Örülök, hogy példásan és egyszerűen élhetek:
Mint a nap – mint az inga – mint a naptár
M. Cvetajeva

lecke 6/6

Tantárgy Az időmérés alapjai.

Cél Tekintsük az időszámláló rendszert és kapcsolatát a földrajzi hosszúsággal. Adjon képet a kronológiáról és a naptárról, meghatározza a terület földrajzi koordinátáit (hosszúságát) asztrometriai megfigyelések alapján.

Feladatok :
1. nevelési: gyakorlati csillagászat a következőkről: 1) csillagászati ​​módszerek, műszerek és mértékegységek, időszámlálás és -tartás, naptárak és kronológia; 2) a terület földrajzi koordinátáinak (hosszúságának) meghatározása az asztrometriai megfigyelések adatai alapján. A Nap szolgáltatásai és a pontos idő. A csillagászat alkalmazása a térképészetben. A kozmikus jelenségekről: a Föld forgása a Nap körül, a Hold forgása a Föld körül és a Föld forgása a tengelye körül és ezek következményei - égi jelenségek: napkelte, napnyugta, a világítótestek (Nap, Hold és csillagok) napi és éves látszólagos mozgása és csúcspontjai, a holdfázisok változása.
2. gondoskodó: a tudományos világkép kialakítása és az ateista nevelés az emberi ismerettörténettel, a főbb naptártípusokkal és kronológiai rendszerekkel való megismerkedés során; a "szökőév" fogalmával, valamint a Julianus- és Gergely-naptár dátumainak fordításával kapcsolatos babonák leleplezése; politechnikai és munkaügyi oktatás az idő (óra) mérésére és tárolására szolgáló műszerekről, naptárakról és kronológiai rendszerekről, valamint az asztrometriai ismeretek alkalmazásának gyakorlati módszereiről szóló anyagok bemutatásában.
3. Nevelési: készségek kialakítása: feladatok megoldása a kronológia időpontjainak és dátumainak kiszámítására, valamint az idő egyik tárolórendszerről és számláról a másikra való átvitelére; gyakorlatokat végezni a gyakorlati asztrometria alapképleteinek alkalmazásáról; mobil csillagos égbolt térkép, segédkönyvek és Csillagászati ​​naptár segítségével határozzuk meg az égitestek helyzetét és láthatósági feltételeit, valamint az égi jelenségek lefolyását; csillagászati ​​megfigyelések alapján határozza meg a terület földrajzi koordinátáit (hosszúságát).

Tudni:
1. szint (standard)- időszámláló rendszerek és mértékegységek; a dél, éjfél, nappal fogalma, az idő kapcsolata a földrajzi hosszúsággal; nulla meridián és egyetemes idő; zóna, helyi, nyári és téli időszámítás; fordítási módszerek; számvetésünk, naptárunk eredete.
2. szint- időszámláló rendszerek és mértékegységek; dél, éjfél, nappal fogalma; az idő kapcsolata a földrajzi hosszúsággal; nulla meridián és egyetemes idő; zóna, helyi, nyári és téli időszámítás; fordítási módszerek; a pontos időszolgáltatás időpontja; a kronológia fogalma és a példák; a naptár fogalma és a főbb naptártípusok: hold-, hold-, szoláris (júliusi és gregorián) és a kronológia alapjai; állandó naptár létrehozásának problémája. Gyakorlati csillagászati ​​alapfogalmak: a terület idő- és földrajzi koordinátáinak csillagászati ​​megfigyelések alapján történő meghatározásának elvei. A Hold Föld körüli forgása által generált naponta megfigyelt égi jelenségek okai (a Hold fázisainak változása, a Hold látszólagos mozgása az égi szférában).

Képesnek lenni:
1. szint (standard)- Keresse meg a világidőt, átlagot, zónát, helyi, nyári, téli;
2. szint- Keresse meg a világidőt, átlagot, zónát, helyi, nyári, téli; konvertálja a dátumokat a régi stílusról az új stílusra és fordítva. Oldjon meg feladatokat a megfigyelés helyének és időpontjának földrajzi koordinátáinak meghatározására.

Felszerelés: poszter "naptár", PKZN, inga és napóra, metronóm, stopper, kvarcóra Földgömb, asztalok: néhány praktikus alkalmazások csillagászat. CD- "Red Shift 5.1" (Time-show, Történetek az Univerzumról = Idő és évszakok). Az égi szféra modellje; fali térkép a csillagos égboltról, időzónák térképe. Térképek és fényképek a Föld felszínéről. "Föld a világűrben" táblázat. Filmszalagok töredékei„Az égitestek látható mozgása”; "Az Univerzumról alkotott elképzelések fejlesztése"; "Hogyan cáfolta meg a csillagászat a világegyetemről szóló vallási elképzeléseket"

Interdiszciplináris kommunikáció: Földrajzi koordináták, időszámlálási és tájékozódási módszerek, térképvetítés (földrajz, 6-8. osztály)

Az órák alatt

1. A tanultak megismétlése(10 perc).
a) 3 fő egyéni kártyákon.
1. 1. Milyen magasságban éri el a Nap csúcspontját Novoszibirszkben (φ= 55º) szeptember 21-én? [október második hetére a PKZN szerint δ=-7º, majd h=90 o -φ+δ=90 o -55º-7º=28º]
2. Hol a földön nem látszanak a déli félteke csillagai? [az Északi-sarkon]
3. Hogyan navigáljunk a terepen a nap által? [Március, szeptember - napkelte keleten, napnyugta nyugaton, dél délen]
2. 1. déli magasság A Nap 30°-os, deklinációja 19°. Határozza meg a megfigyelési hely földrajzi szélességét!
2. Hogyan viszonyulnak a csillagok napi útjai az égi egyenlítőhöz? [párhuzamos]
3. Hogyan navigáljunk a terepen a Sarkcsillag segítségével? [irány észak]
3. 1. Mekkora egy csillag deklinációja, ha Moszkvában éri el a csúcspontját (φ= 56 º ) 69º magasságban?
2. Hogyan viszonyul a világ tengelye a Föld tengelyéhez, a horizont síkjához? [párhuzamosan, a megfigyelési hely földrajzi szélességével szögben]
3. Hogyan határozható meg csillagászati ​​megfigyelések alapján a terület földrajzi szélessége? [mérd meg a Sarkcsillag szögmagasságát]

b) 3 fő a fórumon.
1. Vezesse le a világítótest magasságának képletét!
2. A világítótestek (csillagok) napi útjai különböző szélességi fokokon.
3. Bizonyítsuk be, hogy a világpólus magassága megegyezik a földrajzi szélességgel.

ban ben) A többit maguktól .
1. Mekkora a legmagasabb magasság, amit Vega elér (δ=38 o 47") a bölcsőben (φ=54 o 04")? [maximális magasság a felső csúcspontnál, h=90 o -φ+δ=90 o -54 o 04 "+38 o 47"=74 o 43"]
2. Válasszon ki egy fényes csillagot a PCZN szerint, és írja le a koordinátáit.
3. Melyik csillagképben van ma a Nap és mik a koordinátái? [október második hetére a PCDP szerint kons. Szűz, δ=-7º, α=13 h 06 p]

d) a "Red Shift 5.1"-ben
Találd meg a Napot:
Milyen információkat lehet szerezni a Napról?
- mik a koordinátái ma és melyik csillagképben található?
Hogyan változik a deklináció? [csökken]
- melyik a saját nevű csillag szögtávolságában a legközelebb a Naphoz és mik a koordinátái?
- bizonyítsd be, hogy a Föld jelenleg a Naphoz közeledő pályán mozog (a láthatósági táblázatból - a Nap szögátmérője nő)

2. új anyag (20 perc)
Fizetni kell hallgatói figyelem:
1. A nap és az év hossza attól függ, hogy a Föld mozgását milyen vonatkoztatási rendszerben vesszük figyelembe (függetlenül attól, hogy állócsillagokhoz, Naphoz stb. társul-e). A referenciarendszer megválasztását az időegység elnevezése tükrözi.
2. Az időszámlálási egységek időtartama az égitestek láthatósági (kulminációs) viszonyaihoz kapcsolódik.
3. Az atomi időszabvány bevezetése a tudományban a Föld forgásának egyenetlensége miatt következett be, amit egyre nagyobb órapontossággal fedeztek fel.
4. A szabványidő bevezetése az időzóna határai által meghatározott területen a gazdasági tevékenységek összehangolásának szükségességéből adódik.

Időszámláló rendszerek. Kapcsolat a földrajzi hosszúsággal. Évezredekkel ezelőtt az emberek észrevették, hogy a természetben sok minden megismétlődik: a Nap keleten kel, nyugaton nyugszik, nyár követi a telet és fordítva. Ekkor keletkeztek az első időegységek - nap hónap év . A legegyszerűbb csillagászati ​​műszerek segítségével megállapították, hogy egy évben körülbelül 360 nap van, és körülbelül 30 nap alatt a hold sziluettje egy cikluson megy keresztül egyik teliholdtól a másikig. Ezért a káldeai bölcsek a hatszázalékos számrendszert vették alapul: a napot 12 éjszakára és 12 napra osztották. órák , a kör 360 fokos. Minden órát és minden fokot 60-nal osztottak percek , és minden percben - 60-al másodpercig .
A későbbi pontosabb mérések azonban reménytelenül elrontották ezt a tökéletességet. Kiderült, hogy a Föld 365 nap 5 óra 48 perc 46 másodperc alatt tesz meg egy teljes körforgást a Nap körül. A Holdnak ezzel szemben 29,25-29,85 nap kell ahhoz, hogy megkerülje a Földet.
Időszakos jelenségek az égi szféra napi forgásával és a Nap látszólagos éves mozgásával az ekliptika mentén különböző időszámláló rendszerek alapját képezik. Idő- fő fizikai mennyiség jelenségek és halmazállapotok egymást követő változását, létezésük időtartamát jellemzi.
Rövid- nap, óra, perc, másodperc
Hosszú- év, negyedév, hónap, hét.
1. "csillag-"a csillagok égi szférán való mozgásához kapcsolódó idő. A tavaszi napéjegyenlőség pontjának óraszögével mérve: S \u003d t ^; t \u003d S - a
2. "nap-"időhöz kapcsolódó: a Nap korongjának középpontjának látszólagos mozgása az ekliptika mentén (valós napidő) vagy az "átlagos Nap" mozgása - egy képzeletbeli pont, amely egyenletesen mozog az égi egyenlítő mentén, ugyanabban az időintervallumban, mint a valódi Nap (átlagos napidő).
Az atomi időszabvány és a nemzetközi SI-rendszer 1967-es bevezetésével az atomi másodpercet használják a fizikában.
Második- a cézium-133 atom alapállapotának hiperfinom szintjei közötti átmenetnek megfelelő 9192631770 sugárzási periódusnak megfelelő fizikai mennyiség.
A fenti „idők” speciális számításokkal összhangban állnak egymással. NÁL NÉL Mindennapi életátlagos szoláris időt használnak . A sziderális, valódi és átlagos szoláris idő alapegysége a nap. A sziderális, átlagos szoláris és egyéb másodperceket úgy kapjuk meg, hogy a megfelelő napot elosztjuk 86400-zal (24 óra, 60 m, 60 s). A nap lett az első időmértékegység több mint 50 000 évvel ezelőtt. Nap- az az időtartam, amely alatt a Föld egy teljes forgást végez a tengelye körül bármely tereptárgyhoz képest.
sziderikus nap- a Föld tengelye körüli forgási periódusa az állócsillagokhoz viszonyítva, a tavaszi napéjegyenlőség két egymást követő felső csúcspontja közötti időtartam.
igazi szoláris nap- a Föld tengelye körüli forgási periódusa a napkorong középpontjához viszonyítva, amelyet a napkorong középpontjának két egymást követő, azonos nevű csúcspontja közötti időintervallumként határoznak meg.
Tekintettel arra, hogy az ekliptika az égi egyenlítőhöz képest 23-26"-os szögben hajlik, és a Föld elliptikus (enyhén megnyúlt) pályán kering a Nap körül, a Nap látszólagos mozgásának sebessége az égi pályán a szféra, és ezért a valódi szoláris nap időtartama folyamatosan változik az év során: a leggyorsabb a napéjegyenlőségek közelében (március, szeptember), a leglassabb a napfordulók közelében (június, január) A csillagászatban az időszámítások egyszerűsítése érdekében a bevezetik az átlagos szoláris nap fogalmát - a Föld forgási periódusát a tengelye körül az "átlagos Naphoz" képest.
Átlagos szoláris napúgy definiálják, mint a „középső Nap” azonos nevű két egymást követő csúcspontja közötti időintervallumot. 3 m 55,009 másodperccel rövidebbek, mint egy sziderikus nap.
24 óra 00 m 00 s sziderális idő egyenlő 23 óra 56 m 4,09 s átlagos szoláris idővel. Az elméleti számítások határozottsága érdekében elfogadott efemerisz (tábla) másodperc egyenlő az átlagos napmásodperccel 1900. január 0-án, 12 órakor egyenlő aktuális idő szerint, nem függ össze a Föld forgásával.

