A pontos időcsillagászat tárolása és továbbítása. A csillagászat alapfogalmai. Merre tartanak a kontinensek?
Pontos időpont
A csillagászatban rövid időintervallumok mérésére az alapegység a napelemes nap átlagos időtartama, azaz. a Nap középpontjának két felső (vagy alsó) csúcspontja közötti átlagos időintervallum. Az átlagértéket kell használni, mert a szoláris nap időtartama az év során kismértékben változik. Ez annak köszönhető, hogy a Föld nem körben, hanem ellipszisben kering a Nap körül, és mozgásának sebessége kissé változik. Ez apró szabálytalanságokat okoz a Nap látszólagos mozgásában az ekliptika mentén az év során.
A Nap középpontjának felső csúcspontjának pillanatát, mint már mondtuk, igazi délnek nevezzük. De az óra ellenőrzéséhez, a pontos idő meghatározásához nem kell rájuk jelölni a Nap csúcspontjának pontos pillanatát. Kényelmesebb és pontosabb megjelölni a csillagok csúcspontjának pillanatait, mivel bármely csillag és a Nap csúcspontjának pillanatai közötti különbség minden időre pontosan ismert. Ezért a pontos idő speciális optikai műszerek segítségével történő meghatározásához feljegyzik a csillagok csúcspontjainak pillanatait, és ellenőrzik az időt „tároló” óra helyességét. Az így meghatározott idő akkor lenne teljesen pontos, ha az égbolt megfigyelt forgása szigorúan állandó szögsebességgel menne végbe. Kiderült azonban, hogy a Föld tengelye körüli forgási sebessége, és ebből következően az égi szféra látszólagos forgása is nagyon kis mértékben változik az idő múlásával. Ezért a pontos idő "tárolására" ma már speciális atomórákat használnak, amelyek menetét az atomokban állandó frekvencián előforduló oszcillációs folyamatok szabályozzák. Az egyes obszervatóriumok óráit atomi időjelekkel ellenőrzik. Az atomórák és a csillagok látszólagos mozgása által meghatározott idő összehasonlítása lehetővé teszi a Föld forgási szabálytalanságainak tanulmányozását.
A pontos idő meghatározása, tárolása és rádiós továbbítása a teljes lakossághoz a sok országban létező pontos időszolgálat feladata.
A rádiós időjeleket a haditengerészet és a légiflotta navigátorai veszik, számos tudományos és termelő szervezetek akiknek tudniuk kell a pontos időt. A pontos idő ismerete különösen a földfelszín különböző pontjainak földrajzi hosszúságának meghatározásához szükséges.
Időbeszámoló. A földrajzi hosszúság meghatározása. Naptár
A Szovjetunió fizikai földrajzának menetéből ismeri a helyi, a zónaidő és a szülési idő fogalmát, és azt is, hogy két pont földrajzi hosszúságának különbségét ezen pontok helyi időbeli különbsége határozza meg. Ezt a problémát csillagászati módszerekkel, csillagmegfigyelések segítségével oldják meg. Az egyes pontok pontos koordinátáinak meghatározása alapján feltérképezzük a földfelszínt.
Az ókor óta az emberek a holdhónap vagy a napév időtartamát használták hosszú időszakok kiszámítására, pl. a nap keringésének időtartama az ekliptika mentén. Az év határozza meg a szezonális változások gyakoriságát. Egy napév 365 szoláris nap 5 óra 48 perc 46 másodpercig tart. Gyakorlatilag összemérhetetlen a napokkal és a holdhónap hosszával - a holdfázisok változásának időszakával (kb. 29,5 nap). Ez megnehezíti az egyszerű és kényelmes naptár létrehozását. Az emberi történelem évszázadai során sok különféle rendszerek naptárak. De mindegyik három típusra osztható: nap-, hold- és holdszoláris. A déli pásztornépek általában a holdhónapokat használták. Egy 12 holdhónapból álló év 355 szoláris napot tartalmazott. A Hold és a Nap szerinti időszámítás összehangolásához egy évben 12 vagy 13 hónapot kellett beállítani, és az évbe további napokat kellett beilleszteni. Egyszerűbb és kényelmesebb volt a napelemes naptár, amelyet még régebben használtak Az ókori Egyiptom. Jelenleg a világ legtöbb országában naptárat is alkalmaznak, de egy fejlettebb eszközt, az úgynevezett Gergelyt, amelyről az alábbiakban lesz szó.
A naptár összeállításakor figyelembe kell venni, hogy a naptári év időtartama a lehető legközelebb legyen a Nap ekliptika menti keringésének időtartamához, és a naptári év egész számú napnapot tartalmazzon, mivel kényelmetlen az évet különböző napszakokban kezdeni.
Ezeket a feltételeket teljesítette a Sosigenes alexandriai csillagász által kidolgozott és ie 46-ban bevezetett naptár. Rómában Julius Caesar. Később, mint tudják, a fizikai földrajzból Julianusnak vagy régi stílusnak nevezték. Ebben a naptárban az éveket háromszor egymás után 365 napra számolják, és egyszerűnek nevezik, az őket követő év 366 nap. Szökőévnek hívják. A Julianus-naptárban a szökőévek azok az évek, amelyek száma egyenletesen osztható 4-gyel.
Az év átlagos hossza e naptár szerint 365 nap 6 óra, i.e. körülbelül 11 perccel hosszabb, mint az igazi. Emiatt a régi stílus 400 évenként körülbelül 3 nappal elmaradt a tényleges időáramlástól.
A Szovjetunióban 1918-ban bevezetett és a legtöbb országban korábban elfogadott Gergely-naptárban (új stílusban) két nullával végződő évek, kivéve az 1600, 2000, 2400 stb. (vagyis azok, amelyek százai maradék nélkül oszthatók 4-gyel) nem számítanak szökőévnek. Ez kijavítja a 3 napos hibát, amely 400 év alatt halmozódik fel. Így az év átlagos időtartama az új stílusban nagyon közel áll a Föld Nap körüli forradalmának időszakához.
A 20. századra az új stílus és a régi (Julian) közötti különbség elérte a 13 napot. Mivel hazánkban csak 1918-ban vezették be az új stílust, az 1917-ben október 25-én lezajlott októberi forradalmat (a régi stílus szerint) november 7-én (új stílus szerint) ünneplik.
A 13 napos régi és új stílusok közötti különbség a 21. században is megmarad, és a 22. században is. 14 napra nő.
Az új stílus persze nem teljesen pontos, de 1 napos hiba csak 3300 év múlva halmozódik fel benne.
A pontos idő meghatározása, tárolása és rádiós továbbítása a teljes lakossághoz a sok országban létező pontos időszolgálat feladata.
A rádiós időjeleket a tengeri és légiflotta navigátorai veszik, számos tudományos és ipari szervezet, amelyeknek tudniuk kell a pontos időt. A pontos idő ismerete különösen a földrajzi hely meghatározásához szükséges
hosszúságuk a földfelszín különböző pontjain.
Időbeszámoló. A földrajzi hosszúság meghatározása. Naptár
A Szovjetunió fizikai földrajzának menetéből ismeri a helyi, a zónaidő és a szülési idő fogalmát, és azt is, hogy két pont földrajzi hosszúságának különbségét ezen pontok helyi időbeli különbsége határozza meg. Ezt a problémát csillagászati módszerekkel, csillagmegfigyelések segítségével oldják meg. Az egyes pontok pontos koordinátáinak meghatározása alapján feltérképezzük a földfelszínt.
Az ókor óta az emberek a holdhónap vagy a napév időtartamát használták hosszú időszakok kiszámítására, pl. a nap keringésének időtartama az ekliptika mentén. Az év határozza meg a szezonális változások gyakoriságát. Egy napév 365 szoláris nap 5 óra 48 perc 46 másodpercig tart. Gyakorlatilag összemérhetetlen a napokkal és a holdhónap hosszával - a holdfázisok változásának időszakával (kb. 29,5 nap). Ez megnehezíti az egyszerű és kényelmes naptár létrehozását. Az emberiség történelmének évszázadai során számos különböző naptárrendszert hoztak létre és használtak. De mindegyik három típusra osztható: nap-, hold- és holdszoláris. A déli pásztornépek általában a holdhónapokat használták. Egy 12 holdhónapból álló év 355 szoláris napot tartalmazott. A Hold és a Nap szerinti időszámítás összehangolásához egy évben 12 vagy 13 hónapot kellett megállapítani, és az évbe további napokat kellett beilleszteni. Az ókori Egyiptomban használt naptár egyszerűbb és kényelmesebb volt. Jelenleg a világ legtöbb országában naptárat is alkalmaznak, de egy fejlettebb eszközt, az úgynevezett Gergelyt, amelyről az alábbiakban lesz szó.
A naptár összeállításakor figyelembe kell venni, hogy a naptári év időtartama a lehető legközelebb legyen a Nap ekliptika menti keringésének időtartamához, és a naptári év egész számú napnapot tartalmazzon, mivel kényelmetlen az évet különböző napszakokban kezdeni.
Ezeket a feltételeket teljesítette a Sosigenes alexandriai csillagász által kidolgozott és ie 46-ban bevezetett naptár. Rómában Julius Caesar. Később, mint tudják, a fizikai földrajzból Julianusnak vagy régi stílusnak nevezték. Ebben a naptárban az éveket háromszor egymás után 365 napra számolják, és egyszerűnek nevezik, az őket követő év 366 nap. Szökőévnek hívják. A Julianus-naptárban a szökőévek azok az évek, amelyek száma egyenletesen osztható 4-gyel.
Az év átlagos hossza e naptár szerint 365 nap 6 óra, i.e. körülbelül 11 perccel hosszabb, mint az igazi. Emiatt a régi stílus 400 évenként körülbelül 3 nappal elmaradt a tényleges időáramlástól.
