Sono felice di vivere in modo esemplare e semplice:
Come il sole - come un pendolo - come un calendario
M. Cvetaeva

Lezione 6/6

Argomento Fondamenti di misurazione del tempo.

Obbiettivo Considera il sistema di conteggio del tempo e la sua relazione con la longitudine geografica. Dare un'idea della cronologia e del calendario, determinando le coordinate geografiche (longitudine) dell'area in base alle osservazioni astrometriche.

Compiti :
1. educativo: astrometria pratica su: 1) metodi astronomici, strumenti e unità di misura, conteggio e rilevamento del tempo, calendari e cronologia; 2) determinare le coordinate geografiche (longitudine) dell'area in base ai dati delle osservazioni astrometriche. Servizi del Sole e ora esatta. Applicazione dell'astronomia alla cartografia. A proposito di fenomeni cosmici: la rivoluzione della Terra attorno al Sole, la rivoluzione della Luna attorno alla Terra e la rotazione della Terra attorno al suo asse e le loro conseguenze - fenomeni celesti: alba, tramonto, movimento apparente giornaliero e annuale e culminazioni dei luminari (il Sole, la Luna e le stelle), il cambiamento delle fasi lunari.
2. nutrire: la formazione di una visione scientifica del mondo e dell'educazione atea nel corso della conoscenza della storia della conoscenza umana, delle principali tipologie di calendari e sistemi cronologici; sfatare le superstizioni legate ai concetti di "anno bisestile" e alla traduzione delle date dei calendari giuliano e gregoriano; formazione del politecnico e del lavoro nella presentazione di materiale su strumenti per la misurazione e la memorizzazione del tempo (ore), calendari e sistemi cronologici, e sui metodi pratici per l'applicazione delle conoscenze astrometriche.
3. Educativo: la formazione delle competenze: risolvere i problemi per il calcolo dell'ora e delle date della cronologia e il trasferimento del tempo da un sistema di archiviazione e conto all'altro; svolgere esercizi sull'applicazione delle formule di base dell'astrometria pratica; utilizzare una mappa mobile del cielo stellato, libri di consultazione e il calendario astronomico per determinare la posizione e le condizioni per la visibilità dei corpi celesti e il corso dei fenomeni celesti; determinare le coordinate geografiche (longitudine) dell'area in base alle osservazioni astronomiche.

Sapere:
1° livello (standard)- sistemi di conteggio del tempo e unità di misura; il concetto di mezzogiorno, mezzanotte, giorno, il rapporto del tempo con la longitudine geografica; meridiano zero e tempo universale; orario di zona, locale, estivo e invernale; metodi di traduzione; la nostra resa dei conti, l'origine del nostro calendario.
2° livello- sistemi di conteggio del tempo e unità di misura; concetto di mezzogiorno, mezzanotte, giorno; collegamento del tempo con la longitudine geografica; meridiano zero e tempo universale; orario di zona, locale, estivo e invernale; metodi di traduzione; appuntamento del servizio orario esatto; il concetto di cronologia ed esempi; il concetto di calendario e le principali tipologie di calendari: lunare, lunisolare, solare (giuliano e gregoriano) e le basi della cronologia; il problema della creazione di un calendario permanente. Concetti base di astrometria pratica: i principi di determinazione del tempo e delle coordinate geografiche dell'area secondo osservazioni astronomiche. Cause dei fenomeni celesti quotidianamente osservati generati dalla rivoluzione della Luna attorno alla Terra (cambio di fasi della Luna, movimento apparente della Luna nella sfera celeste).

Essere in grado di:
1° livello (standard)- Trova l'ora del mondo, media, zona, locale, estate, inverno;
2° livello- Trova l'ora del mondo, media, zona, locale, estate, inverno; convertire le date dal vecchio al nuovo stile e viceversa. Risolvi i problemi per determinare le coordinate geografiche del luogo e del tempo di osservazione.

Attrezzatura: poster "Calendario", PKZN, pendolo e meridiana, metronomo, cronometro, orologio al quarzo Globo terrestre, tavoli: alcuni applicazioni pratiche astronomia. CD- "Red Shift 5.1" (Time-show, Storie sull'Universo = Tempo e stagioni). Modello della sfera celeste; mappa murale del cielo stellato, mappa dei fusi orari. Mappe e fotografie della superficie terrestre. Tavola "La Terra nello spazio". Frammenti di pellicole"Movimento visibile dei corpi celesti"; "Sviluppo di idee sull'Universo"; "Come l'astronomia ha confutato le idee religiose sull'universo"

Comunicazione interdisciplinare: Coordinate geografiche, conteggio del tempo e metodi di orientamento, proiezione cartografica (geografia, classi 6-8)

Durante le lezioni

1. Ripetizione di quanto appreso(10 minuti).
ma) 3 persone su carte individuali.
1. 1. A quale altezza a Novosibirsk (φ= 55º) il Sole culmina il 21 settembre? [per la seconda settimana di ottobre, secondo il PKZN δ=-7º, quindi h=90 o -φ+δ=90 o -55º-7º=28º]
2. Dove diavolo non sono visibili le stelle dell'emisfero australe? [al Polo Nord]
3. Come navigare il terreno al sole? [Marzo, settembre - alba a est, tramonto a ovest, mezzogiorno a sud]
2. 1. altezza di mezzogiorno Il sole è 30º e la sua declinazione è 19º. Determinare la latitudine geografica del sito di osservazione.
2. Come sono i percorsi giornalieri delle stelle rispetto all'equatore celeste? [parallelo]
3. Come navigare nel terreno usando la stella polare? [direzione nord]
3. 1. Qual è la declinazione di una stella se culmina a Mosca (φ= 56 º ) ad un'altezza di 69º?
2. Come è l'asse del mondo rispetto all'asse terrestre, rispetto al piano dell'orizzonte? [parallelo, all'angolo della latitudine geografica del sito di osservazione]
3. Come determinare la latitudine geografica dell'area dalle osservazioni astronomiche? [misurare l'altezza angolare della stella polare]

B) 3 persone al consiglio.
1. Ricavare la formula per l'altezza del luminare.
2. Percorsi quotidiani dei luminari (stelle) a diverse latitudini.
3. Dimostrare che l'altezza del polo mondiale è uguale alla latitudine geografica.

in) Il resto da soli .
1. Qual è l'altezza massima raggiunta da Vega (δ=38 o 47") nella Culla (φ=54 o 04")? [altezza massima al culmine superiore, h=90 o -φ+δ=90 o -54 o 04 "+38 o 47"=74 o 43"]
2. Selezionare qualsiasi stella luminosa in base al PCZN e annotarne le coordinate.
3. In quale costellazione si trova oggi il Sole e quali sono le sue coordinate? [per la seconda settimana di ottobre secondo il PCDP in cons. Vergine, δ=-7º, α=13 h 06 m]

d) in "Spostamento rosso 5.1"
Trova il sole:
Quali informazioni si possono ottenere sul Sole?
- quali sono le sue coordinate oggi e in quale costellazione si trova?
Come cambia la declinazione? [diminuisce]
- quale delle stelle con il proprio nome è la più vicina in distanza angolare al Sole e quali sono le sue coordinate?
- dimostrare che la Terra si sta attualmente muovendo in orbita avvicinandosi al Sole (dalla tabella della visibilità - il diametro angolare del Sole è in crescita)

2. nuovo materiale (20 minuti)
Bisogna pagare attenzione degli studenti:
1. La lunghezza del giorno e dell'anno dipende dal sistema di riferimento in cui si considera il moto della Terra (se è associato a stelle fisse, al Sole, ecc.). La scelta del sistema di riferimento si riflette nel nome dell'unità di tempo.
2. La durata delle unità di conteggio del tempo è correlata alle condizioni di visibilità (culminazioni) dei corpi celesti.
3. L'introduzione dello standard del tempo atomico nella scienza è stata dovuta alla non uniformità della rotazione terrestre, che è stata scoperta con una precisione crescente dell'orologio.
4. L'introduzione dell'ora solare è dovuta alla necessità di coordinare le attività economiche nel territorio delimitato dai confini dei fusi orari.

Sistemi di conteggio del tempo. Relazione con la longitudine geografica. Migliaia di anni fa, le persone hanno notato che molte cose in natura si ripetono: il Sole sorge a est e tramonta a ovest, l'estate segue l'inverno e viceversa. Fu allora che sorsero le prime unità di tempo - giorno mese Anno . Utilizzando i più semplici strumenti astronomici, si è scoperto che ci sono circa 360 giorni in un anno e in circa 30 giorni la sagoma della luna attraversa un ciclo da una luna piena all'altra. Pertanto, i saggi caldei adottarono come base il sistema numerico sessagesimale: il giorno era diviso in 12 notti e 12 giorni ore , il cerchio è di 360 gradi. Ogni ora e ogni grado è stato diviso per 60 minuti e ogni minuto - entro 60 secondi .
Tuttavia, successive misurazioni più accurate hanno irrimediabilmente rovinato questa perfezione. Si è scoperto che la Terra compie una rivoluzione completa attorno al Sole in 365 giorni 5 ore 48 minuti e 46 secondi. La luna, invece, impiega dai 29,25 ai 29,85 giorni per aggirare la Terra.
Fenomeni periodici accompagnati dalla rotazione giornaliera della sfera celeste e dall'apparente movimento annuale del Sole lungo l'eclittica sono alla base di vari sistemi di conteggio del tempo. Volta- principale quantità fisica caratterizzando il mutamento successivo dei fenomeni e degli stati della materia, la durata della loro esistenza.
Corto- giorno, ora, minuto, secondo
Lungo- anno, trimestre, mese, settimana.
1. "stellare"il tempo associato al movimento delle stelle sulla sfera celeste. Misurato dall'angolo orario del punto dell'equinozio di primavera: S \u003d t ^; t \u003d S - a
2. "solare"tempo associato: con il movimento apparente del centro del disco solare lungo l'eclittica (vero tempo solare) o il movimento del "Sole medio" - un punto immaginario che si muove uniformemente lungo l'equatore celeste nello stesso intervallo di tempo del vero Sole (tempo solare medio).
Con l'introduzione nel 1967 dello standard del tempo atomico e del sistema SI internazionale, il secondo atomico viene utilizzato in fisica.
Secondo- quantità fisica numericamente uguale a 9192631770 periodi di irraggiamento corrispondenti alla transizione tra livelli iperfini dello stato fondamentale dell'atomo di cesio-133.
Tutti i "tempi" di cui sopra sono coerenti tra loro da calcoli speciali. IN Vita di ogni giorno viene utilizzata l'ora solare media . L'unità di base del tempo solare siderale, vero e medio è il giorno. Otteniamo siderale, solare medio e altri secondi dividendo il giorno corrispondente per 86400 (24 h, 60 m, 60 s). Il giorno è diventato la prima unità di misura del tempo oltre 50.000 anni fa. Giorno- il periodo di tempo durante il quale la Terra compie una rotazione completa attorno al proprio asse rispetto a qualsiasi punto di riferimento.
giornata siderale- il periodo di rotazione della Terra attorno al suo asse rispetto alle stelle fisse, è definito come l'intervallo di tempo tra due successivi climax superiori dell'equinozio di primavera.
vero giorno solare- il periodo di rotazione della Terra attorno al proprio asse rispetto al centro del disco solare, definito come l'intervallo di tempo tra due successive culminazioni omonime del centro del disco solare.
A causa del fatto che l'eclittica è inclinata rispetto all'equatore celeste con un angolo di 23 circa 26 "e la Terra ruota attorno al Sole in un'orbita ellittica (leggermente allungata), la velocità del movimento apparente del Sole nel celeste sfera e, quindi, la durata di un vero giorno solare cambierà costantemente durante tutto l'anno: il più veloce vicino agli equinozi (marzo, settembre), il più lento vicino ai solstizi (giugno, gennaio) Per semplificare il calcolo del tempo in astronomia, il viene introdotto il concetto di giorno solare medio: il periodo di rotazione della Terra attorno al suo asse rispetto al "Sole medio".
Giorno solare medio sono definiti come l'intervallo di tempo tra due culmine successivi omonimi del "sole medio". Sono 3 m 55.009 s più brevi di un giorno siderale.
24 h 00 m 00 s di tempo siderale sono pari a 23 h 56 m 4,09 s di tempo solare medio. Per la certezza dei calcoli teorici, è accettato effemeridi (tabella) secondo uguale al secondo solare medio del 0 gennaio 1900 alle ore 12 uguale all'ora corrente, non correlato alla rotazione della Terra.

Circa 35.000 anni fa, le persone notarono un cambiamento periodico nell'aspetto della luna, un cambiamento nelle fasi lunari. Fase F corpo celeste (Luna, pianeti, ecc.) è determinato dal rapporto tra la larghezza maggiore della parte illuminata del disco D al suo diametro D: F=d/D. Linea terminatore separa le parti scure e chiare del disco del luminare. La luna si muove attorno alla terra nella stessa direzione in cui la terra ruota attorno al proprio asse: da ovest a est. L'esibizione di questo movimento è il movimento apparente della Luna sullo sfondo delle stelle verso la rotazione del cielo. Ogni giorno, la Luna si sposta a est di 13,5° rispetto alle stelle e compie un giro completo in 27,3 giorni. Così fu stabilita la seconda misura del tempo dopo il giorno - mese.
Mese lunare siderale (stella).- il periodo di tempo durante il quale la luna compie un giro completo intorno alla terra rispetto alle stelle fisse. Equivale a 27 g 07 h 43 m 11,47 s .
Mese lunare sinodico (calendario).- l'intervallo di tempo tra due fasi successive dello stesso nome (di solito noviluni) della luna. Equivale a 29 g 12 h 44 m 2,78 s .
La totalità dei fenomeni del movimento visibile della Luna sullo sfondo delle stelle e il cambiamento delle fasi lunari consente di navigare la Luna a terra (Fig.). La luna appare come una stretta mezzaluna a ovest e scompare nei raggi dell'alba mattutina con la stessa stretta mezzaluna a est. Attacca mentalmente una linea retta a sinistra della falce di luna. Possiamo leggere nel cielo o la lettera "P" - "crescente", le "corna" del mese sono girate a sinistra - il mese è visibile a ovest; o la lettera "C" - "invecchiare", le "corna" del mese sono girate a destra - il mese è visibile ad est. Con la luna piena, la luna è visibile a sud a mezzanotte.

Come risultato delle osservazioni del cambiamento nella posizione del Sole sopra l'orizzonte per molti mesi, è sorta una terza misura del tempo: anno.
Anno- il periodo di tempo durante il quale la Terra compie un giro completo attorno al Sole rispetto a qualsiasi punto di riferimento (punto).
anno siderale- periodo siderale (stellare) della rivoluzione terrestre attorno al Sole, pari a 365.256320 ... giorni solari medi.
anno anomalo- l'intervallo di tempo tra due passaggi successivi del Sole medio attraverso il punto della sua orbita (solitamente il perielio) è pari a 365,259641 ... giorni solari medi.
anno tropicale- l'intervallo di tempo tra due passaggi successivi del Sole medio attraverso l'equinozio di primavera, pari a 365.2422... giorni solari medi o 365 d 05 h 48 m 46.1 s.