Körülbelül 35 000 évvel ezelőtt az emberek észlelték a Hold megjelenésének időszakos változását - a holdfázisok változását. Fázis Fégitest (Hold, bolygók stb.) a korong megvilágított részének legnagyobb szélességének aránya határozza meg d az átmérőjére D: F=d/D. Vonal Végrehajtó elválasztja a lámpatest korongjának sötét és világos részét. A Hold ugyanabban az irányban kering a Föld körül, ahogyan a Föld forog a tengelye körül: nyugatról keletre. Ennek a mozgásnak a megjelenítése a Hold látszólagos mozgása a csillagok hátterében az égbolt forgása felé. A Hold minden nap 13,5 o-kal keletre mozdul a csillagokhoz képest, és 27,3 nap alatt tesz meg egy teljes kört. Tehát létrejött a nap utáni második időmérő - hónap.
Sziderális (csillag) holdhónap- az az időtartam, amely alatt a Hold egy teljes fordulatot tesz a Föld körül az állócsillagokhoz képest. egyenlő: 27 nap 07 óra 43 m 11,47 s.
Szinodikus (naptári) holdhónap- a Hold két egymást követő azonos nevű fázisa (általában újholdak) közötti időintervallum. egyenlő: 29 nap 12 óra 44 m 2,78 s.
A Hold csillagok hátterében látható mozgása és a Hold fázisainak változása jelenségeinek összessége lehetővé teszi a Holdon való földi navigációt (ábra). A hold keskeny félholdként jelenik meg nyugaton, és keleten ugyanazzal a keskeny félholddal tűnik el a hajnali sugarak között. Mentálisan rögzítsen egy egyenes vonalat a félhold bal oldalán. Az égen vagy a "P" betűt olvashatjuk - "növekszik", a hónap "szarvait" balra fordítjuk - a hónap nyugaton látható; vagy a "C" betű - "megöregedni", a hónap "szarvai" jobbra fordulnak - a hónap keleten látható. Teliholdkor délen éjfélkor látható a hold.

A Nap horizont feletti helyzetének sok hónapon át tartó változásának megfigyelése eredményeként egy harmadik időmérték keletkezett - év.
Év- az az időtartam, amely alatt a Föld egy teljes fordulatot tesz a Nap körül bármely referenciaponthoz (ponthoz) képest.
sziderikus év- a Föld Nap körüli forradalmának sziderális (csillag) periódusa, ami 365,256320 ... átlagos szoláris nap.
anomális év- az átlagos Nap két egymást követő áthaladása között a pályája pontján (általában perihéliumon) eltelt idő 365,259641 ... átlagos napnap.
trópusi év- az átlagos Nap két egymást követő áthaladása közötti időintervallum a tavaszi napéjegyenlőségen, egyenlő 365,2422... átlagos napsugárzással vagy 365 d 05 h 48 m 46,1 s.

Univerzális időúgy definiálva, mint a helyi átlagos szoláris idő a nulla (Greenwich) meridiánon ( Hogy, UT- Egyetemes idő). Mivel a mindennapi életben nem használhatja a helyi időt (mivel az egyik Kolibelkában van, a másik pedig Novoszibirszkben (más λ )), ezért a konferencia egy kanadai vasútmérnök javaslatára jóváhagyta Sanford Fleming(február 8 1879 amikor a torontói Kanadai Intézetben beszéltem) szabványos idő, a földgömböt 24 időzónára osztva (360:24 = 15 o, 7,5 o a középső meridiántól). A nulla időzóna szimmetrikusan helyezkedik el a nulla (Greenwich) meridiánhoz képest. Az övek nyugatról keletre 0-tól 23-ig vannak számozva. Az övezetek valódi határai a kerületek, régiók vagy államok közigazgatási határaihoz igazodnak. Az időzónák középső meridiánjai pontosan 15 o (1 óra) távolságra vannak egymástól, így egyik időzónából a másikba haladva az idő egész számmal változik, a percek és másodpercek száma pedig nem változik. Új naptári nap (és Újév) kezdd dátumvonalak(demarkációs vonal), főleg a keleti hosszúság 180 o-os meridiánja mentén halad el az Orosz Föderáció északkeleti határa közelében. A dátumvonaltól nyugatra a hónap napja mindig eggyel több, mint attól keletre. Ezen a vonalon nyugatról keletre való átlépéskor a naptárszám eggyel csökken, a keletről nyugat felé haladva pedig eggyel nő, ami kiküszöböli az időszámlálás hibáját a világ körüli utazás és az emberek mozgatása során. Kelettől a Föld nyugati féltekéjéig.
Ezért a Nemzetközi Meridián Konferencia (1884, Washington, USA) a távíró és a vasúti közlekedés fejlesztésével kapcsolatban bevezeti:
- a nap eleje éjféltől, és nem déltől, ahogy volt.
- a kezdő (nulla) meridián Greenwichből (a londoni Greenwich Obszervatórium, J. Flamsteed alapította 1675-ben, az obszervatórium távcsőjének tengelyén keresztül).
- számláló rendszer szabványos idő
A standard időt a következő képlet határozza meg: T n = T 0 + n , ahol T 0 - egyetemes idő; n- időzóna száma.
A nyári időszámítás- kormányrendelet által egész számú óraszámra módosított normál idő. Oroszország esetében egyenlő az övvel, plusz 1 óra.
moszkvai idő- a második időzóna nyári időszámítása (plusz 1 óra): Tm \u003d T 0 + 3 (órák).
Nyári idő- normál normál idő, amelyet kormányrendelet további plusz 1 órával módosít a nyári időszámítás időszakára az energiaforrások megtakarítása érdekében. A nyári időszámítást 1908-ban először bevezető Anglia példáját követve ma már a világ 120 országa, köztük az Orosz Föderáció is évente átáll a nyári időszámításra.
A világ és Oroszország időzónái
Ezt követően a tanulókat röviden meg kell ismertetni a terület földrajzi koordinátái (hosszúság) meghatározásának csillagászati ​​módszereivel. A Föld forgásából adódóan a déli vagy a csúcspontok közötti különbség ( csúcspontja. Ez a jelenség , fordítva, helyi idő szerint bármely ismert hosszúságú ponton.
Például: egyikőtök Novoszibirszkben, a második Omszkban (Moszkva) tartózkodik. Melyikőtök fogja korábban megfigyelni a Nap középpontjának felső csúcspontját? És miért? (megjegyzendő, ez azt jelenti, hogy az órája Novoszibirszk idején van). Következtetés- a Földön való elhelyezkedéstől (meridián - földrajzi hosszúság) függően bármely világítótest csúcspontja különböző időpontokban figyelhető meg, azaz az idő a földrajzi hosszúsághoz kapcsolódik vagy T=UT+λ,és a különböző meridiánokon elhelyezkedő két pont időkülönbsége lesz T 1 -T 2 \u003d λ 1 - λ 2.Földrajzi hosszúság (λ ) a terület „nulla” (Greenwich) meridiánjától keletre van mérve, és számszerűen egyenlő az azonos nevű világítótestnek a greenwichi meridiánon történő csúcspontjai közötti időtartammal ( UT)és a megfigyelési ponton ( T). Fokokban vagy órákban, percekben és másodpercekben kifejezve. Hogy meghatározza A terület földrajzi hosszúságához meg kell határozni bármely ismert egyenlítői koordinátákkal rendelkező világítótest (általában a Nap) csúcspontját. Speciális táblázatok vagy számológép segítségével lefordítjuk a megfigyelések idejét a nap átlagától a csillagig, és a referenciakönyvből ismerve ennek a világítótestnek a greenwichi meridiánon való csúcspontját, könnyen meghatározhatjuk a terület hosszúsági fokát. . A számításokban az egyetlen nehézség az időegységek pontos átváltása egyik rendszerről a másikra. A csúcspontot nem lehet "őrizni": elég a világítótest magasságát (zenittávolságát) meghatározni bármely pontosan rögzített időpontban, de akkor a számítások meglehetősen bonyolultak lesznek.
Az órák mérésére szolgálnak. Az ókorban használt legegyszerűbbtől kezdve az gnomon - egy függőleges oszlop egy vízszintes emelvény közepén osztásokkal, majd homok, víz (clepsydra) és tűz, mechanikus, elektronikus és atomi. Egy még pontosabb atomi (optikai) időszabványt hoztak létre a Szovjetunióban 1978-ban. 10 000 000 évente 1 másodperces hiba lép fel!

