич. наблюдений
и служит для согласования показаний часов-хранителей В. с астрономич. системой
счёта В. Знание звёздного В. необходимо при различных астрономич. наблюдениях,
а также в геодезич. измерениях, навигации и др. работах, связанных с наблюдениями
небесных светил. В практич. жизни оно неудобно, т. к. не согласуется со
сменой дня и ночи. Поэтому на практике употребляется солнечное В.

Истинное солнечное В. определяется видимым
суточным движением Солнца, моменты верхней и нижней кульминации к-рого
наз. соответственно истинным полднем и истинной полночью. Промежуток В.
между двумя последовательными одноимёнными кульминациями центра Солнца
наз. истинными солнечными сутками. Однако вследствие неравномерности движения
Земли по орбите, а следовательно и видимого годичного движения Солнца по
эклиптике, а также неперпендикулярности оси Земли к плоскости её орбиты,
истинные солнечные сутки непостоянны по своей продолжительности, т. е.
система счёта истинного солнечного В. неравномерна. Равномерная в течение
года система солнечного В.- среднее солнечное В.- основана на суточном
движении т. н. среднего Солнца - фиктивной точки, равномерно движущейся
по экватору с такой скоростью, что в своём годичном движении она всегда
одновременно с истинным Солнцем проходит через точку весеннего равноденствия.
Моменты верхней и нижней кульминаций среднего Солнца наз. соответственно
средним полднем и средней полночью. Промежуток В. между двумя последовательными
одноимёнными кульминациями среднего Солнца наз. средними солнечными сутками,
за начало к-рых принимается его нижняя кульминация. Ср. солнечные сутки
подразделяются на ср. солнечные часы, минуты, секунды. Разность между средним
и истинным солнечным В. наз. уравнением времени, к-рое в течение года изменяется
в пределах от - 14 мин 22 сек до + 16 мин 24 сек
(см.
Уравнение
времени). Ср. солнечное В. контролируется с помощью звёздного В. на
основе следующего соотношения, установленного многочисл. наблюдениями:
365,2422 ср. солнечных сут - 366,2422 звёздных сут,
откуда
следует: 24 ч звёздного времени = 23 ч 56 мин 4,091
сек
ср.
солнечного времени; 24 ч ср. солнечного времени = 24 ч
3
мин 56,555 сек звёздного времени.

Для хранения времени, полученного из астрономич.
наблюдений, применяются часы, идущие по ср. солнечному и по звёздному времени.

На разных меридианах Земли моменты кульминации
как точки весеннего равноденствия, так и истинного и среднего Солнца происходят
не в один и тот же физич. момент. Поэтому и В. на различных меридианах
различно: изменению долготы на 15° к востоку соответствует увеличение звёздного,
а также истинного и ср. солнечного В. на 1 ч. Время, определённое
для заданной долготы, наз. местным В. (иногда местным В. неправильно наз.
поясное В., употребляемое в том или ином пункте Земли). Местное ср. солнечное
В. нулевого, гринвичского, меридиана, считаемое от полуночи, наз. всемирным
или мировым В. Всемирным В., единым для всей Земли, широко пользуются в
астрономии.

Местное В., различное в пунктах с разной
геогр. долготой, создаёт неудобство в его практич. применении при междугородних
и международных сообщениях. Для устранения этих неудобств в кон. 19 в.
во мн. странах мира была принята система поясного времени, для чего
вся поверхность Земли разбита на 24 часовых пояса, простирающихся вдоль
меридианов с долготой, кратной 15°. В СССР поясное В. введено с 1 июля
1919. Для рационального использования светлой части суток в нек-рых странах
часы переводятся в летнее время на 1 ч вперёд по отношению к поясному В.
В СССР часы переведены на 1 ч вперёд в 1930 (т. н. д е к р е т н о е В.).
Декретное В. 2-го часового пояса в СССР наз. московским В. Московское В.
опережает всемирное В. на 3 ч.