Tempo universale definito come tempo solare medio locale al meridiano zero (Greenwich) ( Quella, UT- Tempo universale). Poiché nella vita di tutti i giorni non è possibile utilizzare l'ora locale (poiché è una a Kolybelka e un'altra a Novosibirsk (diversa λ )), motivo per cui è stato approvato dalla Conferenza su suggerimento di un ingegnere ferroviario canadese Sanford Fleming(8 febbraio 1879 parlando al Canadian Institute di Toronto) tempo standard, dividendo il globo in 24 fusi orari (360:24 = 15 o, 7,5 o dal meridiano centrale). Il fuso orario zero si trova simmetricamente rispetto al meridiano zero (Greenwich). Le cinture sono numerate da 0 a 23 da ovest a est. I confini reali delle cinture sono allineati con i confini amministrativi di distretti, regioni o stati. I meridiani centrali dei fusi orari distano esattamente 15 o (1 ora), quindi quando ci si sposta da un fuso orario all'altro, l'ora cambia di un numero intero di ore e il numero di minuti e secondi non cambia. Nuovo giorno di calendario (e Nuovo anno) iniziare a linee di data(linea di demarcazione), passando principalmente lungo il meridiano di 180° di longitudine est vicino al confine nord-orientale della Federazione Russa. A ovest della linea della data, il giorno del mese è sempre uno in più rispetto a quello ad est. Quando si attraversa questa linea da ovest a est, il numero del calendario diminuisce di uno e quando si attraversa la linea da est a ovest, il numero del calendario aumenta di uno, il che elimina l'errore nel conteggio del tempo quando si viaggia per il mondo e si spostano le persone dal Dall'est all'emisfero occidentale della Terra.
Pertanto, l'International Meridian Conference (1884, Washington, USA) in connessione con lo sviluppo del trasporto telegrafico e ferroviario introduce:
- l'inizio della giornata da mezzanotte, e non da mezzogiorno, come era.
- il meridiano iniziale (zero) di Greenwich (Osservatorio di Greenwich vicino a Londra, fondato da J. Flamsteed nel 1675, attraverso l'asse del telescopio dell'osservatorio).
- sistema di conteggio tempo standard
L'ora solare è determinata dalla formula: T n = T 0 + n , dove T 0 - tempo universale; n- numero di fuso orario.
Ora legale- ora solare, modificata in numero intero di ore con decreto governativo. Per la Russia, è uguale alla cintura, più 1 ora.
Ora di Mosca- ora legale del secondo fuso orario (più 1 ora): Tm \u003d T 0 + 3 (ore).
Estate- ora solare standard, che viene modificata di un'ora aggiuntiva più 1 ora per decreto governativo per il periodo dell'ora legale al fine di risparmiare risorse energetiche. Seguendo l'esempio dell'Inghilterra, che ha introdotto per la prima volta l'ora legale nel 1908, ora 120 paesi del mondo, inclusa la Federazione Russa, passano ogni anno all'ora legale.
Fusi orari del mondo e della Russia
Successivamente, gli studenti dovrebbero essere brevemente introdotti ai metodi astronomici per determinare le coordinate geografiche (longitudine) dell'area. A causa della rotazione terrestre, la differenza tra mezzogiorno e l'ora del culmine ( climax. Cos'è questo fenomeno?) di stelle con coordinate equatoriali note in 2 punti è uguale alla differenza nelle longitudini geografiche dei punti, che consente di determinare la longitudine di un dato punto dalle osservazioni astronomiche del Sole e di altri luminari e , al contrario, l'ora locale in qualsiasi punto con una longitudine nota.
Ad esempio: uno di voi è a Novosibirsk, il secondo a Omsk (Mosca). Chi di voi osserverà prima il culmine superiore del centro del Sole? E perché? (nota, significa che il tuo orologio è sull'ora di Novosibirsk). Produzione- a seconda della posizione sulla Terra (meridiano - longitudine geografica), il climax di qualsiasi luminare viene osservato in tempi diversi, ovvero il tempo è correlato alla longitudine geografica o T=UT+λ, e sarà la differenza di tempo per due punti situati su meridiani diversi T 1 -T 2 \u003d λ 1 - λ 2.Longitudine geografica (λ ) dell'area è misurata ad est del meridiano "zero" (Greenwich) ed è numericamente uguale all'intervallo di tempo tra le culminazioni dello stesso nome dello stesso luminare sul meridiano di Greenwich ( UT) e nel punto di osservazione ( T). Espresso in gradi o ore, minuti e secondi. Determinare longitudine geografica dell'area, è necessario determinare il momento di climax di qualsiasi luminare (solitamente il Sole) con coordinate equatoriali note. Traducendo con l'ausilio di apposite tabelle o calcolatrice il tempo delle osservazioni dalla media solare alla stellare e conoscendo dal libro di consultazione l'ora del culmine di questo luminare sul meridiano di Greenwich, possiamo facilmente determinare la longitudine dell'area . L'unica difficoltà nei calcoli è l'esatta conversione delle unità di tempo da un sistema all'altro. Il momento del culmine non può essere "custodito": basta determinare l'altezza (distanza zenitale) del luminare in un qualsiasi punto preciso nel tempo, ma poi i calcoli saranno piuttosto complicati.
Gli orologi sono usati per misurare il tempo. Dal più semplice, usato nell'antichità, è gnomone - un palo verticale al centro di una piattaforma orizzontale con divisioni, poi sabbia, acqua (clepsydra) e fuoco, fino a meccanica, elettronica e atomica. Uno standard temporale atomico (ottico) ancora più accurato è stato creato in URSS nel 1978. Si verifica un errore di 1 secondo ogni 10.000.000 di anni!

Sistema di cronometraggio nel nostro paese
1) Dal 1 luglio 1919 viene introdotto tempo standard(Decreto del Consiglio dei Commissari del Popolo della RSFSR dell'8 febbraio 1919)
2) Nel 1930 viene istituito Mosca (maternità) l'ora del 2° fuso orario in cui si trova Mosca, spostandosi di un'ora avanti rispetto all'ora solare (+3 sull'Universale o +2 sull'Europa centrale) in modo da offrire una parte più luminosa della giornata durante il giorno ( decreto del Consiglio dei commissari del popolo dell'URSS del 16/06/1930). La distribuzione del fuso orario dei bordi e delle regioni cambia in modo significativo. Annullata nel febbraio 1991 e restaurata nuovamente dal gennaio 1992.
3) Lo stesso decreto del 1930 abolisce il passaggio all'ora legale, in vigore dal 1917 (20 aprile e ritorno il 20 settembre).
4) Nel 1981 riprende nel Paese il passaggio all'ora legale. Decreto del Consiglio dei ministri dell'URSS del 24 ottobre 1980 "Sulla procedura per il calcolo del tempo sul territorio dell'URSS" viene introdotta l'ora legale spostando le lancette dell'orologio a 0 ore il 1 aprile un'ora avanti e il 1 ottobre un'ora fa dal 1981. (Nel 1981, l'ora legale è stata introdotta nella stragrande maggioranza dei paesi sviluppati - 70, ad eccezione del Giappone). In futuro, in URSS, la traduzione iniziò la domenica più vicina a queste date. La delibera ha apportato alcune modifiche significative e approvato un nuovo elenco di territori amministrativi assegnati ai fusi orari corrispondenti.
5) Nel 1992, con Decreti del Presidente, annullati nel febbraio 1991, è stata ripristinata l'ora di maternità (Mosca) dal 19 gennaio 1992, mantenendo il trasferimento all'ora legale dell'ultima domenica di marzo alle ore 2 del mattino un'ora prima, e all'ora invernale l'ultima domenica di settembre alle 3 un'ora della notte un'ora fa.
6) Nel 1996, con decreto del governo della Federazione Russa n. 511 del 23 aprile 1996, l'ora legale è prorogata di un mese e termina l'ultima domenica di ottobre. IN Siberia occidentale le regioni che in precedenza erano nella zona MSK + 4 sono passate all'ora MSK + 3, unendosi all'ora di Omsk: Regione di Novosibirsk il 23 maggio 1993 alle 00:00, Territorio dell'Altai e Repubblica dell'Altai il 28 maggio 1995 alle 4:00, regione di Tomsk 1 maggio 2002 alle 03:00, regione di Kemerovo 28 marzo 2010 alle 02:00. ( la differenza con l'ora universale GMT rimane di 6 ore).
7) Dal 28 marzo 2010, durante il passaggio all'ora legale, il territorio della Russia ha iniziato a trovarsi in 9 fusi orari (dal 2 all'11 compreso, ad eccezione del 4° - regione di Samara e Udmurtia il 28 marzo , 2010 alle 2 del mattino sono passati all'ora di Mosca) con la stessa ora all'interno di ogni fuso orario. I confini dei fusi orari passano lungo i confini dei sudditi della Federazione Russa, ogni soggetto è incluso in una zona, ad eccezione della Yakutia, che è inclusa in 3 zone (MSK + 6, MSK + 7, MSK + 8) , e la regione di Sakhalin, che è inclusa in 2 zone ( MSK+7 a Sakhalin e MSK+8 alle Isole Curili).

Quindi per il nostro Paese nel periodo invernale T= UT+n+1 h , ma nel periodo estivo T= UT+n+2 h

Puoi offrirti di svolgere un lavoro di laboratorio (pratico) a casa: Lavoro di laboratorio"Determinazione delle coordinate del terreno dalle osservazioni del Sole"
Attrezzatura: gnomone; gesso (pioli); "Calendario astronomico", quaderno, matita.
Ordine di lavoro:
1. Determinazione della linea di mezzogiorno (direzione del meridiano).
In movimento diurno L'ombra del sole dello gnomone cambia gradualmente direzione e lunghezza attraverso il cielo. A mezzogiorno vero, ha la lunghezza più piccola e mostra la direzione della linea di mezzogiorno, la proiezione del meridiano celeste sul piano dell'orizzonte matematico. Per determinare la linea di mezzogiorno, è necessario nelle ore mattutine segnare il punto in cui cade l'ombra dello gnomone e tracciare un cerchio attraverso di essa, prendendo come centro lo gnomone. Quindi dovresti aspettare che l'ombra dello gnomone tocchi la linea del cerchio per la seconda volta. L'arco risultante è diviso in due parti. La linea che passa per lo gnomone e il centro dell'arco di mezzogiorno sarà la linea di mezzogiorno.
2. Determinare la latitudine e la longitudine dell'area dalle osservazioni del Sole.
Le osservazioni iniziano poco prima del momento del mezzogiorno vero, il cui inizio è fissato nel momento dell'esatta coincidenza dell'ombra dello gnomone e della linea del mezzogiorno secondo orologi ben calibrati che corrono secondo l'ora solare. Allo stesso tempo, viene misurata la lunghezza dell'ombra dello gnomone. Per la lunghezza dell'ombra l a mezzogiorno vero al momento del suo verificarsi T d in base all'ora solare, mediante semplici calcoli, determinare le coordinate dell'area. In precedenza dalla relazione tg h ¤ \u003d N / l, dove h- altezza dello gnomone, trova l'altezza dello gnomone a mezzogiorno vero h ¤ .
La latitudine dell'area è calcolata dalla formula φ=90-h ¤ +d ¤, dove d ¤ è la declinazione solare. Per determinare la longitudine dell'area, utilizzare la formula λ=12h+n+Δ-D, dove n- numero del fuso orario, h - equazione del tempo per un dato giorno (determinato secondo i dati del "Calendario astronomico"). Per l'orario invernale D = n+1; per l'ora legale D = n + 2.

"Planetario" 410.05 mb		La risorsa consente di installare la versione completa dell'innovativo complesso didattico e metodologico "Planetarium" sul computer di un insegnante o di uno studente. "Planetarium" - una selezione di articoli tematici - sono destinati all'uso da parte di insegnanti e studenti nelle lezioni di fisica, astronomia o scienze naturali nelle classi 10-11. Quando si installa il complesso, si consiglia di utilizzare solo Lettere inglesi nei nomi delle cartelle.
Materiali dimostrativi 13,08 mb		La risorsa è un materiale dimostrativo dell'innovativo complesso didattico e metodologico "Planetarium".
Planetario 2,67 mb Orologio 154,3 kb Ora solare 374,3 kb Mappa dell'ora mondiale 175,3 kb

La determinazione dell'ora esatta, la sua memorizzazione e trasmissione via radio all'intera popolazione è compito del servizio dell'ora esatta, che esiste in molti paesi.

I segnali dell'ora esatta alla radio vengono ricevuti dai navigatori della flotta marittima e aerea, molte organizzazioni scientifiche e industriali che hanno bisogno di conoscere l'ora esatta. Sapere tempo esatto necessario, in particolare, per determinare la geografia

le loro longitudini in diversi punti della superficie terrestre.

Conto del tempo. Definizione di longitudine geografica. Calendario

Dal corso della geografia fisica dell'URSS, conosci i concetti di tempo locale, zonale e di maternità, e anche che la differenza nelle longitudini geografiche di due punti è determinata dalla differenza nell'ora locale di questi punti. Questo problema viene risolto con metodi astronomici utilizzando l'osservazione delle stelle. Sulla base della determinazione delle coordinate esatte dei singoli punti, viene mappata la superficie terrestre.

Sin dai tempi antichi, le persone hanno utilizzato la durata del mese lunare o dell'anno solare per calcolare lunghi periodi di tempo, ad es. la durata della rivoluzione del sole lungo l'eclittica. L'anno determina la frequenza dei cambi stagionali. Un anno solare dura 365 giorni solari 5 ore 48 minuti 46 secondi. È praticamente incommensurabile con i giorni e con la lunghezza del mese lunare, il periodo del cambio delle fasi lunari (circa 29,5 giorni). Ciò rende difficile creare un calendario semplice e conveniente. Nel corso dei secoli della storia umana, sono stati creati e utilizzati molti diversi sistemi di calendario. Ma tutti possono essere suddivisi in tre tipi: solare, lunare e lunisolare. I popoli pastorali meridionali di solito usavano i mesi lunari. Un anno composto da 12 mesi lunari conteneva 355 giorni solari. Per coordinare il calcolo del tempo secondo la Luna e secondo il Sole, era necessario stabilire 12 o 13 mesi in un anno e inserire giorni aggiuntivi nell'anno. Il calendario solare, usato nell'antico Egitto, era più semplice e conveniente. Attualmente, nella maggior parte dei paesi del mondo, viene adottato anche un calendario solare, ma un dispositivo più avanzato, chiamato gregoriano, di cui parleremo di seguito.

Quando si compila il calendario, si deve tenere conto del fatto che la durata dell'anno solare dovrebbe essere il più vicino possibile alla durata della rivoluzione del Sole lungo l'eclittica e che l'anno solare dovrebbe contenere un numero intero di giorni solari, poiché è scomodo iniziare l'anno in momenti diversi della giornata.

Queste condizioni furono soddisfatte dal calendario elaborato dall'astronomo alessandrino Sosigene e introdotto nel 46 a.C. a Roma da Giulio Cesare. Successivamente, come sapete, dal corso di geografia fisica, fu chiamato giuliano o vecchio stile. In questo calendario, gli anni vengono contati tre volte di seguito per 365 giorni e sono chiamati semplici, l'anno successivo è di 366 giorni. Si chiama anno bisestile. Gli anni bisestili nel calendario giuliano sono quegli anni i cui numeri sono equamente divisibili per 4.

La durata media dell'anno secondo questo calendario è di 365 giorni 6 ore, cioè è circa 11 minuti più lungo di quello vero. Per questo motivo, il vecchio stile è rimasto indietro rispetto al flusso effettivo del tempo di circa 3 giorni ogni 400 anni.

Nel calendario gregoriano (nuovo stile), introdotto in URSS nel 1918 e ancor prima adottato nella maggior parte dei paesi, gli anni terminano con due zeri, ad eccezione del 1600, 2000, 2400, ecc. (cioè quelli il cui numero di centinaia è divisibile per 4 senza resto) non sono considerati anni bisestili. Questo corregge l'errore di 3 giorni, accumulando oltre 400 anni. Pertanto, la durata media dell'anno nel nuovo stile è molto vicina al periodo di rivoluzione della Terra attorno al Sole.

Entro il 20° secolo la differenza tra il nuovo stile e il vecchio (Julian) ha raggiunto i 13 giorni. Poiché il nuovo stile è stato introdotto nel nostro paese solo nel 1918, la Rivoluzione d'Ottobre, avvenuta nel 1917 il 25 ottobre (secondo il vecchio stile), si celebra il 7 novembre (secondo il nuovo stile).

La differenza tra il vecchio e il nuovo stile dei 13 giorni continuerà nel 21° secolo e nel 22° secolo. aumenterà a 14 giorni.

Il nuovo stile, ovviamente, non è completamente accurato, ma solo dopo 3300 anni si accumulerà un errore di 1 giorno.

Metodologia della lezione 5
"Ora e calendario"

Lo scopo della lezione: la formazione di un sistema di concetti di astrometria pratica sui metodi e gli strumenti per misurare, contare e memorizzare il tempo.

Obiettivi formativi:
Educazione generale: formazione dei concetti:

Astrometria pratica su: 1) metodi astronomici, strumenti e unità di misura, conteggio e rilevamento del tempo, calendari e cronologia; 2) determinare le coordinate geografiche (longitudine) dell'area in base ai dati delle osservazioni astrometriche;

A proposito di fenomeni cosmici: la rivoluzione della Terra attorno al Sole, la rivoluzione della Luna attorno alla Terra e la rotazione della Terra attorno al suo asse e le loro conseguenze - fenomeni celesti: alba, tramonto, movimento visibile giornaliero e annuale e culmine del luminari (Sole, Luna e stelle), cambio di fasi della Luna.