Időmérő rendszer hazánkban
1) 1919. július 1-től bevezetik szabványos idő(Az RSFSR Népbiztosai Tanácsának 1919. február 8-i rendelete)
2) 1930-ban megalapítják Moszkva (szülés) annak a 2. időzónának az ideje, amelyben Moszkva található, egy órával előrébb lépve a normál időhöz képest (+3 az univerzálishoz vagy +2 a közép-európaihoz), hogy napközben világosabb legyen a nap ( A Szovjetunió Népbiztosainak Tanácsának 1930.06.16-i rendelete). Az élek és régiók időzóna-eloszlása ​​jelentősen megváltozik. 1991 februárjában törölték, majd 1992 januárjától ismét helyreállították.
3) Ugyanez az 1930-as rendelet eltörli az 1917-től érvényben lévő nyári időszámításra való átállást (április 20. és visszatérés szeptember 20.).
4) 1981-ben újraindul az országban a nyári időszámításra való átállás. A Szovjetunió Minisztertanácsának 1980. október 24-i rendelete "A Szovjetunió területén az időszámítási eljárásról" bevezetik a nyári időt Április 1-jén egy órával előre, október 1-jén pedig egy órával ezelőtt az óra mutatóit 0 órára helyezi át 1981 óta. (1981-ben a nyári időszámítást bevezették a fejlett országok túlnyomó többségében - 70-ben, Japán kivételével). A jövőben a Szovjetunióban a fordítást az ezekhez a dátumokhoz legközelebb eső vasárnapon kezdték el végezni. A határozat számos jelentős változást hozott, és jóváhagyta a megfelelő időzónákhoz rendelt közigazgatási területek újonnan összeállított listáját.
5) 1992-ben az 1991 februárjában hatályon kívül helyezett elnöki rendelettel 1992. január 19-től visszaállították a szülési (moszkvai) időt, megtartva a nyári időszámításra való átállást március utolsó vasárnapján, egy órával előre, és a téli időszámításra szeptember utolsó vasárnapján, egy órával ezelőtt éjjel 3 órakor.
6) 1996-ban az Orosz Föderáció kormányának 1996. április 23-i 511. számú rendelete értelmében a nyári időszámítást egy hónappal meghosszabbították, és most október utolsó vasárnapján ér véget. NÁL NÉL Nyugat-Szibéria azok a régiók, amelyek korábban az MSK + 4 zónában voltak, átváltottak MSK + 3-ra, csatlakozva az omszki időhöz: Novoszibirszk régió 1993. május 23-án 00:00-kor, Altáj Terület és Altáj Köztársaság 1995. május 28-án 4:00-kor, Tomszk régió 2002. május 1. 03:00, Kemerovo régió 2010. március 28. 02:00. ( a különbség az univerzális GMT idővel 6 óra marad).
7) 2010. március 28-tól, a nyári időszámításra való áttérés során Oroszország területe 9 időzónában kezdett elhelyezkedni (a 2-től a 11-ig, a 4. kivételével - Szamarai régió és Udmurtia március 28-án). , 2010 at 2 am moszkvai idő szerint) minden időzónán belül azonos idővel. Az időzónák határai az Orosz Föderáció alanyai határain haladnak át, minden tantárgy egy zónába tartozik, Jakutia kivételével, amely 3 zónába tartozik (MSK + 6, MSK + 7, MSK + 8) és a Szahalin régió, amely 2 zónába tartozik (MSK+7 Szahalinon és MSK+8 a Kuril-szigeteken).

Tehát hazánknak téli időben T= UT+n+1 óra , a nyári időben T= UT+n+2 óra

Otthoni laboratóriumi (gyakorlati) munkát ajánlhat: Laboratóriumi munka"A terep koordinátáinak meghatározása a Nap megfigyeléséből"
Felszerelés: gnomon; kréta (csapok); "Csillagászati ​​naptár", jegyzetfüzet, ceruza.
Munkarend:
1. A déli vonal (meridián irány) meghatározása.
Nál nél napi mozgás A nap árnyéka a gnomontól fokozatosan változtatja irányát és hosszát az égen. Valódi délben a legkisebb hosszúságú, és a déli vonal irányát mutatja - az égi meridián vetületét a matematikai horizont síkjára. A déli vonal meghatározásához a reggeli órákban meg kell jelölni azt a pontot, ahová a gnomon árnyéka esik, és kört kell rajzolni rajta, a gnomon középpontját véve. Ezután meg kell várnia, amíg a gnomon árnyéka másodszor is megérinti a körvonalat. A kapott ívet két részre osztjuk. A gnomonon és a déli ív közepén áthaladó vonal lesz a déli vonal.
2. A terület szélességi és hosszúsági fokának meghatározása a Nap megfigyelései alapján.
A megfigyelések nem sokkal a valódi dél pillanata előtt kezdődnek, amelyek kezdetét a gnomonból származó árnyék és a déli vonal pontos egybeesésének pillanatában rögzítik a jól kalibrált, szabványos idő szerint futó órák szerint. Ugyanakkor megmérjük a gnomon árnyékának hosszát. Az árnyék hosszával l előfordulása idején valós délben T d szabványidő szerint, egyszerű számításokkal határozzuk meg a terület koordinátáit. Korábban a kapcsolatból tg h ¤ \u003d N / l, ahol H- a gnomon magassága, keresse meg a gnomon magasságát a valódi délben h ¤ .
A terület szélességi fokát a képlet számítja ki φ=90-h ¤ +d ¤, ahol d ¤ a napdeklináció. A terület hosszúságának meghatározásához használja a képletet λ=12h+n+A-D, ahol n- időzóna száma, h - adott nap időegyenlete (a "Csillagászati ​​naptár" adatai szerint meghatározva). Téli időre D = n+1; nyári időszámításra D = n + 2.

"Planetárium" 410,05 mb		Az erőforrás lehetővé teszi a "Planetárium" innovatív oktatási és módszertani komplexum teljes verziójának telepítését egy tanár vagy diák számítógépére. A "Planetárium" - tematikus cikkek válogatása - a 10-11. osztályos fizika, csillagászat vagy természettudomány órákon tanárok és diákok számára készült. A komplexum telepítésekor csak a használata javasolt angol betűk a mappanevekben.
Demo anyagok 13,08 mb		Az erőforrás a „Planetárium” innovatív oktatási és módszertani komplexum bemutatóanyaga.
Planetárium 2,67 mb Óra 154,3 kb Normál idő 374,3 kb Világidő térkép 175,3 kb

A pontos idő meghatározása, tárolása és rádiós továbbítása a teljes lakossághoz a sok országban létező pontos időszolgálat feladata.

A rádió pontos időjeleit a tengeri és légi flotta navigátorai veszik, számos tudományos és ipari szervezet, amelyeknek tudniuk kell a pontos időt. Tudni pontos időpont különösen a földrajzi meghatározáshoz 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, csillagok megfigyelésével 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 hossza 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.

5. lecke módszertana
"Idő és naptár"

Az óra célja: a gyakorlati asztrometria fogalomrendszerének kialakítása az idő mérésének, számlálásának és tárolásának módszereiről, eszközeiről.

Tanulási célok:
Általános oktatás: fogalmak kialakítása:

Gyakorlati asztrometria a következőkről: 1) csillagászati ​​módszerek, műszerek és mértékegységek, időszámlálás és -tartás, naptárak és kronológia; 2) a terület földrajzi koordinátáinak (hosszúságának) meghatározása az asztrometriai megfigyelések adatai alapján;

Kozmikus jelenségekről: a Föld forgása a Nap körül, a Hold forgása a Föld körül és a Föld forgása a tengelye körül és ezek következményei - égi jelenségek: napkelte, napnyugta, napi és éves látható mozgás és a tetőpontok világítótestek (Nap, Hold és csillagok), a Hold fázisainak változása .

Oktatási: a tudományos világkép kialakítása és az ateista nevelés az emberi ismerettörténettel, a főbb naptártípusokkal és kronológiai rendszerekkel való megismerkedés során; a "szökőév" fogalmával, valamint a Julianus- és Gergely-naptár dátumainak fordításával kapcsolatos babonák leleplezése; politechnikai és munkaügyi oktatás az idő (óra) mérésére és tárolására szolgáló műszerekről, naptárakról és kronológiai rendszerekről, valamint az asztrometriai ismeretek alkalmazásának gyakorlati módszereiről szóló anyagok bemutatásában.

Fejlesztés: készségek kialakítása: feladatok megoldása a kronológia idő- és dátumszámítására, valamint az egyik tárolórendszerről és számláról a másikra történő időátvitelre; gyakorlatokat végezni a gyakorlati asztrometria alapképleteinek alkalmazásáról; mobil csillagos égbolt térkép, segédkönyvek és Csillagászati ​​naptár segítségével határozzuk meg az égitestek helyzetét és láthatósági feltételeit, valamint az égi jelenségek lefolyását; csillagászati ​​megfigyelések alapján határozza meg a terület földrajzi koordinátáit (hosszúságát).

A tanulóknak kell tudni:

1) a mindennapi megfigyelt égi jelenségek okai, amelyeket a Hold Föld körüli forgása generál (a Hold fázisainak változása, a Hold látszólagos mozgása az égi szférában);
2) az egyes kozmikus és égi jelenségek időtartamának kapcsolata az idő és a naptárak mérésének, számításának és tárolásának mértékegységeivel és módszereivel;
3) időegységek: efemerisz másodperc; nap (csillag, valódi és átlagos szoláris); egy hét; hónap (szinodikus és sziderikus); év (csillagos és trópusi);
4) az idők összefüggését kifejező képletek: egyetemes, rendeleti, helyi, nyári;
5) az idő mérésére szolgáló eszközök és módszerek: az óra főbb fajtái (nap-, víz-, tűz-, mechanikus, kvarc-, elektronikus) és időmérési és -tárolási használatuk szabályai;
6) a főbb típusú naptárak: hold-, hold-, szoláris (júliusi és gregorián) és a kronológia alapjai;
7) a gyakorlati csillagászat alapfogalmai: a terület idő- és földrajzi koordinátáinak csillagászati ​​megfigyelések alapján történő meghatározásának elvei.
8) csillagászati ​​mennyiségek: földrajzi koordináták szülőváros; időegységek: efemeroid másodperc; nap (csillag és átlagos szoláris); hónap (szinodikus és sziderikus); év (trópusi) és az év hossza a főbb naptártípusokban (hold-, hold-, nap-júliai és gregorián); Moszkva és szülővárosa időzónaszámai.

A tanulóknak kell képesnek lenni:

1) Használjon általánosított tervet a kozmikus és égi jelenségek tanulmányozására.
2) Navigáljon a terepen a Hold mentén.
3) Oldja meg az időegységek egyik számlálási rendszerből a másikba való átszámításával kapcsolatos feladatokat a következő összefüggéseket kifejező képletekkel: a) a sziderális és az átlagos szoláris idő között; b) Világ, nappali, helyi, nyári időszámítás és időzónák térképének felhasználása; c) különböző elszámolási rendszerek között.
4) Oldjon meg feladatokat a megfigyelés helyének és időpontjának földrajzi koordinátáinak meghatározására!

Vizuális segédanyagok és bemutatók:

"A csillagászat gyakorlati alkalmazásai" című film töredékei.

„Égitestek látható mozgása” filmszalag töredékei; "Az Univerzumról alkotott elképzelések fejlesztése"; "Hogyan cáfolta meg a csillagászat az Univerzumról szóló vallási elképzeléseket".

Eszközök és eszközök: földrajzi földgömb; időzónák térképe; gnomon és egyenlítői napóra, homokóra, vízóra (egyenletes és nem egységes skálával); osztású gyertya tűzóra, mechanikus, kvarc és elektronikus órák modelljeként.

Rajzok, diagramok, fényképek: a holdfázisok megváltoztatása, a mechanikus (inga és rugó), kvarc és elektronikus órák belső szerkezete és működési elve, az atomi idő szabvány.

Házi feladat:

1. Tanulmányozza a tankönyvek anyagát:
B.A. Voroncov-Velyaminova: 6. § (1), 7.
E.P. Levitan: 6. §; 1., 4., 7. feladatok
A.V. Zasova, E.V. Kononovics: 4. § (1) bekezdés; 6; 6.6. gyakorlat (2.3)

2. Végezze el a feladatokat a feladatgyűjteményből Vorontsov-Velyaminov B.A. : 113; 115; 124; 125.

Tanterv

Az óra szakaszai		Előadási módszerek	Idő, min
	Tudásellenőrzés és frissítés	Frontális felmérés, beszélgetés
	Fogalmak kialakulása az időről, a mértékegységekről és az idő számlálásáról a térjelenségek időtartama, a különböző "időpontok" és az időzónák közötti kapcsolat alapján	Előadás	7-10
	A tanulók megismertetése a terület földrajzi hosszúságának csillagászati ​​megfigyelések alapján történő meghatározásának módszereivel	Beszélgetés, előadás	10-12
	Fogalmak kialakítása az idő mérésére, számlálására és tárolására szolgáló eszközökről - órák és az idő atomnormájáról	Előadás	7-10
	Fogalmak kialakítása a főbb naptártípusokról és kronológiai rendszerekről	Előadás, beszélgetés	7-10
	Problémamegoldás	Munka a táblánál, önálló feladatmegoldás füzetben
	A feldolgozott anyag összegzése, óra összefoglalása, házi feladat

Az anyag bemutatásának módja

Az óra elején az előző három órán elsajátított ismeretek tesztelése szükséges, a tanulásra szánt anyagot kérdésekkel, feladatokkal aktualizálva frontális felmérés és a tanulókkal való beszélgetés során. A tanulók egy része programozott feladatokat végez, a csillagos ég mozgótérképének használatával kapcsolatos feladatokat old meg (hasonlóan az 1-3. feladat feladataihoz).