A Szovjetunióban 1918-ban bevezetett és a legtöbb országban korábban elfogadott Gergely-naptárban (új stílusban) két nullával végződő évek, kivéve az 1600, 2000, 2400 stb. (vagyis azok, amelyek százai maradék nélkül oszthatók 4-gyel) nem számítanak szökőévnek. Ez kijavítja a 3 napos hibát, amely 400 év alatt halmozódik fel. Így az év átlagos időtartama az új stílusban nagyon közel áll a Föld Nap körüli forradalmának időszakához.
A 20. századra az új stílus és a régi (Julian) közötti különbség elérte a 13 napot. Mivel hazánkban csak 1918-ban vezették be az új stílust, az 1917-ben október 25-én lezajlott októberi forradalmat (a régi stílus szerint) november 7-én (új stílus szerint) ünneplik.
A 13 napos régi és új stílusok közötti különbség a 21. században is megmarad, és a 22. században is. 14 napra nő.
Az új stílus persze nem teljesen pontos, de 1 napos hiba csak 3300 év múlva halmozódik fel benne.
Az időpontok megszerzése csak az időszolgáltatás első feladatát oldja meg. A következő feladat a pontos idő eltárolása a csillagászati definíciói közötti intervallumokban. Ezt a problémát csillagászati órák segítségével oldják meg.
A csillagászati órák gyártásánál a nagy pontosságú időleolvasás érdekében lehetőség szerint minden hibaforrást figyelembe vesznek és kiküszöbölnek, működésükhöz a legkedvezőbb feltételeket teremtik meg.
Az óra legfontosabb része az inga. A rugók és kerekek erőátviteli mechanizmusként, a nyilak mutatóként, az inga pedig az időt méri. Ezért a csillagászati órákban megpróbálják létrehozni a lehetséges Jobb körülmények működéséhez: a helyiség hőmérsékletének állandóvá tétele, az ütések kiküszöbölése, a légellenállás gyengítése és végül a mechanikai terhelés minél kisebbé tétele.
A nagy pontosság érdekében a csillagászati órát egy mély pincében, ütésektől védve helyezzük el, a helyiség hőmérsékletét egész évben állandó hőmérsékleten tartják. A légellenállás csökkentése és a légköri nyomás változásának hatásának kiküszöbölése érdekében az óra ingáját olyan burkolatba helyezzük, amelyben a légnyomás enyhén csökken (20. ábra).
A két ingával rendelkező csillagászati óra (Short óra) nagyon nagy pontossággal rendelkezik, amelyek közül az egyik - nem szabad, vagy "szolga" - átviteli és jelzőmechanizmusokhoz kapcsolódik, és egy másik vezérli - egy szabad inga, nem bármilyen kerékhez és rugóhoz csatlakoztatva (21. ábra).
A szabad inga egy mély pincében van elhelyezve, fémtokban. Ez az eset csökkentett nyomást hoz létre. A szabad inga és a nem szabad inga összekapcsolása két kis elektromágnesen keresztül történik, amelyek közelében ingadozik. A szabad inga vezérli a "rabszolga" ingát, aminek hatására az időben lendül magával.
Az óra leolvasásában nagyon kis hiba érhető el, de teljesen kiküszöbölni nem lehet. Ha viszont rosszul jár az óra, de előre tudható, hogy sietnek vagy napi egy bizonyos másodperccel le vannak maradva, akkor az ilyen hibás órákból nem nehéz kiszámolni a pontos időt. Ehhez elég tudni, hogy mi az óra menete, vagyis naponta hány másodperccel sietnek vagy hátrálnak. Korrekciós táblázatokat állítanak össze egy csillagászati óra adott példányához hónapok és évek során. A csillagászati órák mutatói szinte soha nem mutatják meg pontosan az időt, de korrekciós táblázatok segítségével nagyon is lehetséges ezredmásodperces pontosságú időbélyegek beszerzése.
Sajnos az óra nem áll állandóan. Amikor a külső körülmények - szobahőmérséklet és légnyomás - megváltoznak, az alkatrészek gyártása és az egyes alkatrészek működése során mindig előforduló pontatlanságok miatt, ugyanaz az óra változtathat az idő múlásával. Az óra menetének változása vagy változása a munka minőségének fő mutatója. Minél kisebb az órajel változása, annál jobb az óra.
Így egy jó csillagászati óra túlságosan elhamarkodott és túl lassú, akár napi tizedmásodperceket is előreszaladhat vagy késhet, mégis megbízhatóan tudja tartani az időt és kellően pontos leolvasást adni, ha csak a viselkedése állandó, azaz a napi ingadozás kicsi.
Short inga csillagászati órájában az ütem napi ingadozása 0,001-0,003 mp. Az ilyen nagy pontosság sokáig felülmúlhatatlan maradt Századunk ötvenes éveiben F. M. Fedcsenko mérnök javította az inga felfüggesztését és javította a hőkompenzációját. Ez lehetővé tette számára, hogy olyan órát tervezzen, amelynek napi ingadozása 0,0002-0,0003 másodpercre csökkent.
Az elmúlt években a csillagászati órák tervezésével nem a szerelők, hanem a villanyszerelők és rádiómérnökök foglalkoztak. Olyan órákat készítettek, amelyekben az inga lengései helyett egy kvarckristály rugalmas rezgéseit használták az idő számlálására.
A kvarckristályból megfelelően vágott lemez érdekes tulajdonságokkal rendelkezik. Ha egy ilyen, piezokvarcnak nevezett lemezt összenyomnak vagy meghajlítanak, akkor az ellentétes felületein elektromos töltések jelennek meg. eltérő jel. Ha a piezoelektromos lemez ellentétes felületeire váltakozó elektromos áramot vezetünk, akkor a piezokvarc oszcillál. Minél kisebb az oszcillációs eszköz csillapítása, annál állandóbb az oszcillációs frekvencia. A piezokvarc e tekintetben kiemelkedően jó tulajdonságokkal rendelkezik, mivel a lengéscsillapítása nagyon kicsi. Ezt széles körben használják a rádiótechnikában a rádióadók állandó frekvenciájának fenntartására. A piezokvarc ugyanazon tulajdonsága - az oszcillációs frekvencia nagy állandósága - lehetővé tette nagyon pontos csillagászati kvarcórák készítését.
A kvarcórák (22. ábra) piezoelektromos kvarccal stabilizált rádiótechnikai generátorból, frekvenciaosztásos kaszkádokból, szinkron villanymotorból és mutatónyilakkal ellátott számlapból állnak.
A rádiógenerátor nagyfrekvenciás váltóáramot állít elő, a piezokvarc pedig nagy pontossággal tartja fenn rezgéseinek állandó frekvenciáját. A frekvenciaosztási fokozatokban a váltakozó áram frekvenciája több százezerről több száz rezgésre csökken másodpercenként. Alacsony frekvenciájú váltóárammal működő szinkron villanymotor forgatja a mutatókat, zárja az időjeleket adó reléket stb.
A szinkron villanymotor forgási sebessége a táplált váltakozó áram frekvenciájától függ. Így egy kvarcórában a mutatómutatók forgási sebességét végső soron a piezokvarc rezgési frekvenciája határozza meg. A kvarclemez rezgési frekvenciájának nagy állandósága biztosítja a pálya egyenletességét és a kvarc csillagászati óra jelzéseinek nagy pontosságát.
Jelenleg különféle típusú és rendeltetésű kvarcórákat gyártanak, amelyek napi árfolyam-ingadozása nem haladja meg a századmásodperceket, sőt ezredrészeket is.
A kvarcórák első tervei meglehetősen terjedelmesek voltak. Végül is a kvarclemez rezgésének természetes frekvenciája viszonylag magas, és a másodpercek és percek számlálásához számos frekvenciaosztási kaszkád segítségével csökkenteni kell. Mindeközben az erre a célra használt csöves rádiókészülékek sok helyet foglalnak el. Az elmúlt évtizedekben gyorsan fejlődött a félvezető rádiótechnika, ennek alapján fejlesztették ki a mini- és mikrominiatűr rádióberendezéseket. Ez lehetővé tette kis méretű hordozható kvarcórák építését tengeri és légi navigációhoz, valamint különféle expedíciós munkákhoz. Ezek a hordozható kvarc kronométerek nem nagyobbak és nehezebbek, mint a hagyományos mechanikus kronométerek.
Ha azonban a második osztályú mechanikus tengeri kronométer napi sebességi hibája legfeljebb ±0,4 másodperc, az első osztályú pedig legfeljebb ±0,2 másodperc, akkor a modern kvarc hordozható kronométerek napi sebességének instabilitása ±0,1 ; ±0,01, sőt ±0,001 mp.
Például a Svájcban gyártott "Chronotom" méretei 245X137X100 mm, és napi instabilitása nem haladja meg a ±0,02 másodpercet. Az "Izotom" álló kvarckronométer hosszú távú relatív instabilitása legfeljebb 10 -8, azaz a napi ciklus hibája körülbelül ±0,001 másodperc.
A kvarcórák azonban nem nélkülözik a komoly hiányosságokat, amelyek megléte elengedhetetlen a nagy pontosságú csillagászati mérésekhez. A kvarc csillagászati órák fő hátrányai a kvarc rezgések frekvenciájának hőmérséklettől való függése környezetés a "kvarc öregedése", azaz a rezgési frekvenciájának időbeli változása. Az első hátrányt az óra azon részének gondos hőmérsékletszabályozásával küszöbölték ki, amelyben a kvarclemez található. A kvarc öregedését, ami az óra lassú sodrásához vezet, még nem sikerült kiküszöbölni.
"Molekuláris óra"
Létrehozható-e olyan időintervallum-mérési eszköz, amely nagyobb pontossággal rendelkezik, mint az inga- és kvarccsillagászati órák?
Az erre alkalmas módszereket keresve a tudósok olyan rendszerek felé fordultak, amelyekben molekuláris rezgések fordulnak elő. Ez a választás természetesen nem volt véletlen, és ő volt az, aki előre meghatározta a további sikert. A "molekuláris órák" kezdetben lehetővé tették az időmérés pontosságának ezres növelését, kölcsönvétellel pedig több százezerszeresét. A molekulától az időindikátorig vezető út azonban bonyolultnak és nagyon nehéznek bizonyult.
