正確な天文学の時間を保存して送信します。 天文学の基本的な概念。 大陸はどこを航海していますか
正確な時間
天文学で短期間を測定する場合、基本単位は太陽の日の平均期間です。 太陽の中心の2つの上部（または下部）クライマックス間の平均時間間隔。 晴れた日の長さは年間を通じてわずかに変動するため、平均値を使用する必要があります。 これは、地球が太陽の周りを円ではなく楕円で回転し、その移動速度がわずかに変化するためです。 これにより、年間を通じて、日食に沿った太陽の見かけの動きに小さな不規則性が生じます。
すでに述べたように、太陽の中心の上部の頂点の瞬間は、真の正午と呼ばれます。 しかし、時計をチェックし、正確な時刻を決定するために、太陽の頂点に達する瞬間をマークする必要はありません。 星と太陽のクライマックスの瞬間の違いはいつでも正確にわかっているので、星のクライマックスの瞬間をマークする方が便利で正確です。 したがって、特別な光学デバイスの助けを借りて正確な時間を決定するために、それらは星のクライマックスの瞬間をマークし、それらを使用して時間を「維持」する時計の正確さをチェックします。 このようにして決定された時間は、観測された大空の回転が厳密に一定の角速度で行われた場合、絶対的に正確になります。 しかし、その軸の周りの地球の回転速度、したがって天球の見かけの回転は、時間の経過とともに非常に小さな変化を受けることが判明しました。 したがって、正確な時間を「保存」するために、特別な原子時計が使用されるようになりました。そのコースは、一定の周波数で発生する原子の振動プロセスによって制御されます。 個々の観測所の時計は、原子の時間信号に対してチェックされます。 原子時計によって決定された時間と星の見かけの動きを比較することで、地球の回転の不規則性を研究することができます。
正確な時刻を決定し、保存し、無線で全人口に送信することは、多くの国に存在する正確な時刻サービスのタスクです。
無線による正確な時間信号は、海と空の艦隊のナビゲーター、正確な時間を知る必要のある多くの科学および産業組織によって受信されます。 特に、地表のさまざまな地点の地理的な経度を決定するには、正確な時刻を知る必要があります。
時間カウント。 地理的経度の決定。 カレンダー
USSRの物理的な地理学の過程から、ローカル、ゾーン、および出産の時間カウントの概念を知っています。また、2つのポイントの地理的な経度の違いは、これらのポイントのローカル時間の違いによって決定されます。 この問題は、星の観測を用いた天文学的手法によって解決されます。 個々の点の正確な座標の決定に基づいて、地表がマッピングされます。
古くから、人々は月の月または太陽の年のいずれかの期間を使用して、長期間をカウントしてきました。 日食に沿った太陽の革命の持続時間。 年は季節変化の頻度を決定します。 太陽の年は365太陽日5時間48分46秒続きます。 それは、日数と月の月の長さ、つまり月の位相変化の期間（約29。5日）と実質的に釣り合いが取れていません。 これは、シンプルで便利なカレンダーを作成することの難しさです。 人類の長い歴史の中で、多くの異なるカレンダーシステムが作成され、使用されてきました。 しかし、それらはすべて、太陽、月、月の3つのタイプに分けることができます。 南部の牧歌家は通常、月の月を使用しました。 月の12か月の年には、355太陽日が含まれていました。 月と太陽に応じた時間の計算を調整するには、1年に12か月または13か月を設定し、1年に追加の日を挿入する必要がありました。 よりシンプルで便利なのは、古代エジプトで使用されていたソーラーカレンダーでした。 現在、世界のほとんどの国でソーラーカレンダーも採用されていますが、以下で説明するグレゴリアンと呼ばれるより完璧なデバイスです。
カレンダーを編集するときは、暦年の期間を日食に沿った太陽の回転の期間にできるだけ近づける必要があり、暦年には整数の太陽日を含める必要があることを考慮する必要があります。これは、1日の異なる時間に年を開始するのは不便だからです。
これらの条件は、アレクサンドリアの天文学者ソジゲネスによって開発され、紀元前46年に導入されたカレンダーによって満たされました。 ジュリアスシーザーによってローマで。 その後、ご存知のように、物理的な地理の過程から、彼はジュリアンまたは古いスタイルの名前を受け取りました。 このカレンダーでは、年は365日間連続して3回カウントされ、単純と呼ばれ、その翌年は366日です。 飛躍年と呼ばれています。 ジュリアンカレンダーの飛躍年は、その数が4で割り切れる年です。
このカレンダーによると、1年の平均の長さは365日6時間です。 本物より約11分長いです。 このため、古いスタイルは実際の時間の経過より400年ごとに約3日遅れています。
1918年にUSSRで導入され、ほとんどの国でさらに以前に採用されたグレゴリアンカレンダー（新しいスタイル）では、1600、2000、2400などを除いて2つのゼロで終わる年。 （つまり、百の数が残りなしで4で割り切れるもの）は飛躍とは見なされません。 これにより、400年以上蓄積された3日間の誤差を修正することができます。 したがって、新しいスタイルの1年の平均の長さは、太陽の周りの地球の革命の期間に非常に近いことがわかります。
XX世紀までに。 新しいスタイルと古い（ジュリアン）スタイルの違いは13日に達しました。 新しいスタイルが我が国に導入されたのは1918年だけなので、1917年に10月25日に（古いスタイルに従って）行われた10月の革命は、11月7日に（新しいスタイルに従って）祝われます。
13日間の新旧のスタイルの違いは、XXI世紀とXXII世紀に残ります。 14日に増加します。
もちろん、新しいスタイルは完全に正確ではありませんが、3300年後に1日のエラーが蓄積されます。
正確な時刻を決定し、保存し、無線で全人口に送信することは、多くの国に存在する正確な時刻サービスのタスクです。
ラジオの正確な時間信号は、海と空の艦隊のナビゲーター、正確な時間を知る必要がある多くの科学および産業組織によって受信されます。 特に正確な時間を知ること、そして地理を決定するために必要です
地表のさまざまなポイントでの経度。
時間カウント。 地理的経度の決定。 カレンダー
USSRの物理的な地理学の過程から、ローカル、ゾーン、および出産の時間カウントの概念を知っています。また、2つのポイントの地理的な経度の違いは、これらのポイントのローカル時間の違いによって決定されます。 この問題は、星の観測を用いた天文学的手法によって解決されます。 個々の点の正確な座標の決定に基づいて、地表がマッピングされます。
古くから、人々は月の月または太陽の年のいずれかの期間を使用して、長期間をカウントしてきました。 日食に沿った太陽の革命の持続時間。 年は季節変化の頻度を決定します。 太陽の年は365太陽日5時間48分46秒続きます。 それは、日と月の月の長さ、つまり月の位相変化の期間（約29。5日）では実質的に計り知れません。 これは、シンプルで便利なカレンダーを作成することの難しさです。 人類の長い歴史の中で、多くの異なるカレンダーシステムが作成され、使用されてきました。 しかし、それらはすべて、太陽、月、月の3つのタイプに分けることができます。 南部の牧歌家は通常、月の月を使用しました。 月の12か月の年には、355太陽日が含まれていました。 月と太陽に応じた時間の計算を調整するには、1年に12か月または13か月を設定し、1年に追加の日を挿入する必要がありました。 よりシンプルで便利なのは、古代エジプトで使用されていたソーラーカレンダーでした。 現在、世界のほとんどの国でソーラーカレンダーも採用されていますが、グレゴリアンと呼ばれるより完璧なデバイスであり、これについてはさらに説明します。
カレンダーを編集するときは、暦年の期間を日食に沿った太陽の回転の期間にできるだけ近づける必要があり、暦年には整数の太陽日を含める必要があることを考慮する必要があります。これは、1日の異なる時間に年を開始するのは不便だからです。
これらの条件は、アレクサンドリアの天文学者ソジゲネスによって開発され、紀元前46年に導入されたカレンダーによって満たされました。 ジュリアスシーザーによってローマで。 その後、ご存知のように、物理的な地理の過程から、彼はジュリアンまたは古いスタイルの名前を受け取りました。 このカレンダーでは、年は365日間連続して3回カウントされ、単純と呼ばれ、その翌年は366日です。 飛躍年と呼ばれています。 ジュリアンカレンダーの飛躍年は、その数が4で割り切れる年です。
このカレンダーによると、1年の平均の長さは365日6時間です。 本物より約11分長いです。 このため、古いスタイルは実際の時間の経過より400年ごとに約3日遅れています。