Számos kérdés az égi jelenségek okairól, az égi szféra fő vonalairól és pontjairól, csillagképekről, a világítótestek láthatóságának feltételeiről stb. megegyezik az előző leckék elején feltett kérdésekkel. Kérdésekkel egészülnek ki:

1. Határozza meg a "csillag ragyogása" és a "nagyság" fogalmát. Mit tudsz a nagyságrendről? Mi határozza meg a csillagok ragyogását? Írd fel a táblára Pogson képletét!

2. Mit tudsz a vízszintes égi koordináta-rendszerről? Mire használják? Mely síkok és vonalak a főbbek ebben a rendszerben? Mi: a lámpatest magassága? A Nap zenittávolsága? A nap azimutja? Milyen előnyei és hátrányai vannak ennek az égi koordináta-rendszernek?

3. Mit tudsz az I egyenlítői égi koordináta-rendszerről? Mire használják? Mely síkok és vonalak a főbbek ebben a rendszerben? Mi: a világítótest deklinációja? Poláris távolság? A nap óraszöge? Milyen előnyei és hátrányai vannak ennek az égi koordináta-rendszernek?

4. Mit tudsz a II egyenlítői égi koordináta-rendszerről? Mire használják? Mely síkok és vonalak a főbbek ebben a rendszerben? Mi a csillag helyes felemelkedése? Milyen előnyei és hátrányai vannak ennek az égi koordináta-rendszernek?

1) Hogyan navigáljunk a terepen a nap által? A Sarkcsillag által?
2) Hogyan határozható meg a terület földrajzi szélessége csillagászati ​​megfigyelések alapján?

Lényeges programozási feladatok:

1) Problémagyűjtemény G.P. Subbotina, feladatok NN 46-47; 54-56; 71-72.
2) Problémagyűjtemény E.P. Törött, feladatok NN 4-1; 5-1; 5-6; 5-7.
3) Strout E.K. : "A csillagászat gyakorlati alapjai" témakör NN 1-2 tesztfeladatai (tanári munka eredményeként programozhatóvá alakítva).

Az óra első szakaszában előadás formájában időfogalmak, mértékegységek és időszámlálás kialakítása a kozmikus jelenségek időtartama alapján (a Föld forgása a tengelye körül, a Föld forgása). Hold a Föld körül és a Hold forgása a Nap körül), a kapcsolat a különböző "időpontok" és az órai övek között. Szükségesnek tartjuk a hallgatók megadását általános fogalom a sziderikus időről.

A tanulóknak oda kell figyelniük:

1. A nap és az év hossza attól függ, hogy a Föld mozgását milyen vonatkoztatási rendszerben vesszük figyelembe (függetlenül attól, hogy állócsillagokhoz, Naphoz stb. társul-e). A referenciarendszer megválasztását az időegység elnevezése tükrözi.

2. Az időszámlálási egységek időtartama az égitestek láthatósági (kulminációs) viszonyaihoz kapcsolódik.

3. Az atomi időszabvány bevezetése a tudományban a Föld forgásának egyenetlensége miatt következett be, amit egyre nagyobb órapontossággal fedeztek fel.

4. A szabványidő bevezetése az időzóna határai által meghatározott területen a gazdasági tevékenységek összehangolásának szükségességéből adódik. Elterjedt mindennapi hiba a helyi idő és a nyári időszámítás azonosítása.

1. Idő. Mértékegységek és számolási idő

Az idő a fő fizikai mennyiség, amely a jelenségek és halmazállapotok egymást követő változását, létezésük időtartamát jellemzi.

Történelmileg az összes alapvető és származtatott időegységet az égi jelenségek lefolyásának csillagászati ​​megfigyelései alapján határozták meg, a következők miatt: a Föld forgása tengelye körül, a Hold forgása a Föld körül és a Föld forgása. a Nap körül. Az asztrometriában az idő mérésére és számítására különböző referenciarendszereket használnak, amelyek bizonyos égitestekhez vagy az égi szféra bizonyos pontjaihoz kapcsolódnak. A legelterjedtebbek a következők:

1. "csillag-"a csillagok égi szférán való mozgásához kapcsolódó idő. A tavaszi napéjegyenlőség pontjának óraszögével mérve: S \u003d t ^; t \u003d S - a

2. "nap-"időhöz kapcsolódó: a Nap korongjának középpontjának látszólagos mozgása az ekliptika mentén (valós napidő) vagy az "átlagos Nap" mozgása - egy képzeletbeli pont, amely egyenletesen mozog az égi egyenlítő mentén, ugyanabban az időintervallumban, mint a valódi Nap (átlagos napidő).

Az atomi időszabvány és a nemzetközi SI-rendszer 1967-es bevezetésével az atomi másodpercet használják a fizikában.

A második egy fizikai mennyiség, amely számszerűen egyenlő 9192631770 sugárzási periódussal, amely megfelel a cézium-133 atom alapállapotának hiperfinom szintjei közötti átmenetnek.

A fenti „idők” speciális számításokkal összhangban állnak egymással. A mindennapi életben az átlagos szoláris időt használják.

A pontos idő meghatározása, tárolása és rádiós továbbítása az Időszolgálat munkája, amely a világ összes fejlett országában, így Oroszországban is létezik.

A sziderális, valódi és átlagos szoláris idő alapegysége a nap. A sziderális, átlagos szoláris és egyéb másodperceket úgy kapjuk meg, hogy a megfelelő napot elosztjuk 86400-zal (24 h´ 60 m´ 60 s).

A nap lett az első időmértékegység több mint 50 000 évvel ezelőtt.

A nap az az időtartam, amely alatt a Föld egy teljes fordulatot tesz a tengelye körül bármely tereptárgyhoz képest.

Sziderális nap - a Föld forgási tengelye körüli forgási periódusa az állócsillagokhoz képest, a tavaszi napéjegyenlőség két egymást követő felső csúcspontja közötti időintervallumként definiálható.

A valódi napnap a Föld tengelye körüli forgási periódusa a napkorong középpontjához képest, amelyet a napkorong középpontjának két, egymás utáni, azonos nevű csúcspontja közötti időintervallumként határoznak meg.

Annak a ténynek köszönhetően, hogy az ekliptika 23º 26¢ szögben hajlik az égi egyenlítőhöz, és a Föld elliptikus (enyhén megnyúlt) pályán kering a Nap körül, a Nap látszólagos mozgásának sebessége az égi szférában és ezért a valódi napsugárzás időtartama folyamatosan változik az év során: a leggyorsabb a napéjegyenlőségek közelében (március, szeptember), a leglassabb a napfordulók közelében (június, január).

Az időszámítások egyszerűsítése érdekében a csillagászatban bevezették az átlagos napnap fogalmát, amely a Föld tengelye körüli forgási periódusa az "átlagos Naphoz" képest.

Az átlagos szoláris nap az „átlagos Nap” azonos nevű két egymást követő csúcspontja közötti időintervallum.

Az átlagos szoláris nap 3 m 55,009 másodperccel rövidebb, mint a sziderikus nap.

24 óra 00 m 00 s sziderális idő egyenlő 23 óra 56 m 4,09 s átlagos szoláris idővel.

Az elméleti számítások határozottsága érdekében elfogadott efemerisz (tábla) másodperc egyenlő az átlagos napmásodperccel 1900. január 0-án, 12 órakor egyenlő aktuális idő szerint, nem függ össze a Föld forgásával. Körülbelül 35 000 évvel ezelőtt az emberek észlelték a Hold megjelenésének időszakos változását - a holdfázisok változását. Fázis Fégitest (Hold, bolygók stb.) a korong megvilágított részének legnagyobb szélességének aránya határozza meg d¢ az átmérőjére D: . Vonal Végrehajtó elválasztja a lámpatest korongjának sötét és világos részét.

Rizs. 32. A Hold fázisainak megváltoztatása

A Hold ugyanabban az irányban kering a Föld körül, ahogyan a Föld forog a tengelye körül: nyugatról keletre. Ennek a mozgásnak a megjelenítése a Hold látszólagos mozgása a csillagok hátterében az égbolt forgása felé. A Hold minden nap 13°-ot kelet felé mozdul a csillagokhoz képest, és 27,3 nap alatt teszi meg a teljes kört. Tehát létrejött a nap utáni második időmérő - hónap(32. ábra).

Sziderális (csillag) holdhónap- az az időtartam, amely alatt a Hold egy teljes fordulatot tesz a Föld körül az állócsillagokhoz képest. egyenlő: 27 nap 07 óra 43 m 11,47 s.

Szinodikus (naptári) holdhónap - a Hold két egymást követő, azonos nevű fázisa (általában újholdak) közötti időintervallum. egyenlő: 29 nap 12 óra 44 m 2,78 s.

Rizs. 33. A fókuszálás módjai terep a Holdon

A Hold csillagok hátterében látható mozgása és a Hold fázisainak változása jelenségeinek összessége lehetővé teszi a Holdon való földi navigációt (33. ábra). A hold keskeny félholdként jelenik meg nyugaton, és keleten ugyanazzal a keskeny félholddal tűnik el a hajnali sugarak között. Mentálisan rögzítsen egy egyenes vonalat a félhold bal oldalán. Az égen vagy a "P" betűt olvashatjuk - "növekszik", a hónap "szarvait" balra fordítjuk - a hónap nyugaton látható; vagy a "C" betű - "megöregedni", a hónap "szarvai" jobbra fordulnak - a hónap keleten látható. Teliholdkor délen éjfélkor látható a hold.

A Nap horizont feletti helyzetének sok hónapon át tartó változásának megfigyelése eredményeként egy harmadik időmérték keletkezett - év.

Az év az az időtartam, amely alatt a Föld egy teljes fordulatot tesz a Nap körül bármely referenciaponthoz (ponthoz) képest.

A sziderikus év a Föld Nap körüli keringésének sziderális (csillag) periódusa, amely 365,256320 ... átlagos napnappal egyenlő.

Anomális év – az átlagos Nap két egymást követő áthaladása között eltelt idő a keringési pontján (általában perihéliumon) egyenlő: 365,259641 ... átlagos szoláris nap.

A trópusi év az az időintervallum, amely az átlagos Napnak a tavaszi napéjegyenlőségen áthaladó két egymást követő áthaladása között 365,2422 ... átlagos szoláris nap vagy 365 d 05 h 48 m 46,1 s.

Az univerzális időt úgy definiálják, mint a helyi átlagos szoláris időt a nulla (Greenwich) meridiánon.