Educativo: la formazione di una visione scientifica del mondo e l'educazione atea nel corso della conoscenza della storia della conoscenza umana, con i principali tipi di calendari e sistemi cronologici; sfatare le superstizioni legate ai concetti di "anno bisestile" e alla traduzione delle date dei calendari giuliano e gregoriano; formazione del politecnico e del lavoro nella presentazione di materiale su strumenti per la misurazione e la memorizzazione del tempo (ore), calendari e sistemi cronologici, e sui metodi pratici per l'applicazione delle conoscenze astrometriche.

Sviluppo: la formazione delle competenze: risolvere i problemi per il calcolo dell'ora e delle date della cronologia e il trasferimento del tempo da un sistema di archiviazione e contabilità all'altro; svolgere esercizi sull'applicazione delle formule di base dell'astrometria pratica; utilizzare una mappa mobile del cielo stellato, libri di consultazione e il calendario astronomico per determinare la posizione e le condizioni per la visibilità dei corpi celesti e il corso dei fenomeni celesti; determinare le coordinate geografiche (longitudine) dell'area in base alle osservazioni astronomiche.

Gli alunni dovrebbero sapere:

1) le cause dei fenomeni celesti osservati quotidianamente generati dalla rivoluzione della Luna attorno alla Terra (cambiamento delle fasi lunari, movimento apparente della Luna nella sfera celeste);
2) il rapporto della durata dei singoli fenomeni cosmici e celesti con le unità ei metodi di misurazione, calcolo e conservazione del tempo e dei calendari;
3) unità di tempo: effemeridi secondi; giorno (stellare, vero e medio solare); una settimana; mese (sinodico e siderale); anno (stellare e tropicale);
4) formule che esprimono la connessione dei tempi: universale, decreto, locale, estivo;
5) strumenti e metodi per la misurazione del tempo: le principali tipologie di orologi (solari, ad acqua, antincendio, meccanici, al quarzo, elettronici) e le regole per il loro utilizzo per la misurazione e la memorizzazione del tempo;
6) le principali tipologie di calendari: lunare, lunisolare, solare (giuliano e gregoriano) e le basi della cronologia;
7) i concetti di base dell'astrometria pratica: i principi di determinazione del tempo e delle coordinate geografiche dell'area secondo osservazioni astronomiche.
8) grandezze astronomiche: coordinate geografiche città natale; unità di tempo: secondo effimero; giorno (stellare e solare medio); mese (sinodico e siderale); anno (tropicale) e durata dell'anno nei principali tipi di calendario (lunare, lunisolare, solare giuliano e gregoriano); numeri di fuso orario di Mosca e della città natale.

Gli alunni dovrebbero essere in grado di:

1) Utilizzare un piano generalizzato per lo studio dei fenomeni cosmici e celesti.
2) Naviga nel terreno vicino alla luna.
3) Risolvere problemi relativi alla conversione delle unità di tempo da un sistema di conteggio all'altro utilizzando formule che esprimono la relazione: a) tra tempo siderale e tempo solare medio; b) ora mondiale, diurna, locale, estiva e utilizzando una mappa dei fusi orari; c) tra diversi sistemi di calcolo.
4) Risolvere problemi per determinare le coordinate geografiche del luogo e del tempo di osservazione.

Ausili visivi e dimostrazioni:

Frammenti del film "Applicazioni pratiche dell'astronomia".

Frammenti di pellicole "Movimento visibile dei corpi celesti"; "Sviluppo di idee sull'Universo"; "Come l'astronomia ha confutato le idee religiose sull'universo".

Dispositivi e strumenti: globo geografico; mappa dei fusi orari; gnomone ed orologio solare equatoriale, clessidra, orologio ad acqua (a scala uniforme e non uniforme); una candela con divisioni come modello di orologio da fuoco, orologi meccanici, al quarzo ed elettronici.

Disegni, diagrammi, fotografie: cambiare le fasi lunari, la struttura interna e il principio di funzionamento degli orologi meccanici (pendolo e molla), al quarzo ed elettronici, lo standard del tempo atomico.

Compiti a casa:

1. Studia il materiale dei libri di testo:
BA Vorontsov-Velyaminova: §§ 6(1), 7.
E.P. Levitano: § 6; compiti 1, 4, 7
AV Zasova, EV Kononovich: §§ 4(1); 6; esercizio 6.6 (2.3)

2. Completa le attività dalla raccolta di attività Vorontsov-Velyaminov B.A. : 113; 115; 124; 125.

Piano di lezione

Fasi della lezione		Metodi di presentazione	Tempo, min
	Verifica e aggiornamento delle conoscenze	Indagine frontale, conversazione
	Formazione di concetti sul tempo, unità di misura e conteggio del tempo, basati sulla durata dei fenomeni spaziali, sul rapporto tra diversi "tempi" e fusi orari	Conferenza	7-10
	Conoscenza degli studenti con i metodi per determinare la longitudine geografica dell'area secondo osservazioni astronomiche	Conversazione, lezione	10-12
	Formazione di concetti sugli strumenti per misurare, contare e memorizzare il tempo - ore e sullo standard atomico del tempo	Conferenza	7-10
	Formazione di concetti sui principali tipi di calendari e sistemi cronologici	Lezione, conversazione	7-10
	Risoluzione dei problemi	Lavora alla lavagna, soluzione indipendente dei problemi in un quaderno
	Riassumendo il materiale trattato, riassumendo la lezione, i compiti

Modalità di presentazione del materiale

All'inizio della lezione è necessario mettere alla prova le conoscenze acquisite nelle tre lezioni precedenti, aggiornando il materiale destinato allo studio con domande e compiti durante un sondaggio frontale e un colloquio con gli studenti. Alcuni studenti svolgono compiti programmati, risolvendo problemi relativi all'uso di una mappa mobile del cielo stellato (simile ai compiti dei compiti 1-3).

Una serie di domande sulle cause dei fenomeni celesti, le linee e i punti principali della sfera celeste, le costellazioni, le condizioni per la visibilità dei luminari, ecc. corrisponde alle domande poste all'inizio delle lezioni precedenti. Sono integrati da domande:

1. Definire i concetti di "brillantezza della stella" e "magnitudo". Cosa sai della scala di magnitudo? Cosa determina la brillantezza delle stelle? Scrivi la formula di Pogson alla lavagna.

2. Cosa sai del sistema di coordinate celesti orizzontali? A cosa serve? Quali piani e linee sono i principali in questo sistema? Cos'è: l'altezza del luminare? La distanza zenitale del Sole? Azimut del sole? Quali sono i vantaggi e gli svantaggi di questo sistema di coordinate celesti?

3. Cosa sai del sistema di coordinate celesti equatoriali I? A cosa serve? Quali piani e linee sono i principali in questo sistema? Cos'è: la declinazione del luminare? Distanza polare? L'angolo orario del sole? Quali sono i vantaggi e gli svantaggi di questo sistema di coordinate celesti?

4. Cosa sai del II sistema di coordinate celesti equatoriali? A cosa serve? Quali piani e linee sono i principali in questo sistema? Cos'è l'ascensione retta di una stella? Quali sono i vantaggi e gli svantaggi di questo sistema di coordinate celesti?

1) Come navigare il terreno vicino al Sole? Per la stella polare?
2) Come determinare la latitudine geografica dell'area dalle osservazioni astronomiche?

Attività di programmazione rilevanti:

1) Raccolta di problemi G.P. Subbotina, incarichi NN 46-47; 54-56; 71-72.
2) Raccolta di problemi E.P. Rotto, compiti NN 4-1; 5-1; 5-6; 5-7.
3) Strout E.K. : prove NN 1-2 dell'argomento "Fondamenti pratici dell'astronomia" (convertito in programmabile a seguito del lavoro del docente).

Nella prima fase della lezione sotto forma di lezione, la formazione di concetti di tempo, unità di misura e conteggio del tempo, basati sulla durata dei fenomeni cosmici (la rotazione della Terra attorno al suo asse, la rivoluzione del Luna intorno alla Terra e la rivoluzione della Luna intorno al Sole), il collegamento tra diversi "tempi" e fasce orarie. Riteniamo necessario dare agli studenti concetto generale sul tempo siderale.

Gli studenti devono prestare attenzione a:

1. La durata del giorno e dell'anno dipende dal quadro di riferimento in cui si considera il moto della Terra (se è associato a stelle fisse, al Sole, ecc.). La scelta del sistema di riferimento si riflette nel nome dell'unità di tempo.

2. La durata delle unità di conteggio del tempo è correlata alle condizioni di visibilità (culminazioni) dei corpi celesti.

3. L'introduzione dello standard del tempo atomico nella scienza è stata dovuta alla non uniformità della rotazione terrestre, che è stata scoperta con una precisione crescente dell'orologio.

4. L'introduzione dell'ora solare è dovuta alla necessità di coordinare le attività economiche nel territorio delimitato dai confini dei fusi orari. Un errore quotidiano diffuso è l'identificazione dell'ora locale con l'ora legale.

1 volta. Unità di misura e tempo di conteggio

Il tempo è la principale grandezza fisica che caratterizza il mutamento successivo dei fenomeni e degli stati della materia, la durata della loro esistenza.

Storicamente, tutte le unità di tempo di base e derivate sono determinate sulla base di osservazioni astronomiche dell'andamento dei fenomeni celesti, a causa di: la rotazione della Terra attorno al proprio asse, la rotazione della Luna attorno alla Terra e la rotazione della Terra intorno al Sole. Per misurare e calcolare il tempo in astrometria vengono utilizzati diversi sistemi di riferimento, associati a determinati corpi celesti oa determinati punti della sfera celeste. I più diffusi sono:

1. "stellare"il tempo associato al movimento delle stelle sulla sfera celeste. Misurato dall'angolo orario del punto dell'equinozio di primavera: S \u003d t ^; t \u003d S - a

2. "solare"tempo associato: con il movimento apparente del centro del disco solare lungo l'eclittica (vero tempo solare) o il movimento del "Sole medio" - un punto immaginario che si muove uniformemente lungo l'equatore celeste nello stesso intervallo di tempo del vero Sole (tempo solare medio).

Con l'introduzione nel 1967 dello standard del tempo atomico e del sistema SI internazionale, il secondo atomico viene utilizzato in fisica.

Un secondo è una quantità fisica numericamente uguale a 9192631770 periodi di radiazione corrispondenti alla transizione tra livelli iperfini dello stato fondamentale dell'atomo di cesio-133.

Tutti i "tempi" di cui sopra sono coerenti tra loro da calcoli speciali. Nella vita di tutti i giorni viene utilizzata l'ora solare media.

La determinazione dell'ora esatta, la sua memorizzazione e trasmissione via radio costituiscono il lavoro del Time Service, che esiste in tutti i paesi sviluppati del mondo, inclusa la Russia.

L'unità di base del tempo solare siderale, vero e medio è il giorno. Siderale, solare medio e altri secondi si ottengono dividendo il giorno corrispondente per 86400 (24 h´ 60 m´ 60 s).

Il giorno è diventato la prima unità di misura del tempo oltre 50.000 anni fa.

Un giorno è un periodo di tempo durante il quale la Terra compie un giro completo attorno al proprio asse rispetto a qualsiasi punto di riferimento.

Giorno siderale - il periodo di rotazione della Terra attorno al suo asse rispetto alle stelle fisse, è definito come l'intervallo di tempo tra due successivi culmi superiori dell'equinozio di primavera.

Un vero giorno solare è il periodo di rotazione della Terra attorno al proprio asse rispetto al centro del disco solare, definito come l'intervallo di tempo tra due culminazioni successive con lo stesso nome del centro del disco solare.

A causa del fatto che l'eclittica è inclinata rispetto all'equatore celeste con un angolo di 23º 26¢ e la Terra ruota attorno al Sole in un'orbita ellittica (leggermente allungata), la velocità del movimento apparente del Sole nella sfera celeste e, quindi, la durata di un vero giorno solare cambierà costantemente durante tutto l'anno: il più veloce vicino agli equinozi (marzo, settembre), il più lento vicino ai solstizi (giugno, gennaio).

Per semplificare i calcoli del tempo in astronomia, è stato introdotto il concetto di giorno solare medio, il periodo di rotazione della Terra attorno al suo asse rispetto al "Sole medio".

Il giorno solare medio è definito come l'intervallo di tempo tra due culmine successivi con lo stesso nome del "Sole medio".

Il giorno solare medio è 3 m 55.009 s più breve del giorno siderale.

24 h 00 m 00 s di tempo siderale sono pari a 23 h 56 m 4,09 s di tempo solare medio.

Per la certezza dei calcoli teorici, è accettato effemeridi (tabella) secondo uguale al secondo solare medio del 0 gennaio 1900 alle ore 12 uguale all'ora corrente, non correlato alla rotazione della Terra. Circa 35.000 anni fa, le persone notarono un cambiamento periodico nell'aspetto della luna, un cambiamento nelle fasi lunari. Fase F corpo celeste (Luna, pianeti, ecc.) è determinato dal rapporto tra la larghezza maggiore della parte illuminata del disco d¢ al suo diametro D: . Linea terminatore separa le parti scure e chiare del disco del luminare.

Riso. 32. Modifica delle fasi lunari

La luna si muove attorno alla terra nella stessa direzione in cui la terra ruota attorno al proprio asse: da ovest a est. L'esibizione di questo movimento è il movimento apparente della Luna sullo sfondo delle stelle verso la rotazione del cielo. Ogni giorno, la Luna si sposta verso est di 13° rispetto alle stelle e compie un cerchio completo in 27,3 giorni. Così fu stabilita la seconda misura del tempo dopo il giorno - mese(Fig. 32).

Mese lunare siderale (stella).- il periodo di tempo durante il quale la luna compie un giro completo intorno alla terra rispetto alle stelle fisse. Equivale a 27 g 07 h 43 m 11,47 s .

Mese lunare sinodico (calendario) - l'intervallo di tempo tra due fasi successive con lo stesso nome (di solito lune nuove) della Luna. Equivale a 29 g 12 h 44 m 2,78 s .

Riso. 33. Modi su cui concentrarsi terreno sulla luna

La totalità dei fenomeni del movimento visibile della Luna sullo sfondo delle stelle e il cambiamento delle fasi lunari permette di navigare la Luna a terra (Fig. 33). La luna appare come una stretta mezzaluna a ovest e scompare nei raggi dell'alba mattutina con la stessa stretta mezzaluna a est. Attacca mentalmente una linea retta a sinistra della falce di luna. Possiamo leggere nel cielo o la lettera "P" - "crescente", le "corna" del mese sono girate a sinistra - il mese è visibile a ovest; o la lettera "C" - "invecchiare", le "corna" del mese sono girate a destra - il mese è visibile ad est. Con la luna piena, la luna è visibile a sud a mezzanotte.

Come risultato delle osservazioni del cambiamento nella posizione del Sole sopra l'orizzonte per molti mesi, è sorta una terza misura del tempo: anno.

Un anno è un periodo di tempo durante il quale la Terra compie un giro completo attorno al Sole rispetto a qualsiasi punto di riferimento (punto).

Un anno siderale è un periodo siderale (stellare) della rivoluzione terrestre attorno al Sole, pari a 365,256320 ... giorni solari medi.

Anno anomalo - l'intervallo di tempo tra due passaggi successivi del Sole medio attraverso il punto della sua orbita (solitamente il perielio), è pari a 365,259641 ... giorni solari medi.

Un anno tropicale è l'intervallo di tempo tra due passaggi successivi del Sole medio attraverso l'equinozio di primavera, pari a 365,2422 ... giorni solari medi o 365 d 05 h 48 m 46,1 s.

Il tempo universale è definito come tempo solare medio locale al meridiano zero (Greenwich).

La superficie della Terra è divisa in 24 aree, delimitate da meridiani - Fusi orari. Il fuso orario zero si trova simmetricamente rispetto al meridiano zero (Greenwich). Le cinture sono numerate da 0 a 23 da ovest a est. I confini reali delle cinture sono allineati con i confini amministrativi di distretti, regioni o stati. I meridiani centrali dei fusi orari distano esattamente 15º (1 ora), quindi quando ci si sposta da un fuso orario all'altro, l'ora cambia di un numero intero di ore e il numero di minuti e secondi non cambia. Il nuovo giorno di calendario (e il nuovo anno) inizia linee di data(linea di demarcazione), passando principalmente lungo il meridiano di 180° di longitudine est vicino al confine nord-orientale della Federazione Russa. A ovest della linea della data, il giorno del mese è sempre uno in più rispetto a quello ad est. Quando si attraversa questa linea da ovest a est, il numero del calendario diminuisce di uno e quando si attraversa la linea da est a ovest, il numero del calendario aumenta di uno, il che elimina l'errore nel conteggio del tempo quando si viaggia per il mondo e si spostano le persone dal Dall'est all'emisfero occidentale della Terra.