Miért nem lehetett javítani az inga- és kvarccsillagászati órák pontosságát? Miben bizonyultak a molekulák jobbnak az ingáknál és a kvarclemezeknél az idő mérésében? Mi a molekuláris óra működési elve és berendezése?
Emlékezzünk vissza, hogy minden óra áll egy blokkból, amelyben periodikus rezgések fordulnak elő, egy számláló mechanizmusból a számuk számlálására, és egy eszközből, amelyben a fenntartásához szükséges energia tárolódik. Az óra pontossága azonban főleg az adott elem munkájának stabilitásától függ amely az időt méri.
Az ingás csillagászati órák pontosságának növelése érdekében ingájuk minimális hőtágulási együtthatójú speciális ötvözetből készül, termosztátba helyezve, speciális módon felfüggesztve, edényben van elhelyezve, amelyből levegőt pumpálnak ki stb. Ismeretes, ezek az intézkedések lehetővé tették a csillagászati ingaórák mozgási ingadozásainak napi ezredmásodpercekre való csökkentését. A mozgó és dörzsölő alkatrészek fokozatos kopása, a szerkezeti anyagok lassú és visszafordíthatatlan változásai azonban általában - az ilyen órák "öregedése" nem tette lehetővé a pontosság további javítását.
A csillagászati kvarcórákban az időt kvarcstabilizált oszcillátorral mérik, ezen órák jelzéseinek pontosságát pedig a kvarclemez rezgési frekvenciájának állandósága határozza meg. Idővel visszafordíthatatlan változások következnek be a kvarclemezben és a hozzá kapcsolódó elektromos érintkezőkben. Így "megöregszik" a kvarcóráknak ez a mestereleme. Ebben az esetben a kvarclemez rezgési frekvenciája valamelyest megváltozik. Ez az oka az ilyen órák instabilitásának, és határt szab a pontosságuk további növelésének.
A molekuláris órákat úgy tervezték meg, hogy leolvasásukat végső soron a molekulák által elnyelt és kibocsátott elektromágneses rezgések frekvenciája határozza meg. Eközben az atomok és molekulák csak szakaszosan vesznek fel és bocsátanak ki energiát, csak bizonyos részekben, úgynevezett energiakvantumokban. Ezeket a folyamatokat jelenleg a következőképpen ábrázolják: ha egy atom normál (nem gerjesztett) állapotban van, akkor elektronjai az alacsonyabb energiaszinteket foglalják el, ugyanakkor a legközelebbi távolságra vannak az atommagtól. Ha az atomok elnyelik az energiát, például a fényt, akkor elektronjaik új pozícióba ugranak, és valamivel távolabb helyezkednek el az atommagjuktól.
Jelöljük az atom energiáját, amely az elektron legalacsonyabb helyzetének felel meg Ei-n keresztül, és az atommagtól távolabbi helyének megfelelő energiát E 2 -n keresztül. Amikor az elektromágneses rezgéseket (például fényt) sugárzó atomok E 2 energiájú gerjesztett állapotból E 1 energiájú gerjesztetlen állapotba kerülnek, akkor az elektromágneses energia kibocsátott része egyenlő ε = E 2 -E 1 . Könnyen belátható, hogy az adott összefüggés nem más, mint az energiamegmaradás törvényének egyik kifejeződése.
Közben ismert, hogy egy fénykvantum energiája arányos a frekvenciájával: ε = hv, ahol ε az elektromágneses rezgések energiája, v a frekvenciájuk, h = 6,62 * 10 -27 erg * sec Planck-állandó. Ebből a két összefüggésből nem nehéz megtalálni az atom által kibocsátott fény v frekvenciáját. Nyilvánvaló, hogy v \u003d (E 2 - E 1) / h sec -1
Minden adott típusú atomnak (például hidrogén-, oxigénatomnak stb.) megvan a maga energiaszintje. Ezért minden egyes gerjesztett atom az alacsonyabb állapotokba való átmenet során elektromágneses rezgéseket bocsát ki jól meghatározott frekvenciakészlettel, azaz csak rá jellemző izzást ad. Pontosan ugyanez a helyzet a molekulákkal, azzal az egyetlen különbséggel, hogy számos további energiaszinttel rendelkeznek, amelyek az alkotó részecskéik eltérő elrendezéséhez és kölcsönös mozgásukhoz kapcsolódnak.
Így az atomok és molekulák csak korlátozott frekvenciájú elektromágneses rezgések elnyelésére és kibocsátására képesek. Az atomrendszerek stabilitása rendkívül magas. Ez milliárdszor magasabb, mint bármely makroszkopikus eszköz stabilitása, amely érzékel vagy bocsát ki bizonyos típusú rezgéseket, például húrok, hangvillák, mikrofonok stb. Ez azzal magyarázható, hogy minden makroszkopikus eszközben, például gépekben , mérőműszerek stb., a stabilitásukat biztosító erők a legtöbb esetben csak tízszer vagy százszor nagyobbak a külső erőknél. Ezért az idő múlásával és a külső körülmények változásával az ilyen eszközök tulajdonságai valamelyest megváltoznak. Ezért kell a zenészeknek oly gyakran hangolni hegedűjüket és zongorájukat. Éppen ellenkezőleg, a mikrorendszerekben, például az atomokban és a molekulákban, olyan erős erők vannak az őket alkotó részecskék között, hogy a szokásos külső hatások sokkal kisebbek. Ezért a külső körülmények szokásos változásai - hőmérséklet, nyomás stb. - nem okoznak észrevehető változást ezeken a mikrorendszereken belül.
Ez magyarázza a spektrális analízis és sok más, atomi és molekuláris rezgések felhasználásán alapuló módszer és műszer nagy pontosságát. Ez teszi olyan vonzóvá ezeket a kvantumrendszereket csillagászati órák fő elemeként használni. Hiszen az ilyen mikrorendszerek nem változtatják meg tulajdonságaikat az idő múlásával, vagyis nem „öregednek”.
Amikor a mérnökök elkezdték a molekuláris órák tervezését, az atomi és molekuláris rezgések gerjesztésének módszerei már jól ismertek voltak. Ezek egyike, hogy nagyfrekvenciás elektromágneses oszcillációkat alkalmaznak az egyik vagy másik gázzal töltött edényre. Ha ezeknek a rezgéseknek a frekvenciája megfelel e részecskék gerjesztési energiájának, akkor az elektromágneses energia rezonáns abszorpciója következik be. Egy idő után (kevesebb, mint a másodperc milliomod része) a gerjesztett részecskék (atomok és molekulák) spontán módon átmennek a gerjesztett állapotból a normál állapotba, és ezzel egyidejűleg maguk is elektromágneses energiát bocsátanak ki.
Úgy tűnik, hogy egy ilyen óra megtervezésének következő lépése ezen rezgések számának megszámlálása, mivel az inga lengéseinek számát az ingaórában számítják ki. Egy ilyen közvetlen, "frontális" út azonban túl nehéznek bizonyult. A tény az, hogy a molekulák által kibocsátott elektromágneses rezgések frekvenciája nagyon magas. Például az ammónia molekulában az egyik fő átmenetnél ez 23 870 129 000 periódus másodpercenként. A különböző atomok által kibocsátott elektromágneses rezgések gyakorisága azonos nagyságrendű vagy még magasabb is. Egyetlen mechanikus eszköz sem alkalmas az ilyen nagyfrekvenciás rezgések számának megszámlálására. Ráadásul a hagyományos elektronikai eszközök is alkalmatlannak bizonyultak erre.
Ebből a nehézségből egy eredeti kerülőút segítségével sikerült kiutat találni. Ammóniagázt helyeztek egy hosszú fémcsőbe (hullámvezető). A könnyebb kezelhetőség érdekében ez a cső feltekercselt. A generátorból a cső egyik végébe nagyfrekvenciás elektromágneses rezgéseket tápláltak, a másik végébe pedig egy eszközt szereltek fel ezek intenzitásának mérésére. A generátor bizonyos határok között lehetővé tette az általa gerjesztett elektromágneses rezgések frekvenciájának megváltoztatását.
Az ammónia molekulák gerjesztetlen állapotból gerjesztett állapotba való átmenetéhez egy jól meghatározott energia és ennek megfelelően az elektromágneses rezgések jól meghatározott frekvenciája szükséges (ε = hv, ahol ε a kvantumenergia, v a elektromágneses rezgések, h Planck-állandó). Amíg a generátor által keltett elektromágneses rezgések frekvenciája nagyobb vagy kisebb, mint ez a rezonanciafrekvencia, addig az ammónia molekulák nem vesznek fel energiát. Amikor ezek a frekvenciák egybeesnek, jelentős számú ammónia molekula nyeli el az elektromágneses energiát, és gerjesztett állapotba kerül. Természetesen ebben az esetben (az energiamegmaradás törvénye miatt) a hullámvezető azon végén, ahol a mérőeszköz fel van szerelve, az elektromágneses rezgések intenzitása kisebb. Ha simán megváltoztatja a generátor frekvenciáját és rögzíti a mérőeszköz leolvasásait, akkor a rezonanciafrekvencián az elektromágneses rezgések intenzitása csökken.
A molekuláris óra tervezésének következő lépése pontosan ennek a hatásnak a kiaknázása. Ehhez egy speciális eszközt állítottak össze (23. ábra). Ebben egy tápegységgel ellátott nagyfrekvenciás generátor generál nagyfrekvenciás elektromágneses rezgéseket. Ezen rezgések frekvenciájának állandóságának növelése érdekében a generátort stabilizáljuk. piezoelektromos kristály segítségével. A meglévő ilyen típusú készülékekben a nagyfrekvenciás generátor rezgési frekvenciáját másodpercenként több százezer periódusra választják a bennük használt kvarclemezek természetes rezgési frekvenciájának megfelelően.