A Föld felszíne 24 területre oszlik, amelyeket meridiánok határolnak. Időzónák. A nulla időzóna szimmetrikusan helyezkedik el a nulla (Greenwich) meridiánhoz képest. Az övek nyugatról keletre 0-tól 23-ig vannak számozva. Az övezetek valódi határai a kerületek, régiók vagy államok közigazgatási határaihoz igazodnak. Az időzónák középső meridiánjai pontosan 15º (1 óra) távolságra vannak egymástól, így az egyik időzónából a másikba való átlépéskor az idő egész számmal változik, a percek és másodpercek száma pedig nem változik. Az új naptári nap (és az újév) ekkor kezdődik dátumvonalak(demarkációs vonal), főként a keleti hosszúság 180°-os meridiánja mentén halad el az Orosz Föderáció északkeleti határa közelében. A dátumvonaltól nyugatra a hónap napja mindig eggyel több, mint attól keletre. Ezen a vonalon nyugatról keletre való átlépéskor a naptárszám eggyel csökken, a keletről nyugat felé haladva pedig eggyel nő, ami kiküszöböli az időszámlálás hibáját a világ körüli utazás és az emberek mozgatása során. Kelettől a Föld nyugati féltekéjéig.

A standard időt a következő képlet határozza meg:
T n = T 0 + n , ahol T 0 - egyetemes idő; n- időzóna száma.

A nyári időszámítás a normál időszámítás, kormányrendelet által egész számú óraszámra módosult. Oroszország esetében egyenlő az övvel, plusz 1 óra.

Moszkvai idő - a második időzóna normál ideje (plusz 1 óra):
Tm \u003d T 0 + 3 (órák).

Nyári időszámítás - normál idő, kormányrendeletre további plusz 1 órával módosítva a nyári időszámítás időszakára az energiatakarékosság érdekében.

A Föld forgásából adódóan az ismert egyenlítői koordinátájú csillagok dél kezdetének vagy tetőpontjának 2 pontban való különbsége megegyezik a pontok földrajzi hosszúságainak különbségével, ami lehetővé teszi a pontok földrajzi hosszúságának meghatározását. egy adott pont hosszúsági foka a Nap és más világítótestek csillagászati ​​megfigyelései alapján, és fordítva, a helyi idő bármely ismert hosszúsági fokon.

A terület földrajzi hosszúságát a "nulla" (Greenwich-i) meridiántól keletre mérik, és számszerűen megegyezik az azonos nevű világítótestnek a greenwichi meridiánon és a megfigyelési ponton lévő csúcspontjai közötti időintervallummal: , ahol S- sziderális idő egy adott földrajzi szélességi fokon, S 0 - sziderális idő a nulla meridiánon. Fokokban vagy órákban, percekben és másodpercekben kifejezve.

A terület földrajzi hosszúságának meghatározásához meg kell határozni bármely ismert egyenlítői koordinátákkal rendelkező világítótest (általában a Nap) csúcspontját. Speciális táblázatok vagy számológép segítségével lefordítjuk a megfigyelések idejét a nap átlagától a csillagig, és a referenciakönyvből ismerve ennek a világítótestnek a greenwichi meridiánon való csúcspontját, könnyen meghatározhatjuk a terület hosszúsági fokát. . A számításokban az egyetlen nehézség az időegységek pontos átváltása egyik rendszerről a másikra. A csúcspontot nem lehet "őrizni": elegendő a világítótest magasságát (zenittávolságát) bármely pontosan rögzített időpontban meghatározni, de a számítások meglehetősen bonyolultak lesznek.

Az óra második szakaszában a tanulók megismerkednek az idő - óra ​​- mérésére, tárolására és számlálására szolgáló eszközökkel. Az órajelek referenciaként szolgálnak az időintervallumok összehasonlításához. A hallgatóknak figyelniük kell arra, hogy a pillanatok és az időintervallumok pontos meghatározásának igénye ösztönözte a csillagászat és a fizika fejlődését: a huszadik század közepéig az idő mérésének, tárolásának és az időmércéknek a csillagászati ​​módszerei húzták meg a világ Időszolgálatát. Az óra pontosságát csillagászati ​​megfigyelésekkel ellenőrizték. Jelenleg a fizika fejlődése az idő pontosabb meghatározásának és mércéjének megalkotásához vezetett, amelyeket a csillagászok kezdtek alkalmazni a korábbi időmérési módszerek alapjául szolgáló jelenségek tanulmányozására.

Az anyagot előadás formájában mutatjuk be, a különféle típusú órák működési elvének és belső felépítésének bemutatásával egybekötve.

2. Időmérő és -tárolási eszközök

Még az ókori Babilonban is 24 órára osztották a napsugárzást (360њ: 24 = 15њ). Később minden órát 60 percre, minden percet 60 másodpercre osztottak fel.

Az első időmérő műszerek a napórák voltak. A legegyszerűbb napóra - gnomon- egy függőleges oszlopot ábrázolnak egy vízszintes emelvény közepén osztásokkal (34. ábra). A gnomon árnyéka egy összetett görbét ír le, amely a Nap magasságától függ, és napról napra változik attól függően, hogy a Nap milyen pozícióban van az ekliptikán, az árnyék sebessége is változik. A napórát nem kell tekercselni, nem áll le és mindig megfelelően működik. a helyszínt úgy megdöntve, hogy a gnomonról a pólus a világ pólusára irányuljon, egy egyenlítői napórát kapunk, amelyben az árnyék sebessége egyenletes (35. ábra).

Rizs. 34. Vízszintes napóra. Az egyes óráknak megfelelő szögek eltérő értékkel rendelkeznek, és a következő képlettel számítják ki: , ahol a a déli vonal (az égi meridián vízszintes felületre vetítése) és az órákat jelző 6, 8, 10... számok iránya közötti szög; j a hely szélessége; h - a Nap óraszöge (15º, 30º, 45º)

Rizs. 35. Egyenlítői napóra. A számlapon minden óra 15 fokos szögnek felel meg.

Az éjszakai és rossz időjárási idő mérésére homokórákat, tűz- és vízórákat találtak fel.

A homokórák egyszerű kialakításúak és pontosak, de terjedelmesek és csak rövid időre „tekernek fel”.

A tüzes óra éghető anyagból készült spirál vagy pálca, alkalmazott felosztással. Az ókori Kínában olyan keverékeket hoztak létre, amelyek hónapokig égtek állandó felügyelet nélkül. Ezeknek az óráknak a hátrányai: alacsony pontosság (az égési sebesség függése az anyag összetételétől és az időjárástól) és a gyártás bonyolultsága (36. ábra).

A vízórákat (clepsydra) minden országban használták ókori világ(37. a, b ábra).

Mechanikus órák súlyokkal és kerekekkel a X-XI. században találták fel. Oroszországban az első mechanikus toronyórát a moszkvai Kremlben szerelte fel 1404-ben Lazar Sorbin szerzetes. ingaóra H. Huygens holland fizikus és csillagász találta fel 1657-ben. A rugóval ellátott mechanikus órát a 18. században találták fel. Századunk 30-as éveiben feltalálták a kvarcórákat. 1954-ben a Szovjetunióban felmerült az ötlet, hogy hozzanak létre atomóra- „Állítsa be az elsődleges idő- és gyakoriságszabványt”. Egy Moszkva melletti kutatóintézetben telepítették őket, és 500 000 évenként 1 másodperces véletlenszerű hibát adtak.

Egy még pontosabb atomi (optikai) időszabványt hoztak létre a Szovjetunióban 1978-ban. 10 000 000 évente 1 másodperces hiba lép fel!

Ezekkel és sok más modern fizikai műszerrel nagyon nagy pontossággal lehetett meghatározni az idő alap- és származtatott mértékegységeinek értékeit. A kozmikus testek látható és valós mozgásának számos jellemzőjét finomították, új kozmikus jelenségeket fedeztek fel, köztük a Föld tengelye körüli forgási sebességének 0,01-1 másodperces változását az év során.

3. Naptárak. kronológia

A naptár a természeti jelenségek periodicitásán alapuló, nagy időtartamú, folyamatos számrendszer, amely különösen egyértelműen az égi jelenségekben (égitestek mozgásában) nyilvánul meg. Az emberi kultúra egész évszázados története elválaszthatatlanul összefügg a naptárral.

A naptárak iránti igény a rendkívüli ókorban merült fel, amikor az emberek még nem tudtak írni és olvasni. A naptárak meghatározták a tavasz, a nyár, az ősz és a tél kezdetét, a virágzás időszakát, a gyümölcsérést, a gyógynövények gyűjtését, az állatok viselkedésének és életének változásait, az időjárás változásait, a mezőgazdasági munkák idejét és még sok mást. . A naptárak a következő kérdésekre válaszolnak: "Milyen dátum van ma?", "A hét melyik napján?", "Mikor történt ez vagy az az esemény?" és lehetővé teszi az emberek életének és gazdasági tevékenységének szabályozását és tervezését.

A naptárak három fő típusa létezik:

1. Hold naptár, amely egy szinódikus holdhónapon alapul, amelynek időtartama 29,5 átlagos szoláris nap. Több mint 30 000 évvel ezelőtt keletkezett. A naptár holdéve 354 (355) napot tartalmaz (11,25 nappal rövidebb, mint a napév), és 12 hónapra oszlik, amelyek mindegyike 30 (páratlan) és 29 (páros) nap (a muszlim naptárban ezeket hívják: Muharram, Safar, Rabi al-awwal, rabi al-slani, jumada al-ula, jumada al-ahira, rajab, sha'ban, ramadan, shawwal, dhul-qaada, dhul-hijra). Mivel a naptári hónap 0,0306 nappal rövidebb, mint a szinodikus hónap, és 30 év alatt a különbség köztük eléri a 11 napot, arab holdnaptár minden 30 éves ciklusban 19 „egyszerű” 354 napos és 11 „szökőév” 355 napos (2., 5., 7., 10., 13., 16., 18., 21., 24., 26., 29.) minden ciklus éve). török a holdnaptár kevésbé pontos: 8 éves ciklusában 5 „egyszerű” és 3 „szökő” év van. Az újév dátuma nem rögzített (évről évre lassan mozog): például az 1421 AH 2000. április 6-án kezdődött és 2001. március 25-én ér véget. A holdnaptárt vallási és állami naptárként fogadják el Afganisztán, Irak, Irán, Pakisztán, az UAR és mások muszlim államaiban. A szoláris és a hold-naptárat párhuzamosan használják a gazdasági tevékenység tervezésére és szabályozására.

2.naptár a trópusi év alapján. Több mint 6000 évvel ezelőtt keletkezett. Jelenleg világnaptárként fogadják el.

A "régi stílusú" Julianus naptár 365,25 napot tartalmaz. Sosigenes alexandriai csillagász tervezte, Julius Caesar császár vezette be ben. Az ókori Róma Kr.e. 46-ban majd elterjedt az egész világon. Oroszországban 988-ban fogadták el. A Julianus-naptárban az év hossza 365,25 nap; három "egyszerű" év 365 napos, egy szökőév - 366 nap. Egy évben 12 hónap 30 és 31 nap van (kivéve februárt). A Julianus év 11 perc 13,9 másodperccel van lemaradva a trópusi évtől. Alkalmazásának 1500 éve alatt 10 napos hiba halmozódott fel.

NÁL NÉL gregorián szoláris naptár "új stílusú" az év hossza 365, 242 500 nap. 1582-ben a Julianus-naptárt XIII. Gergely pápa utasítására Luigi Lilio Garalli (1520-1576) olasz matematikus tervei alapján megreformálták. A napok számolását 10 nappal előbbre tolták, és megállapodtak abban, hogy minden olyan évszázad, amely maradék nélkül nem osztható 4-gyel: 1700, 1800, 1900, 2100 stb., nem tekintendő szökőévnek. Ez 400 évenként 3 napos hibát javít. 1 napos hiba "túlfutás" 2735 évre. Egy adott évszázad és évezred "első" évének január 1-jén új évszázadok, évezredek kezdődnek: így a 21. század és korszakunk III. évezrede (Kr. u.) 2001. január 1-jén kezdődik a Gergely-naptár szerint.