1918年にUSSRで導入され、ほとんどの国でさらに以前に採用されたグレゴリアンカレンダー（新しいスタイル）では、1600、2000、2400などを除いて2つのゼロで終わる年。 （つまり、百の数が残りなしで4で割り切れるもの）は飛躍とは見なされません。 これにより、400年以上蓄積された3日間の誤差を修正することができます。 したがって、新しいスタイルの1年の平均の長さは、太陽の周りの地球の革命の期間に非常に近いことがわかります。
XX世紀までに。 新しいスタイルと古い（ジュリアン）スタイルの違いは13日に達しました。 新しいスタイルが我が国に導入されたのは1918年だけなので、1917年に10月25日に（古いスタイルに従って）行われた10月の革命は、11月7日に（新しいスタイルに従って）祝われます。
13日間の新旧のスタイルの違いは、XXI世紀とXXII世紀に残ります。 14日に増加します。
もちろん、新しいスタイルは完全に正確ではありませんが、3300年後に1日のエラーが蓄積されます。
タイムサービスの最初のタスクのみが、時点を取得することによって解決されます。 次のタスクは、天文学的な定義の間の間隔で正確な時間を保存することです。 このタスクは、天文時計の助けを借りて解決されます。
天文時計の製造において高精度のタイミングを得るために、すべての誤差の原因が考慮され、可能な限り排除され、それらの動作に最も適した条件が作成されます。
時計の中で最も重要な部分は振り子です。 スプリングとホイールは伝達メカニズムとして機能し、矢印はそれを示し、振り子は時間を測定します。 そのため、天文時計では、室温を一定にし、衝撃をなくし、空気抵抗を弱め、最後に機械的負荷をできるだけ小さくするという、可能な限り最良の動作条件を作り出そうとしています。
高精度を確保するため、天文時計は地下深くに設置され、衝撃から保護されています。部屋は一年中一定の温度に保たれています。 空気抵抗を減らし、大気圧の変化の影響を排除するために、時計の振り子は、空気圧がわずかに下げられたケーシングに配置されます（図20）。
2つの振り子を備えた天文時計（ショートクロック）は非常に高い精度を備えており、そのうちの1つ（フリーではない、つまり「スレーブ」）は送信および表示メカニズムに接続され、それ自体はもう1つ（ホイールやスプリングに接続されていないフリーの振り子）によって制御されます（ 図21）。
フリー振り子は、金属ケースの深い地下に置かれます。 この場合、減圧があります。 自由な振り子は、2つの小さな電磁石を介して自由でない振り子に接続され、その近くで揺れます。 無料の振り子は「スレーブ」振り子を制御し、それ自体に合わせてスイングするように強制します。
非常に小さなクロックエラーを達成できますが、完全に排除することはできません。 ただし、時計の動作がおかしいが、急いでいる、または1日あたり一定の秒数遅れていることが事前にわかっている場合は、そのような間違った時計から正確な時刻を計算することは難しくありません。 これを行うには、時計が何を実行しているか、つまり、急いでいる、または遅れている1日あたりの秒数を知るだけで十分です。 数ヶ月から数年の間に、この天文時計のインスタンスの補正テーブルが作成されます。 天文時計の針が正確に時刻を表示することはほとんどありませんが、補正テーブルの助けを借りて、1000分の1秒の精度でタイムスタンプを取得することはかなり可能です。
残念ながら、時計は一定ではありません。 部品の製造と個々の部品の操作に常に存在する不正確さのために、外部条件（室温と空気圧）が変化すると、同じ時計が時間の経過とともにその進路を変える可能性があります。 時計の過程での変化、または変化は、その仕事の質の主な指標です。 クロックレートの変動が小さいほど、時計は優れています。
したがって、優れた天文時計は、速すぎて遅すぎる可能性があり、1日10分の1秒でも遅れたり遅れたりする可能性がありますが、動作が一定であれば、時間を確実に保ち、適度に正確な測定値を取得するために使用できます。 つまり、コースの日ごとの変動は小さいです。
ショートの振り子天文時計では、ストロークの毎日の変動は0.001〜0.003秒です。 長い間、このような高精度は卓越したものでした。私たちの世紀の50年代に、エンジニアのF.M. Fedchenkoは振り子のサスペンションを改善し、その熱補償を改善しました。 これにより、彼はストロークの毎日の変動が0.0002〜0.0003秒に短縮された時計を設計することができました。
近年、天文時計の建設はもはや機械工ではなく、電気技師と無線技術者によって占められていました。 彼らは、振り子の振動の代わりに水晶の弾性振動を使用して時間をカウントする時計を作りました。
適切にカットされた水晶は興味深い特性を持っています。 ピエゾクォーツと呼ばれるそのようなプレートが圧縮または曲げられると、異なる符号の電荷がその反対側の表面に現れます。 ピエゾクォーツプレートの反対側の面に交流電流を流すと、ピエゾクォーツが振動します。 発振装置の減衰が少ないほど、発振周波数は一定になります。 ピエゾクォーツは、その振動の減衰が非常に小さいため、この点で非常に優れた特性を備えています。 これは、無線送信機の周波数を一定に保つために無線工学で広く使用されています。 圧電クォーツの同じ特性（振動周波数の高い一定性）により、非常に正確な天文クォーツ時計を構築することが可能になりました。
クォーツウォッチ（図22）は、圧電クォーツで安定化された無線技術発電機、分周カスケード、同期電気モーター、ポインター矢印付きのダイヤルで構成されています。
ラジオテクニカルジェネレーターは高周波の交流電流を生成し、圧電クォーツはその振動の一定周波数を非常に正確に維持します。 分周カスケードでは、交流の周波数が毎秒数十万回から数百回に減少します。 低周波交流で動作する同期電気モーターは、ポインターの矢印を回転させたり、時間信号リレーを閉じたりします。
同期電気モーターの回転速度は、供給される交流の周波数に依存します。 したがって、クォーツ時計では、ハンドインジケーターの回転速度は、最終的には圧電クォーツの振動周波数によって決定されます。 クォーツプレートの振動周波数の高い一定性は、コースの均一性とクォーツ天文時計の表示の高精度を保証します。
現在、さまざまな種類と目的のクォーツ時計が、100分の1秒または1000分の1秒を超えない速度で毎日変化して製造されています。
クォーツ時計の最初のデザインはかなりかさばっていました。 結局のところ、石英板の振動の自然周波数は比較的高く、秒と分を数えるには、一連の周波数分割カスケードを使用してそれを減らす必要があります。 一方、これに使用されるランプ無線装置は多くのスペースを占有します。 ここ数十年で、半導体無線工学は急速に発展し、小型および超小型無線機器はそれに基づいて開発されてきました。 これにより、海上および空中のナビゲーションやさまざまな遠征用の小型のポータブルクォーツウォッチを構築することが可能になりました。 これらのポータブルクォーツクロノメーターは、従来の機械式クロノメーターのサイズと重量を超えることはありません。
ただし、2番目のクラスの機械式海洋クロノメーターの1日あたりの誤差が±0.4秒以下で、1番目のクラスの誤差が±0.2秒以下の場合、最新のクォーツポータブルクロノメーターの1日あたりの変動は±0.1です。 ±0.01秒、さらには±0.001秒
たとえば、スイスで製造されたクロノトムの寸法は245X137X100 mmで、1日あたりのストロークの不安定性は±0.02秒を超えません。 固定式クォーツクロノメーター「Izotom」の長期相対不安定性は10-8以下です。つまり、日変動の誤差は約±0.001秒です。
しかし、クォーツ時計には重大な欠点がないわけではなく、その存在は高精度の天文測定に不可欠です。 クォーツ天文時計の主な欠点は、クォーツの振動周波数が周囲温度に依存することと、「クォーツの経年劣化」、つまり振動周波数の経時変化です。 最初の欠点は、クォーツプレートが配置されている時計の部分を注意深く温度制御することによって克服されました。 時計のゆっくりとしたドリフトにつながるクォーツの経年劣化は、まだ解消されていません。
「分子時計」
振り子やクォーツの天文時計よりも高い精度で時間間隔を測定する装置を作ることは可能ですか？
これに適した方法を探すために、科学者たちは分子振動が起こるシステムに目を向けました。 もちろん、この選択は偶然ではなく、さらなる成功を事前に決定したのは彼でした。 「分子時計」は、最初は数千回、借りることで数十万回、時間測定の精度を上げることを可能にしました。 しかし、分子から時間インジケーターへのパスは困難で非常に困難であることが判明しました。