Rizs. 23. A "molekuláris óra" sémája
Mivel ez a frekvencia túl nagy ahhoz, hogy bármilyen mechanikus eszközt közvetlenül vezérelhessen, egy frekvenciaosztó egység segítségével másodpercenként több száz rezgésre csökkenti, és csak ezután kerül rátáplálásra a jelzőrelékre és a mutatónyilakat forgató szinkron villanymotorra. az óralapon található. Így a molekuláris óra ezen része megismétli a korábban leírt kvarcórák sémáját.
Az ammónia molekulák gerjesztése érdekében a nagyfrekvenciás generátor által keltett elektromágneses rezgések egy részét váltakozó áramú frekvenciaszorzóra vezetik (lásd 23. ábra). A benne lévő frekvenciaszorzótényezőt úgy választják meg, hogy a rezonánshoz hozzák. A frekvenciaszorzó kimenetéről az elektromágneses rezgések ammóniagázzal jutnak a hullámvezetőbe. A hullámvezető kimenetén lévő eszköz - a diszkriminátor - feljegyzi a hullámvezetőn áthaladó elektromágneses rezgések intenzitását, és a nagyfrekvenciás generátorra hat, megváltoztatva az általa gerjesztett rezgések frekvenciáját. A diszkriminátort úgy alakították ki, hogy amikor a hullámvezető bemenetére a rezonanciafrekvenciánál kisebb frekvenciájú rezgések érkeznek, beállítja a generátort, növelve rezgésének frekvenciáját. Ha azonban a hullámvezető bemenetére a rezonanciafrekvenciánál nagyobb frekvenciájú rezgések érkeznek, akkor az csökkenti a generátor frekvenciáját. Ebben az esetben a rezonanciára hangolás annál pontosabb, minél meredekebb az abszorpciós görbe. Ezért kívánatos, hogy az elektromágneses rezgések intenzitásának csökkenése az energiájuk molekulák általi rezonáns elnyelése miatt a lehető legkeskenyebb és legmélyebb legyen.
Mindezek az egymással összekapcsolt eszközök - generátor, szorzó, ammóniagáz hullámvezető és diszkriminátor - egy visszacsatoló áramkört alkotnak, amelyben az ammónia molekulákat a generátor gerjeszti, és egyúttal szabályozza azt, ezáltal a kívánt frekvenciájú rezgéseket generál. Így a molekuláris óra végső soron ammónia molekulákat használ frekvencia- és időstandardként. Az első molekuláris ammóniaórában, amelyet G. Lions 1953-ban ezen elv szerint fejlesztett ki, a sebesség instabilitása körülbelül 10 -7 volt, vagyis a frekvenciaváltozás nem haladta meg a tíz milliomod részét. Ezt követően az instabilitást 10 -8-ra csökkentették, ami az időintervallumok mérésének 1 másodperces hibájának felel meg több éven keresztül.
Általában ez természetesen kiváló pontosság. Kiderült azonban, hogy a megszerkesztett készülékben az elektromágneses energiaelnyelési görbe korántsem olyan élesnek bizonyult, mint az várható volt, hanem inkább "elkenődött". Ennek megfelelően a teljes készülék pontossága lényegesen alacsonyabbnak bizonyult a vártnál. Ezeknek a molekuláris óráknak a következő években végzett alapos tanulmányozása lehetővé tette, hogy kiderüljön, hogy leolvasásuk bizonyos mértékig függ a hullámvezető kialakításától, valamint a benne lévő gáz hőmérsékletétől és nyomásától. Azt találták, hogy ezek a hatások az ilyen órák instabilitásának forrásai, és korlátozzák a pontosságukat.
A jövőben a molekuláris óra ezen hibáit nem sikerült teljesen kiküszöbölni. Lehetett azonban más, fejlettebb típusú kvantumidőmérőkkel is előrukkolni.
Atom cézium óra
A frekvencia- és időszabványok további javulását sikerült elérni az ammónia molekuláris órák hiányosságainak okainak világos megértése alapján. Emlékezzünk vissza, hogy az ammónia molekuláris órák fő hátrányai a rezonancia abszorpciós görbe "elkenődése", valamint ezen órák megjelenítésének függése a hullámvezetőben lévő gáz hőmérsékletétől és nyomásától.
Mik az okai ezeknek a hibáknak? Kiküszöbölhetők? Kiderült, hogy a rezonancia terjedése a hullámvezetőt kitöltő gázrészecskék hőmozgása következtében következik be. Hiszen a gázrészecskék egy része az elektromágneses hullám felé mozdul el, ezért számukra az oszcillációs frekvencia valamivel magasabb, mint a generátor által adott. Más gázrészecskék éppen ellenkezőleg, elmozdulnak a bejövő elektromágneses hullám elől, mintha menekülnének előle; számukra az elektromágneses rezgések frekvenciája valamivel alacsonyabb a névlegesnél. Csak viszonylag kis számú mozdulatlan gázrészecskék esetében az általuk észlelt elektromágneses rezgések frekvenciája megegyezik a névleges értékkel, azaz. a generátor adja.
A leírt jelenség a jól ismert longitudinális Doppler-effektus. Ő vezet oda, hogy a rezonanciagörbe ellaposodik és elkenődik, és kiderül, hogy a hullámvezető kimeneténél az áramerősség függ a gázrészecskék sebességétől, pl. a gáz hőmérsékletén.
Az Amerikai Szabványügyi Hivatal tudósainak egy csoportja megbirkózott ezekkel a nehézségekkel. Amit azonban csináltak, az általánosságban egy új és sokkal pontosabb frekvencia- és időszabvány volt, bár néhány már ismert dolgot használtak.
Ez az eszköz már nem molekulákat, hanem atomokat használ. Ezek az atomok nem csak kitöltik az edényt, hanem egy sugárban mozognak. És úgy, hogy mozgásuk iránya merőleges legyen az elektromágneses hullám terjedési irányára. Könnyen megérthető, hogy ebben az esetben nincs longitudinális Doppler-effektus. A készülék céziumatomokat használ, amelyek gerjesztése másodpercenként 9 192 631 831 periódusnak megfelelő elektromágneses rezgések frekvenciájával történik.
A megfelelő eszköz egy csőbe van szerelve, melynek egyik végén egy elektromos kemence 1 található, amely a fém céziumot párolgásig melegíti, a másik végén pedig egy 6 detektor található, amely megszámolja a benne lévő cézium atomok számát. elérte (24. kép). Közöttük van: az első mágnes 2, a nagyfrekvenciás elektromágneses rezgéseket biztosító 3 hullámvezető, a 4 kollimátor és a második mágnes 5. állandó mágnesek által létrehozott mezők, valamint egy nagyfrekvenciás elektromágneses tér, amelyet egy hullámvezető táplál a generátort a csőhöz úgy, hogy a hullámterjedés iránya merőleges legyen a részecskék repülési irányára.
Egy ilyen eszköz lehetővé teszi a probléma első részének megoldását: az atomok gerjesztését, azaz egyik állapotból a másikba való átvitelét, és ezzel egyidejűleg a longitudinális Doppler-effektus elkerülését. Ha a kutatók csak erre a fejlesztésre szorítkoztak volna, akkor a készülék pontossága növekedett volna, de nem sokkal. Valójában egy izzóforrásból kibocsátott atomsugárban mindig vannak gerjesztetlen és gerjesztett atomok. Így amikor a forrásból kirepült atomok átrepülnek az elektromágneses mezőn és gerjesztődnek, akkor a már meglévő gerjesztett atomokhoz hozzáadódik bizonyos számú gerjesztett atom. Ezért a gerjesztett atomok számának változása viszonylag nem túl nagy, és ennek következtében az elektromágneses hullámok hatásának a részecskenyalábra való hatása nem túl éles. Nyilvánvaló, hogy ha eleinte egyáltalán nem lennének gerjesztett atomok, majd megjelennének, akkor az összhatás sokkal kontrasztosabb lenne.
Tehát egy további feladat adódik: a forrástól az elektromágneses térig terjedő szakaszban hagyja ki a normál állapotban lévő atomokat, és távolítsa el a gerjesztetteket. A megoldásához nem kellett újat kitalálni, hiszen még századunk negyvenes éveiben Rabbi, majd Ramsey kidolgozta a spektroszkópiai vizsgálatok megfelelő módszereit. Ezek a módszerek azon alapulnak, hogy minden atom és molekula rendelkezik bizonyos elektromos és mágneses tulajdonságokkal, és ezek a tulajdonságok eltérőek a gerjesztett és nem gerjesztett részecskékre. Ezért elektromos és mágneses térben a gerjesztett és nem gerjesztett atomok és molekulák eltérően térnek el.
Az ismertetett atomcéziumórában a részecskenyalábnak a forrás és a nagyfrekvenciás elektromágneses tér közötti útjára a 2. állandó mágnest (lásd 24. ábra) úgy helyezték el, hogy a nem gerjesztett részecskék a kollimátor résre fókuszáltak. , és az izgatottakat eltávolították a sugárból. A második mágnes 5, amely a nagyfrekvenciás elektromágneses tér és a detektor között állt, éppen ellenkezőleg, úgy volt felszerelve, hogy a gerjesztetlen részecskéket eltávolították a nyalábból, és csak a gerjesztett részecskéket fókuszálták a detektorra. Egy ilyen kettős elválasztás oda vezet, hogy csak azok a részecskék jutnak el a detektorhoz, amelyek az elektromágneses térbe való belépés előtt gerjesztetlenek voltak, majd ebben a mezőben gerjesztett állapotba kerültek. Ebben az esetben a detektor leolvasásának az elektromágneses rezgések frekvenciájától való függése nagyon élesnek bizonyul, és ennek megfelelően az elektromágneses energia abszorpciójának rezonanciagörbéje nagyon keskeny és meredek.
Az ismertetett intézkedések eredményeként kiderült, hogy az atomcézium óra hajtóegysége a nagyfrekvenciás generátor igen csekély elhangolására is képes reagálni, és így igen nagy stabilizációs pontosságot értek el.