Hazánkban a forradalom előtt a „régi stílusú” Julián-naptárt használták, melynek hibája 1917-re 13 nap volt. 1918-ban bevezették az országban a világhírű „új stílusú” Gergely-naptárt, és minden dátumot 13 nappal előre toltak.

A dátumok átalakítása a Julianus-naptárból a Gergely-naptárba a következő képlet szerint történik: , ahol T Gés T YU- dátumok a Gergely- és Julianus-naptár szerint; n a napok egész száma, Val vel az eltelt teljes évszázadok száma, Val vel 1 az évszázadok legközelebbi száma, négy többszöröse.

A napelemes naptárak további fajtái:

perzsa naptár, amely a trópusi év időtartamát 365,24242 napban határozta meg; A 33 éves ciklus 25 "egyszerű" és 8 "szökőévet" tartalmaz. Sokkal pontosabb, mint a gregorián: 1 éves hiba "túllép" 4500 éven. Omar Khayyam tervezte 1079-ben; Perzsia és számos más állam területén a 19. század közepéig használták.

A kopt naptár hasonló a Julianus-naptárhoz: egy évben 12 hónap van 30 napból; 12 hónap után egy "egyszerű" évben 5 hozzáadódik, "szökőévben" - 6 extra nap. Etiópiában és néhány más államban (Egyiptom, Szudán, Törökország stb.) használják a koptok területén.

3.holdnaptár, amelyben a Hold mozgása összhangban van a Nap éves mozgásával. Az év 12 holdhónapból áll, egyenként 29 és 30 napból, amelyekhez időszakonként "szökőéveket" adnak a Nap mozgásának figyelembe vétele érdekében, amely további 13. hónapot tartalmaz. Ennek eredményeként az "egyszerű" évek 353, 354, 355 napig tartanak, a "szökőévek" pedig 383, 384 vagy 385 napig. Az ie 1. évezred elején keletkezett, használták az ókori Kínában, Indiában, Babilonban, Júdeában, Görögországban, Rómában. Jelenleg Izraelben alkalmazzák (az év eleje különböző napokra esik szeptember 6. és október 5. között), és az államival együtt Délkelet-Ázsia országaiban (Vietnam, Kína stb.) használják.

A fent ismertetett főbb naptártípusokon kívül naptárakat hoztak létre és használnak a Föld egyes régióiban, figyelembe véve a bolygók látszólagos mozgását az égi szférában.

Keleti hold-bolygó 60 éves naptár a Nap, a Hold és a Jupiter és a Szaturnusz bolygók mozgásának periodicitása alapján. A Kr.e. II. évezred elején keletkezett. Kelet- és Délkelet-Ázsiában. Jelenleg Kínában, Koreában, Mongóliában, Japánban és a régió néhány más országában használják.

A modern keleti naptár 60 éves ciklusában 21912 nap van (az első 12 évben 4371 nap; a második és negyedik - 4400 és 4401 nap; a harmadik és ötödik napban - 4370 nap). Ez az időszak illeszkedik a Szaturnusz két 30 éves ciklusához (amely megegyezik forradalmának sziderális periódusaival T Szaturnusz \u003d 29,46 » 30 év), körülbelül három 19 éves holdnapi ciklus, a Jupiter öt 12 éves ciklusa (egyenlő forradalmának sziderális periódusaival) T Jupiter= 11,86 » 12 év) és öt 12 éves holdciklus. A napok száma egy évben nem állandó, és lehet 353, 354, 355 nap "egyszerű" években, 383, 384, 385 nap szökőévben. Az év eleje a különböző államokban eltérő időpontokra esik, január 13-tól február 24-ig. A jelenlegi 60 éves ciklus 1984-ben kezdődött. A keleti naptár jeleinek kombinációjára vonatkozó adatokat a Melléklet tartalmazza.

A maja és azték kultúrák közép-amerikai naptárát Kr.e. 300-1530 között használták. HIRDETÉS Alapja a Nap, a Hold mozgásának periodicitása, valamint a Vénusz (584 d) és a Mars (780 d) szinodikus forgási periódusai. Egy „hosszú” év, amely 360 (365) napig tartott, 18 hónapból, egyenként 20 napból és 5 hónapból állt. Nemzeti ünnep. Ezzel párhuzamosan kulturális és vallási célokra egy 260 napos "rövid évet" alkalmaztak (a Mars-keringés szinodikus periódusának 1/3-a), amelyet 13, egyenként 20 napos hónapra osztottak; A "számozott" hetek 13 napból álltak, amelyeknek saját száma és neve volt. A trópusi év időtartamát a legnagyobb, 365,2420 napos pontossággal határoztuk meg (1 napos hiba nem halmozódik fel 5000 év alatt!); holdi szinódikus hónap - 29,53059 d.

A 20. század elejére a nemzetközi tudományos, műszaki, kulturális és gazdasági kapcsolatok erősödése egységes, egyszerű és pontos világnaptár létrehozását tette szükségessé. A meglévő naptárak számos hiányosságot mutatnak a következőképpen: a trópusi év hossza és a Nap égi szférában való mozgásával összefüggő csillagászati ​​jelenségek dátumai közötti megfelelés hiánya, a hónapok egyenlőtlen és inkonstans időtartama, a hónapok számának inkonzisztenciája. a hónap és a hét napjai, a nevükben mutatkozó ellentmondások a naptári pozícióval stb. Megnyilvánulnak a modern naptár pontatlanságai

Ideál örök a naptár változatlan szerkezetű, amely lehetővé teszi a hét napjainak gyors és egyértelmű meghatározását a kronológia bármely naptári dátumához. Az öröknaptárak egyik legjobb projektjét az ENSZ Közgyűlése 1954-ben megfontolásra ajánlotta: a Gergely-naptárhoz hasonlítva egyszerűbb és kényelmesebb volt. A trópusi év 91 napos (13 hét) négy negyedévre oszlik. Minden negyedév vasárnap kezdődik és szombaton ér véget; 3 hónapból áll, az első hónapban 31 nap, a második és harmadik hónapban 30 nap. Minden hónap 26 munkanapból áll. Az év első napja mindig vasárnap. A projekt adatait a melléklet tartalmazza. Vallási okokból nem hajtották végre. Az egységes világörökös naptár bevezetése továbbra is korunk egyik problémája.

A kezdő dátumot és az azt követő elszámolási rendszert nevezzük korszak. A korszak kiindulópontját úgy hívják korszak.

Az ókor óta egy bizonyos korszak kezdete (több mint 1000 korszak ismeretes a Föld különböző régióiban, köztük 350 Kínában és 250 Japánban) és a kronológia teljes lefolyása fontos legendás, vallási eseményekhez kötődött. vagy (ritkábban) valós események: egyes dinasztiák és egyes császárok uralkodásának ideje, háborúk, forradalmak, olimpiák, városok és államok alapítása, egy isten (próféta) „születése” vagy „a világ teremtése” ."

A kínai 60 éves ciklus korszakának kezdetére Huangdi császár uralkodásának 1. évének dátuma – ie 2697 – elfogadott.

A Római Birodalomban a „Róma alapításától” származó elszámolást Kr.e. 753. április 21-től vezették. és Diocletianus császár csatlakozásának napjától, i.sz. 284. augusztus 29-től.

NÁL NÉL Bizánci Birodalom később pedig a hagyomány szerint Oroszországban - Vlagyimir Szvjatoszlavovics herceg általi kereszténység felvételétől (i.sz. 988) I. Péter rendeletéig (i.sz. 1700) - az éveket "a világ teremtésétől" számolták: pont az elfogadott dátum volt, ie 5508. szeptember 1. (a "bizánci korszak" első éve). Az ókori Izraelben (Palesztina) a "világteremtés" később történt: ie 3761. október 7-én (a "zsidó korszak" első évében). Voltak mások is, amelyek eltértek a fent említett legáltalánosabb korszakoktól, "a világ teremtésétől".

A kulturális és gazdasági kapcsolatok erősödése, valamint a keresztény vallás széles körű elterjedése Nyugat- és Kelet-Európában felvetette a kronológia, a mértékegységek és az időszámlálás rendszerének egységesítésének szükségességét.

Modern kronológia - " a mi korszakunk", "új kor "(Kr. u.)," korszak Krisztus születésétől"( R.H.), Anno Domeni ( HIRDETÉS.- "Az Úr éve") - Jézus Krisztus születésének egy önkényesen kiválasztott dátumából indul ki. Mivel ez egyetlen történelmi dokumentumban sem szerepel, és az evangéliumok ellentmondanak egymásnak, Diocletianus korának 278-ban a tudós szerzetes Dionysiosz úgy döntött, hogy "tudományosan", csillagászati ​​adatok alapján kiszámolja a korszak dátumát. A számítás alapja: egy 28 éves „napkör” – egy olyan időszak, amelyre a hónapok száma pontosan a hét ugyanazon napjaira esik, és egy 19 éves „holdkör” – egy időszak amelyek a hold ugyanazon fázisai a hónap ugyanazon és ugyanazon napjaira esnek. A „nap” és „hold” körök ciklusainak szorzata, Krisztus életének 30 éves idejéhez igazítva (28 ´ 19S + 30 = 572), megadta a modern kronológia kezdő dátumát. A „Krisztus születésétől számított” korszak szerinti évek beszámolója nagyon lassan „gyökerezett”: egészen a Kr. u. XV. századig. (vagyis még 1000 évvel később) Nyugat-Európa hivatalos irataiban 2 dátumot jelöltek meg: a világ teremtésétől és Krisztus születésétől (Kr. e.).

A muszlim világban i.sz. 622. július 16-át tekintik a kronológia kezdetének – a hidzsra (Mohamed próféta Mekkából Medinába vándorlása) napja.

A dátumok fordítása a "muzulmán" időrendi rendszerből T M"kereszténynek" (gregorián) T G képlettel lehet megtenni: (évek).

A csillagászati ​​és kronológiai számítások megkönnyítése érdekében a J. Scaliger által javasolt kronológiát a 16. század vége óta alkalmazzák. Julián korszak(J.D.). Kr.e. 4713. január 1-je óta folyamatosan számolják a napokat.

Az előző leckékhez hasonlóan a tanulókat arra kell utasítani, hogy önállóan töltsék ki a táblázatot. 6 információ a leckében vizsgált kozmikus és égi jelenségekről. Ez legfeljebb 3 percet kap, majd a tanár ellenőrzi és javítja a tanulók munkáját. A 6. táblázat a következő információkkal egészül ki:

Az anyag rögzítve van a problémák megoldása során:

4. gyakorlat:

1. Január 1-jén a napóra 10 órát mutat. Mennyi időt mutat ebben a pillanatban az órád?

2. Határozza meg a pontos óra és egy sziderális időben futó kronométer leolvasási különbségét, 1 évvel az egyidejű indulásuk után!

3. Határozza meg a holdfogyatkozás teljes fázisának kezdeti pillanatait 1996. április 4-én Cseljabinszkban és Novoszibirszkben, ha a jelenség UTC 23 óra 36 perckor következett be.