振り子とクォーツ天文時計の精度を向上させることができなかったのはなぜですか？ 時間の測定に関して、分子は振り子や石英板よりもどのように優れていますか？ 分子時計の動作原理と構造は何ですか？
クロックは、周期的な振動が実行されるブロック、それらの数をカウントするためのカウントメカニズム、およびそれらを維持するために必要なエネルギーが格納されるデバイスで構成されていることを思い出してください。 ただし、時計の精度はほとんどです その要素の仕事の安定性に依存しますそれは時間を測定します。
天文振り子時計の精度を上げるために、振り子は最小の熱膨張係数を持つ特殊な合金でできており、サーモスタットに配置され、特別な方法で吊り下げられ、空気が排出される容器に配置されています。ご存知のように、これらすべての対策により、ストロークの変動が減少しています。 天文学的振り子は、1日あたり最大1000分の1秒を計測します。 しかし、可動部品や摩擦部品の段階的な摩耗、構造材料のゆっくりとした不可逆的な変化、一般に、そのような時計の「経年劣化」では、精度をさらに向上させることはできませんでした。
天文学的なクォーツ時計では、時間はクォーツで安定化された発電機によって測定され、これらの時計の精度はクォーツプレートの振動周波数の一定性によって決定されます。 時間の経過とともに、クォーツプレートとそれに関連する電気接点に不可逆的な変化が発生します。 したがって、このクォーツウォッチドライバーは「老朽化」しています。 この場合、クォーツプレートの振動周波数は多少変化します。 これがそのような時計の不安定さの理由であり、それらの精度のさらなる向上に制限を課しています。
分子時計は、分子によって吸収および放出される電磁波の周波数によって最終的に読み取り値が決定されるように設計されています。 一方、原子と分子は、エネルギー量子と呼ばれる特定の部分でのみ、断続的にのみエネルギーを吸収および放出します。 これらのプロセスは現在、次のように表されます。原子が通常の（励起されていない）状態にある場合、その電子はより低いエネルギーレベルを占め、核から最も近い距離にあります。 原子がエネルギー、たとえば光エネルギーを吸収する場合、それらの電子は新しい位置にジャンプし、それらの核からいくらか離れて配置されます。
Eを通る電子の最低位置に対応する原子のエネルギーと、核からE2を通るそのより遠い位置に対応するエネルギーを示しましょう。 エネルギーE2の励起状態から電磁振動（光など）を放出する原子がエネルギーE 1の非励起状態に移行すると、電磁エネルギーの放出部分はε\u003d E 2 -E1に等しくなります。 上記の比率は、エネルギー保存の法則の表現の1つに過ぎないことは容易に理解できます。
一方、光の量子のエネルギーはその周波数に比例することが知られています：ε\u003d hv、ここでεは電磁振動のエネルギー、vはそれらの周波数、h \u003d 6.62 * 10 -27 erg * secはプランクの定数です。 これらの2つの比率から、原子が放出する光の周波数vを見つけることは難しくありません。 明らかに、v \u003d（E 2-E 1）/ h sec -1
特定のタイプ（たとえば、水素、酸素など）の各原子には、独自のエネルギーレベルがあります。 したがって、励起された各原子は、低い状態に移行すると、完全に明確な周波数のセットで電磁振動を放出します。つまり、それだけに発光特性を与えます。 状況は分子とまったく同じですが、構成粒子のさまざまな配置と相互の動きに関連するいくつかの追加のエネルギーレベルがあるという点だけが異なります。
したがって、原子と分子は、限られた周波数の電磁振動を吸収および放出することができます。 原子システムがこれを行う安定性は非常に高いです。 これは、ストリング、チューニングフォーク、マイクなど、特定のタイプの振動を感知または放出する巨視的デバイスの安定性よりも数十億倍高いです。これは、機械、測定機器などの巨視的デバイスでは、その事実によって説明されます。 。、安定性を確保する力は、ほとんどの場合、外力の数十倍または数百倍にすぎません。 したがって、時間の経過や外部条件の変化に伴い、そのようなデバイスの特性は多少変化します。 これが、ミュージシャンがバイオリンとピアノを頻繁に調整しなければならない理由です。 それどころか、たとえば原子や分子などのマイクロシステムでは、粒子を構成する粒子間にこのような大きな力が作用するため、通常の外部からの影響ははるかに小さくなります。 したがって、外部条件（温度、圧力など）の通常の変化は、これらのマイクロシステム内で目立った変化を引き起こしません。
これは、スペクトル分析のこのような高精度と、原子および分子の振動の使用に基づく他の多くの方法およびデバイスを説明しています。 これにより、これらの量子システムを天文時計のマスター要素として使用することが非常に魅力的になります。 結局のところ、そのようなマイクロシステムは、時間の経過とともにその特性を変更しません。つまり、「経年劣化」しません。
エンジニアが分子時計の設計を始めたとき、原子および分子の振動を励起する方法はすでによく知られていました。 それらの1つは、高周波電磁振動が1つまたは別のガスで満たされた容器に供給されることです。 これらの振動の周波数がこれらの粒子の励起エネルギーに対応する場合、電磁エネルギーの共鳴吸収が発生します。 しばらくすると（100万分の1秒未満）、励起された粒子（原子と分子）は自発的に励起状態から通常の状態に移行し、同時にそれら自体が大量の電磁エネルギーを放出します。
振り子の振動の数は振り子の時計で数えられるので、そのような時計の設計の次のステップはこれらの振動の数を数えることであるべきであるように思われるでしょう。 しかし、そのようなまっすぐな「正面」の道は難しすぎました。 事実、分子が発する電磁振動の周波数は非常に高いです。 たとえば、主要な遷移の1つに対するアンモニア分子では、1秒あたり23,870,129,000周期です。 さまざまな原子によって放出される電磁振動の周波数は、同じオーダーまたはそれ以上です。 このような高周波振動の数を数えるのに適した機械装置はありません。 さらに、従来の電子機器もこれには不適切であることが判明しました。
この問題を回避する方法は、独自の回避策を使用して発見されました。 アンモニアガスを長い金属管（導波管）に入れました。 取り扱いを容易にするために、このチューブはコイル状になっています。 高周波電磁振動が発電機からこの管の一端に供給され、それらの強度を測定するために装置が他端に設置されました。 発電機は、特定の制限内で、それによって励起される電磁振動の周波数を変更することを可能にしました。
アンモニア分子を非励起状態から励起状態に遷移させるには、明確なエネルギー、したがって明確に定義された電磁振動の周波数が必要です（ε\u003d hv、ここでεは量子エネルギー、vは電磁振動の周波数、hはプランクの定数）。 発電機によって生成される電磁振動の周波数がこの共振周波数よりも大きいか小さい限り、アンモニア分子はエネルギーを吸収しません。 これらの周波数が一致すると、かなりの数のアンモニア分子が電磁エネルギーを吸収し、励起状態になります。 もちろん、この場合（エネルギー保存の法則により）、測定装置が設置されている導波路の端では、電磁振動の強度は小さくなります。 発電機の周波数をスムーズに変更し、測定装置の読み取り値を記録すると、共振周波数で電磁振動の強度の低下が検出されます。
分子時計を設計する次のステップは、まさにこの効果を使用することです。 このために、特別な装置が組み立てられました（図23）。 その中で、電源を備えた高周波発生器が高周波電磁振動を発生させます。 これらの振動の周波数の一定性を高めるために、ジェネレータはで安定化されます。 圧電石英を使用します。 このタイプの既存の装置では、高周波発生器の振動の周波数は、それらで使用される石英板の固有の振動の周波数に従って、毎秒数十万周期に等しくなるように選択されます。
図： 23.「分子時計」のスキーム
この周波数は機械装置を直接制御するには高すぎるため、分周ユニットの助けを借りて、毎秒数百回の振動に減少し、その後、信号リレーと、位置するポインター矢印を回転させる同期電気モーターに供給されます。 時計のダイヤルに。 したがって、分子時計のこの部分は、前述の石英時計のパターンに従います。