L'ora solare è determinata dalla formula:
T n = T 0 + n , dove T 0 - tempo universale; n- numero di fuso orario.

L'ora legale è l'ora solare, modificata in un numero intero di ore per decreto del governo. Per la Russia, è uguale alla cintura, più 1 ora.

Ora di Mosca - ora solare del secondo fuso orario (più 1 ora):
Tm \u003d T 0 + 3 (ore).

Ora legale - ora standard, modificata di un'ora aggiuntiva più 1 ora per ordine del governo per il periodo dell'ora legale al fine di risparmiare energia.

A causa della rotazione terrestre, la differenza tra i momenti dell'inizio del mezzogiorno o il culmine delle stelle con coordinate equatoriali note in 2 punti è uguale alla differenza nelle longitudini geografiche dei punti, il che consente di determinare la longitudine di un dato punto dalle osservazioni astronomiche del Sole e di altri luminari e, al contrario, l'ora locale in qualsiasi punto con una longitudine nota.

La longitudine geografica dell'area è misurata ad est del meridiano "zero" (Greenwich) ed è numericamente uguale all'intervallo di tempo tra i climax omonimi dello stesso luminare sul meridiano di Greenwich e nel punto di osservazione: , dove S- tempo siderale in un punto con una data latitudine geografica, S 0 - tempo siderale al meridiano zero. Espresso in gradi o ore, minuti e secondi.

Per determinare la longitudine geografica dell'area, è necessario determinare il momento di climax di qualsiasi luminare (solitamente il Sole) con coordinate equatoriali note. Traducendo con l'ausilio di apposite tabelle o calcolatrice il tempo delle osservazioni dalla media solare alla stellare e conoscendo dal libro di consultazione l'ora del culmine di questo luminare sul meridiano di Greenwich, possiamo facilmente determinare la longitudine dell'area . L'unica difficoltà nei calcoli è l'esatta conversione delle unità di tempo da un sistema all'altro. Il momento del culmine non può essere "custodito": basta determinare l'altezza (distanza zenitale) del luminare in un qualsiasi punto preciso nel tempo, ma i calcoli saranno piuttosto complicati.

Nella seconda fase della lezione, gli studenti familiarizzano con i dispositivi per misurare, memorizzare e contare il tempo - ore. Le letture dell'orologio servono come riferimento rispetto al quale è possibile confrontare gli intervalli di tempo. Gli studenti dovrebbero prestare attenzione al fatto che la necessità di determinare con precisione i momenti e gli intervalli di tempo ha stimolato lo sviluppo dell'astronomia e della fisica: fino alla metà del XX secolo, i metodi astronomici per misurare, memorizzare il tempo e gli standard temporali sono alla base del Servizio del Tempo mondiale. La precisione dell'orologio era controllata da osservazioni astronomiche. Attualmente, lo sviluppo della fisica ha portato alla creazione di metodi più accurati per la determinazione e gli standard del tempo, che hanno cominciato ad essere utilizzati dagli astronomi per studiare i fenomeni che sono alla base dei precedenti metodi di misurazione del tempo.

Il materiale è presentato sotto forma di una lezione, accompagnata da dimostrazioni del principio di funzionamento e della struttura interna di orologi di vario tipo.

2. Dispositivi per la misurazione e la memorizzazione del tempo

Anche nell'antica Babilonia, il giorno solare era diviso in 24 ore (360њ: 24 = 15њ). Successivamente, ogni ora è stata divisa in 60 minuti e ogni minuto in 60 secondi.

I primi strumenti per misurare il tempo furono le meridiane. La meridiana più semplice - gnomone- rappresentare un palo verticale al centro di una piattaforma orizzontale con divisioni (Fig. 34). L'ombra dello gnomone descrive una curva complessa che dipende dall'altezza del Sole e cambia di giorno in giorno a seconda della posizione del Sole sull'eclittica, cambia anche la velocità dell'ombra. Meridiana non necessita di avvolgimento, non si ferma e funziona sempre correttamente. inclinando il sito in modo che il polo dello gnomone sia puntato verso il polo del mondo, otteniamo una meridiana equatoriale in cui la velocità dell'ombra è uniforme (Fig. 35).

Riso. 34. Meridiana orizzontale. Gli angoli corrispondenti a ciascuna ora hanno un valore diverso e sono calcolati dalla formula: , dove a è l'angolo tra la linea del mezzogiorno (la proiezione del meridiano celeste su una superficie orizzontale) e la direzione verso i numeri 6, 8, 10... indicanti le ore; j è la latitudine del luogo; h - angolo orario del Sole (15º, 30º, 45º)

Riso. 35. Orologio solare equatoriale. Ogni ora sul quadrante corrisponde a un angolo di 15 gradi.

Per misurare il tempo di notte e in caso di maltempo, furono inventate clessidre, orologi da fuoco e ad acqua.

Le clessidre sono semplici nel design e accurate, ma ingombranti e "a carica" ​​solo per poco tempo.

L'orologio infuocato è una spirale o un bastone di una sostanza combustibile con divisioni applicate. Nell'antica Cina si creavano miscele che bruciavano per mesi senza una supervisione costante. Gli svantaggi di questi orologi: bassa precisione (dipendenza della velocità di combustione dalla composizione della sostanza e dalle condizioni meteorologiche) e complessità della produzione (Fig. 36).

Gli orologi ad acqua (clepsydra) erano usati in tutti i paesi mondo antico(Fig. 37 a, b).

Orologi meccanici con pesi e ruote furono inventati nei secoli X-XI. In Russia, il primo orologio meccanico da torre fu installato nel Cremlino di Mosca nel 1404 dal monaco Lazar Sorbin. orologio a pendolo inventato nel 1657 dal fisico e astronomo olandese H. Huygens. L'orologio meccanico a molla è stato inventato nel XVIII secolo. Negli anni '30 del nostro secolo furono inventati gli orologi al quarzo. Nel 1954, l'idea è nata in URSS per creare orologio atomico- "Standard primario statale di tempo e frequenza". Sono stati installati in un istituto di ricerca vicino a Mosca e hanno fornito un errore casuale di 1 secondo ogni 500.000 anni.

Uno standard temporale atomico (ottico) ancora più accurato è stato creato in URSS nel 1978. Si verifica un errore di 1 secondo ogni 10.000.000 di anni!

Con l'aiuto di questi e di molti altri moderni strumenti fisici, è stato possibile determinare i valori delle unità di tempo di base e derivate con una precisione molto elevata. Molte caratteristiche del movimento visibile e reale dei corpi cosmici sono state perfezionate, sono stati scoperti nuovi fenomeni cosmici, compresi i cambiamenti nella velocità di rotazione della Terra attorno al suo asse di 0,01-1 secondo durante l'anno.

3. Calendari. cronologia

Un calendario è un sistema numerico continuo per lunghi periodi di tempo, basato sulla periodicità dei fenomeni naturali, che si manifesta particolarmente chiaramente nei fenomeni celesti (il movimento dei corpi celesti). L'intera storia secolare della cultura umana è indissolubilmente legata al calendario.

La necessità di calendari è nata in un'antichità così estrema, quando le persone non sapevano ancora leggere e scrivere. I calendari determinavano l'inizio della primavera, dell'estate, dell'autunno e dell'inverno, i periodi delle piante da fiore, la maturazione dei frutti, la raccolta delle erbe officinali, i cambiamenti nel comportamento e nella vita degli animali, i cambiamenti climatici, il tempo dei lavori agricoli e molto altro ancora . I calendari rispondono alle domande: "Che data è oggi?", "Che giorno della settimana?", "Quando è successo questo o quell'evento?" e consentono di regolare e programmare la vita e l'attività economica delle persone.

Esistono tre tipi principali di calendari:

1. Lunare calendario, che si basa su un mese lunare sinodico con una durata di 29,5 giorni solari medi. Ha avuto origine oltre 30.000 anni fa. L'anno lunare del calendario contiene 354 (355) giorni (11,25 giorni in meno rispetto all'anno solare) ed è diviso in 12 mesi di 30 (dispari) e 29 (pari) giorni ciascuno (nel calendario musulmano sono chiamati: Muharram, Safar, Rabi al-awwal, rabi al-slani, jumada al-ula, jumada al-ahira, rajab, sha'ban, ramadan, shawwal, dhul-qaada, dhul-hijra). Poiché il mese solare è 0,0306 giorni più breve del mese sinodico e in 30 anni la differenza tra loro raggiunge 11 giorni, in Arabo calendario lunare in ogni ciclo di 30 anni, ci sono 19 anni "semplici" di 354 giorni e 11 "anni bisestili" di 355 giorni (2°, 5°, 7°, 10°, 13°, 16°, 18°, 21°, 24°, 26°, 29° anni di ogni ciclo). Turco il calendario lunare è meno preciso: nel suo ciclo di 8 anni ci sono 5 anni "semplici" e 3 "bisestili". La data di Capodanno non è fissa (si sposta lentamente di anno in anno): ad esempio, 1421 AH è iniziata il 6 aprile 2000 e terminerà il 25 marzo 2001. Il calendario lunare è adottato come calendario religioso e statale negli stati musulmani di Afghanistan, Iraq, Iran, Pakistan, UAR e altri. I calendari solare e lunare-solare sono usati in parallelo per pianificare e regolare l'attività economica.

2.calendario solare in base all'anno tropicale. Ha avuto origine oltre 6000 anni fa. Attualmente è accettato come calendario mondiale.

Il calendario solare giuliano "vecchio stile" contiene 365,25 giorni. Progettato dall'astronomo alessandrino Sosigene, introdotto dall'imperatore Giulio Cesare nel Antica Roma nel 46 a.C per poi diffondersi in tutto il mondo. In Russia fu adottato nel 988 d.C. Nel calendario giuliano, la durata dell'anno è definita in 365,25 giorni; tre anni "semplici" hanno 365 giorni, un anno bisestile - 366 giorni. Ci sono 12 mesi di 30 e 31 giorni ciascuno in un anno (tranne febbraio). L'anno giuliano è di 11 minuti e 13,9 secondi indietro rispetto all'anno tropicale. Per 1500 anni dalla sua applicazione, si è accumulato un errore di 10 giorni.

IN gregoriano calendario solare "nuovo stile" la durata dell'anno è di 365, 242.500 giorni. Nel 1582 il calendario giuliano fu riformato da papa Gregorio XIII secondo il progetto del matematico italiano Luigi Lilio Garalli (1520-1576). Il conteggio dei giorni è stato anticipato di 10 giorni e si è convenuto che ogni secolo che non è divisibile per 4 senza resto: 1700, 1800, 1900, 2100, ecc., non deve essere considerato un anno bisestile. Ciò corregge un errore di 3 giorni ogni 400 anni. Un errore di "superamento" di 1 giorno per 2735 anni. Nuovi secoli e millenni iniziano il 1° gennaio del "primo" anno di un determinato secolo e millennio: così, il XXI secolo e il III millennio della nostra era (dC) inizieranno il 1° gennaio 2001 secondo il calendario gregoriano.

Nel nostro paese, prima della rivoluzione, veniva utilizzato il calendario giuliano del "vecchio stile", il cui errore nel 1917 era di 13 giorni. Nel 1918 fu introdotto nel paese il famoso calendario gregoriano del "nuovo stile" e tutte le date furono spostate di 13 giorni in avanti.

La conversione delle date dal calendario giuliano al calendario gregoriano avviene secondo la formula: , dove G e T YU- date secondo i calendari gregoriano e giuliano; n è un numero intero di giorni, DAè il numero di secoli interi che sono trascorsi, DA 1 è il numero più vicino di secoli, un multiplo di quattro.

Altre varietà di calendari solari sono:

calendario persiano, che determinava la durata dell'anno tropicale in 365,24242 giorni; Il ciclo di 33 anni comprende 25 anni "semplici" e 8 "bisestili". Molto più preciso di quello gregoriano: un errore di 1 anno "supera" 4500 anni. Progettato da Omar Khayyam nel 1079; fu utilizzato sul territorio della Persia e di numerosi altri stati fino alla metà del XIX secolo.

Il calendario copto è simile a quello giuliano: ci sono 12 mesi di 30 giorni in un anno; dopo 12 mesi in un anno "semplice", se ne aggiungono 5, in un anno "bisestile" - 6 giorni in più. È usato in Etiopia e in altri stati (Egitto, Sudan, Turchia, ecc.) nel territorio dei Copti.

3.calendario lunisolare, in cui il moto della Luna è coerente con il moto annuale del Sole. L'anno è composto da 12 mesi lunari di 29 e 30 giorni ciascuno, a cui vengono periodicamente aggiunti anni "bisestili" per tenere conto del movimento del Sole, contenente un ulteriore 13° mese. Di conseguenza, gli anni "semplici" durano 353, 354, 355 giorni e gli "anni bisestili" - 383, 384 o 385 giorni. Sorse all'inizio del I millennio a.C., fu usato nell'antica Cina, India, Babilonia, Giudea, Grecia, Roma. Attualmente è adottato in Israele (l'inizio dell'anno cade in giorni diversi tra il 6 settembre e il 5 ottobre) e viene utilizzato, insieme a quello statale, nei paesi del sud-est asiatico (Vietnam, Cina, ecc.).

Oltre ai principali tipi di calendari sopra descritti, sono stati creati calendari che sono tuttora utilizzati in alcune regioni della Terra, tenendo conto del movimento apparente dei pianeti nella sfera celeste.

Lunisolare-planetario orientale 60 anni calendario in base alla periodicità del moto del Sole, della Luna e dei pianeti Giove e Saturno. Sorse all'inizio del II millennio aC. nell'est e nel sud-est asiatico. Attualmente utilizzato in Cina, Corea, Mongolia, Giappone e alcuni altri paesi della regione.

Nel ciclo di 60 anni del moderno calendario orientale, ci sono 21912 giorni (nei primi 12 anni ci sono 4371 giorni; nel secondo e quarto - 4400 e 4401 giorni; nel terzo e quinto - 4370 giorni). Questo periodo di tempo si adatta a due cicli di 30 anni di Saturno (uguali ai periodi siderali della sua rivoluzione T Saturno \u003d 29.46 » 30 anni), circa tre cicli lunisolari di 19 anni, cinque cicli di 12 anni di Giove (uguali ai periodi siderali della sua rivoluzione T Giove= 11,86 » 12 anni) e cinque cicli lunari di 12 anni. Il numero di giorni in un anno non è costante e può essere 353, 354, 355 giorni negli anni "semplici", 383, 384, 385 giorni negli anni bisestili. L'inizio dell'anno in diversi stati cade in date diverse dal 13 gennaio al 24 febbraio. L'attuale ciclo di 60 anni è iniziato nel 1984. I dati sulla combinazione dei segni del calendario orientale sono riportati nell'appendice.

Il calendario centroamericano delle culture Maya e Azteca fu utilizzato dal 300 al 1530 a.C. circa. ANNO DOMINI Si basa sulla periodicità del moto del Sole, della Luna e dei periodi sinodici di rivoluzione dei pianeti Venere (584 d) e Marte (780 d). Un anno "lungo" della durata di 360 (365) giorni consisteva in 18 mesi di 20 giorni ciascuno e 5 feste pubbliche. Parallelamente, per scopi culturali e religiosi, è stato utilizzato un "anno breve" di 260 giorni (1/3 del periodo sinodico di circolazione di Marte), suddiviso in 13 mesi di 20 giorni ciascuno; le settimane "numerate" consistevano in 13 giorni, che avevano un proprio numero e nome. La durata dell'anno tropicale è stata determinata con la massima precisione di 365.2420 d (un errore di 1 giorno non si accumula in 5000 anni!); mese sinodico lunare - 29.53059 d.

All'inizio del XX secolo, la crescita dei legami scientifici, tecnici, culturali ed economici internazionali ha reso necessaria la creazione di un Calendario Mondiale unico, semplice e preciso. I calendari esistenti presentano numerose carenze sotto forma di: insufficiente corrispondenza tra la durata dell'anno tropicale e le date dei fenomeni astronomici associati al movimento del Sole nella sfera celeste, durata diseguale e incostante dei mesi, incoerenza nel numero di il mese e i giorni della settimana, incongruenze nei loro nomi con la posizione nel calendario, ecc. Si manifestano le imprecisioni del calendario moderno

Ideale eterno il calendario ha una struttura invariabile che consente di determinare in modo rapido e inequivocabile i giorni della settimana per qualsiasi data di calendario della cronologia. Uno dei migliori progetti di calendari perpetui fu raccomandato all'esame dell'Assemblea Generale delle Nazioni Unite nel 1954: sebbene simile al calendario gregoriano, era più semplice e conveniente. L'anno tropicale è diviso in 4 trimestri di 91 giorni (13 settimane). Ogni trimestre inizia la domenica e termina il sabato; consiste di 3 mesi, nel primo mese 31 giorni, nel secondo e terzo - 30 giorni. Ogni mese ha 26 giorni lavorativi. Il primo giorno dell'anno è sempre la domenica. I dati per questo progetto sono riportati in appendice. Non è stato attuato per motivi religiosi. L'introduzione di un calendario perpetuo mondiale unico resta uno dei problemi del nostro tempo.