4. Határozza meg, hogy Vlagyivosztokban megfigyelhető-e a Jupiter Hold fogyatkozása (okkultációja), ha az 1 óra 50 méter UTC-kor történik, és a Hold Vlagyivosztokban helyi nyári idő szerint 0 óra 30 perckor nyugszik.

5. Hány napot tartalmazott 1918 az RSFSR-ben?

6. Legfeljebb hány vasárnap lehet februárban?

7. Évente hányszor kel fel a nap?

8. Miért fordul a Hold mindig ugyanazzal az oldallal a Föld felé?

9. A hajó kapitánya december 22-én délben megmérte a Nap zenittávolságát, és 66њ 33"-nak találta. A greenwichi idő szerint futó kronométer a megfigyelés időpontjában reggel 11 óra 54 m-t mutatott. a hajó koordinátái és helyzete a világtérképen.

10. Melyek annak a helynek a földrajzi koordinátái, ahol a Sarkcsillag magassága 64њ 12", és az a Lyra csillag csúcspontja 4 óra 18 méterrel később következik be, mint a Greenwich Obszervatóriumban?

11. Határozza meg annak a helynek a földrajzi koordinátáit, ahol a csillag felső csúcspontja van! a - - didaktika - tesztek - feladat

Lásd még: Minden publikáció ugyanabban a témában >>

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 igyekeznek a lehető legjobb feltételeket teremteni a működéséhez: állandósítani a helyiség hőmérsékletét, kiküszöbölni az ütéseket, gyengíteni a légellenállást, végül a mechanikai terhelést minél kisebbre kell csökkenteni.

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 pontosan az időt, de a korrekciós táblázatok segítségével egészen ezredmásodperces pontosságú időbélyegeket lehet kapni.

Sajnos az óra nem áll állandóan. A külső körülmények - szobahőmérséklet és légnyomás - változásakor 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 lehet, hogy egy jó csillagászati ​​óra túl kapkodó és túl lassú, akár napi tizedmásodperceket is előreszalad 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 rendelkezik érdekes tulajdonságok. 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 ebből a szempontból kiemelkedően jó tulajdonságokkal rendelkezik, mivel rezgéseinek csillapítása 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 kvarccsillagászati ​​órák fő hátrányai a kvarc rezgések frekvenciájának a környezeti hőmérséklettől való függése és a "kvarc öregedése", vagyis a rezgések frekvenciájának időbeli változása. Az első hátrányt az óra azon részének gondos hőmérsékletszabályozásával küszöbölték ki, amelyben a kvarclemez található. A kvarc öregedését, amely az óra lassú sodrásához vezet, még nem sikerült megszüntetni.

"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, amely megszámolja a számukat, 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 ingacsillagászati ​​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, mindezek az intézkedések lehetővé tették a csillagászati ​​ingaórák mozgási ingadozásainak napi ezredmásodpercekre való csökkentését. A mozgó és súrlódó alkatrészek fokozatos kopása, a szerkezeti anyagok lassú és visszafordíthatatlan változásai azonban általában - az ilyen órák "öregedése" nem tette lehetővé pontosságuk további javítását.

A csillagászati ​​kvarcórákban az időt egy kvarccal stabilizált oszcillátor méri, ezen órák leolvasásának 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 mutatjuk be: ha egy atom normál (nem gerjesztett) állapotban van, akkor elektronjai az alacsonyabb energiaszinteket foglalják el, és ezzel egyidejűleg 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 a fénykvantum energiája arányos a frekvenciájával: ε = hv, ahol ε az elektromágneses rezgések energiája, v a frekvenciájuk, h = 6,62 * 10 -27 erg * sec a 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 alkotórészecskék 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 olyan 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 molekulákban olyan nagy erők hatnak 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. A gerjesztett részecskék (atomok és molekulák) bizonyos idő elteltével (kevesebb, mint a másodperc milliomod része) spontán módon átjutnak a gerjesztett állapotból a normál állapotba, és egyúttal maguk is elektromágneses energia kvantumokat 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 generált elektromágneses rezgések egy részét egy 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 összekapcsolt eszközök - generátor, szorzó, ammóniagáz hullámvezető és diszkriminátor - egy áramkör Visszacsatolás, amelyben az ammónia molekulákat a generátor gerjeszti, és egyúttal szabályozza azt, kényszerítve azt, hogy a kívánt frekvenciájú rezgéseket generáljon. Így a molekuláris óra végső soron ammónia molekulákat használ frekvencia- és időstandardként. Az első molekuláris ammóniaórában, amelyet G. Lyons 1953-ban ezen elv alapján 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 több éven át 1 másodperces hibának felel meg az időintervallumok mérésében.

Általánosságban elmondható, hogy ez természetesen kiváló pontosság. Kiderült azonban, hogy a megszerkesztett készülékben az elektromágneses energiaelnyelési görbe korántsem a vártnál élesnek bizonyult, hanem inkább "elkenődött". Ennek megfelelően az egész 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 a hullámvezetőben lévő gáz hőmérsékletétől és nyomásától való függése.

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 az elektromos és mágneses mezők 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 detektorba, amelyek az elektromágneses térbe kerülés 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 nagyon 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 keltett 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 volt szó arról, hogy a legjobb mechanikus csillagászati ​​órák is, alkatrészeik kopása miatt, idővel valamelyest változtatják 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 azt tapasztalták, 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 torzulásai 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; ebből a szóból származik kezdőbetűk kifejezések: 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 konvergálásának pontjához. 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. Mélyhűtés céljából ezt a csövet folyékony nitrogénbe helyezik. 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.

Tekintsük ezen elképzelések továbbfejlesztését. 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 nevezik. 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 kvantumoszcillátor 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 percenkénti értéket, a hosszú távú instabilitásuk pedig kb. 10-10 volt, ami az időintervallumok számlálásában több száz év alatt mindössze 1 másodperces torzulásoknak 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, amelynek belső falai 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 a pontos idő biztosítása vasutak, posta, távíró és nagyvárosok. 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 egy 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 alapított világrendszer közös idő WOSAC (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 atomikronból (atomi céziumórák) 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 amikor pontos időjeleket továbbítottak a WHOAC-on keresztül New York államból (USA) Oahu szigetére (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 még nem csitultak el az ezen elképzelések körüli tudományos viták. 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 oldalra terjesztése volt. Csendes-óceánés a Tethys geoszinklinális övhöz". Emlékezzünk vissza arra, hogy Laurasia takarta Észak Amerika, Grönland, Európa és Ázsia egész északi fele, Gondwana - a déli kontinensek és India. 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 elvégzett 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.

Időszolgálat
A pontos időszolgáltatás feladata a pontos idő meghatározása, mentése és a fogyasztó felé közvetítése. Ha azt képzeljük, hogy az óramutató egy függőlegesen az ég felé irányított távcső optikai tengelye, akkor a számlap a csillagok, amelyek egymás után esnek ennek a távcsőnek a látóterébe. A csillagok áthaladásának pillanatainak regisztrálása a távcső irányzékán keresztül - ez a csillagászati ​​idő klasszikus meghatározásának általános elve. A hozzánk került megalitikus emlékművekből ítélve, amelyek közül a leghíresebb az angliai Stonehenge, ezt az irányzékszerif-módszert már a bronzkorban is sikerrel alkalmazták. Már maga a csillagászati ​​időszolgálat neve is elavult. 1988 óta ezt a szolgáltatást Nemzetközi Földforgási Szolgálatnak hívják http://hpiers.obspm.fr/eop-pc/.
A pontos idő meghatározásának klasszikus csillagászati ​​módszere (Universal Time, UT) a Föld bármely kiválasztott meridiánjának az "állócsillagok gömbjéhez" viszonyított forgásszögének mérésével jár. A kiválasztott végül a greenwichi meridián volt. Oroszországban azonban pl. hosszú idő a pulkovoi meridiánt nullának vettük. Valójában minden olyan meridián, amelyre a csillagjáratok pillanatainak rögzítésére specializálódott távcső (tranzitműszer, zenitcső, asztrolábium) fel van szerelve, alkalmas a pontos időszolgálat első feladatának megoldására. De erre semmilyen szélesség nem optimális, ami nyilvánvaló például a földrajzi pólusokon lévő összes meridián konvergenciája miatt.
A csillagászati ​​idő meghatározásának módszeréből nyilvánvaló a kapcsolata a földi hosszúságok meghatározásával és általában a koordináta mérésekkel. Lényegében ez a koordináta-idő támogatás (CWO) egyetlen feladata. Érthető ennek a problémának a bonyolultsága, amelynek megoldása sok évszázadon át tartott, és továbbra is a geodézia, csillagászat és geodinamika legsürgetőbb problémája.
Az UT csillagászati ​​módszerekkel történő meghatározásakor figyelembe kell venni:

• hogy az "állócsillagok gömbje" nem létezik, vagyis a csillagok koordinátáit (a csillagóra "tárcsáját", amely ezeknek az óráknak a pontosságát meghatározza) folyamatosan finomítani kell a megfigyelésekből,
• hogy a Föld forgástengelye a Nap, a Hold és más bolygók gravitációs erőinek hatására összetett periodikus (precessziós és nutációs) mozgásokat hajt végre, amelyeket több száz harmonikus sora ír le,
• hogy az űrben komplexen mozgó Föld felszínéről történik a megfigyelés, ezért figyelembe kell venni a parallaktikus és aberrációs hatásokat,
• hogy a teleszkópoknak, amelyeken az UT megfigyeléseket végezzük, megvannak a maguk nem állandó hibái, amelyek különösen az éghajlati viszonyoktól függenek, és ugyanazon megfigyelések alapján határozzák meg,
• hogy a megfigyelések a légköri óceán "alján" történnek, ami gyakran nehezen figyelembe vehető módon torzítja a csillagok valódi koordinátáit (törés),
• hogy maga a forgástengely "lóg" a Föld testében és ez a jelenség, valamint számos árapály- és légköri hatások a Föld forgását befolyásoló hatások maguk a megfigyelések határozzák meg,
• hogy a Föld 1956-ig időmércéül szolgáló tengelye körüli forgása egyenetlenül megy végbe, amit maguk a megfigyelések is meghatároznak.