アンモニア分子を励起するために、高周波発生器によって生成された電磁波の一部は、交流周波数乗算器に供給されます（図23を参照）。 その中の周波数増倍率は、それを共振させるように選択されます。 周波数乗算器の出力から、電磁振動がアンモニアガスとともに導波管に供給されます。 導波管の出力にあるデバイス（弁別器）は、導波管を通過した電磁振動の強度を記録し、高周波発生器に作用して、励起する振動の周波数を変更します。 弁別器は、共振周波数よりも低い周波数の振動が導波路の入力に到達すると、発電機を調整して振動周波数を上げるように設計されています。 共振周波数よりも高い周波数の振動が導波路の入力に到達すると、発電機の周波数が低下します。 この場合、共振への調整がより正確であり、吸収曲線が急になります。 したがって、分子によるそれらのエネルギーの共鳴吸収に起因する電磁振動の強度の低下は、可能な限り狭く、深くなければならないことが望ましい。
これらの相互接続されたデバイス（ジェネレーター、マルチプライヤ、アンモニアガス導波路、ディスクリミネーター）はすべてフィードバックループであり、アンモニア分子がジェネレーターによって励起され、同時にそれを制御して、目的の周波数の振動を生成します。 したがって、最終的に、分子時計は周波数と時間の標準としてアンモニア分子を使用します。 1953年にG.ライオンズによってこの原理に従って開発された最初の分子アンモニア時計では、コースの不安定性は約10 -7でした。つまり、周波数の変化は1,000万分の1を超えませんでした。 その後、不安定性は10 -8に減少しました。これは、数年にわたって時間間隔を1秒ずつ測定する際のエラーに対応します。
一般的に、これはもちろん優れた精度です。 しかし、構築されたデバイスでは、電磁エネルギーの吸収曲線は、期待したほど鋭くはないが、いくらか「汚れている」ことが判明しました。 したがって、デバイス全体の精度は予想よりも大幅に低いことが判明しました。 その後数年間に実施されたこの分子時計の徹底的な研究により、それらの読み取り値は、導波路の設計、およびその中のガスの温度と圧力にある程度依存することがわかりました。 これらの影響がそのような時計の操作の不安定さの原因であり、それらの精度を制限することがわかった。
その後、分子時計のこれらの欠陥は完全に排除されませんでした。 ただし、他のより高度なタイプの量子時間計が発明されています。
原子セシウム時計
アンモニア分子時計の欠陥の理由の明確な理解に基づいて、周波数と時間の基準のさらなる改善が達成されました。 アンモニア分子時計の主な欠点は、共振吸収曲線の「スミアリング」と、導波路内のガスの温度と圧力への時計の依存性であることを思い出してください。
これらの欠陥の理由は何ですか？ それらを排除することはできますか？ 導波管を満たすガス粒子の熱運動の結果として、共鳴のスミアリングが発生することが判明した。 結局のところ、ガス粒子の一部は電磁波に向かって移動するため、それらの振動周波数は、発電機によって与えられる周波数よりもいくらか高くなります。 一方、他のガス粒子は、入ってくる電磁波から逃げるように移動します。 彼らにとって、電磁振動の周波数は公称値よりわずかに低いです。 静止ガス粒子の数が比較的少ない場合にのみ、それらによって知覚される電磁振動の周波数は、公称周波数に等しくなります。 ジェネレータによって与えられます。
説明されている現象は、よく知られている縦方向のドップラー効果です。 共振曲線が平坦化され、不鮮明になり、導波路の出力での電流のガス粒子の移動速度への依存性が明らかになるという事実につながるのは彼です。 ガス温度について。
アメリカ標準局の科学者のチームは、これらの困難を克服することに成功しました。 しかし、彼らが一般的に行ったことは、既知のもののいくつかを使用したものの、頻度と時間の新しくてはるかに正確な基準であることが判明しました。
このデバイスは、分子ではなく原子を使用します。 これらの原子は、容器を満たすだけでなく、ビーム内を移動します。 そして、それらの移動方向が電磁波の伝播方向に垂直になるようにします。 この場合、縦方向のドップラー効果がないことは容易に理解できます。 このデバイスは、毎秒9 192 631831周期に等しい電磁振動の周波数で励起されるセシウム原子を使用します。
対応する装置は管に取り付けられ、その一端には金属セシウムを蒸発するまで加熱する電気炉1があり、他端にはそれに到達したセシウム原子の数を数える検出器6があります（図24）。 それらの間には、高周波電磁振動を供給する最初の磁石2、導波路3、コリメータ4、および2番目の磁石5があります。炉がオンになると、金属蒸気がスリットを通ってチューブにバーストし、セシウム原子の細いビームがその軸に沿って飛んで、磁気にさらされます 永久磁石によって生成された磁場、および波の伝播方向が粒子の飛行方向に垂直になるように、導波路によって発電機から管に供給される高周波電磁場。
そのような装置は、問題の最初の部分を解決することを可能にします：原子を励起すること、すなわち、それらをある状態から別の状態に移すこと、そして同時に縦方向のドップラー効果を回避すること。 研究者がこの改善だけに限定した場合、デバイスの精度は向上しますが、それほどではありません。 確かに、白熱源から放出された原子のビームには、常に励起されていない原子と励起された原子があります。 したがって、ソースから放出された原子が電磁界を飛んで励起されると、特定の数の励起された原子が既存の励起された原子に追加されます。 したがって、励起原子数の変化は比較的大きくなく、電磁波の作用による粒子ビームへの影響はそれほど大きくありません。 最初に励起された原子がまったくなく、次にそれらが現れた場合、全体的な効果ははるかに対照的であることは明らかです。
そのため、追加のタスクが発生します。ソースから電場までのセクションで、通常の状態の原子を通過させ、励起された原子を除去します。 それを解決するために、新しいものを発明する必要はありませんでした。なぜなら、私たちの世紀の40年代に、ラビとラムジーは、分光学的研究に対応する方法を開発したからです。 これらの方法は、すべての原子と分子が特定の電気的および磁気的特性を持っているという事実に基づいており、これらの特性は励起された粒子と励起されていない粒子で異なります。 したがって、電場と磁場では、励起された原子と励起されていない原子および分子はさまざまな方法で偏向されます。
記載されている原子セシウム時計では、線源と高周波電磁界との間の粒子ビームの経路上に、永久磁石2（図24を参照）が取り付けられ、励起されていない粒子がコリメータスリットに集束され、励起された粒子がビームから除去されました。 反対に、高周波電場と検出器の間にある第２の磁石５は、励起されていない粒子がビームから除去され、励起された粒子のみが検出器に集束されるように設置された。 この二重の分離により、電磁界に入る前に励起されなかった粒子のみが検出器に到達し、この電磁界で励起状態になります。 この場合、検出器の読みの電磁振動の周波数への依存性は非常に鋭くなり、したがって、電磁エネルギーの吸収の共振曲線は非常に狭く急勾配になることがわかります。
以上の対策の結果、アトミックセシウムクロックの駆動ユニットは、高周波発生器のごくわずかな離調にも対応できることが判明し、非常に高い安定化精度を実現しました。
デバイスの残りの部分は、一般に、分子時計の概念を繰り返します。高周波発生器は、電気時計を制御し、同時に周波数増倍回路を介して粒子を励起します。 セシウム管と高周波発生器に接続された弁別器は、管の動作に反応し、発生する振動の周波数が粒子が励起される周波数と一致するように発生器を調整します。
このすべてのデバイスは、全体としてアトミックセシウムクロックと呼ばれます。
セシウム時計の最初のモデル（たとえば、英国国立物理研究所のセシウム時計）では、不安定性はわずか1〜9でした。 近年開発および製造されたこのタイプのデバイスでは、不安定性が10 -12 -10-13に減少しています。
最高の機械式天文時計でさえ、部品の摩耗により、時間の経過とともにコースが多少変化するとすでに言われています。 クォーツの経年変化はその測定値のゆっくりとしたドリフトにつながるので、クォーツ天文時計でさえこの欠点がないわけではありません。 セシウム原子時計には周波数ドリフトは見られなかった。
これらのクロックの異なるコピーを互いに比較すると、それらの振動の周波数は±3 * 10 -12以内で一致しました。これは、10、000年でわずか1秒の誤差に相当します。
ただし、このデバイスには欠点がないわけではありません。電磁界の形状の歪みと、ビーム原子への影響が比較的短いため、このようなシステムを使用した時間間隔の測定精度がさらに向上します。
量子発生器を備えた天文時計
時間間隔の測定の精度を高めるための別のステップは、 分子発生器-それが使用されるデバイス 分子による電磁波の放出.