Viene chiamata la data di inizio e il successivo sistema di calcolo era. Si chiama il punto di partenza dell'era era.

Sin dai tempi antichi, l'inizio di una certa epoca (sono note più di 1000 ere in vari stati di varie regioni della Terra, di cui 350 in Cina e 250 in Giappone) e l'intero corso della cronologia sono stati associati a importanti eventi leggendari, religiosi o (meno spesso) eventi reali: il tempo del regno di alcune dinastie e di singoli imperatori, guerre, rivoluzioni, olimpiadi, la fondazione di città e stati, la "nascita" di un dio (profeta) o la "creazione del mondo ."

Per l'inizio dell'era del ciclo cinese di 60 anni, viene accettata la data del 1° anno di regno dell'imperatore Huangdi - 2697 aC.

Nell'impero romano, il conto è stato tenuto dalla "fondazione di Roma" dal 21 aprile 753 aC. e dal giorno dell'ascesa dell'imperatore Diocleziano il 29 agosto 284 d.C.

IN impero bizantino e poi, secondo la tradizione, in Russia - dall'adozione del cristianesimo da parte del principe Vladimir Svyatoslavovich (988 d.C.) fino al decreto di Pietro I (1700 d.C.), gli anni furono contati "dalla creazione del mondo": per l'inizio punto era la data adottata è il 1 settembre 5508 aC (il primo anno della "era bizantina"). Nell'Antico Israele (Palestina), la "creazione del mondo" avvenne più tardi: 7 ottobre 3761 aC (il primo anno dell'"era ebraica"). Ce ne furono altre, diverse dalle più comuni ere summenzionate "dalla creazione del mondo".

La crescita dei legami culturali ed economici e la diffusa diffusione della religione cristiana nell'Europa occidentale e orientale hanno fatto sorgere la necessità di unificare i sistemi di cronologia, unità di misura e conteggio del tempo.

Cronologia moderna - " la nostra epoca", "nuova era "(AD)," l'era dalla nascita di Cristo "( RH.), Anno Domeni ( ANNO DOMINI.- "anno del Signore") - è condotto da una data scelta arbitrariamente della nascita di Gesù Cristo. Poiché non è indicato in alcun documento storico, e i Vangeli si contraddicono, il dotto monaco Dionisio il Piccolo nel 278 dell'era di Diocleziano decise di calcolare "scientificamente", sulla base di dati astronomici, la data dell'epoca. Il calcolo si basava su: un "cerchio solare" di 28 anni - un periodo di tempo per il quale il numero dei mesi cade esattamente negli stessi giorni della settimana, e un "cerchio lunare" di 19 anni - un periodo di tempo per che le stesse fasi lunari cadono negli stessi e negli stessi giorni del mese. Il prodotto dei cicli dei cerchi "solare" e "lunare", adattato per i 30 anni della vita di Cristo (28 ´ 19S + 30 = 572), ha dato la data di inizio della cronologia moderna. Il racconto degli anni secondo l'epoca "dalla nascita di Cristo" "mette radici" molto lentamente: fino al XV secolo dC. (cioè anche 1000 anni dopo) nei documenti ufficiali dell'Europa occidentale venivano indicate 2 date: dalla creazione del mondo e dalla Natività di Cristo (d.C.).

Nel mondo musulmano, il 16 luglio 622 d.C. è considerato l'inizio della cronologia: il giorno dell'Egijra (la migrazione del profeta Maometto dalla Mecca a Medina).

Traduzione di date dal sistema cronologico "musulmano" T m a "cristiano" (gregoriano) T G può essere fatto usando la formula: (anni).

Per comodità di calcoli astronomici e cronologici, la cronologia proposta da J. Scaliger è stata utilizzata dalla fine del XVI secolo. periodo giuliano(JD). Dal 1 gennaio 4713 aC è stato mantenuto un conteggio continuo dei giorni.

Come nelle lezioni precedenti, gli studenti dovrebbero essere istruiti a completare la tabella da soli. 6 informazioni sui fenomeni cosmici e celesti studiati nella lezione. Questo viene concesso non più di 3 minuti, quindi l'insegnante controlla e corregge il lavoro degli studenti. La tabella 6 è integrata con informazioni:

Il materiale viene risolto quando si risolvono i problemi:

Esercizio 4:

1. Il 1° gennaio, la meridiana segna le 10:00. A che ora mostra il tuo orologio in questo momento?

2. Determinare la differenza tra le letture di un orologio preciso e di un cronometro che funziona in tempo siderale, 1 anno dopo il loro avvio simultaneo.

3. Determinare i momenti dell'inizio della fase totale dell'eclissi lunare il 4 aprile 1996 a Chelyabinsk e Novosibirsk, se il fenomeno si è verificato alle 23 h 36 m UT.

4. Determinare se è possibile osservare a Vladivostok un'eclissi (occultazione) della Luna di Giove se si verifica a 1 h 50 m UTC e la Luna tramonta a Vladivostok a 0 h 30 m ora legale locale.

5. Quanti giorni conteneva il 1918 nella RSFSR?

6. Qual è il numero massimo di domeniche di febbraio?

7. Quante volte all'anno sorge il sole?

8. Perché la Luna è sempre girata verso la Terra dallo stesso lato?

9. Il capitano della nave misurò la distanza zenitale del Sole a mezzogiorno vero del 22 dicembre e la trovò pari a 66њ 33". Il cronometro che correva sull'ora di Greenwich mostrava al momento dell'osservazione 11 h 54 m del mattino. Determinare le coordinate della nave e la sua posizione sulla mappa del mondo.

10. Quali sono le coordinate geografiche del luogo in cui l'altezza della stella polare è 64њ 12", e il culmine della stella a Lyra avviene 4 h 18 m più tardi rispetto all'Osservatorio di Greenwich?

11. Determina le coordinate geografiche del luogo in cui si trova il climax superiore della stella a - - didattica - test - compito

Guarda anche: Tutte le pubblicazioni sullo stesso argomento >>

L'ottenimento di punti temporali risolve solo il primo compito del servizio orario. Il prossimo compito è memorizzare l'ora esatta negli intervalli tra le sue definizioni astronomiche. Questo problema viene risolto con l'aiuto degli orologi astronomici.

Al fine di ottenere un'elevata precisione nella lettura del tempo nella produzione di orologi astronomici, per quanto possibile, tutte le fonti di errore vengono prese in considerazione ed eliminate e vengono create le condizioni più favorevoli per il loro funzionamento.

La parte più importante di un orologio è il pendolo. Le molle e le ruote fungono da meccanismo di trasmissione, le frecce fungono da indicatori e il pendolo misura il tempo. Pertanto, negli orologi astronomici, cercano di creare le migliori condizioni possibili per il suo funzionamento: rendere costante la temperatura della stanza, eliminare gli urti, indebolire la resistenza dell'aria e, infine, ridurre il più possibile il carico meccanico.

Per garantire un'elevata precisione, l'orologio astronomico è collocato in un profondo seminterrato, al riparo dagli urti, la stanza è mantenuta a temperatura costante tutto l'anno. Per ridurre la resistenza dell'aria ed eliminare l'effetto delle variazioni della pressione atmosferica, il pendolo dell'orologio è posto in un involucro in cui la pressione dell'aria è leggermente ridotta (Fig. 20).

Un orologio astronomico a due pendoli (Short's clock) ha una precisione molto elevata, di cui uno - non libero, o "slave" - ​​è associato a meccanismi di trasmissione e indicazione, ed è controllato da un altro - un pendolo libero, non collegato ad eventuali ruote e molle ( Fig. 21).

Il pendolo libero è posto in un profondo basamento in una custodia di metallo. Questo caso crea una pressione ridotta. Il collegamento di un pendolo libero con uno non libero avviene tramite due piccoli elettromagneti, in prossimità dei quali oscilla. Il pendolo libero controlla il pendolo "schiavo", facendolo oscillare a tempo con se stesso.

È possibile ottenere un errore molto piccolo nelle letture dell'orologio, ma non può essere completamente eliminato. Tuttavia, se l'orologio funziona in modo errato, ma è noto in anticipo che hanno fretta o sono indietro di un certo numero di secondi al giorno, non è difficile calcolare l'ora esatta da tali orologi errati. Per fare ciò, è sufficiente sapere qual è l'andamento dell'orologio, ovvero quanti secondi al giorno sono di fretta o indietro. Le tabelle di correzione vengono compilate per una determinata istanza di un orologio astronomico nel corso di mesi e anni. Le lancette degli orologi astronomici non indicano quasi mai l'ora esatta, ma con l'aiuto delle tabelle di correzione è del tutto possibile ottenere timestamp con una precisione di millesimi di secondo.

Sfortunatamente, l'orologio non rimane costante. Quando le condizioni esterne cambiano - temperatura ambiente e pressione dell'aria - a causa delle sempre esistenti imprecisioni nella fabbricazione delle parti e nel funzionamento delle singole parti, lo stesso orologio può cambiare il suo corso nel tempo. Il cambiamento, o variazione, del corso di un orologio è il principale indicatore della qualità del suo lavoro. Minore è la variazione della frequenza di clock, migliore è il clock.

Pertanto, un buon orologio astronomico può essere troppo frettoloso e troppo lento, può andare avanti o ritardare anche di decimi di secondo al giorno, e tuttavia può tenere il tempo in modo affidabile e fornire letture sufficientemente accurate, se solo il loro comportamento è costante, ad es. la variazione diurna è piccola.

Nell'orologio astronomico a pendolo di Short, la variazione giornaliera della velocità è 0,001-0,003 sec. Per molto tempo, una precisione così elevata è rimasta insuperata Negli anni Cinquanta del nostro secolo, l'ingegnere F. M. Fedchenko ha migliorato la sospensione del pendolo e migliorato la sua compensazione termica. Questo gli ha permesso di progettare un orologio la cui variazione della tariffa giornaliera è stata ridotta a 0,0002-0,0003 secondi.

Negli ultimi anni, la progettazione degli orologi astronomici è stata ripresa non da meccanici, ma da elettricisti e ingegneri radiofonici. Hanno realizzato orologi in cui, al posto delle oscillazioni del pendolo, venivano utilizzate le vibrazioni elastiche di un cristallo di quarzo per contare il tempo.

Ha un piatto tagliato in modo appropriato da un cristallo di quarzo proprietà interessanti. Se una tale lastra, chiamata piezoquartz, viene compressa o piegata, le cariche elettriche appaiono sulle sue superfici opposte. segno diverso. Se viene applicata una corrente elettrica alternata alle superfici opposte della piastra piezoelettrica, il piezoquartz oscilla. Minore è l'attenuazione del dispositivo oscillatorio, più costante è la frequenza di oscillazione. Piezoquartz ha proprietà eccezionalmente buone a questo riguardo, poiché lo smorzamento delle sue oscillazioni è molto piccolo. Questo è ampiamente utilizzato nell'ingegneria radio per mantenere una frequenza costante dei trasmettitori radio. La stessa proprietà del piezoquartz - l'elevata costanza della frequenza di oscillazione - ha permesso di costruire orologi astronomici al quarzo molto precisi.

Gli orologi al quarzo (Fig. 22) sono costituiti da un generatore radiotecnico stabilizzato al quarzo piezoelettrico, cascate a divisione di frequenza, un motore elettrico sincrono e un quadrante con frecce indicatrici.

Il generatore radio genera una corrente alternata ad alta frequenza e il piezoquartz mantiene una frequenza costante delle sue oscillazioni con grande precisione. Negli stadi di divisione della frequenza, la frequenza della corrente alternata viene ridotta da diverse centinaia di migliaia a diverse centinaia di oscillazioni al secondo. Un motore elettrico sincrono che funziona con corrente alternata a bassa frequenza fa ruotare le lancette, chiude i relè che danno segnali di tempo, ecc.

La velocità di rotazione di un motore elettrico sincrono dipende dalla frequenza della corrente alternata da cui è alimentato. Pertanto, in un orologio al quarzo, la velocità di rotazione delle lancette dell'indice è in definitiva determinata dalla frequenza di oscillazione del piezoquarzo. L'elevata costanza della frequenza di oscillazione della lastra al quarzo garantisce l'uniformità del percorso e l'elevata precisione delle indicazioni dell'orologio astronomico al quarzo.

Attualmente vengono prodotti orologi al quarzo di vario tipo e destinazione con una variazione giornaliera non superiore ai centesimi e anche ai millesimi di secondo.

I primi modelli di orologi al quarzo erano piuttosto ingombranti. Dopotutto, la frequenza naturale delle oscillazioni di una lastra di quarzo è relativamente alta e, per contare secondi e minuti, è necessario ridurla utilizzando un numero di cascate di divisione di frequenza. Nel frattempo, i dispositivi radio a valvole utilizzati per questo scopo occupano molto spazio. Negli ultimi decenni, l'ingegneria radio dei semiconduttori si è sviluppata rapidamente e sulla base sono state sviluppate apparecchiature radio in miniatura e microminiatura. Ciò ha permesso di costruire orologi al quarzo portatili di piccole dimensioni per la navigazione marittima e aerea, nonché per vari lavori di spedizione. Questi cronometri al quarzo portatili non sono più grandi e pesanti dei tradizionali cronometri meccanici.

Tuttavia, se un cronometro da marina meccanico di seconda classe ha un errore di velocità giornaliero non superiore a ±0,4 sec, e della prima classe - non più di ±0,2 sec, i moderni cronometri portatili al quarzo hanno un'instabilità di velocità giornaliera di ±0,1 ; ±0,01 e anche ±0,001 sec.

Ad esempio, il "Chronotom" prodotto in Svizzera ha dimensioni di 245X137X100 mm e l'instabilità del suo corso al giorno non supera ±0,02 secondi. Il cronometro al quarzo stazionario "Isotom" ha un'instabilità relativa a lungo termine non superiore a 10 -8, ovvero l'errore nel ciclo giornaliero è di circa ±0,001 sec.

Tuttavia, gli orologi al quarzo non sono privi di gravi carenze, la cui presenza è essenziale per misurazioni astronomiche di alta precisione. I principali svantaggi degli orologi astronomici al quarzo sono la dipendenza della frequenza delle oscillazioni del quarzo dalla temperatura ambiente e l'"invecchiamento del quarzo", cioè il cambiamento della frequenza delle sue oscillazioni nel tempo. Il primo inconveniente è stato superato da un attento controllo della temperatura della parte dell'orologio in cui si trova la lastra di quarzo. L'invecchiamento del quarzo, che porta ad una lenta deriva dell'orologio, non è stato ancora eliminato.

"Orologio molecolare"

È possibile realizzare un dispositivo per la misurazione degli intervalli di tempo che abbia una precisione maggiore rispetto agli orologi astronomici a pendolo e al quarzo?

Alla ricerca di metodi adeguati per questo, gli scienziati si sono rivolti a sistemi in cui si verificano vibrazioni molecolari. Una tale scelta, ovviamente, non è stata casuale, ed è stato lui a predeterminare un ulteriore successo. Gli "orologi molecolari" hanno inizialmente permesso di aumentare la precisione della misurazione del tempo di migliaia e prendendo in prestito centinaia di migliaia di volte. Tuttavia, il percorso dalla molecola all'indicatore del tempo si è rivelato complesso e molto difficile.

Perché non è stato possibile migliorare la precisione degli orologi astronomici a pendolo e al quarzo? In che modo le molecole si sono rivelate migliori dei pendoli e delle lastre di quarzo in termini di tempo di misurazione? Qual è il principio di funzionamento e il dispositivo dell'orologio molecolare?

Ricordiamo che qualsiasi orologio è costituito da un blocco in cui si verificano oscillazioni periodiche, un meccanismo di conteggio per contare il loro numero e un dispositivo in cui viene immagazzinata l'energia necessaria per mantenerli. Tuttavia, la precisione dell'orologio è principalmente dipende dalla stabilità del lavoro di quell'elemento che misura il tempo.

