Шкалы времени (ОП СРНС, лекция) — различия между версиями

Версия 12:06, 4 октября 2013

Шкала времени как временная система координат

На прошлом занятии рассматривались пространственные системы координат. На времени тоже можно ввести систему координат, но уже, соответственно, временную. Отсюда шкала времени - система, сопоставляющая каждому моменту времени число (строго говоря, следуя за Эйнштейном, лишь в данной пространственной системе координат).

Событие, эпоха, интервал

Одни из основных понятий, используемых при работе со шкалами времени - это событие, эпоха и интервал.

Событие — факт изменения состояния мира. Нечто различается до и после события. Наличие событий и формирует время - последовательность событий.

Эпоха - аналог пространственных координат, определяет момент события в рассматриваемой шкале.

Интервал - расстояние между двумя эпохами; время, протекшее между двумя эпохами, измеренное в единицах соответствующей шкалы времени.

Абсолютное время и реальные часы

Существует множество различных пространственных систем координат, аналогично - существует множество шкал времени, отличающихся началом отсчета, единицами измерений, непрерывностью и т.д.

Начиная с Ньютона, часто используется абстракция некоторого абсолютного времени - той или иной шкалы времени, эпохи которой используются как параметр в тех или иных физических законах - кинематики, электродинамики, квантовой механики и т.д.

Часы, идеально реализующие абсолютную шкалу времени, никто ещё не изобрел, но потребность в ней огромна, т.к. именно ею оперируют математические модели наших законов. Различные шкалы времени, с одной стороны, пытаются приблизиться к ней в той или иной степени, а с другой - быть удобными для использования с определенным кругом моделей. Так, для повседневной жизни удобно пользоваться настенным календарем, определяемым сменой дня и ночи, а для проведения научных экспериментов на адронном коллайдере - атомным стандартом.

Астрономическое время

Системы астрономического времени появились исторически первыми и основаны на суточном вращении Земли.

График уравнения времени (разница истинного и среднего солнечного времени) и его составляющие

Истинное местное солнечное время определяется реальным углом видимости Солнца из центра Земли в проекции на линии меридиан. Полдень определяется по прохождению Солнца в наивысшей точке. Истинное местное солнечное время - это то время, которое показывают солнечные часы. Возвращаясь к абстракции событий, в данной шкале времени событие 'Солнце в зените' определяет середину дня, а факт нахождения Солнца под определенным углом - соответствующий час, минуту и секунду.

Движение Солнца по небосводу определяется набором вращений (Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца). Истинное местное солнечное время течет относительно абсолютного неравномерно - длительность суток варьируется на несколько десяток минут в зависимости от времени года. Связано это с:

• эллиптичностью земной орбиты (Земля движется быстрее в области перигелия и медленнее в области афелия)
• наклоном земной оси относительно плоскости эклиптики (в различное время года между ними различный угол, взаимные скорости вращения компенсируются различно).

Среднее местное солнечное время (LST, local mean solar time) — условное равномерно текущее время, совпадающее с солнечным в среднем.

Разница между средним и истинным солнечным временем называется уравнением времени.

Гринвичское среднее время (GMT) — это среднее солнечное время на начальном меридиане.

Изначально расчетом GMT занималась непосредственно обсерватория в Гринвиче, затем эту функцию расширили на ряд других обсерваторий. Но всё равно точный расчёт среднего солнечного времени непосредственно по наблюдениям за Солнцем - трудновыполнимая задача. Поэтому появился ряд шкал времени, называемых всемирным временем (UT) и аппроксимирующих GMT.

Всемирное время вычисляется по наблюдениям внегалактических источников радиоизлучения, и затем пересчитывается в несколько форм, основные из которых:

• UT0 - наблюдаемое время гринвичского меридиана для мгновенного положения земных полюсов,
• UT1 - UT0, скорректированное с учётом движения полюсов Земли,
• UTC - аппроксимация UT1 на основе атомной шкалы времени.

Местное среднее солнечное время зависит от долготы места, что неудобно в повседневном использовании. Выход из ситуации - использование поясного времени. Земной шар размечен на 24 часовых пояса, в пределах которых время считается одним и тем же, а с переходом в соседний часовой пояс меняется ровно на 1 час.

Декретное время — поясное время плюс один час. В 1930 году по декрету правительства на всей территории СССР время было переведено на 1 час вперед, таким образом, Москва, формально находясь во втором часовом поясе имело время, отличающееся от Гринвича на +3 часа. В течение многих лет это время являлось основным гражданским временем в СССР и России. Применялось с 16 июня 1930 года до 31 марта 1991 года в СССР, с 19 января 1992 года до 27 марта 2011 года в РФ, в настоящее время применяется в ряде стран СНГ.

Так исторически сложилось, что московское декретное время используется при расчете положения спутников на орбите по альманаху системы ГЛОНАСС, в котором время прохождения спутником восходящего узла задано именно в этой шкале.

Летнее время — сезонный перевод стрелок +1 час в последнее воскресенье марта и возврат в последнее воскресенье октября (с лета 2011 года установлено постоянным в России).

Атомное время

Международное атомное время TAI было введено в июле 1955 г. в качестве основного временного стандарта.

С 1967 года международная система единиц СИ определяет одну секунду как 9 192 631 770 периодов электромагнитного излучения, возникающего при переходе между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Это число было выбрано для того, чтобы приблизить величину фундаментальной единицы времени в Международной системе научных единиц СИ к средней секунде астрономических систем времени.

Время TAI вычисляется из группы атомных часов более чем 50 лабораторий научных центров разных стран. Это делает Международное бюро мер и весов (BIH), базирующееся в Севре, вблизи Парижа, для чего использует различные методы сравнения часов. Шкала времени TAI была совмещена со шкалой UT1 1 января 1958 г.

Долговременная нестабильность атомных часов (где  — отклонение частоты  часов за некоторый период времени) обычно лежит в пределах 10⁻¹⁴—10⁻¹⁵, а в специальных конструкциях достигает 10^−17[1], и является наилучшей среди всех существующих типов часов.

Системы динамического времени

Системная шкала времени, бортовая шкала времени

GPS Time

Шкала времени ГЛОНАСС

Шкала времени приемника

Опорный генератор, его характеристики и накладываемые им ограничения

НАП, как источник точного времени

Точность, обеспечиваемая современными приемниками

Сервер точного времени

Ссылки

1. ↑ Поставлен новый рекорд точности атомных часов (5 февраля 2010). Архивировано из первоисточника 9 февраля 2012. Проверено 4 марта 2011.