Az eszköz többi része általában megismétli a molekuláris óra elvi diagramját: egy nagyfrekvenciás generátor vezérli az elektromos órát, és egyidejűleg gerjeszti a részecskéket a frekvenciaszorzó áramkörökön keresztül. A céziumcsőhöz csatlakoztatott diszkriminátor és egy nagyfrekvenciás generátor reagál a cső működésére, és úgy állítja be a generátort, hogy az általa kiváltott rezgések frekvenciája egybeessen a részecskék gerjesztésének frekvenciájával.
Mindezt az eszközt összességében atomcéziumórának nevezik.
A céziumórák első modelljeiben (például az angliai National Physical Laboratory céziumórájában) az instabilitás csak 1-9 volt. Az ilyen típusú, az elmúlt években kifejlesztett és gyártott készülékekben az instabilitás 10 -12 -10 -13-ra csökkent.
Korábban már szó esett arról, hogy a legjobb mechanikus csillagászati órák is, alkatrészeik kopása miatt, idővel változtatják valamelyest az irányt. Még a kvarc csillagászati órák sem nélkülözik ezt a hátrányt, mivel a kvarc öregedése miatt a leolvasások lassan eltolódnak. A cézium atomórákban nem találtak frekvencia-eltolódást.
Ezeknek az óráknak a különböző példányainak összehasonlításakor megfigyelhető, hogy az oszcillációik gyakorisága ± 3 * 10 -12 tartományon belül esik egybe, ami 10 000 év alatt mindössze 1 másodperces hibának felel meg.
Ez az eszköz azonban nem mentes a hátrányoktól: az elektromágneses mező alakjának torzulása és a nyaláb atomjaira gyakorolt hatás viszonylag rövid időtartama korlátozza az időintervallumok pontosságának további növelését ilyen rendszerekkel.
Csillagászati óra kvantumgenerátorral
Az időintervallumok mérési pontosságának növelése felé újabb lépést tettek a segítségével molekulagenerátorok- használó készülékek elektromágneses hullámok sugárzása molekulák által.
Ez a felfedezés váratlan és természetes volt. Váratlanul – mert úgy tűnt, a régi módszerek lehetőségei kimerültek, míg más nem volt. Természetes - mert számos jól ismert hatás már szinte minden részét képezte az új módszernek, és csak ezeknek a részeknek a megfelelő kombinálása volt hátra. Az ismert dolgok új kombinációja azonban számos felfedezés lényege. Mindig nagy bátorság kell gondolkodni ahhoz, hogy kitaláljuk. Elég gyakran, miután ez megtörtént, minden nagyon egyszerűnek tűnik.
Azokat az eszközöket, amelyekben molekulákból származó sugárzást használnak fel frekvenciaszabvány előállítására, masereknek nevezzük; ez a szó a kifejezés kezdőbetűiből keletkezik: mikrohullámú erősítés stimulált sugárzáskibocsátással, azaz centiméteres hatótávolságú rádióhullámok erősítése indukált sugárzással. Jelenleg az ilyen típusú eszközöket leggyakrabban kvantumerősítőknek vagy kvantumgenerátoroknak nevezik.
Mi készítette elő a kvantumgenerátor felfedezését? Mi a működési elve és mi a készüléke?
A kutatók tudták, hogy amikor a gerjesztett molekulák, például az ammónia, alacsonyabb energiaszintre mennek, és elektromágneses sugárzást bocsátanak ki, ezen emissziós vonalak természetes szélessége rendkívül kicsi, legalább sokszor kisebb, mint a molekuláris órákban használt abszorpciós vonalszélesség. Eközben két rezgés frekvenciájának összehasonlításakor a rezonanciagörbe élessége a spektrumvonalak szélességétől, az elérhető stabilizációs pontosság pedig a rezonanciagörbe élességétől függ.
Nyilvánvaló, hogy a kutatókat rendkívül érdekelte az a lehetőség, hogy nagyobb pontosságot érjenek el az időintervallumok mérése során, nemcsak az abszorpció, hanem a molekulák elektromágneses hullámok kibocsátása segítségével is. Úgy tűnik, ehhez már minden megvan. Valójában a molekuláris óra hullámvezetőjében a gerjesztett ammónia molekulák spontán módon bocsátanak ki fényt, azaz alacsonyabb energiaszintekre jutnak át, és ezzel egyidejűleg 23 870 129 000 periódus/másodperc frekvenciájú elektromágneses sugárzást bocsátanak ki. Ennek a spektrális emissziós vonalnak a szélessége valóban nagyon kicsi. Ezen túlmenően, mivel a molekuláris óra hullámvezetője tele van a generátortól származó elektromágneses oszcillációkkal, és ezeknek a rezgéseknek a frekvenciája megegyezik az ammónia molekulák által kibocsátott energiakvantumok frekvenciájával, akkor a hullámvezetőben indukált gerjesztett ammónia molekulák sugárzása, amelynek valószínűsége sokkal nagyobb, mint a spontán. Így ez a folyamat növeli a sugárzási események összesített számát.
Ennek ellenére a molekuláris sugárzás megfigyelésére és felhasználására egy olyan rendszer, mint a molekuláris óra hullámvezető, teljesen alkalmatlannak bizonyult. Valójában egy ilyen hullámvezetőben sokkal több a gerjesztetlen ammóniarészecske, mint a gerjesztett, és még az indukált sugárzást is figyelembe véve az elektromágneses energia abszorpciója sokkal gyakrabban fordul elő, mint a kibocsátás. Ezenkívül nem világos, hogyan lehet elkülöníteni a molekulák által kibocsátott energiakvantumokat egy ilyen hullámvezetőben, ha ugyanazt a térfogatot töltik meg a generátor elektromágneses sugárzásával, és ez a sugárzás azonos frekvenciájú és sokkal nagyobb intenzitású.
Nem igaz, hogy minden folyamat annyira összekeveredett, hogy első pillantásra lehetetlennek tűnik kiemelni belőlük a megfelelőt? Azonban nem. Hiszen köztudott, hogy a gerjesztett molekulák elektromos és mágneses tulajdonságaikban különböznek a gerjesztetlenektől, és ez lehetővé teszi azok elkülönítését.
1954-1955-ben. ezt a problémát a Szovjetunióban N. G. Basov és A. M. Prohorov, az USA-ban pedig Gordon, Zeiger és Towns nagyszerűen megoldotta*. Ezek a szerzők kihasználták, hogy a gerjesztett és nem gerjesztett ammónia molekulák elektromos állapota némileg eltérő, és inhomogén elektromos mezőn átrepülve eltérően térnek el.
* (J. Singer, Mathers, IL, M., 1961; Basov N. G., Letokhov V. S. Optikai frekvencia szabványok, UFN, 96. köt. 4, 1968.)
Emlékezzünk vissza, hogy két elektromosan töltött párhuzamos lemez, például egy kondenzátor lemezei között egyenletes elektromos tér jön létre; töltött lemez és egy vagy két töltött pont között - inhomogén. Ha az elektromos mezőket erővonalak segítségével ábrázoljuk, akkor az egyenletes mezőket azonos sűrűségű vonalak, az inhomogén mezőket pedig egyenlőtlen sűrűségű vonalak ábrázolják, például kevésbé a sík közelében, és inkább a vonalak konvergenciájának közelében. Az egyik vagy olyan formájú inhomogén elektromos mező előállítására szolgáló módszerek régóta ismertek.
A molekulagenerátor egy molekulaforrás, egy elektromos szeparátor és egy rezonátor kombinációja, amely egy csőben van összeszerelve, amelyből levegőt pumpálnak ki. A mélyhűtéshez ezt a csövet helyezzük be egy folyékony nitrogén. Ezzel az egész készülék nagy stabilitása érhető el. A molekulagenerátor részecskéinek forrása egy keskeny nyílású, ammóniagázzal töltött palack. Ezen a lyukon keresztül egy keskeny részecskenyaláb bizonyos sebességgel lép be a csőbe (25a. ábra).
A nyaláb mindig tartalmaz gerjesztetlen és gerjesztett ammónia molekulákat. Általában azonban sokkal több az izgatott, mint az izgatott. A csőben, ezeknek a részecskéknek az útjában van egy négy rúdból álló elektromossággal töltött kondenzátor, az úgynevezett kvadrupól kondenzátor. Ebben az elektromos tér inhomogén, és olyan alakú (25. ábra, b), hogy rajta áthaladva a gerjesztetlen ammónia molekulák oldalra szóródnak, a gerjesztettek pedig a cső tengelye felé térnek el és így fókuszálódnak. Ezért a részecskéket egy ilyen kondenzátorban szétválasztják, és csak a gerjesztett ammónia molekulák jutnak el a cső másik végébe.
A cső másik végén egy bizonyos méretű és alakú edény található - az úgynevezett rezonátor. A gerjesztett ammónia molekulák rövid idő után spontán módon átjutnak a gerjesztett állapotból a gerjesztetlen állapotba, és egyúttal meghatározott frekvenciájú elektromágneses hullámokat bocsátanak ki. Erről a folyamatról azt mondják, hogy a molekulák kiemelve vannak. Így nemcsak molekuláris sugárzást lehet szerezni, hanem izolálni is.
Fontolgat további fejlődés ezeket az ötleteket. A rezonanciafrekvenciájú elektromágneses sugárzás a gerjesztetlen molekulákkal kölcsönhatásba lépve gerjesztett állapotba viszi őket. Ugyanaz a sugárzás, kölcsönhatásba lépve a gerjesztett molekulákkal, gerjesztetlen állapotba viszi őket, így stimulálja sugárzásukat. Attól függően, hogy melyik molekula több, nem gerjesztett vagy gerjesztett, az elektromágneses energia abszorpciós vagy indukált kibocsátási folyamata érvényesül.