Per aumentare la precisione degli orologi astronomici a pendolo, il loro pendolo è realizzato in una lega speciale con un coefficiente minimo di dilatazione termica, posta in un termostato, sospeso in modo speciale, situato in un recipiente da cui viene espulsa l'aria, ecc. Come è noto, tutte queste misure hanno permesso di ridurre le variazioni di andamento degli orologi a pendolo astronomico a millesimi di secondo al giorno. Tuttavia, la graduale usura delle parti in movimento e di sfregamento, i lenti e irreversibili cambiamenti nei materiali strutturali, in generale - l'"invecchiamento" di tali orologi non ha consentito un ulteriore miglioramento della loro precisione.

Negli orologi astronomici al quarzo, il tempo è misurato da un oscillatore stabilizzato al quarzo e l'accuratezza delle letture di questi orologi è determinata dalla costanza della frequenza di oscillazione della lastra di quarzo. Nel tempo si verificano cambiamenti irreversibili nella lastra di quarzo e nei contatti elettrici ad essa associati. Pertanto, questo elemento principale di un orologio al quarzo "invecchia". In questo caso, la frequenza di oscillazione della lastra di quarzo cambia leggermente. Questo è il motivo dell'instabilità di tali orologi e pone un limite all'ulteriore aumento della loro precisione.

Gli orologi molecolari sono progettati in modo tale che le loro letture siano in definitiva determinate dalla frequenza delle vibrazioni elettromagnetiche assorbite ed emesse dalle molecole. Nel frattempo, atomi e molecole assorbono ed emettono energia solo in modo intermittente, solo in determinate porzioni, dette quanti di energia. Questi processi sono attualmente rappresentati come segue: quando un atomo è in uno stato normale (non eccitato), i suoi elettroni occupano i livelli di energia più bassi e, allo stesso tempo, sono alla distanza più vicina dal nucleo. Se gli atomi assorbono energia, come la luce, i loro elettroni saltano in nuove posizioni e si trovano un po' più lontano dai loro nuclei.

Indichiamo l'energia dell'atomo, corrispondente alla posizione più bassa dell'elettrone, tramite Ei, e l'energia corrispondente alla sua posizione più distante dal nucleo, tramite E 2 . Quando gli atomi che irradiano oscillazioni elettromagnetiche (ad esempio luce), da uno stato eccitato con energia E 2 passano in uno stato non eccitato con energia E 1, la parte emessa di energia elettromagnetica è uguale a ε = E 2 -E 1 . È facile vedere che la relazione data non è altro che una delle espressioni della legge di conservazione dell'energia.

Nel frattempo, è noto che l'energia di un quanto di luce è proporzionale alla sua frequenza: ε = hv, dove ε è l'energia delle oscillazioni elettromagnetiche, v è la loro frequenza, h = 6,62 * 10 -27 erg * sec è la costante di Planck. Da queste due relazioni non è difficile ricavare la frequenza v della luce emessa dall'atomo. Ovviamente, v \u003d (E 2 - E 1) / h sec -1

Ogni atomo di un dato tipo (ad esempio un atomo di idrogeno, ossigeno, ecc.) ha i suoi livelli di energia. Pertanto, ogni atomo eccitato, durante il passaggio agli stati inferiori, emette oscillazioni elettromagnetiche con un insieme di frequenze ben definito, ovvero conferisce un bagliore caratteristico solo per lui. La situazione è esattamente la stessa con le molecole, con l'unica differenza che hanno un numero di livelli energetici aggiuntivi associati alla diversa disposizione delle loro particelle costituenti e al loro movimento reciproco,

Pertanto, atomi e molecole sono in grado di assorbire ed emettere vibrazioni elettromagnetiche solo di frequenza limitata. La stabilità con cui i sistemi atomici fanno questo è estremamente alta. È miliardi di volte superiore alla stabilità di qualsiasi dispositivo macroscopico che percepisce o emette determinati tipi di vibrazioni, ad esempio corde, diapason, microfoni, ecc. Ciò è spiegato dal fatto che in qualsiasi dispositivo macroscopico, ad esempio, le macchine , strumenti di misura, ecc., le forze che ne assicurano la stabilità sono nella maggior parte dei casi solo decine o centinaia di volte maggiori delle forze esterne. Pertanto, nel tempo e al variare delle condizioni esterne, le proprietà di tali dispositivi cambiano leggermente. Questo è il motivo per cui i musicisti devono accordare così spesso violini e pianoforti. Al contrario, nei microsistemi, come gli atomi e le molecole, forze così grandi agiscono tra le particelle che le compongono che le influenze esterne ordinarie sono di grandezza molto più piccola. Pertanto, i normali cambiamenti delle condizioni esterne - temperatura, pressione, ecc. - non causano alcun cambiamento evidente all'interno di questi microsistemi.

Questo spiega l'elevata precisione dell'analisi spettrale e molti altri metodi e strumenti basati sull'uso di vibrazioni atomiche e molecolari. Questo è ciò che rende così attraente l'uso di questi sistemi quantistici come elemento principale negli orologi astronomici. Dopotutto, tali microsistemi non cambiano le loro proprietà nel tempo, cioè non "invecchiano".

Quando gli ingegneri iniziarono a progettare orologi molecolari, i metodi di eccitazione delle vibrazioni atomiche e molecolari erano già ben noti. Uno di questi è che le oscillazioni elettromagnetiche ad alta frequenza vengono applicate a un recipiente riempito con l'uno o l'altro gas. Se la frequenza di queste oscillazioni corrisponde all'energia di eccitazione di queste particelle, si verifica un assorbimento risonante di energia elettromagnetica. Dopo un certo tempo (meno di un milionesimo di secondo), le particelle eccitate (atomi e molecole) passano spontaneamente dallo stato eccitato allo stato normale e allo stesso tempo emettono esse stesse quanti di energia elettromagnetica.

Sembrerebbe che il passo successivo nella progettazione di un tale orologio dovrebbe essere contare il numero di queste oscillazioni, perché il numero di oscillazioni del pendolo è calcolato nell'orologio a pendolo. Tuttavia, un percorso così diretto e "frontale" si è rivelato troppo difficile. Il fatto è che la frequenza delle oscillazioni elettromagnetiche emesse dalle molecole è molto alta. Ad esempio, nella molecola di ammoniaca per una delle principali transizioni, sono 23.870.129.000 periodi al secondo. La frequenza delle oscillazioni elettromagnetiche emesse da vari atomi è dello stesso ordine di grandezza o anche superiore. Nessun dispositivo meccanico è adatto per contare il numero di tali vibrazioni ad alta frequenza. Inoltre, anche i dispositivi elettronici convenzionali si sono rivelati inadatti a questo.

Una via d'uscita a questa difficoltà è stata trovata con l'aiuto di una deviazione originale. Il gas di ammoniaca è stato posto in un lungo tubo di metallo (guida d'onda). Per facilità di manipolazione, questo tubo è arrotolato. Oscillazioni elettromagnetiche ad alta frequenza sono state fornite dal generatore a un'estremità di questo tubo e all'altra estremità è stato installato un dispositivo per misurarne l'intensità. Il generatore permetteva, entro certi limiti, di variare la frequenza delle oscillazioni elettromagnetiche da esso eccitate.

Per il passaggio delle molecole di ammoniaca da uno stato non eccitato a uno eccitato, è necessaria un'energia ben definita e, di conseguenza, una frequenza di oscillazione elettromagnetica ben definita (ε = hv, dove ε è l'energia quantistica, v è la frequenza di oscillazioni elettromagnetiche, h è la costante di Planck). Finché la frequenza delle oscillazioni elettromagnetiche prodotte dal generatore è maggiore o minore di questa frequenza di risonanza, le molecole di ammoniaca non assorbono energia. Quando queste frequenze coincidono, un numero significativo di molecole di ammoniaca assorbe energia elettromagnetica e passa in uno stato eccitato. Naturalmente, in questo caso (per la legge di conservazione dell'energia) all'estremità della guida d'onda dove è installato il misuratore, l'intensità delle oscillazioni elettromagnetiche è minore. Se si modifica senza problemi la frequenza del generatore e si registrano le letture del dispositivo di misurazione, alla frequenza di risonanza viene rilevato un calo nell'intensità delle oscillazioni elettromagnetiche.

Il passo successivo nella progettazione di un orologio molecolare è proprio quello di sfruttare questo effetto. Per questo è stato assemblato un dispositivo speciale (Fig. 23). In esso, un generatore ad alta frequenza dotato di alimentatore genera oscillazioni elettromagnetiche ad alta frequenza. Per aumentare la costanza della frequenza di queste oscillazioni, il generatore viene stabilizzato con. utilizzando un cristallo piezoelettrico. Nei dispositivi esistenti di questo tipo, la frequenza di oscillazione del generatore di alta frequenza viene scelta in diverse centinaia di migliaia di periodi al secondo in base alla frequenza di oscillazione naturale delle lastre di quarzo utilizzate in essi.

Riso. 23. Schema di "orologio molecolare"

Poiché questa frequenza è troppo alta per controllare direttamente qualsiasi dispositivo meccanico, viene ridotta a diverse centinaia di oscillazioni al secondo con l'aiuto di un'unità di divisione di frequenza e solo dopo viene alimentata ai relè di segnalazione e a un motore elettrico sincrono che ruota le frecce del puntatore situato sul quadrante dell'orologio. Pertanto, questa parte dell'orologio molecolare ripete lo schema degli orologi al quarzo descritti in precedenza.

Per eccitare le molecole di ammoniaca, parte delle oscillazioni elettromagnetiche generate dal generatore di alta frequenza viene applicata ad un moltiplicatore di frequenza in corrente alternata (vedi Fig. 23). Il fattore di moltiplicazione della frequenza in esso contenuto viene scelto in modo da portarlo a quello risonante. Dall'uscita del moltiplicatore di frequenza, le oscillazioni elettromagnetiche entrano nella guida d'onda con gas di ammoniaca. Il dispositivo all'uscita della guida d'onda - il discriminatore - rileva l'intensità delle oscillazioni elettromagnetiche che sono passate attraverso la guida d'onda e agisce sul generatore di alta frequenza, variando la frequenza delle oscillazioni da essa eccitate. Il discriminatore è progettato in modo tale che quando all'ingresso della guida d'onda arrivano oscillazioni con una frequenza inferiore alla frequenza di risonanza, regoli il generatore, aumentando la frequenza delle sue oscillazioni. Se, invece, all'ingresso della guida d'onda arrivano oscillazioni con una frequenza superiore alla frequenza di risonanza, allora si riduce la frequenza del generatore. In questo caso, l'accordatura alla risonanza è tanto più precisa, tanto più ripida diventa la curva di assorbimento. Pertanto, è desiderabile che il calo nell'intensità delle oscillazioni elettromagnetiche, dovuto all'assorbimento risonante della loro energia da parte delle molecole, sia il più stretto e profondo possibile.

Tutti questi dispositivi interconnessi - generatore, moltiplicatore, guida d'onda del gas di ammoniaca e discriminatore - sono un circuito risposta, in cui le molecole di ammoniaca vengono eccitate dal generatore e contemporaneamente lo controllano, costringendolo a generare oscillazioni della frequenza desiderata. Pertanto, l'orologio molecolare utilizza in definitiva le molecole di ammoniaca come frequenza e standard di tempo. Nel primo orologio molecolare ad ammoniaca, sviluppato secondo questo principio da G. Lions nel 1953, l'instabilità di velocità era di circa 10 -7, ovvero la variazione di frequenza non superava i dieci milionesimi. Successivamente, l'instabilità è stata ridotta a 10 -8, che corrisponde a un errore nella misurazione degli intervalli di tempo di 1 sec per diversi anni.

In generale, questa è, ovviamente, un'eccellente precisione. Tuttavia, si è scoperto che nel dispositivo costruito la curva di assorbimento dell'energia elettromagnetica si è rivelata tutt'altro che netta come previsto, ma piuttosto "sbavata". Di conseguenza, la precisione dell'intero dispositivo si è rivelata significativamente inferiore al previsto. Studi accurati di questi orologi molecolari effettuati negli anni successivi hanno permesso di scoprire che le loro letture dipendono in una certa misura dal progetto della guida d'onda, nonché dalla temperatura e pressione del gas in essa contenuto. Si è riscontrato che questi effetti sono fonti di instabilità di tali orologi e ne limitano l'accuratezza.

In futuro, questi difetti nell'orologio molecolare non sono stati completamente eliminati. Tuttavia, è stato possibile inventare altri tipi più avanzati di misuratori del tempo quantistico.

Orologio atomico al cesio

Un ulteriore miglioramento degli standard di frequenza e di tempo è stato ottenuto sulla base di una chiara comprensione delle ragioni delle carenze degli orologi molecolari dell'ammoniaca. Ricordiamo che i principali svantaggi degli orologi molecolari ad ammoniaca sono alcuni "sbavature" della curva di assorbimento risonante e la dipendenza dei rendering di questi orologi dalla temperatura e pressione del gas nella guida d'onda.

Quali sono le ragioni di questi difetti? Si possono eliminare? Si è scoperto che la diffusione della risonanza avviene come risultato del movimento termico delle particelle di gas che riempiono la guida d'onda. Dopotutto, alcune particelle di gas si muovono verso l'onda elettromagnetica e quindi per loro la frequenza di oscillazione è leggermente superiore a quella data dal generatore. Altre particelle di gas, al contrario, si muovono dall'onda elettromagnetica in arrivo, come se scappassero da essa; per loro la frequenza delle oscillazioni elettromagnetiche è leggermente inferiore a quella nominale. Solo per un numero relativamente piccolo di particelle di gas immobili la frequenza delle oscillazioni elettromagnetiche da esse percepite è uguale a quella nominale, cioè data dal generatore.

Il fenomeno descritto è il noto effetto Doppler longitudinale. È lui che porta al fatto che la curva di risonanza è appiattita e imbrattata e si trova la dipendenza della forza della corrente all'uscita della guida d'onda dalla velocità delle particelle di gas, ad es. sulla temperatura del gas.

Un gruppo di scienziati dell'American Bureau of Standards è riuscito a far fronte a queste difficoltà. Tuttavia, ciò che hanno fatto è stato, in generale, un nuovo e molto più accurato standard di frequenza e tempo, sebbene siano state utilizzate alcune cose già note.

Questo dispositivo non utilizza più molecole, ma atomi. Questi atomi non solo riempiono la nave, ma si muovono in un raggio. E così che la direzione del loro movimento è perpendicolare alla direzione di propagazione dell'onda elettromagnetica. È facile capire che in questo caso non vi è alcun effetto Doppler longitudinale. Il dispositivo utilizza atomi di cesio, la cui eccitazione avviene ad una frequenza di oscillazioni elettromagnetiche pari a 9.192.631.831 periodi al secondo.

Il dispositivo corrispondente è montato in un tubo, a un'estremità del quale è presente un forno elettrico 1, che riscalda il cesio metallico fino all'evaporazione, e all'altra estremità è presente un rivelatore 6, che conta il numero di atomi di cesio che hanno lo raggiunse (Fig. 24). Tra di loro ci sono: il primo magnete 2, la guida d'onda 3, che fornisce oscillazioni elettromagnetiche ad alta frequenza, il collimatore 4, e il secondo magnete 5. campi creati da magneti permanenti e un campo elettromagnetico ad alta frequenza fornito da una guida d'onda dal generatore al tubo in modo che la direzione di propagazione dell'onda sia perpendicolare alla direzione del volo delle particelle.

Un tale dispositivo consente di risolvere la prima parte del problema: eccitare gli atomi, cioè trasferirli da uno stato all'altro e allo stesso tempo evitare l'effetto Doppler longitudinale. Se i ricercatori si fossero limitati a questo solo miglioramento, la precisione del dispositivo sarebbe aumentata, ma non di molto. Infatti, in un fascio di atomi emesso da una sorgente incandescente, ci sono sempre atomi non eccitati ed eccitati. Pertanto, quando gli atomi che sono volati fuori dalla sorgente volano attraverso il campo elettromagnetico e sono eccitati, un certo numero di atomi eccitati viene aggiunto agli atomi eccitati già esistenti. Pertanto, la variazione del numero di atomi eccitati risulta essere relativamente non molto grande e, di conseguenza, l'effetto dell'azione delle onde elettromagnetiche sul fascio di particelle risulta essere poco marcato. È chiaro che se all'inizio non ci fossero atomi eccitati e poi apparissero, l'effetto complessivo sarebbe molto più contrastante.