この発見は予想外で論理的でした。 予期しない-古い方法の可能性が尽きてしまったようで、他に方法がなかったからです。 自然-多くのよく知られた効果がすでに新しい方法のほぼすべての部分を構成しており、これらの部分を適切に組み合わせるだけであったためです。 しかし、既知のものの新しい組み合わせは、多くの発見の本質です。 それを思いつくために考えることは常に多くの勇気を必要とします。 多くの場合、これが行われた後、すべてが非常に単純に見えます。
分子放射を使用して周波数標準を取得するデバイスは、メーザーと呼ばれます。 この単語は、表現の最初の文字から形成されます：放射の刺激された放出によるマイクロ波増幅、すなわち誘導された放射を使用したセンチメートル範囲の電波の増幅。 現在、このタイプのデバイスは、ほとんどの場合、量子増幅器または量子ジェネレータと呼ばれています。
量子発生器の発見の準備は何ですか？ その動作と構造の原則は何ですか？
研究者たちは、アンモニアなどの励起された分子がより低いエネルギーレベルに低下し、電磁放射を放出すると、 これらの輝線の自然な幅は非常に小さいです、いずれにせよ、分子時計で使用される吸収線の幅の何倍も小さい。 一方、2つの振動の周波数を比較する場合、共振曲線の鋭さはスペクトル線の幅に依存し、安定化の達成可能な精度は共振曲線の鋭さに依存します。
吸収だけでなく、分子による電磁波の放射を使用して、時間間隔をより高い精度で測定する可能性に研究者が非常に興味を持っていたことは明らかです。 これにはすでにすべてがあるように思われます。 実際、分子時計の導波路では、励起されたアンモニア分子が自発的に照射されます。つまり、励起されたアンモニア分子はより低いエネルギーレベルに移行し、同時に23,870,129,000周期/秒の周波数で電磁放射を放出します。 この発光スペクトル線の幅は確かに非常に小さいです。 さらに、分子時計の導波路は発電機から供給される電磁振動で満たされ、これらの振動の周波数はアンモニア分子によって放出されるエネルギー量子の周波数に等しいので、導波路で発生します 誘発励起されたアンモニア分子の放出。その確率は自発的よりもはるかに大きい。 したがって、このプロセスにより、放射イベントの総数が増加します。
それにもかかわらず、分子時計導波路タイプのシステムは、分子放射の観察および使用には完全に不適切であることが判明した。 実際、そのような導波路には、励起されたものよりもはるかに多くの励起されていないアンモニア粒子があり、誘導された放射を考慮に入れても、電磁エネルギーの吸収の行為は放出の行為よりもはるかに頻繁に発生します。 さらに、そのような導波路では、同じボリュームが発電機からの電磁放射で満たされ、この放射が同じ周波数とはるかに高い強度を持っているときに、分子によって放出されるエネルギー量子をどのように分離できるかは明らかではありません。
すべてのプロセスが非常に混同されて、一見必要なプロセスを特定することが不可能に見えるというのは本当ではありませんか？ しかし、そうではありません。 結局のところ、それらの電気的および磁気的特性において、励起された分子は励起されていない分子とは異なることが知られており、これによりそれらを分離することが可能になります。
1945年から1955年。 この問題は、USSRのN. G.BasovとA.M. Prokhorov、および米国のGordon、Zeiger、Townesによって見事に解決されました*。 これらの著者は、励起されたアンモニア分子と励起されていないアンモニア分子の電気的状態が多少異なり、不均一な電界を飛んでいるときに、さまざまな方法で逸脱するという事実を利用しました。
* (J. Singer、Maser、IL、M.、1961; Basov N.G.、Letokhov V.S.、光周波数標準、UFN、vol。96、no。 4、1968。)
コンデンサープレートなど、2つの帯電した平行プレートの間に均一な電界が生成されることを思い出してください。 帯電したプレートと1つまたは2つの帯電した点の間-不均一。 電界が力の線を使用して描かれている場合、均一な電界は同じ密度の線で表され、不均一な電界は不均一な密度の線で表されます。たとえば、平面では小さく、線が収束する点では大きくなります。 何らかの形の不均一な電界を得るための方法は長い間知られている。
分子発生器は、分子源、電気分離器、および共振器の組み合わせであり、すべてがチューブに組み立てられ、そこから空気が排出されます。 深冷のために、このチューブは液体窒素に入れられます。 これにより、デバイス全体の高い安定性が実現します。 分子発生器の粒子源は、アンモニアガスで満たされた小口径のバルーンです。 この穴を通って、一定の速度の細い粒子ビームがチューブに入ります（図25、a）。
ビームには、常に励起されていないアンモニア分子が含まれています。 しかし、通常、興奮している人よりも興奮していない人の方がはるかに多いです。 チューブ内のこれらの粒子の経路には、4本のロッドで構成される帯電したコンデンサー、いわゆる四重極コンデンサーがあります。 その中で、電界は不均一であり、それを通過すると、励起されていないアンモニア分子が側面に散乱し、励起されたものが管軸に偏向して集束するような形状（図25、b）を持っています。 したがって、このようなコンデンサーでは、粒子の分離が発生し、励起されたアンモニア分子のみがチューブのもう一方の端に到達します。
チューブのこのもう一方の端には、特定のサイズと形状の容器、いわゆる共振器があります。 その中に入ると、励起されたアンモニア分子は、短時間の後、自発的に励起状態から非励起状態に移行し、同時に特定の周波数の電磁波を放出します。 このプロセスは照らされていると言われています。 したがって、分子放射線を取得するだけでなく、それを分離することも可能です。
これらのアイデアのさらなる発展について考えてみましょう。 励起されていない分子と相互作用する共振周波数の電磁放射は、それらを励起状態に転送します。 励起された分子と相互作用する同じ放射は、それらを励起されていない状態に転送し、したがってそれらの放出を刺激します。 励起されていない、または励起されている分子が多いかどうかに応じて、電磁エネルギーの吸収または誘導放出のプロセスが優先されます。
励起されたアンモニア分子が圧倒的に優勢な共振器などを一定の体積で生成し、共振周波数の電磁振動を供給することで、超高周波を増幅することができます。 この増幅は、励起されたアンモニア分子が共振器に連続的にポンピングされるために発生することは明らかです。
共振器の役割は、励起された分子の放出が発生する容器であるという事実だけに限定されません。 共振周波数の電磁放射は励起された分子の放射を刺激するので、この放射の密度が高いほど、誘導された放射のこのプロセスはより活発に進行します。
したがって、これらの電磁振動の波長に応じて共振器の寸法を選択することにより、定在波が発生するための条件をその中に作成することが可能である（対応する弾性音振動の定在波が発生するためのオルガンパイプの寸法の選択と同様）。 適切な材料で共振器の壁を作ることにより、可能な限り最小の損失で電磁振動を反射することを保証することが可能です。 これらの対策は両方とも、共振器内に高密度の電磁エネルギーを生成することを可能にし、したがってデバイス全体の効率を向上させます。
他のすべての条件が同じであれば、このデバイスのゲインは大きくなり、励起された分子のフラックス密度が高くなります。 励起された分子のフラックス密度と適切な共振器パラメータが十分に高い場合、分子の放射強度がさまざまなエネルギー損失をカバーするのに十分なほど高くなり、増幅器がマイクロ波振動の分子発生器、いわゆる量子発生器に変わることは注目に値します。 この場合、共振器に高周波電磁エネルギーを供給する必要がなくなります。 一部の励起粒子の誘導放出のプロセスは、他の放出によってサポートされています。 さらに、適切な条件下では、電磁エネルギーの一部が横に転用された場合でも、電磁エネルギーの生成プロセスが中断されることはありません。