Egy bizonyos térfogatban, például egy rezonátor létrehozásával a gerjesztett ammónia molekulák jelentős túlsúlya és a rezonanciafrekvenciás elektromágneses oszcillációk alkalmazása lehetővé teszi a mikrohullámú frekvencia felerősítését. Nyilvánvaló, hogy ez az amplifikáció a gerjesztett ammónia molekulák rezonátorba való folyamatos pumpálása miatt következik be.
A rezonátor szerepe nem korlátozódik arra, hogy egy olyan edény, amelyben gerjesztett molekulák emissziója történik. Mivel a rezonáns frekvenciájú elektromágneses sugárzás stimulálja a gerjesztett molekulák sugárzását, minél nagyobb ennek a sugárzásnak a sűrűsége, annál aktívabban megy végbe az indukált sugárzás folyamata.
A rezonátor méreteinek ezen elektromágneses rezgések hullámhosszának megfelelő megválasztásával lehetővé válik a benne lévő állóhullámok kialakulásának feltételei megteremtése (hasonlóan az orgonasípok méretének megválasztásához az állóhullámok előfordulásához). a megfelelő rugalmas hangrezgések bennük). A rezonátor falait megfelelő anyagból elkészítve biztosítható, hogy azok a legkisebb veszteséggel visszaverjék az elektromágneses rezgéseket. Mindkét intézkedés lehetővé teszi az elektromágneses energia nagy sűrűségének létrehozását a rezonátorban, és ezáltal az egész eszköz hatékonyságának növelését.
Ceteris paribus, az eszköz nyeresége annál nagyobb, minél nagyobb a gerjesztett molekulák fluxussűrűsége. Figyelemre méltó, hogy a gerjesztett molekulák bizonyos kellően nagy fluxussűrűsége és a rezonátor megfelelő paraméterei mellett a molekulák sugárzási intenzitása elég nagy lesz ahhoz, hogy fedezze a különféle energiaveszteségeket, és az erősítő a mikrohullámú oszcillációk molekuláris generátorává válik - az ún. kvantumgenerátornak nevezzük. Ebben az esetben már nem szükséges nagyfrekvenciás elektromágneses energiát szolgáltatni a rezonátornak. Egyes gerjesztett részecskék stimulált kibocsátásának folyamatát mások kibocsátása támogatja. Sőt, megfelelő körülmények között az elektromágneses energia előállításának folyamata akkor sem áll le, ha annak egy része oldalra terelődik.
Nagyon nagy stabilitású kvantumgenerátor Szigorúan meghatározott frekvenciájú, nagyfrekvenciás elektromágneses rezgéseket ad, és időintervallumok mérésére használható. Nem kell folyamatosan futnia. Elegendő bizonyos időközönként összehasonlítani a csillagászati óra elektromos generátorának frekvenciáját ezzel a molekuláris frekvenciaszabvánnyal, és szükség esetén korrekciót vezetni.
Az ötvenes évek végén épült egy molekuláris ammóniagenerátorral korrigált csillagászati óra. Rövid távú instabilitásuk nem haladta meg a 10-12/1 percet, a hosszú távú instabilitásuk pedig kb. 10-10 volt, ami több száz év alatt mindössze 1 másodperces időintervallumok számlálási torzulásainak felel meg.
A frekvencia- és időszabványok további javulását sikerült elérni ugyanezen elképzelések alapján, valamint néhány más részecskék, például tallium és hidrogén munkaközegként történő felhasználásával. Ebben az esetben különösen ígéretesnek bizonyult a hatvanas évek elején Goldenberg, Klepner és Ramsay által kifejlesztett és épített hidrogénatom-nyalábon működő kvantumgenerátor. Ez a generátor egy részecskeforrásból, egy leválasztóból és egy megfelelő hűtőközegbe merített csőbe szerelt rezonátorból (26. ábra) is áll. A forrás hidrogénatomok sugarát bocsátja ki. Ebben a nyalábban vannak gerjesztetlen és gerjesztett hidrogénatomok, és sokkal több a gerjesztetlen, mint a gerjesztett.
Mivel a gerjesztett hidrogénatomok mágneses állapotukban (mágneses nyomatékukban) különböznek a gerjesztetlenektől, szétválásuk már nem elektromos, hanem egy mágnespár által létrehozott mágneses tér. A hidrogéngenerátor rezonátora is jelentős tulajdonságokkal rendelkezik. Olvasztott kvarcból készült lombik formájában készül, belső falak amelyek paraffinnal vannak bevonva. A hidrogénatomok többszörös (körülbelül 10 000) rugalmas visszaverődése miatt a paraffinrétegből a részecskék repülési ideje és ennek megfelelően a rezonátorban való tartózkodásuk ideje a molekulagenerátorhoz képest ezerszeresére nő. Ily módon nagyon szűk spektrális emissziós vonalak állíthatók elő a hidrogénatomokból, és egy molekulagenerátorhoz képest ezresére csökkenthető az egész eszköz instabilitása.
A hidrogén-kvantumgenerátorral felszerelt csillagászati órák modern kialakításai teljesítményükben felülmúlták a cézium atomsugár szabványt. Nem találtunk szisztematikus sodródást. Rövid távú instabilitásuk mindössze 6 * 10 -14 percenként, hosszú távon pedig - 2 * 10 -14 naponta, ami tízszer kevesebb, mint a cézium standardé. Az órajelek reprodukálhatósága hidrogén kvantumgenerátorral ±5*10 -13 , míg a cézium standard reprodukálhatósága ±3*10 -12 . Ebből következően a hidrogéngenerátor körülbelül tízszer jobb ebben a mutatóban is. Így egy hidrogén-csillagászati óra segítségével 1 mp nagyságrendű időmérési pontosságot lehet biztosítani körülbelül százezer éves intervallumra.
Mindeközben az elmúlt években számos tanulmány kimutatta, hogy az időintervallumok mérésének ez az atomsugár-generátorok alapján elért nagy pontossága még nem a határ, és javítható.
A pontos idő továbbítása
Az időszolgáltatás feladata nem korlátozódik a pontos idő megszerzésére és tárolására. Ugyanilyen fontos része ennek a pontos időátvitel olyan megszervezése, amelyben ez a pontosság nem vész el.
A régi időkben az időjelek továbbítását mechanikus, hang- vagy fényeszközökkel végezték. Szentpéterváron pontosan délben eldördült egy ágyú; az óráját az immár D. I. Mengyelejevről elnevezett Metrológiai Intézet toronyórájával is össze lehetett vetni. A tengeri kikötőkben egy leeső labdát használtak időjelként. A kikötőben lévő hajókról lehetett látni, hogy pontosan délben a labda egy speciális árboc tetejéről leszakadt és a lábára esett.
A modern intenzív élet normális menetéhez nagyon fontos feladat a vasút, a posta, a távíró és a nagyvárosok pontos időzítése. Nem kell hozzá olyan nagy pontosság, mint a csillagászati és földrajzi munkáknál, de az kell, hogy akár percnyi pontossággal a város minden pontján, hatalmas hazánk minden részén minden óra a pontos időt mutassa. azonos módon. Ezt a feladatot általában villanyóra segítségével oldják meg.
A vasutak és hírközlési intézmények óraiparában, egy modern város óraiparában fontos szerepet töltenek be a villanyórák. Készülékük nagyon egyszerű, mégis egyperces pontossággal a város minden pontján ugyanazt az időt mutatják.
Az elektromos órák elsődleges és másodlagosak. Az elsődleges villanyórák ingával, kerekekkel, meneküléssel rendelkeznek és valós idejű mérőórák. A másodlagos elektromos órák csak mutatók: nincs bennük óramű, hanem csak egy viszonylag egyszerű eszköz van, amely percenként egyszer mozgatja a mutatókat (27. ábra). Az áram minden nyitásakor az elektromágnes kiengedi a horgonyt, és a horgonyhoz rögzített "kutya" a racsnis keréknek támaszkodva egy foggal elfordítja azt. Az elektromos áramjelek a szekunder órára a központi berendezésről vagy az elsődleges elektromos óráról jutnak. Az elmúlt években megjelentek a hangosfilm elvén megtervezett beszélő órák, amelyek nem csak mutatják, de mondják is az időt.
Az átvitelhez pontos időpont jelenleg elsősorban a telefonon, távírón és rádión küldött elektromos jeleket szolgálják ki. Az elmúlt évtizedek során továbbításuk technikája javult, ennek megfelelően a pontosság is javult. 1904-ben Bigourdant ritmikus időjeleket sugárzott a Párizsi Obszervatóriumból, amelyeket a Montsouris Obszervatórium 0,02-0,03 mp-es pontossággal vett. 1905-ben a Washingtoni Haditengerészeti Obszervatórium megkezdte az időjelek rendszeres továbbítását, 1908-tól az Eiffel-toronyból, 1912-től pedig a Greenwich Obszervatóriumból kezdték el a ritmikus időjelek továbbítását.
Jelenleg sok országban végzik a pontos időjelek továbbítását. A Szovjetunióban az ilyen adásokat a V. I. nevét viselő Állami Csillagászati Intézet végzi. P.K. Sternberg, valamint számos más szervezet. Ugyanakkor számos különböző programot használnak az átlagos szoláris idő leolvasására rádión keresztül. Például a sugárzási idő jelműsorát minden óra végén továbbítják, és hat rövid impulzusból áll. Az utolsó eleje ennek vagy annak az órának és 00 perc 00 mp-nek felel meg. A tengeri és légi közlekedésben öt sorozatból álló, 60 impulzusból és három hat rövid jelzésből álló, hosszabb jelekkel elválasztott programot használnak. Ezen kívül számos speciális időjelző program létezik. A különféle speciális időjel-programokról külön kiadványokban adunk tájékoztatást.
Az időjelek átvitelének hibája sugárzott műsoroknál körülbelül ±0,01 - 0,001 mp, egyes speciálisaknál pedig ±10 -4, sőt ±10 -5 mp. Így mára olyan módszereket, eszközöket fejlesztettek ki, amelyek nagyon nagy pontossággal teszik lehetővé az idő vételét, tárolását és továbbítását.