Quindi, sorge un compito aggiuntivo: nella sezione dalla sorgente al campo elettromagnetico, salta gli atomi che si trovano nello stato normale e rimuovi quelli eccitati. Non è stato necessario inventare nulla di nuovo per risolverlo, poiché già negli anni Quaranta del nostro secolo, Rabbi, e poi Ramsey, svilupparono i metodi corrispondenti per gli studi spettroscopici. Questi metodi si basano sul fatto che tutti gli atomi e le molecole hanno determinate proprietà elettriche e magnetiche e queste proprietà sono diverse per le particelle eccitate e non eccitate. Pertanto, in elettrico e campi magnetici atomi e molecole eccitati e non eccitati deviano in modo diverso.

Nell'orologio atomico al cesio descritto, sul percorso del fascio di particelle tra la sorgente e il campo elettromagnetico ad alta frequenza, è stato installato il magnete permanente 2 (vedi Fig. 24) in modo tale che le particelle non eccitate fossero focalizzate sulla fenditura del collimatore , e gli eccitati furono rimossi dalla trave. Il secondo magnete 5, posto tra il campo elettromagnetico ad alta frequenza e il rivelatore, è stato invece installato in modo tale che le particelle non eccitate fossero rimosse dal fascio e solo quelle eccitate fossero focalizzate sul rivelatore. Tale doppia separazione porta al fatto che solo quelle particelle raggiungono il rivelatore, che non erano eccitate prima di entrare nel campo elettromagnetico, e quindi in questo campo sono passate in uno stato eccitato. In questo caso, la dipendenza delle letture del rivelatore dalla frequenza delle oscillazioni elettromagnetiche risulta essere molto netta e, di conseguenza, la curva di risonanza dell'assorbimento di energia elettromagnetica risulta essere molto stretta e ripida.

Come risultato delle misure descritte, l'unità di pilotaggio dell'orologio atomico al cesio si è rivelata in grado di rispondere anche a un piccolissimo detuning del generatore di alta frequenza, ottenendo così una precisione di stabilizzazione molto elevata.

Il resto del dispositivo, in generale, ripete lo schema di principio di un orologio molecolare: un generatore ad alta frequenza controlla un orologio elettrico e contemporaneamente eccita le particelle attraverso circuiti di moltiplicazione di frequenza. Un discriminatore collegato ad un tubo al cesio ed un generatore ad alta frequenza reagisce al funzionamento del tubo e regola il generatore in modo che la frequenza delle oscillazioni da esso prodotte coincida con la frequenza di eccitazione delle particelle.

Tutto questo dispositivo nel suo insieme è chiamato orologio atomico al cesio.

Nei primi modelli di orologi al cesio (ad esempio, l'orologio al cesio del National Physical Laboratory of England), l'instabilità era solo di 1-9. In dispositivi di questo tipo, sviluppati e costruiti negli ultimi anni, l'instabilità è stata ridotta a 10 -12 -10 -13.

Si è già detto in precedenza che anche i migliori orologi astronomici meccanici, a causa dell'usura delle loro parti, cambiano un po' il loro corso nel tempo. Anche gli orologi astronomici al quarzo non sono privi di questo inconveniente, poiché a causa dell'invecchiamento del quarzo, c'è una lenta deriva delle loro letture. Nessuna deriva di frequenza è stata trovata negli orologi atomici al cesio.

Confrontando diverse istanze di questi orologi, è stato osservato che la frequenza delle loro oscillazioni coincideva entro ± 3 * 10 -12, che corrisponde a un errore di solo 1 secondo in 10.000 anni.

Tuttavia, questo dispositivo non è privo di inconvenienti: le distorsioni della forma del campo elettromagnetico e la relativa breve durata del suo impatto sugli atomi del fascio limitano l'ulteriore aumento dell'accuratezza della misurazione degli intervalli di tempo utilizzando tali sistemi.

Orologio astronomico con generatore quantistico

È stato fatto un altro passo verso l'aumento della precisione della misurazione degli intervalli di tempo generatori molecolari- elettrodomestici che utilizzano radiazione di onde elettromagnetiche da parte di molecole.

Questa scoperta è stata inaspettata e naturale. Inaspettato - perché sembrava che le possibilità dei vecchi metodi fossero esaurite, mentre non ce n'erano altri. Naturale - perché una serie di effetti ben noti costituivano già quasi tutte le parti del nuovo metodo e restava solo da combinare correttamente queste parti. Tuttavia, una nuova combinazione di cose conosciute è l'essenza di molte scoperte. Ci vuole sempre molto coraggio a pensare per venirne fuori. Abbastanza spesso, dopo averlo fatto, tutto sembra molto semplice.

I dispositivi in ​​cui la radiazione delle molecole viene utilizzata per ottenere uno standard di frequenza sono chiamati maser; questa parola deriva da lettere iniziali Espressioni: amplificazione a microonde mediante emissione stimolata di radiazione, ovvero amplificazione di onde radio di dimensioni centimetriche mediante radiazione indotta. Attualmente, i dispositivi di questo tipo sono spesso chiamati amplificatori quantistici o generatori quantistici.

Cosa ha preparato la scoperta del generatore quantistico? Qual è il suo principio di funzionamento e dispositivo?

I ricercatori sapevano che quando le molecole eccitate, come l'ammoniaca, raggiungono livelli di energia più bassi ed emettono radiazioni elettromagnetiche, la larghezza naturale di queste linee di emissione è estremamente ridotta, almeno molte volte inferiore alla larghezza di linea di assorbimento utilizzata negli orologi molecolari. Nel frattempo, quando si confronta la frequenza di due oscillazioni, la nitidezza della curva di risonanza dipende dalla larghezza delle righe spettrali e l'accuratezza della stabilizzazione ottenibile dipende dalla nitidezza della curva di risonanza.

È chiaro che i ricercatori erano estremamente interessati alla possibilità di ottenere una maggiore precisione nella misurazione degli intervalli di tempo utilizzando non solo l'assorbimento, ma anche l'emissione di onde elettromagnetiche da parte delle molecole. Sembrerebbe che tutto sia già lì per questo. Infatti, nella guida d'onda di un orologio molecolare, le molecole di ammoniaca eccitate emettono spontaneamente luce, cioè passano a livelli di energia più bassi e contemporaneamente emettono radiazione elettromagnetica con una frequenza di 23.870.129.000 periodi al secondo. La larghezza di questa riga di emissione spettrale è davvero molto piccola. Inoltre, poiché la guida d'onda dell'orologio molecolare è riempita di oscillazioni elettromagnetiche fornite dal generatore e la frequenza di queste oscillazioni è uguale alla frequenza dei quanti di energia emessi dalle molecole di ammoniaca, quindi nella guida d'onda indotto radiazione di molecole di ammoniaca eccitate, la cui probabilità è molto maggiore di quella spontanea. Pertanto, questo processo aumenta il numero totale di eventi di radiazione.

Tuttavia, per l'osservazione e l'uso della radiazione molecolare, un sistema come una guida d'onda dell'orologio molecolare si è rivelato del tutto inadatto. Infatti, in una tale guida d'onda ci sono molte più particelle di ammoniaca non eccitate di quelle eccitate, e anche tenendo conto della radiazione indotta, gli atti di assorbimento dell'energia elettromagnetica si verificano molto più spesso degli atti di emissione. Inoltre, non è chiaro come isolare i quanti di energia emessi dalle molecole in tale guida d'onda quando lo stesso volume è riempito di radiazione elettromagnetica dal generatore, e questa radiazione ha la stessa frequenza e intensità molto maggiore.

Non è vero che tutti i processi risultano così confusi che a prima vista sembra impossibile distinguerli da quello giusto? Tuttavia, non lo è. Dopotutto, è noto che le molecole eccitate differiscono nelle loro proprietà elettriche e magnetiche da quelle non eccitate e questo rende possibile separarle.

Nel 1954-1955. questo problema è stato brillantemente risolto da N. G. Basov e A. M. Prokhorov in URSS e da Gordon, Zeiger e Towns negli USA*. Questi autori hanno approfittato del fatto che lo stato elettrico delle molecole di ammoniaca eccitate e non eccitate è alquanto diverso e, volando attraverso un campo elettrico disomogeneo, deviano in modo diverso.

* (J. Singer, Mathers, IL, M., 1961; Basov N. G., Letokhov V. S. Standard di frequenza ottica, UFN, vol.96, n. 4, 1968.)

Ricordiamo che tra due piastre parallele caricate elettricamente, ad esempio le piastre di un condensatore, si crea un campo elettrico uniforme; tra un piatto carico e un punto o due punti carichi - disomogeneo. Se i campi elettrici sono rappresentati utilizzando linee di forza, i campi uniformi sono rappresentati da linee della stessa densità e i campi disomogenei da linee di densità disuguale, ad esempio, meno vicino al piano e più vicino al punto in cui le linee convergono. Sono noti da tempo metodi per ottenere campi elettrici disomogenei di una forma o dell'altra.

Un generatore molecolare è una combinazione di una sorgente di molecole, un separatore elettrico e un risonatore assemblati in un tubo da cui viene pompata l'aria. Per un raffreddamento profondo, questo tubo è posto in azoto liquido. Ciò consente di ottenere un'elevata stabilità dell'intero dispositivo. La fonte di particelle nel generatore molecolare è una bottiglia con un'apertura stretta riempita con gas di ammoniaca. Attraverso questo foro, un fascio stretto di particelle entra nel tubo ad una certa velocità (Fig. 25a).

Il raggio contiene sempre molecole di ammoniaca non eccitate ed eccitate. Tuttavia, di solito ci sono molto più diseccitati che eccitati. Nel tubo, nel percorso di queste particelle, è presente un condensatore carico di elettricità, costituito da quattro aste, il cosiddetto condensatore quadrupolare. In esso, il campo elettrico è disomogeneo e ha una forma tale (Fig. 25, b) che, passando attraverso di esso, le molecole di ammoniaca non eccitate si disperdono ai lati e quelle eccitate deviano verso l'asse del tubo e sono quindi focalizzate. Pertanto, le particelle vengono separate in un tale condensatore e solo le molecole di ammoniaca eccitate raggiungono l'altra estremità del tubo.

A quest'altra estremità del tubo c'è un vaso di una certa dimensione e forma - il cosiddetto risonatore. Una volta al suo interno, le molecole di ammoniaca eccitate dopo un breve periodo di tempo passano spontaneamente dallo stato eccitato allo stato non eccitato e contemporaneamente emettono onde elettromagnetiche di una certa frequenza. A proposito di questo processo dicono che le molecole sono evidenziate. Pertanto, è possibile non solo ottenere radiazioni molecolari, ma anche isolarle.

Consideriamo l'ulteriore sviluppo di queste idee. La radiazione elettromagnetica di frequenza di risonanza, interagendo con molecole non eccitate, le trasferisce in uno stato eccitato. La stessa radiazione, interagendo con le molecole eccitate, le trasferisce in uno stato non eccitato, stimolando così la loro radiazione. A seconda di quali molecole sono più, non eccitate o eccitate, prevale il processo di assorbimento o emissione indotta di energia elettromagnetica.

Creando in un certo volume, ad esempio, un risonatore, una significativa predominanza di molecole di ammoniaca eccitate e applicando ad esso oscillazioni elettromagnetiche della frequenza di risonanza, è possibile amplificare la frequenza delle microonde. È chiaro che questa amplificazione si verifica a causa del continuo pompaggio di molecole di ammoniaca eccitate nel risonatore.

Il ruolo del risonatore non si limita al fatto che è un vaso in cui avviene l'emissione di molecole eccitate. Poiché la radiazione elettromagnetica della frequenza di risonanza stimola la radiazione delle molecole eccitate, maggiore è la densità di questa radiazione, più attivamente procede questo processo di radiazione indotta.

Scegliendo le dimensioni del risonatore in funzione della lunghezza d'onda di queste oscillazioni elettromagnetiche, è quindi possibile creare le condizioni per il verificarsi di onde stazionarie al suo interno (simile alla scelta delle dimensioni delle canne d'organo per il verificarsi di onde stazionarie di le corrispondenti oscillazioni sonore elastiche in esse). Avendo realizzato le pareti del risonatore con il materiale appropriato, è possibile garantire che riflettano le oscillazioni elettromagnetiche con le perdite minime. Entrambe queste misure consentono di creare un'elevata densità di energia elettromagnetica nel risonatore e quindi aumentare l'efficienza dell'intero dispositivo nel suo insieme.

Ceteris paribus, il guadagno in questo dispositivo è maggiore, maggiore è la densità di flusso delle molecole eccitate. È notevole che a una densità di flusso sufficientemente elevata di molecole eccitate e parametri adeguati del risonatore, l'intensità di radiazione delle molecole diventa abbastanza grande da coprire varie perdite di energia e l'amplificatore si trasforma in un generatore molecolare di oscillazioni a microonde - il così- chiamato generatore quantistico. In questo caso non è più necessario fornire energia elettromagnetica ad alta frequenza al risonatore. Il processo di emissione stimolata di alcune particelle eccitate è supportato dall'emissione di altre. Inoltre, in condizioni idonee, il processo di generazione dell'energia elettromagnetica non si interrompe anche se parte di essa viene deviata lateralmente.

Oscillatore quantistico con stabilità molto elevata Fornisce oscillazioni elettromagnetiche ad alta frequenza di una frequenza rigorosamente definita e può essere utilizzato per misurare intervalli di tempo. Non ha bisogno di funzionare continuamente. È sufficiente periodicamente a determinati intervalli confrontare la frequenza del generatore elettrico dell'orologio astronomico con questo standard di frequenza molecolare e, se necessario, introdurre una correzione.

Alla fine degli anni Cinquanta fu costruito un orologio astronomico corretto da un generatore di ammoniaca molecolare. La loro instabilità a breve termine non superava 10 -12 per 1 minuto e l'instabilità a lungo termine era di circa 10 -10, che corrisponde a distorsioni nel conteggio degli intervalli di tempo solo di 1 secondo in diverse centinaia di anni.

Un ulteriore miglioramento degli standard di frequenza e di tempo è stato ottenuto sulla base delle stesse idee e dell'uso di alcune altre particelle come mezzo di lavoro, come tallio e idrogeno. In questo caso, il generatore quantistico operante su un fascio di atomi di idrogeno, sviluppato e costruito all'inizio degli anni Sessanta da Goldenberg, Klepner e Ramsay, si è rivelato particolarmente promettente. Questo generatore è costituito anche da una sorgente di particelle, un separatore e un risonatore montati in un tubo (Fig. 26) immerso in un opportuno refrigerante. La sorgente emette un fascio di atomi di idrogeno. In questo raggio ci sono atomi di idrogeno non eccitati ed eccitati, e ve ne sono molti di più non eccitati di quelli eccitati.

Poiché gli atomi di idrogeno eccitati differiscono da quelli non eccitati nel loro stato magnetico (momento magnetico), la loro separazione non è più un campo elettrico, ma magnetico creato da una coppia di magneti. Anche il risuonatore del generatore di idrogeno ha caratteristiche significative. È realizzato sotto forma di una fiaschetta di quarzo fuso, le cui pareti interne sono rivestite di paraffina. A causa dei riflessi elastici multipli (circa 10.000) degli atomi di idrogeno dallo strato di paraffina, la lunghezza del volo delle particelle e, di conseguenza, il tempo della loro permanenza nel risonatore, rispetto al generatore molecolare, aumenta migliaia di volte. In questo modo è possibile ottenere righe spettrali di emissione di atomi di idrogeno molto strette e, rispetto a un generatore molecolare, ridurre di un fattore migliaia l'instabilità dell'intero dispositivo.

I moderni progetti di orologi astronomici con un generatore quantico di idrogeno hanno superato lo standard del fascio atomico al cesio nelle loro prestazioni. Non è stata trovata alcuna deriva sistematica. La loro instabilità a breve termine è solo 6 * 10 -14 al minuto ea lungo termine - 2 * 10 -14 al giorno, che è dieci volte inferiore a quella dello standard di cesio. La riproducibilità delle letture dell'orologio con un generatore quantistico di idrogeno è ±5*10 -13, mentre la riproducibilità dello standard di cesio è ±3*10 -12. Di conseguenza, anche in questo indicatore il generatore di idrogeno è circa dieci volte migliore. Pertanto, con l'aiuto di un orologio astronomico a idrogeno, è possibile fornire una precisione di misurazione del tempo dell'ordine di 1 secondo per un intervallo di circa centomila anni.

Nel frattempo, numerosi studi negli ultimi anni hanno dimostrato che questa elevata precisione di misurazione degli intervalli di tempo, ottenuta sulla base di generatori di fasci atomici, non è ancora il limite e può essere migliorata.

Trasmissione dell'ora esatta

Il compito del servizio orario non si limita all'ottenimento e alla memorizzazione dell'ora esatta. Una parte altrettanto importante di esso è una tale organizzazione del trasferimento del tempo esatto, in cui questa precisione non andrebbe persa.