非常に安定性の高い量子発生器厳密に定義された周波数の高周波電磁振動を与え、時間間隔の測定に使用できます。 継続的に動作する必要はありません。 定期的に一定の間隔で天文時計の発電機の周波数をこの分子周波数標準と比較し、必要に応じて補正を導入するだけで十分です。
分子アンモニア発生器によって修正された天文時計は、50年代後半に製造されました。 それらの短期的な不安定性は1分あたり10-12を超えず、それらの長期的な不安定性は約10-10でした。これは、数百年にわたってわずか1秒の時間間隔のカウントの歪みに対応します。
同じ考えと、作動流体としてのタリウムや水素などの他の粒子の使用に基づいて、周波数と時間の基準のさらなる改善が達成されました。 同時に、Goldenberg、Klepner、Ramseyによって60年代初頭に開発および製造された、水素原子のビームで動作する量子発生器は、特に有望であることが判明しました。 このジェネレーターは、適切な冷媒に浸されたチューブ（図26）に取り付けられた粒子源、セパレーター、および共振器で構成されています。 ソースは水素原子のビームを放出します。 このビームには、励起されていない水素原子と励起された水素原子が含まれており、励起されたものよりもはるかに多くの励起されていないものがあります。
励起された水素原子は、磁気状態（磁気モーメント）が励起されていない水素原子とは異なるため、それらの分離はもはや電気ではなく、一対の磁石によって生成される磁場です。 水素発生器の共振器にも重要な特徴があります。 それは、内壁がパラフィンで覆われている溶融石英フラスコの形で作られています。 パラフィン層からの水素原子の複数（約10,000）の弾性反射により、粒子の飛行長、したがって、分子発生器と比較して、共振器内での粒子の滞在時間は、数千倍に増加します。 したがって、水素原子の放出の非常に狭いスペクトル線を取得することが可能であり、分子発生器と比較して、デバイス全体の不安定性を数千分の1に減らすことができます。
水素量子発生器を備えた天文時計の最新の設計は、その性能においてセシウム原子ビーム標準を上回っています。 系統的なドリフトは見つかりませんでした。..。 それらの短期間の不安定性は1分あたりわずか6 * 10 -14であり、長期の不安定性は1日あたり2 * 10 -14であり、これはセシウム標準の10分の1です。 水素量子発生器を備えた時計の再現性は±5 * 10 -13であり、セシウム標準の再現性は±3 * 10-12です。 その結果、水素発生器はこの点で約10倍優れています。 したがって、水素天文時計の助けを借りて、約10万年の間隔にわたって1秒のオーダーの時間測定精度を保証することが可能です。
一方、近年の多くの研究では、原子ビーム発生器に基づいて達成された時間間隔の測定におけるこの高精度は、まだ制限されておらず、向上させることができることが示されています。
正確な時間送信
タイムサービスのタスクは、正確な時刻の取得と保存に限定されません。 それの同様に重要な部分は、この正確さが失われないであろう正確な時間の伝達のそのような組織です。
昔は、時間信号の送信は、機械、音、または光のデバイスを使用して実行されていました。 ピーターズバーグでは、ちょうど正午に大砲が発射されました。 あなたの時計を、現在D. I.Mendeleevという名前のメトロロジー研究所のタワー時計と比較することも可能でした。 海港では、落下するボールが時間信号として使用されました。 港に停泊している船から、正午にボールが特別なマストの上部から落ちて足元に落ちた様子を見ることができました。
現代の集中的な生活の通常のコースにとって、非常に重要なタスクは、鉄道、郵便、電信、および大都市に正確な時間を提供することです。 天文学的および地理的な作業のように高い精度は必要ありませんが、都市のすべての部分、広大な国のすべての部分で、すべての時計が同じ時刻を表示する必要があります。 このタスクは通常、電気時計で実行されます。
鉄道や通信機関の時計産業、近代都市の時計産業では、電気時計が重要な役割を果たしています。 彼らのデバイスは非常にシンプルですが、それにもかかわらず、1分の精度で、街のすべてのポイントで同じ時間を表示します。
電気時計は一次と二次です。 一次電気時計には振り子、車輪、脱進機があり、リアルタイムメーターです。 二次電気時計は単なる指標であり、時計機構はありませんが、1分に1回手を動かす比較的単純な装置しかありません（図27）。 電流が開くたびに、電磁石がアーマチュアを解放し、アーマチュアに取り付けられた「犬」がラチェットホイールに乗って、1本の歯で回転します。 電流信号は、中央設定または一次電気クロックのいずれかから二次クロックに供給されます。 近年、サウンドフィルムの原理に基づいて設計された、時間を表示するだけでなく、時間を伝えるトーキングクロックが登場しました。
送信用 正確な時間今日では、主に電話、電信、ラジオで送信される電気信号が使用されています。 過去数十年にわたって、それらの送信の技術は改善され、それに応じて精度が向上しました。 1904年、ビグルダンはパリ天文台からリズミカルな時間信号を送信しました。この信号は、モンソリス天文台によって0.02〜0.03秒の精度で受信されました。 1905年、ワシントン海洋天文台は定期的な時間信号の送信を開始しました。1908年以降、エッフェル塔からリズミカルな時間信号の送信を開始し、1912年からグリニッジ天文台から送信を開始しました。
現在、正確な時間信号の送信は多くの国で行われています。 USSRでは、そのような放送は州天文研究所によって行われています。 P.K. Sternberg、および他の多くの組織。 同時に、多くの異なるプログラムを使用して、平均太陽時間の読み取り値を無線で送信します。 たとえば、時間信号プログラムは各時間の終わりにブロードキャストされ、6つの短いパルスで構成されます。 それらの最後の始まりは、この時間またはその時間と00分00秒の時間に対応します。 海上および空中航行では、長い信号で区切られた5つの一連の60パルスと3つの一連の6つの短い信号のプログラムが使用されます。 さらに、いくつかの特別な時間信号プログラムがあります。 さまざまな特別時間信号プログラムに関する情報は、特別版で公開されています。
放送番組の時間信号の送信誤差は約±0.01〜0.001秒であり、一部の特殊な番組では±10-4秒、さらには±10-5秒です。 したがって、現在、非常に高い精度で時間を受信、保存、および送信することを可能にする方法およびデバイスが開発されてきた。
最近、正確な時間を保存および送信する分野で、実質的に新しいアイデアが実装されています。 すべての時計が年間を通じて継続的に動作するという条件で、任意の地域の多くの地点で、立っている時計の読み取りの精度が±30秒以上である必要があると仮定します。 このような要件は、たとえば、市や鉄道の時計に適用されます。 要件はそれほど厳密ではありませんが、自律型時計の助けを借りてそれらを満たすためには、各時計の1日あたりの速度が±0.1秒よりも優れている必要があり、これには精密なクォーツクロノメーターが必要です。
一方、この問題を解決するために使用される場合 ユニバーサルタイムシステム、プライマリクロックと関連する多数のセカンダリクロックで構成される場合、プライマリクロックのみが高精度である必要があります。 その結果、プライマリクロックのコストが増加し、したがってセカンダリクロックのコストが低くなっても、比較的低い総コストでシステム全体の精度を確保することができます。