Az utóbbi időben jelentős új ötletek valósultak meg a pontos idő tárolása és továbbítása terén. Tegyük fel, hogy szükség van arra, hogy bármely területen több ponton az ott álló órák leolvasási pontossága ne legyen rosszabb ± 30 másodpercnél, feltéve, hogy ezek az órák folyamatosan működnek egész évben. Ilyen követelmények vonatkoznak például a városi és vasúti órákra. A követelmények nem túl szigorúak, az autonóm órákkal való teljesítéshez azonban szükséges, hogy az óra minden példányának napi sebessége ± 0,1 másodpercnél jobb legyen, ehhez pedig precíziós kvarc kronométerek szükségesek.
Eközben, ha ezt a problémát a segítségével megoldják közös időrendszer, amely elsődleges órákból és a hozzájuk tartozó nagyszámú másodlagos órajelből áll, akkor csak az elsődleges óráknak kell nagy pontossággal rendelkezniük. Ezért még az elsődleges órajel megnövekedett költsége és a másodlagos óra ennek megfelelően alacsony költsége mellett is jó pontosság érhető el az egész rendszerben viszonylag alacsony összköltséggel.
Természetesen ebben az esetben meg kell győződnie arról, hogy maga a másodlagos óra ne okozzon hibákat. A korábban leírt másodlagos óra racsnis kerékkel és kilinccsel, amelyben a mutató percenként egyszer mozog jelre, néha meghibásodik. Sőt, idővel tanúvallomásuk tévedése felgyülemlik. A modern másodlagos órákban a leolvasások különféle ellenőrzését és korrekcióját használják. Még nagyobb pontosságot biztosít a másodlagos óra, amely ipari frekvenciájú (50 Hz) váltakozó áramot használ, amelynek frekvenciája szigorúan stabilizált. Az óra fő része egy szinkron elektromos motor, amelyet váltóáram hajt. Így ebben az órajelben maga a váltakozó áram egy folyamatos időjel, 0,02 másodperces ismétlési periódussal.
Jelenleg létrejött az Atomórák Világméretű szinkronizálása (WOSAC; a név a szavak első betűiből áll: Atomórák világméretű szinkronizálása). Ennek a rendszernek a fő elsődleges órája Rómában, New Yorkban (USA) található, és három atom céziumórából áll, amelyek leolvasását átlagolják. Így az idő leolvasásának pontossága egyenlő (1-3)*10 -11 . Ezek az elsődleges órák a másodlagos órák világméretű hálózatához csatlakoznak.
A teszt kimutatta, hogy a pontos időjelek WHOAC-on keresztül történő továbbításakor New York államból (USA) Oahuba (Hawaii), azaz körülbelül 30 000 km-re, az időjelzéseket 3 mikroszekundumos pontossággal koordinálták.
Az időbélyegek tárolásának és továbbításának ma elért nagy pontossága lehetővé teszi a mélyűri navigáció összetett és újszerű problémáinak, valamint a földkéreg mozgásával kapcsolatos, bár régi, de még mindig fontos és érdekes kérdések megoldását.
Merre tartanak a kontinensek?
Most visszatérhetünk az előző fejezetben ismertetett kontinensek mozgásának problémájához. Ez annál is érdekesebb, mert a Wegener-művek megjelenése óta eltelt fél évszázadban az e gondolatok körüli tudományos viták még nem csitultak. W. Munk és G. Macdonald például 1960-ban ezt írta: "Wegener egyes adatai tagadhatatlanok, de érvei többsége teljes mértékben önkényes feltételezéseken alapul." És tovább: "A távíró feltalálása előtt nagy eltolódások történtek a kontinenseken, közepes eltolódások - a rádió feltalálása előtt, és utána gyakorlatilag nem figyeltek meg eltolódásokat."
Ezek a maró megjegyzések nem alaptalanok, legalábbis az első részükben. Valójában azokat a longitudinális méréseket, amelyeket Wegeper és munkatársai egykor grönlandi expedícióik során (amelyek egyikén Wegener tragikusan meghalt), olyan pontossággal hajtották végre, amely nem volt elegendő a probléma szigorú megoldásához. Ezt kortársai is feljegyezték.
A kontinensek mozgásának elméletének modern változatának egyik legmeggyőződöttebb támogatója P. N. Kropotkin. 1962-ben ezt írta: „A paleomágneses és geológiai adatok azt mutatják, hogy a mezozoikum és a kainozoikum idején a földkéreg mozgásának vezérmotívuma két ősi kontinens – Laurasia és Gondwana – feldarabolódása és részeinek a Csendes-óceán felé történő elterjedése, ill. a Tethys geoszinklinális öv felé." Emlékezzünk vissza, hogy Laurasia lefedte Észak-Amerikát, Grönlandot, Európát és Ázsia egész északi felét, Gondwanát - a déli kontinenseket és Indiát. A Tethys-óceán a Földközi-tengertől az Alpokon, a Kaukázuson és a Himaláján át Indonéziáig terjedt.
Ugyanez a szerző a következőket írta: „Gondwana egységét mára a prekambriumtól a kréta kor közepéig nyomon követték, és feldarabolódása egy hosszú folyamatnak tűnik, amely a paleozoikumban kezdődött, és különösen nagy léptéket ért el a kor közepétől. Kréta. Nyolcvanmillió év telt el azóta. Következésképpen az Afrika és Dél-Amerika közötti távolság évi 6 cm-rel nőtt. Ugyanezt az arányt kapjuk a paleomágneses adatokból Hindusztán déli féltekéről az északi felé történő mozgására. ." Miután a múltban paleomágneses adatok segítségével rekonstruálta a kontinensek elhelyezkedését, P. N. Kropotkin arra a következtetésre jutott, hogy „akkoriban a kontinensek valóban egy olyan blokkba csapódtak össze, amely a wegeneri elsődleges kontinentális platform körvonalaihoz hasonlított”.
A különböző módszerekkel kapott adatok összegzése tehát azt mutatja, hogy a kontinensek jelenlegi elhelyezkedése és körvonalaik a távoli múltban alakultak ki sorozatos vetődések és a kontinentális blokkok jelentős mozgása következtében.
A kontinensek jelenlegi mozgásának kérdése a kellő pontossággal végzett longitudinális vizsgálatok eredményei alapján dől el. Hogy mi ebben az esetben kellő pontosságot jelent, az abból látszik, hogy például Washington szélességi fokán egy tízezred másodperc hosszúságváltozás 0,3 cm-es eltolódásnak felel meg. Mivel a becsült mozgási sebesség évi 1 m körül van, és a modern időszolgáltatások már Ha ezred- és tízezred másodperces pontossággal lehetséges az időpontok meghatározása, a pontos idő tárolása és továbbítása, akkor a meggyőző eredmények eléréséhez elegendő több éves vagy több tíz éves időközönként végezzen megfelelő méréseket.
Ebből a célból 1926-ban 32 megfigyelési pontból álló hálózatot hoztak létre, és csillagászati longitudinális vizsgálatokat végeztek. 1933-ban ismételt csillagászati longitudinális vizsgálatokat végeztek, és már 71 csillagvizsgáló vett részt a munkában. Ezek a jó modern színvonalon, bár nem túl hosszú időintervallumban (7 év) végzett mérések különösen azt mutatták, hogy Amerika nem távolodik el Európától évente 1 méterrel, ahogy Wegener gondolta, hanem közeledik. kb. évi 60 cm sebességgel.
Így nagyon pontos longitudinális mérések segítségével igazolták a nagy kontinentális blokkok modern mozgásának meglétét. Sőt, sikerült kideríteni, hogy ezeknek a kontinentális blokkoknak a különálló részei kissé eltérő mozgást mutatnak.
Az obszervatóriumokban olyan műszerek találhatók, amelyek segítségével a legpontosabban határozzák meg az időt - ellenőrzik az órát. Az idő beállítása a horizont feletti világítótestek által elfoglalt pozíció szerint történik. Annak érdekében, hogy az obszervatórium órája a lehető legpontosabban és egyenletesebben működjön az esték közötti intervallumban, amikor a csillagok helyzete ellenőrzi őket, az órát mély pincékben helyezik el. Az ilyen pincékben egész évben állandó hőmérsékletet tartanak fenn. Ez nagyon fontos, mivel a hőmérséklet-változások befolyásolják az óra működését.
A pontos időjelek rádiós továbbításához az obszervatórium speciális, kifinomult óra-, elektromos és rádióberendezésekkel rendelkezik. A Moszkvából sugárzott pontos időjelek a világ legpontosabbak közé tartoznak. A pontos idő meghatározása a csillagokból, az idő pontos óráival való vezetése és rádión történő továbbítása – mindez alkotja az Időszolgálatot.
AHOL CSILLAGÁSZOK DOLGOZNAK
A csillagászok tudományos munkát végeznek obszervatóriumokban és csillagászati intézetekben.
Utóbbiak elsősorban elméleti kutatásokkal foglalkoznak.
Hazánkban a Nagy Októberi Szocialista Forradalom után Leningrádban megalakult az Elméleti Csillagászati Intézet, a Csillagászati Intézet. P.K. Sternberg Moszkvában, asztrofizikai obszervatóriumok Örményországban, Grúziában és számos más csillagászati intézményben.
A csillagászok képzése és oktatása az egyetemeken a mechanika és matematika vagy a fizika-matematika karon történik.
Hazánk fő obszervatóriuma Pulkovo. 1839-ben épült Szentpétervár közelében, egy jeles orosz tudós irányítása alatt. Sok országban joggal nevezik a világ csillagászati fővárosának.
A Krím-félszigeten található Simeiz Obszervatóriumot a Nagy Honvédő Háború után teljesen felújították, és nem messze tőle egy új obszervatórium épült Partizanskoye faluban, Bahchisarai közelében, ahol a Szovjetunió legnagyobb, 1 ¼ átmérőjű tükörrel rendelkező visszaverő teleszkópja. m-t most telepítik, és hamarosan egy 1 ¼ m átmérőjű tükörrel ellátott reflektor kerül felszerelésre, amely 2,6 méter magas - a harmadik legnagyobb a világon. Mindkét obszervatórium egy intézményt alkot - a Szovjetunió Tudományos Akadémia Krími Asztrofizikai Obszervatóriumát. Vannak csillagászati obszervatóriumok Kazanyban, Taskentben, Kijevben, Harkovban és más helyeken.