Точные исследования показали, что система
астрономич. счёта В., основанная на наблюдениях кульминаций небесных светил,
не является равномерной (всемирное В. в этой системе обозначается UТО),
что
обусловлено, во-первых, движением полюсов Земли, изменяющим долготу места
наблюдения, и, во-вторых, неравномерностью вращения Земли, к-рая была обнаружена
в результате применения высокостабильных кварцевых и атомных часов. Введение
в UTO поправок, учитывающих движение полюсов,приводит к всемирному В. UT1,
а
дополнит, введение поправок, учитывающих ср. сезонные изменения периода
вращения Земли,- к всемирному В. UT2. Однако равномерность систем
счёта В., основанных на периоде вращения Земли, даже после внесения в них
указанных поправок, не может уже удовлетворять нек-рые разделы совр. науки
и техники.

Равномерная система счёта В.- эфемеридное
В.- вводится как независимый аргумент законов небесной механики и контролируется
наблюдениями обращения Луны вокруг Земли. На основе эфемеридного В. составляются
ежегодники
астрономические. Эта система определяется по разности его со ср. солнечным
В. из эмпирич. соотношения: дельта tсек= +24,349 + 72,318Т + 29,950Т²+
+ 1,821В, где Т считается в юлианских столетиях по 36 525 ср. солнечных
суток от момента 1900, января 0, в 12 ч всемирного В., а В представляет
собой отклонение вычисленной по теории Брауна долготы Луны от наблюдаемой
в данный момент. Величина ср. солнечных суток вследствие неравномерности
вращения Земли увеличивается за сто лет на 1,640 мсек и испытывает
флуктуации вследствие наличия слагаемого, зависящего от В (за последние
120 лет они достигали -4,8 мсек в 1870 и+1,9 мсек в 1911).
Поэтому определение секунды в физич. системах единиц стали основывать не
на периоде вращения Земли, а на периоде обращения её вокруг Солнца, называемом
тропическим годоми равном промежутку В. между двумя последоват. прохождениями
Солнца через точку весеннего равноденствия. Его продолжительность медленно
изменяется со временем и составляет 365,24219879-0,00000614 (Т - 1900)
ср. солнечных сут. Генеральная конференция мер и весов (Париж, 1954)
дала след, определение секунды В. в системе СГС: "Секунда есть 1 : 31 556
925, 9747 доля тропического года для момента 1900, января 0, в 12 ч эфемеридного
времени". Эфемеридное В., определяемое этой секундой для счёта больших
интервалов В., выражается в юлианских столетиях по 36 525 эфемеридных суток
от момента 1900, января 0, в 12 ч эфемеридного В.

Развитие электроники позволило в 60-х гг.
20 в. получить принципиально новую, независимую от астрономич. наблюдений
систему счёта В., основанную на применении высокоточных кварцевых часов,
контролируемых квантовыми генераторами (атомными часами). Эта система счёта
В. получила назв. атомного В. и обозначается ТА1. В качестве эталонной
единицы используется атомная секунда, величина к-рой определяется посредством
резонансной частоты одного из энергетич. переходов в атоме цезия 133 (см.
Квантовые
стандарты частоты).

Радиосигналы точного В. подаются службами
времени с помощью атомных часов в особой системе счёта атомного времени
ТА,
согласуемой
с астрономич. системами счёта В.: продолжительность секунды времени ТА
ежегодно определяется из астрономич. наблюдений. Т. о., система времени
ТА осуществляет связь между всемирным В., получаемым из астрономич.
наблюдений, и атомным временем ТА1.

Все системы счёта В. регулярно сравниваются
друг с другом, так что для любого момента может быть осуществлён переход
из одной системы в другую. Результаты сравнений публикуются в " Бюллетенях"
междунар. службы времени в Париже, а в СССР также в бюллетене "Эталонное
время", издаваемом Всесоюзным н.-и. ин-том физико-технич. и радиоизмерений
(см. Служба времени).

Лит.: Куликов К. А., Курс сферической
астрономии, 2 изд., М.. 1969.

К. Л. Куликов, В . В . Подобед.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я