もちろん、この場合、2次クロック自体にエラーが発生しないようにする必要があります。 ラチェットホイールと爪を備えた前述のセカンダリクロックでは、信号で1分に1回手が動くため、失敗することがあります。 さらに、時間の経過とともに、それらの読み取り値の誤差が蓄積されます。 最新の二次時計では、さまざまなタイプの読み取り値の検証と修正が使用されています。 工業用周波数（50Hz）の交流電流を使用し、周波数が厳密に安定している二次クロックにより、さらに高い精度が得られます。 この時計の主要部分は、交流によって駆動される同期電気モーターです。 したがって、このクロックでは、交流自体は、0.02秒の繰り返し周期を持つ連続時間信号です。
現在、World-wide Sinchronization of Atomic Clocks（WOSAC;単語の最初の文字で構成される名前：World-wide Sinchronization of Atomic Clocks）が作成されています。 このシステムのメインプライマリクロックは、米国ニューヨーク州ローマにあり、3つのアトミッククロン（アトミックセシウムクロック）で構成されており、その読み取り値が平均化されています。 したがって、（1-3）* 10-11に等しいタイミングの精度が保証されます。 このプライマリクロックは、セカンダリクロックの世界的なネットワークに関連付けられています。
このテストでは、WOZAKを介してニューヨーク州（米国）からオアフ島（ハワイ）に正確な時間信号を送信する場合、つまり約30,000 kmの場合、時間の読み取り値が3マイクロ秒の精度で調整されることが示されました。
今日達成されたタイムスタンプの保存と送信の高精度は、長距離宇宙航行の複雑で新しい問題を解決することを可能にします。また、古くはありますが、地殻の動きに関する重要で興味深い質問を解決することを可能にします。
大陸はどこを航海していますか？
これで、前の章で説明した大陸の動きの問題に戻ることができます。 ウェゲナーの作品が登場してから私たちの時代に至るまでの半世紀の間、これらのアイデアをめぐる科学的論争はまだ収まっていないので、これはさらに興味深いものです。 たとえば、W。MunkとG. MacDonaldは1960年に次のように書いています。「ウェゲナーのデータのいくつかは否定できませんが、彼の議論のほとんどは完全に恣意的な仮定に基づいています。」 さらに、「電信が発明される前に大陸の大きなシフトが起こり、ラジオが発明される前に中程度のシフトが起こり、その後は実質的にシフトは観察されなかった」。
これらの苛性の発言は、少なくとも最初の部分では、根拠がないわけではありません。 確かに、ウェーゲパーと彼の共同研究者がグリーンランドへの遠征でやがて行った縦断的測定（ウェゲナーは悲劇的に死んだ）は、目前の課題を厳密に解決するには不十分な精度で行われた。 これは彼の同時代人によって指摘されました。
現代版の大陸運動理論を最も確信している支持者の1人はP.N.クロポトキンです。 1962年、彼は次のように書いています。「古磁気的および地質学的データは、中生およびセノゾイックの間、地球の地殻運動のレイトモチーフが2つの古代大陸、ラウラシアとゴンドワナの断片化と、太平洋とテティスの地質同期帯へのそれらの部分の広がりであったことを示しています。」 ラウラシアが北アメリカ、グリーンランド、ヨーロッパ、そしてアジアの北半分全体、ゴンドワナ、つまり南大陸とインドをカバーしていたことを思い出してください。 テティスの海は、地中海からアルプス、コーカサス、ヒマラヤを経由してインドネシアに広がっていました。
同じ著者はさらに次のように書いています。「ゴンドワナの統一は現在、プレカンブリアから白亜紀の真ん中まで追跡されており、その断片化は古生代から始まり、白亜紀の半ばから特に大規模に達した長いプロセスのように見えます。その時から8000万年が経過しました。その結果、距離は アフリカと南アメリカの間は年間6cmの割合で増加しました。同じ割合が南半球から北半球へのヒンドゥスタンの移動の古磁気データから得られます。 古磁気データを使用して過去の大陸の位置を再構築した後、PN Kropotkinは、「この時点で、大陸は実際に、ウェゲニアの主要な大陸プラットフォームの輪郭に似たブロックにまとめられた」という結論に達しました。
したがって、さまざまな方法で得られたデータの合計は、大陸の現代的な場所とその輪郭が、一連の障害と大陸ブロックの大幅な移動の結果として、遠い過去に形成されたことを示しています。
大陸の現代の動きの問題は、十分な精度で実施された縦断的研究の結果に基づいて解決されます。 この場合の意味は、たとえばワシントンの緯度では、経度の1万分の1秒の変化が0.3 cmのオフセットに相当するという事実から、十分な精度がわかります。推定移動速度は年間約1 mであり、現代のサービスはすでに 1000分の1秒と1万分の1秒の精度での正確な時間の時点、保存、および送信の定義が利用可能であるため、説得力のある結果を得るには、数年または数十年の間隔で対応する測定を実行するだけで十分です。
この目的のために、1926年に32の観測点のネットワークが作成され、天文学的な縦断的研究が実施されました。 1933年には、天文学的な縦断的研究が繰り返され、すでに71の観測所が作業に含まれていました。 非常に長い時間間隔（7年）ではありませんが、良好な現代レベルで実施されたこれらの測定は、特に、ウェゲナーが考えたように、アメリカがヨーロッパから年間1 m離れていないことを示しましたが、およそ 年間60cm。
したがって、非常に正確な縦方向の測定の助けを借りて、大きな大陸ブロックの現代的な動きの存在が確認されました。 さらに、これらの大陸ブロックの個々の部分の動きがわずかに異なることがわかりました。
天文台には、最も正確な方法で時間を決定するための機器があります-彼らは時計をチェックします。 時間は、地平線の上の著名人が占める位置によって設定されます。 天文台の時計が夜の間にできるだけ正確にそして均等に動くように、それらが星の位置によってチェックされるとき、時計は深い地下に置かれます。 そのような地下室では、気温は一年中一定です。 温度の変化は時計の動作に影響を与えるため、これは非常に重要です。
正確な時間信号を無線で送信するために、天文台には特別な洗練された時計、電気および無線機器があります。 モスクワから送信される正確な時間信号は、世界で最も正確なものの1つです。 星によって正確な時間を決定し、正確な時計で時間を保存し、それを無線で送信する-これらすべてがタイムサービスを構成します。
ASTRONOMSが機能する場所
天文学者は天文台や天文研究所で科学的な仕事をしています。
後者は主に理論研究に従事しています。
大10月の社会主義革命の後、レニングラードの理論天文学研究所、V.I。にちなんで名付けられた天文研究所 モスクワのPKSternberg、ジョージア州アルメニアの天体物理観測所、および他の多くの天文機関。
天文学者の訓練と教育は、機械学と数学、または物理学と数学の学部の大学で行われます。
私たちの国の主な天文台はプルコフスカヤです。 1839年にロシアの著名な科学者の指導の下、サンクトペテルブルクの近くに建てられました。 多くの国で、それは当然のことながら世界の天文学の首都と呼ばれています。
大祖国戦争後、クリミアのシメイズ天文台は完全に修復され、そこからそう遠くないところに、バクチサライ近くのパルティザンスコエ村に新しい天文台が建設されました。 2.6メートルで-世界で3番目に大きい。 現在、両方の天文台が1つの機関、つまりUSSR科学アカデミーのクリミア天体物理観測所を構成しています。 カザン、タシュケント、キエフ、カルコフなどに天文台があります。
すべての天文台で、合意された計画に従って科学的作業を実施しています。 私たちの国での天文科学の成果は、働く人々の幅広い層が私たちの周りの世界の正しい、科学的な理解を発展させるのに役立ちます。