A pontos időzítéshez szabványra van szükség. A választott szabvány - a Föld forgási periódusa - nem bizonyult elég megbízhatónak. A szoláris nap az idő egyik alapvető mértékegysége, már régen választották. De a Föld forgási sebessége egész évben változik, ezért az átlagos napsugárzást használják, amely 11 perccel eltér a valódi naptól. A Föld egyenetlen mozgása miatt az ekliptika mentén az elfogadott szoláris nap 24 órával több évente 1 sziderikus nappal, ami 23 óra 56 perc 4,091 másodperc, míg az átlagos szoláris nap 24 óra 3 perc 56,5554 másodperc.
Az 1930-as években megállapították a Föld egyenetlen forgását a tengelye körül. Az egyenetlenség különösen összefügg: a Föld forgásának világi lelassulásával a Hold és a Nap árapály-súrlódása miatt; nem stacionárius folyamatok a Földön belül. A Föld tengelyének felfutása miatti átlagos sziderikus nap 0,0084 másodperccel rövidebb, mint a Föld tényleges forgási periódusa. A Hold dagályhatása 100 év alatt 0,0023 másodperccel lassítja le a Föld forgását. Ezért egyértelmű, hogy a másodpercnek mint időegységnek a meghatározása, amely a nap 1/86400 részét teszi ki, pontosítást igényel.
Az 1900-as évet vették a trópusi év mértékegységeként (a Nap középpontjának két egymást követő áthaladása közötti időtartam a tavaszi napéjegyenlőségen keresztül), ami 365,242196 napnak vagy 365 napnak 5 óra 48 perc 48,08 másodpercnek felel meg. Ezen keresztül határozzák meg az 1900-as trópusi év egy másodpercének időtartamát = 1/31556925,9747.
1967 októberében Párizsban, a Nemzetközi Súly- és Mértékbizottság 13. Általános Konferenciája meghatározza az atomi másodperc időtartamát - azt az időtartamot, amely alatt 9 192 631 770 rezgés fordul elő, ami megfelel a céziumatom általi kikeményedés (abszorpció) gyakoriságának - 133 az alapállapotú atom két hiperfinom energiaszintje közötti rezonáns átmenet során, külső mágneses mezők okozta zavarok nélkül, és körülbelül 3,26 cm-es hullámhosszú rádiósugárzásként kerül rögzítésre.
Az atomórák pontossága 1 s hiba 10 000 év alatt. 10-14s hiba.
1972. január 1-jén a Szovjetunió és a világ számos országa átállt az atomi időszabványra.
A rádión sugárzott időjeleket atomórákon keresztül továbbítják a helyi idő pontos meghatározásához (azaz földrajzi hosszúság - az erős pontok elhelyezkedése, a csillagok csúcspontjainak megtalálása), valamint a légi és tengeri navigációhoz.
Az első pontos időjeleket a rádióban a bostoni (USA) állomás kezdte sugározni 1904-ben, 1907-től Németországban, 1910-től Párizsban (az Eiffel-torony rádióállomása). Hazánkban 1920. december 1-től a Pulkovo Obszervatórium ritmikus jeleket kezdett sugározni a petrográdi New Holland rádióállomáson, 1921. május 25-től pedig a Moszkvai Oktyabrskaya rádióállomáson keresztül a Khodynkán. A korabeli rádiótechnikai szolgálat szervezői az országban Nyikolaj Ivanovics DNEPROVSZKIJ (1887-1944), Alekszandr Pavlovics Konsztantyinov (1895-1937) és Pavel Andrejevics Azbukin (1882-1970) voltak.
A Népbiztosok Tanácsa 1924-es rendeletével a Pulkovo Obszervatóriumban megszervezték az Időszolgálat Osztályközi Bizottságát, amely 1928-tól összefoglaló pillanatokat közölt. 1931-ben két új időszolgálatot szerveztek a SAI-ban és a TSNIIGAiK-ban, és megkezdte a rendszeres munkát a Taskent Obszervatórium időszolgálata.
1932 márciusában a Pulkovo Obszervatóriumban megtartották az első asztrometriai konferenciát, amelyen döntés született: időszolgálatot kell létrehozni a Szovjetunióban. A háború előtti időszakban 7 időszolgálat működött, Pulkovóban, a SAI-ban és Taskentben pedig rádión továbbították a ritmikus időjeleket.
A szolgálat által használt legpontosabb óra (a pincében állandó nyomáson, hőmérsékleten stb. tárolva) a Short duplaingás órája volt (pontosság ± 0,001 s/nap), az F.M. Fedchenko (± 0,0003 s / nap), majd elkezdték használni a kvarcot (segítségükkel felfedezték a Föld egyenetlen forgását) az atomórák bevezetése előtt, amelyeket ma az időszolgálat használ. Lewis Essen (Anglia) kísérleti fizikus, a kvarc és az atomórák megalkotója 1955-ben megalkotta az első atomfrekvenciás (idő) szabványt cézium atomnyalábon, ami három évvel később az atomfrekvencia szabványon alapuló időszolgáltatást eredményezett.
Az USA, Kanada és Németország atomszabványa szerint a TAI 1972. január 1-től jön létre - az atomi idő átlagos értéke, amely alapján létrehozták az UTC (univerzális koordináta idő) skála, amely eltér az átlagtól. szoláris idő legfeljebb 1 másodperccel (± 0,90 mp pontossággal). Minden évben az UTC-t 1 másodperccel korrigálják december 31-én vagy június 30-án.
A 20. század utolsó negyedében már az extragalaktikus csillagászati ​​objektumokat - kvazárokat - használták az egyetemes idő meghatározására. Ugyanakkor szélessávú rádiójelüket két, több ezer kilométerre elválasztott rádióteleszkóp rögzíti (nagyon hosszú alapvonalú rádióinterferométerek – VLBI) az atomi idő- és frekvenciaszabványok szinkronizált skáláján. Ezenkívül a műholdak megfigyelésén alapuló rendszereket (GPS - Global Positioning System, GLONASS - globális navigációs műholdrendszer és LLS - Laser Location of Satellites) és a Holdra telepített sarokreflektorokat (Laser Location of the Moon - LLL) használnak.
Csillagászati ​​fogalmak
Csillagászati ​​idő. 1925-ig a csillagászati ​​gyakorlatban az átlagos nap felső csúcspontjának (dél) pillanatát tekintették az átlagos napsütés kezdetének. Az ilyen időt átlagos csillagászatinak vagy egyszerűen csillagászatinak nevezték. Mértékegységként az átlagos szoláris másodpercet használtuk. 1925. január 1-je óta az egyetemes idő (UT) váltja fel.
Az atomidőt (AT – Atomic Time) 1964. január 1-jén vezették be. Az atomi másodpercet időegységnek tekintjük, amely egyenlő azzal az időintervallumtal, amely alatt 9 192 631 770 rezgés fordul elő, amely megfelel a cézium-133 atom alapállapotának hiperfinom szerkezetének két szintje közötti sugárzás gyakoriságának külső hatás hiányában. mágneses mezők. Az AT hordozók több mint 200 atomi idő- és frekvenciaszabvány, amelyek a világ több mint 30 országában találhatók. Ezeket a szabványokat (órákat) a GPS / GLONASS műholdrendszeren keresztül folyamatosan összehasonlítják egymással, melynek segítségével levezetik a nemzetközi atomi időskálát (TAI). Összehasonlítás alapján úgy gondoljuk, hogy a TAI skála nem tér el évente 0,1 mikroszekundumnál többel a képzeletbeli abszolút pontos óráktól. Az AT nem kapcsolódik a Föld forgási sebességének mérésén alapuló csillagászati ​​időmeghatározási módhoz, ezért idővel az AT és az UT skála jelentős mértékben eltérhet egymástól. Ennek kizárására 1972. január 1-től bevezették a koordinált világidőt (UTC).
Az univerzális időt (UT – Universal Time) 1925. január 1-je óta használják a csillagászati ​​idő helyett. A greenwichi meridián átlagos napjának alsó csúcsától számítják. 1956. január 1-je óta három univerzális időskálát határoztak meg:
UT0 - univerzális idő, amelyet közvetlen csillagászati ​​megfigyelések alapján határoznak meg, i.e. a pillanatnyi greenwichi meridián ideje, amelynek síkjának helyzetét a Föld pólusainak pillanatnyi helyzete jellemzi;
Az UT1 a Greenwich-kör középpontjának ideje, amelyet a Föld pólusainak átlagos helyzete határoz meg. Az UT0-tól a földrajzi pólus elmozdulásának korrekcióiban különbözik a Föld testének a forgástengelyéhez képesti elmozdulása miatt;
Az UT2 az UT1 "kisimított" ideje, a Föld forgási szögsebességének szezonális változásaival korrigálva.
Koordinált világidő (UTC). Az UTC alapja az AT skála, amely szükség esetén, de csak január 1-jén vagy július 1-jén javítható további negatív vagy pozitív másodperc beírásával úgy, hogy az UTC és az UT1 közötti különbség ne haladja meg a 0,8 másodpercet. időskála Orosz Föderáció Az UTC(SU) az állam idő- és gyakoriságszabványa szerint van reprodukálva, és összhangban van a nemzetközi UTC időiroda skálájával. Jelenleg (2005 eleje) TAI - UTC = 32 másodperc. Sok oldal van, ahol lemérheti a pontos időt, például a Nemzetközi Súly- és Mértékiroda (BIPM) szerverén http://www.bipm.fr/en/scientific/tai/time_server.html.
A sziderikus nap két egymást követő, azonos nevű csúcspont közötti időintervallum a tavaszi napéjegyenlőségkor ugyanazon a meridiánon. Felső csúcspontjának pillanatát egy sziderikus nap kezdetének tekintjük. A választott tavaszi napéjegyenlőségi ponttól függően létezik valódi és átlagos sziderális idő. Az átlagos sziderikus nap 23 óra.56 perc 04.0905 másodperc egy átlagos szoláris napból.
A valódi szoláris idő egy egyenetlen idő, amelyet a valódi nap mozgása határoz meg, és a valódi nap napjának töredékeiben van kifejezve. A valódi napidő egyenetlensége (az idő egyenlete) 1) az ekliptika egyenlítőhöz viszonyított dőléséből és 2) a nap egyenetlen mozgásából adódóan az ekliptika mentén a Föld keringésének excentricitásából adódik.
Az igazi szoláris nap az az időintervallum, amely az igazi nap két egymást követő, azonos nevű, ugyanazon a meridiánon lévő csúcspontja között van. Az igazi nap alsó csúcspontjának (éjfélnek) pillanatát egy igazi napsütés kezdetének tekintjük.
Az átlagos szoláris idő az átlagos nap mozgása által meghatározott egyenletes idő. 1956-ig egy átlagos napmásodperces (az átlagos szoláris nap 1/86400 töredéke) egységes idő szabványaként használták.
Az átlagos szoláris nap az az időintervallum, amely két egymást követő, azonos nevű átlagos nap csúcspontja között van ugyanazon a meridiánon. Az átlagos nap alsó csúcsának (éjfél) pillanatát tekintjük az átlagos napsütés kezdetének.
Az átlagos (egyenlítői) nap egy fiktív pont az égi szférán, amely egyenletesen mozog az Egyenlítő mentén, a valódi Nap átlagos éves sebességével az ekliptika mentén.
Az átlagos ekliptikai nap egy fiktív pont az égi szférán, amely egyenletesen mozog az ekliptika mentén a valódi nap átlagos éves sebességével. Az átlagos ekliptikai nap mozgása az Egyenlítő mentén egyenetlen.
A tavaszi napéjegyenlőség az egyenlítő és az ekliptika két metszéspontja az égi szférán, amelyen tavasszal a Nap középpontja elhalad. A tavaszi napéjegyenlőségnek vannak igaz (precesszió és nutáció miatt mozgó) és átlagos (csak precesszió miatt mozgó) pontjai.
A trópusi év a Nap két egymást követő áthaladása közötti időszak középső pont A tavaszi napéjegyenlőség 365,24219879 átlagos szoláris nap vagy 366,24219879 sziderális nap.
Az időegyenlet a valódi szoláris idő és az átlagos szoláris idő különbsége. November elején eléri a +16 percet, február közepén pedig a -14 percet. Megjelent a Csillagászati ​​Évkönyvekben.
Az efemeriszidő (ET - Ephemeris time) független változó (érv) az égi mechanikában (az égitestek mozgásának newtoni elmélete). 1960. január 1-je óta vezették be a csillagászati ​​évkönyvekbe, mint az egyetemes időszámítást egységesebbnek, amit a Föld forgásának hosszú távú szabálytalanságai súlyosbítottak. A testek megfigyelése alapján határozták meg Naprendszer(leginkább a hold). A mértékegység a trópusi év 1/31556925,9747 töredéke az 1900 januári 0,12 ET pillanatban, vagy egyébként az átlagos szoláris nap időtartamának 1/86400 része ugyanabban a pillanatban az efemerisz másodperc.