Valamennyi obszervatóriumunkban egyeztetett terv szerint folyik a tudományos munka. Hazánkban a csillagászati tudományban elért eredmények a dolgozó emberek széles rétegeit segítik abban, hogy helyes, tudományos elképzelést alkossanak a minket körülvevő világról.
Számos csillagászati obszervatórium létezik más országokban is. Ezek közül a létezők közül a legrégebbi a leghíresebb - Párizs és Greenwich, amelyeknek a meridiánjától számítják a földrajzi hosszúságokat a földgömbön (a közelmúltban ezt a csillagvizsgálót egy új helyre, Londontól távolabbra helyezték át, ahol sok van. interferenciák az éjszakai égbolt megfigyeléséhez). A világ legnagyobb teleszkópjait Kaliforniában, a Mount Palomar, Mount Wilson és Lick obszervatóriumokban helyezték el. Az utolsó közülük a 19. század végén, az első kettő pedig már a 20. században épült.
Ha hibát talál, kérjük, jelöljön ki egy szövegrészt, és kattintson rá Ctrl+Enter.
1.2. Időmérés a csillagászatban
1.2.1. Általános rendelkezések
A geodéziai csillagászat, asztronómia és űrgeodézia egyik feladata az égitestek koordinátáinak meghatározása egy adott időpontban. A csillagászati időskálák elkészítését a nemzeti időszolgálatok és a Nemzetközi Időiroda végzi.
A folytonos időskálák felépítésére szolgáló összes ismert módszer azon alapul kötegelt folyamatok, például:
- a Föld forgása a tengelye körül;
- a Föld Nap körüli pályája;
- a Hold keringése a Föld körül;
- inga lengés a gravitáció hatására;
- a kvarckristály rugalmas rezgései váltakozó áram hatására;
- molekulák és atomok elektromágneses rezgései;
- az atommagok radioaktív bomlása és egyéb folyamatok.
Az időrendszer a következő paraméterekkel állítható be:
1) mechanizmus - olyan jelenség, amely időszakosan ismétlődő folyamatot biztosít (például a Föld napi forgása);
2) skála - az az időtartam, amelyen keresztül a folyamat megismétlődik;
3) kezdőpont , nullapont - a folyamat ismétlődésének kezdetének pillanata;
4) az időszámlálás módja.
A geodéziai csillagászatban, csillagászatban, égi mechanikában, sziderális és szoláris időrendszereket használnak, amelyek a Föld tengelye körüli forgásán alapulnak. Ez az időszakos mozgás rendkívül egységes, időben nincs korlátozva, és az emberiség egész fennállása alatt folyamatos.
Ezenkívül az asztrometriában és az égi mechanikában
Efemerisz és dinamikus időrendszerek , mint az ideális
egységes időskála szerkezete;
Rendszer atomidő– ideálisan egységes időskála gyakorlati megvalósítása.
1.2.2. sziderális idő
A sziderális időt s jelöli. A sziderális időrendszer paraméterei a következők:
1) mechanizmus - a Föld forgása a tengelye körül;
2) skála - sziderikus nap, egyenlő a tavaszi napéjegyenlőség pontjának két egymást követő felső csúcsa közötti időintervallumtal
ban ben megfigyelési pont;
3) az égi szférán a kiindulópont a tavaszi napéjegyenlőség pontja, a nullpont (a sziderális nap kezdete) a pont felső csúcspontja;
4) számolási módszer. A sziderális idő mértéke egy pont óraszöge
tavaszi napéjegyenlőség, t. Lehetetlen mérni, de a kifejezés minden csillagra igaz
ezért a csillag jobb felemelkedésének ismeretében és t óraszögének kiszámításával meghatározható az s sziderális idő.
Megkülönböztetni igaz, átlagos és kvázi igaz gamma-pontok (az elválasztás a csillagászati tényező nutációjának köszönhető, lásd az 1.3.9. bekezdést), amelyekhez viszonyítva mérik igaz, átlagos és kvázi igaz sziderális idő.
A sziderális időrendszert a Föld felszíni pontjainak földrajzi koordinátáinak és a földi objektumok irányának azimutjainak meghatározására, a Föld napi forgásának egyenetlenségeinek tanulmányozására, valamint egyéb skálák zéruspontjainak megállapítására használják. időmérő rendszerek. Ez a rendszer, bár széles körben használják a csillagászatban, kényelmetlen a mindennapi életben. A nappal és az éjszaka változása a Nap látható napi mozgása miatt nagyon határozott ciklust hoz létre az emberi tevékenységben a Földön. Ezért az idő számítása régóta a Nap napi mozgásán alapul.
1.2.3. Valódi és átlagos szoláris idő. Az idő egyenlete
Valódi szoláris időrendszer (ill igazi szoláris idő- m ) a Nap csillagászati vagy geodéziai megfigyelésére szolgál. Rendszer paraméterek:
1) mechanizmus - a Föld forgása a tengelye körül;
2) skála - igazi szoláris nap- a valódi Nap középpontjának két egymást követő alsó csúcspontja közötti időintervallum;
3) kiindulópont - az igazi Nap korongjának közepe - , nulla pont - igaz éjfél, vagy az igazi Nap korongja középpontja alsó csúcspontjának pillanata;
4) számolási módszer. A valódi napidő mértéke a valódi Nap geocentrikus óraszöge t plusz 12 óra:
m = t + 12h .
A valódi szoláris idő mértékegysége - egy másodperc, ami egy valódi napnap 1/86400-ának felel meg, nem elégíti ki az időegységre vonatkozó alapvető követelményt - nem állandó.
A valódi szoláris időskála inkonstansának okai a következők
1) a Nap egyenetlen mozgása az ekliptika mentén a Föld pályájának ellipticitása miatt;
2) a Nap jobb felemelkedésének egyenetlen növekedése az év során, mivel a Nap az ekliptika mentén körülbelül 23,50-os szögben hajlik az égi egyenlítőhöz.
Ezen okok miatt a valódi szoláris idő rendszerének gyakorlati alkalmazása kényelmetlen. Az egységes szoláris időskálára való áttérés két szakaszban történik.
1. szakasz átmenet a próbabábuba az átlagos ekliptikai nap. dan-
Ebben a szakaszban a Nap egyenetlen mozgása az ekliptika mentén kizárt. Az elliptikus pályán az egyenetlen mozgást felváltja a körpályán történő egyenletes mozgás. Az igazi Nap és az átlagos ekliptikus Nap akkor esik egybe, amikor a Föld áthalad keringésének perihéliumán és afelionján.
2. szakasz átmenet a az átlagos egyenlítői nap, mozog egyenlő
az égi egyenlítő mentén számozva. Itt a Nap jobb felemelkedésének az ekliptika dőléséből adódó egyenetlen növekedése kizárt. Az igazi Nap és az egyenlítői átlagos Nap egyszerre halad át a tavaszi és az őszi napéjegyenlőség pontjain.
Ezen akciók eredményeként új időmérési rendszer kerül bevezetésre - átlagos szoláris idő.
Az átlagos szoláris időt m jelöli. Az átlagos szoláris időrendszer paraméterei:
1) mechanizmus - a Föld forgása a tengelye körül;
2) skála - átlagos nap - az átlagos egyenlítői Nap két egymást követő alsó csúcspontja közötti időintervallum eq ;
3) kiindulópont - átlagos egyenlítői nap ekvivalens , nullpont - éjfél átlaga , vagy az egyenlítői Nap alsó csúcsának pillanata;
4) számolási módszer. Az átlagos idő mértéke az egyenlítői Nap t geocentrikus óránkénti szöge egyenérték plusz 12 óra.
m = t ekv. + 12h.
Az átlagos szoláris időt nem lehet közvetlenül megfigyelésekből meghatározni, mivel az egyenlítői Nap egy fiktív pontja az égi szférán. Az átlagos szoláris időt a valódi napidőből számítják ki, amelyet a valódi nap megfigyeléséből határoznak meg. Az m valós szoláris idő és az m átlagos szoláris idő közötti különbséget nevezzük idő egyenleteés jelölése:
M - m = t - t sr.eq. .
Az időegyenletet két szinuszos, éves és féléves szinusz fejezi ki
új időszakok:
1 + 2 -7,7 m sin (l + 790 )+ 9,5 m sin 2l,
ahol l az átlagos ekliptikus Nap ekliptikai hosszúsága.
A grafikon egy két maximummal és két minimummal rendelkező görbe, amely a derékszögű koordinátarendszerben az ábrán látható alakot mutatja. 1.18.
1.18. ábra. Az időegyenlet grafikonja
Az időegyenlet értékei +14m és –16m között mozognak.
A Csillagászati Évkönyvben minden dátumhoz E értéke van megadva, egyenlő
E \u003d + 12 óra.
TÓL TŐL adott érték, az átlagos szoláris idő és a valódi Nap óránkénti szöge közötti összefüggést a kifejezés határozza meg
m = t -E.
1.2.4. Julián napok
Nál nél pontos meghatározás két távoli dátum közötti időintervallum számértéke, célszerű a nap folyamatos számlálása, amit a csillagászatban ún. Julián napok.
A Julianus-napok számításának kezdete ie 4713. január 1-jén a greenwichi átlag dél, ennek az időszaknak az elejétől számítják az átlagos szoláris napot, és úgy számolják, hogy minden naptári dátum egy adott Julian-napnak feleljen meg, rövidítve JD. Tehát az 1900. január 0.12h UT korszak a JD 2415020.0 Julian-dátumnak, a 2000. január 1., 12h UT - JD2451545.0 pedig a 2000. évszaknak felel meg.
kapcsolódó cikkek