他の国にも多くの天文台があります。 これらの中で最も有名なのは、既存のものの中で最も古いものです-パリとグリニッジ、その子午線から地球上の地理的経度が数えられます（最近、この天文台は、夜空の観察に多くの障害があるロンドンからさらに離れた新しい場所に移動されました）。 世界最大の望遠鏡は、カリフォルニアのパロマー山、ウィルソン山、リック天文台に設置されています。 最後のものは19世紀の終わりに建てられ、最初の2つはすでに20世紀に建てられました。
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1.2。 天文学における時間測定
1.2.1。 一般規定
地質天文学、天文測定、宇宙測地学のタスクの1つは、特定の時点での天体の座標を決定することです。 天文学的な時間スケールは、国内の時間サービスと国際時間局によって構築されています。
連続時間スケールを構築するすべての既知の方法は、 定期的なプロセス、例：
- その軸の周りの地球の回転;
- その軌道上の太陽の周りの地球の革命;
- 軌道上での地球の周りの月の回転。
- 重力の影響下での振り子のスイング;
- 交流の作用下での水晶の弾性振動;
- 分子と原子の電磁振動;
- 原子核および他のプロセスの放射性崩壊。
時間システムは、次のパラメータで設定できます。
1）メカニズム-定期的に繰り返されるプロセス（たとえば、地球の毎日の回転）を提供する現象。
2）スケール-プロセスが繰り返される期間。
3）開始点、ゼロ点-プロセスが繰り返され始めた瞬間。
4）タイミングの方法。
地質天文学では、地球の軸を中心とした回転に基づいて、天文学、天体力学、サイドリアルおよびソーラータイムシステムが使用されます。 この周期的な動きは非常に均一で、時間に制限がなく、人類の存在全体を通して継続しています。
さらに、天体測定と天体力学は
エフェメリスと動的時間システム 理想として
均一な時間スケールの構造。
システム アトミックタイム-完全に均一なタイムスケールの実用的な実装。
1.2.2。 サイドリアルタイム
サイドリアルタイムはsで表されます。 サイドリアルタイムシステムのパラメータは次のとおりです。
1) メカニズム-その軸の周りの地球の回転;
2）スケール-バーナルエクイノックスポイントの2つの連続する上部頂点間の時間間隔に等しいサイドリアル日
に 観測点;
3) 天球の開始点はヴァーナルエクイノックスポイントであり、ゼロポイント（サイドリアルデイの始まり）はポイントの上位頂点の瞬間です。
4) カウントの方法。 サイドリアル時間の尺度は、ポイントの時角です。
ヴァーナルエクイノックス、t。 それを測定することは不可能ですが、どの星でも表現は真実です
したがって、星の正しい上昇を知り、その時間角tを計算することで、横方向の時間sを決定できます。
区別する 真、平均、準真ガンマのポイント（分離は栄養の天文学的な要因に関連しています。1.3.9項を参照）。 真の、平均的で準真のサイドリアルタイム.
サイドリアルタイムシステムは、地表上の点の地理的座標と地上の物体への方向の方位角を決定し、地球の毎日の回転の不規則性を研究し、他の時間測定システムのスケールのゼロ点を確立するために使用されます。 このシステムは天文学で広く使われていますが、日常生活には不便です。 太陽の明らかな日中の動きによる昼と夜の変化は、地球上の人間の活動に非常に明確なサイクルを生み出します。 したがって、時間の計算は長い間、太陽の日中の動きに基づいていました。
1.2.3。 真の平均太陽時間。 時間の方程式
真のソーラータイムシステム（または 真の太陽の時間--m）は、太陽の天文学的または地質学的観測に使用されます。 システムパラメータ：
1) メカニズム-その軸の周りの地球の回転;
2）スケール- 真の太陽の日-真の太陽の中心の2つの連続するより低い頂点の間の時間間隔。
3) 出発点は真の太陽の円盤の中心です-、ゼロ点- 真の真夜中、または真の太陽の円盤の中心の下部の頂点の瞬間。
4) カウントの方法。 真の太陽時間を測定する尺度は、真の太陽の地心の1時間ごとの角度です。プラス12時間：
m\u003dt+ 12時間。
真の太陽時間の単位（真の太陽日の1/86400に等しい秒）は、時間測定の単位の基本要件を満たしていません。これは一定ではありません。
真の太陽の時間スケールが変動する理由は次のとおりです。
1）地球の軌道の楕円性による、日食に沿った太陽の不均一な動き。
2）太陽は日食に沿っており、天の赤道に対して約23.50の角度で傾斜しているため、年間を通じて太陽の右上昇が不均一に増加します。
これらの理由から、真のソーラータイムシステムの適用は実際には不便です。 均一な太陽時間スケールへの移行は、2つの段階で発生します。
ステージ1のダミーへの移行 平均的な日食太陽..。 これについて
この段階で、日食に沿った太陽の不均一な動きが排除されます。 楕円軌道での不規則な動きは、円形軌道での均一な動きに置き換えられます。 地球がその軌道のペリヘリオンとアフェリオンを通過するとき、真の太陽と平均の日食太陽は一致します。
ステージ2から 真ん中の赤道太陽平等に動く
天の赤道に沿って番号が付けられています。 これは、日食の傾斜による太陽の右昇天の増加の不均一性を除外します。 真の太陽と平均赤道太陽は、同時に春と秋の等号を通過します。
これらのアクションの結果として、新しい時間測定システムが導入されます -平均太陽時間.
平均太陽時間はmで表されます。 平均太陽時間システムのパラメータは次のとおりです。
1) メカニズム-その軸の周りの地球の回転;
2）スケール-平均日-平均赤道太陽の2つの連続するより低い頂点間の時間間隔eq;
3) 出発点は平均赤道太陽ですeq、ゼロポイント-真夜中、または赤道中期の太陽の下のクライマックスの瞬間。
4) カウントの方法。 平均時間の尺度は、平均赤道太陽の地心時間角です。eqプラス12時間。
m \u003dteq+ 12h。
平均赤道太陽は天球上の架空の地点であるため、観測から直接平均太陽時間を決定することは不可能です。 平均太陽時間は、真の太陽の観測から決定された真の太陽時間から計算されます。 真の太陽時間mと平均太陽時間mの差は次のように呼ばれます。 時間の方程式そしてによって示されます：
M--m\u003dt--t平均式 ..。
時間の方程式は、年次および半年次の2つの正弦波で表されます。
新しい期間：
1 + 2 -7.7m sin（l + 790）+ 9.5m sin 2l、
ここで、lは平均日食太陽の日食経度です。
グラフは、2つの最大値と2つの最小値を持つ曲線であり、カルテシアン長方形座標系では、図に示す形式になっています。 1.18。
図1.18。 時間グラフの方程式
時間の方程式の値は、+ 14mから–16mの範囲です。
Astronomical Yearbookでは、日付ごとに、Eの値が次のように与えられます。
E \u003d +12時間。
から この値、平均太陽時間と真の太陽の時角との関係は、次の式によって決定されます。
m \u003dt-E。
1.2.4。 ジュリアンの日
2つの離れた日付の間の時間間隔の数値を正確に決定する場合、天文学では呼ばれる日の連続カウントを使用すると便利です。 ジュリアンの日.
ジュリアンの日数のカウントの開始は、紀元前4713年1月1日のグリニッジの平均正午です。この期間の開始から、平均太陽日数がカウントされ、各暦日が特定のジュリアンの日に対応するように番号が付けられます。 したがって、エポック1900、1月1日0.12hUTはジュリアン日付JD2415020.0に対応し、エポック2000、1月1日12hUTはJD2451545.0に対応します。
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