In passato, la trasmissione dei segnali temporali veniva effettuata mediante dispositivi meccanici, sonori o luminosi. A San Pietroburgo, un cannone sparò esattamente a mezzogiorno; si potrebbe anche controllare l'orologio contro l'orologio da torre dell'Istituto di metrologia, ora intitolato a D. I. Mendeleev. Nei porti marittimi, una palla che cadeva veniva usata come segnale orario. Dalle navi nel porto si poteva vedere come esattamente a mezzogiorno la palla si staccasse dalla cima di un albero speciale e cadesse ai suoi piedi.

Per il normale corso della moderna vita intensiva, è molto importante fornire un tempo preciso linee ferroviarie, posta, telegrafo e grandi città. Non richiede una precisione così elevata come nel lavoro astronomico e geografico, ma è necessario che, con una precisione fino a un minuto, in tutte le parti della città, in tutte le parti del nostro vasto paese, tutti gli orologi indichino l'ora in allo stesso modo. Questo compito viene solitamente risolto con l'aiuto di un orologio elettrico.

Nell'industria dell'orologeria delle ferrovie e degli istituti di comunicazione, nell'industria dell'orologeria di una città moderna, gli orologi elettrici svolgono un ruolo importante. Il loro dispositivo è molto semplice, eppure, con una precisione di un minuto, mostrano la stessa ora in tutti i punti della città.

Gli orologi elettrici sono primari e secondari. Gli orologi elettrici primari hanno un pendolo, ruote, scappamento e sono misuratori in tempo reale. Gli orologi elettrici secondari sono solo indicatori: non c'è un meccanismo a orologeria, ma c'è solo un dispositivo relativamente semplice che muove le lancette una volta al minuto (Fig. 27). Ad ogni apertura della corrente, l'elettromagnete rilascia l'ancora e il "cane" attaccato all'ancora, appoggiato alla ruota a cricchetto, la fa ruotare di un dente. I segnali di corrente elettrica vengono forniti all'orologio secondario dall'installazione centrale o dall'orologio elettrico primario. Negli ultimi anni sono comparsi orologi parlanti, progettati secondo il principio dei film sonori, che non solo mostrano, ma indicano anche l'ora.

Per la trasmissione tempo esatto ora servono principalmente segnali elettrici inviati per telefono, telegrafo e radio. Negli ultimi decenni, la tecnica della loro trasmissione è stata migliorata e la precisione è aumentata di conseguenza. Nel 1904, Bigourdant trasmise segnali temporali ritmici dall'Osservatorio di Parigi, che furono ricevuti dall'Osservatorio di Montsouris con una precisione di 0,02-0,03 sec. Nel 1905, l'Osservatorio navale di Washington iniziò la trasmissione regolare di segnali orari, dal 1908 iniziò a trasmettere segnali orari ritmici dalla Torre Eiffel e dal 1912 dall'Osservatorio di Greenwich.

Attualmente, la trasmissione di segnali temporali accurati viene effettuata in molti paesi. In URSS, tali trasmissioni sono condotte dall'Istituto astronomico statale intitolato a V.I. P.K. Sternberg, così come una serie di altre organizzazioni. Allo stesso tempo, vengono utilizzati diversi programmi per trasmettere le letture dell'ora solare media via radio. Ad esempio, il programma del segnale orario di trasmissione viene trasmesso alla fine di ogni ora ed è composto da sei brevi impulsi. L'inizio dell'ultimo di essi corrisponde all'ora di questa o quell'ora e 00 min 00 sec. Nella navigazione marittima e aerea, viene utilizzato un programma di cinque serie di 60 impulsi e tre serie di sei segnali brevi, separati da segnali più lunghi. Inoltre, ci sono una serie di programmi speciali per segnali orari. Le informazioni su vari programmi speciali per segnali orari sono pubblicate in pubblicazioni speciali.

L'errore nella trasmissione dei segnali temporali per i programmi in onda è di circa ±0,01 - 0,001 sec, e per alcuni speciali ±10 -4 e anche ±10 -5 sec. Pertanto, sono stati ora sviluppati metodi e dispositivi che consentono di ricevere, memorizzare e trasmettere il tempo con un grado di precisione molto elevato.

Recentemente, sono state implementate nuove idee significative nel campo della memorizzazione e della trasmissione dell'ora precisa. Supponiamo che sia necessario che in un certo numero di punti in qualsiasi territorio l'accuratezza delle letture degli orologi in piedi non sia inferiore a ± 30 secondi, a condizione che tutti questi orologi funzionino continuamente durante tutto l'anno. Tali requisiti si applicano, ad esempio, agli orologi urbani e ferroviari. I requisiti non sono molto severi, tuttavia, per soddisfarli utilizzando orologi autonomi, è necessario che la frequenza giornaliera di ogni istanza dell'orologio sia migliore di ± 0,1 secondi e ciò richiede cronometri al quarzo di precisione.

Nel frattempo, se questo problema viene risolto utilizzando sistema del tempo comune, costituito da orologi primari e un gran numero di orologi secondari ad essi associati, solo gli orologi primari dovrebbero avere un'elevata precisione. Pertanto, anche con un costo maggiore per l'orologio principale e un costo corrispondentemente basso per l'orologio secondario, è possibile ottenere una buona precisione in tutto il sistema a un costo totale relativamente basso.

Naturalmente, in questo caso, è necessario assicurarsi che l'orologio secondario stesso non introduca errori. L'orologio secondario descritto in precedenza con una ruota a cricchetto e un nottolino, in cui la lancetta si muove una volta al minuto su un segnale, a volte non funziona correttamente. Inoltre, nel tempo, l'errore della loro testimonianza si accumula. Nei moderni orologi secondari vengono utilizzati vari tipi di verifica e correzione delle letture. Ancora maggiore precisione è fornita dall'orologio secondario, che utilizza corrente alternata di frequenza industriale (50 Hz), la cui frequenza è rigorosamente stabilizzata. La parte principale di questo orologio è un motore elettrico sincrono azionato da corrente alternata. Pertanto, in questo orologio, la corrente alternata stessa è un segnale orario continuo con un periodo di ripetizione di 0,02 secondi.

Attualmente stabilito sistema mondiale tempo comune WOSAC (WOSAC; il nome è composto dalle prime lettere delle parole: Sincronizzazione mondiale degli orologi atomici). L'orologio principale principale di questo sistema si trova a Roma, New York, USA, ed è costituito da tre orologi atomici al cesio, le cui letture sono mediate. Pertanto, la precisione della lettura del tempo è pari a (1-3)*10 -11 . Questi orologi primari sono collegati a una rete mondiale di orologi secondari.

Il test ha mostrato che durante la trasmissione di segnali temporali accurati tramite WHOAC dallo stato di New York (USA) all'isola di Oahu (Hawaii), ovvero circa 30.000 km, le indicazioni temporali erano coordinate con una precisione di 3 microsecondi.

L'elevata precisione di memorizzazione e trasmissione dei timestamp, raggiunta oggi, consente di risolvere problemi complessi e nuovi della navigazione nello spazio profondo, nonché, sebbene vecchi, ma ancora importanti e interessanti sul movimento della crosta terrestre.

Dove stanno andando i continenti?

Possiamo ora tornare al problema del moto dei continenti, descritto nel capitolo precedente. Ciò è tanto più interessante perché nel mezzo secolo trascorso dalla comparsa delle opere di Wegener fino ai nostri giorni, le controversie scientifiche su queste idee non si sono ancora placate. Ad esempio, W. Munk e G. Macdonald scrissero nel 1960: "Alcuni dei dati di Wegener sono innegabili, ma la maggior parte dei suoi argomenti sono interamente basati su ipotesi arbitrarie". E inoltre: "Prima dell'invenzione del telegrafo si sono verificati grandi spostamenti dei continenti, turni medi - prima dell'invenzione della radio, e dopo non si sono praticamente osservati spostamenti".

Queste caustiche osservazioni non sono prive di fondamento, almeno nella loro prima parte. In effetti, le misurazioni longitudinali che Wegeper ei suoi collaboratori effettuarono una volta nelle loro spedizioni in Groenlandia (in una delle quali Wegener morì tragicamente) furono eseguite con una precisione insufficiente per una soluzione rigorosa del problema. Questo è stato notato anche dai suoi contemporanei.

Uno dei più convinti sostenitori della teoria del movimento dei continenti nella sua versione moderna è P. N. Kropotkin. Nel 1962 scrisse: "I dati paleomagnetici e geologici indicano che durante il Mesozoico e il Cenozoico, il leitmotiv del movimento della crosta terrestre era la frammentazione di due antichi continenti - Laurasia e Gondwana e l'allargamento delle loro parti di lato l'oceano Pacifico e alla fascia geosinclinale di Tetide". Ricordiamo che percorse Laurasia Nord America, Groenlandia, Europa e l'intera metà settentrionale dell'Asia, Gondwana - i continenti meridionali e l'India. L'Oceano Tetide si estendeva dal Mediterraneo attraverso le Alpi, il Caucaso e l'Himalaya fino all'Indonesia.

Lo stesso autore ha inoltre scritto: "L'unità del Gondwana è stata ora fatta risalire dal Precambriano alla metà del Cretaceo, e la sua frammentazione ora appare come un lungo processo iniziato nel Paleozoico e raggiunto su scala particolarmente ampia dalla metà del Cretaceo. Sono trascorsi ottanta milioni di anni da quel momento. Di conseguenza, la distanza tra l'Africa e il Sud America è aumentata a una velocità di 6 cm all'anno. La stessa velocità è ottenuta dai dati paleomagnetici per il movimento dell'Hindustan dall'emisfero sud al nord ." Dopo aver ricostruito la posizione dei continenti in passato utilizzando dati paleomagnetici, P. N. Kropotkin è giunto alla conclusione che "a quel tempo i continenti erano davvero sbattuti insieme in un tale blocco che assomigliava ai contorni della piattaforma continentale primaria wegeneriana".

Quindi, la somma dei dati ottenuti con metodi diversi mostra che l'attuale posizione dei continenti e i loro contorni si sono formati in un lontano passato a seguito di una serie di faglie e di un significativo movimento di blocchi continentali.

La questione dell'attuale movimento dei continenti viene decisa sulla base dei risultati di studi longitudinali condotti con sufficiente accuratezza. Ciò che in questo caso significa una precisione sufficiente può essere visto dal fatto che, ad esempio, alla latitudine di Washington, una variazione di longitudine di un decimillesimo di secondo corrisponde a uno spostamento di 0,3 cm, poiché la velocità di movimento stimata è di circa 1 m all'anno, e già i moderni servizi dell'ora Se è possibile determinare punti temporali, memorizzare e trasmettere l'ora esatta con una precisione di millesimi e decimillesimi di secondo, per ottenere risultati convincenti è sufficiente effettuare misurazioni appropriate a intervalli di diversi anni o di diverse decine di anni.

A tale scopo, nel 1926, fu creata una rete di 32 punti di osservazione e furono effettuati studi astronomici longitudinali. Nel 1933 furono effettuati ripetuti studi astronomici longitudinali e già 71 osservatori erano coinvolti nei lavori. Queste misurazioni, effettuate ad un buon livello moderno, sebbene su un intervallo di tempo non molto lungo (7 anni), hanno mostrato, in particolare, che l'America non si allontana dall'Europa di 1 m all'anno, come pensava Wegener, ma si avvicina a circa la velocità 60 cm all'anno.

Così, con l'ausilio di misure longitudinali molto accurate, è stata confermata la presenza del moderno movimento di grandi blocchi continentali. Inoltre, è stato possibile scoprire che parti separate di questi blocchi continentali hanno un movimento leggermente diverso.

Servizio del tempo
I compiti del servizio dell'ora esatta sono determinare l'ora esatta, essere in grado di salvarla e trasmetterla al consumatore. Se immaginiamo che la lancetta dell'orologio sia l'asse ottico di un telescopio diretto verticalmente nel cielo, allora il quadrante sono le stelle, una dopo l'altra che cadono nel campo visivo di questo telescopio. Registrazione dei momenti del passaggio delle stelle attraverso il mirino del telescopio: questo è il principio generale della definizione classica del tempo astronomico. A giudicare dai monumenti megalitici che ci sono pervenuti, il più famoso dei quali è Stonehenge in Inghilterra, questo metodo di reticolo serif è stato utilizzato con successo anche nell'età del bronzo. Il nome stesso del servizio dell'ora astronomica è ormai obsoleto. Dal 1988 questo servizio è stato chiamato International Earth Rotation Service http://hpiers.obspm.fr/eop-pc/.
Il modo astronomico classico per determinare l'ora esatta (Tempo Universale, UT) è associato alla misurazione dell'angolo di rotazione di qualsiasi meridiano scelto della Terra rispetto alla "sfera di stelle fisse". Il prescelto, alla fine, era il meridiano di Greenwich. Tuttavia, in Russia, ad esempio, a lungo il meridiano di Pulkovo è stato preso come zero. Infatti, qualsiasi meridiano su cui sia installato un telescopio specializzato per registrare i momenti dei passaggi stellari (uno strumento di transito, un tubo zenitale, un astrolabio) è idoneo a risolvere il primo compito del servizio del tempo esatto. Ma nessuna latitudine è ottimale per questo, il che è ovvio, ad esempio, per la convergenza di tutti i meridiani ai poli geografici.
Dal metodo di determinazione del tempo astronomico, è ovvia la sua connessione con la determinazione delle longitudini sulla Terra e, in generale, con le misurazioni delle coordinate. In sostanza, questo è un unico compito di supporto del tempo di coordinamento (CWO). È comprensibile la complessità di questo problema, la cui soluzione è durata molti secoli e continua ad essere il problema più urgente della geodesia, dell'astronomia e della geodinamica.
Quando si determina UT con metodi astronomici, è necessario tenere conto di:

• che la "sfera delle stelle fisse" non esiste, cioè le coordinate delle stelle (il "quadrante" dell'orologio stellare, che determina la precisione di questi orologi) devono essere costantemente affinate dalle osservazioni,
• che l'asse di rotazione della Terra sotto l'influenza delle forze gravitazionali del Sole, della Luna e di altri pianeti esegua movimenti periodici complessi (precessione e nutazione), descritti da file di centinaia di armoniche,
• che le osservazioni sono fatte dalla superficie della Terra, che si muove in modo complesso nello spazio, e, quindi, è necessario tenere conto degli effetti parallattici e aberrazionali,
• che i telescopi su cui si effettuano le osservazioni UT hanno i propri errori non costanti, che dipendono, in particolare, dalle condizioni climatiche e sono determinati dalle stesse osservazioni,
• che le osservazioni avvengano "sul fondo" dell'oceano atmosferico, che distorce le vere coordinate delle stelle (rifrazione) in un modo spesso difficile da tenere in considerazione,
• che l'asse di rotazione stesso "penzola" nel corpo della Terra, e questo fenomeno, così come una serie di effetti di marea ed effetti dovuti alle influenze atmosferiche sulla rotazione della Terra, sono determinati dalle osservazioni stesse,
• che la rotazione della Terra attorno al suo asse, che fino al 1956 fungeva da standard di tempo, avvenga in modo non uniforme, il che è anche determinato dalle osservazioni stesse.

Uno standard è necessario per una tempistica precisa. Lo standard scelto - il periodo di rotazione terrestre - si è rivelato non del tutto affidabile. Un giorno solare è una delle unità di base del tempo, scelta molto tempo fa. Ma la velocità di rotazione della Terra cambia durante l'anno, e quindi viene utilizzato il giorno solare medio, che differisce da quello vero fino a 11 minuti. A causa del movimento irregolare della Terra lungo l'eclittica, il giorno solare accettato è di 24 ore in più all'anno di 1 giorno siderale, che è di 23 ore 56 minuti 4,091 secondi, mentre il giorno solare medio è di 24 ore 3 minuti 56,5554 secondi.
Negli anni '30 fu stabilita la rotazione irregolare della Terra attorno al suo asse. L'irregolarità è connessa, in particolare: con la secolare decelerazione della rotazione terrestre dovuta all'attrito di marea della Luna e del Sole; processi non stazionari all'interno della Terra. Il giorno siderale medio dovuto alla processione dell'asse terrestre è 0,0084 s più breve del periodo effettivo di rotazione terrestre. L'azione delle maree della Luna rallenta la rotazione della Terra di 0,0023 s in 100 anni. Risulta quindi evidente che la definizione di un secondo come unità di tempo, costituente 1/86400 di giorno, richiedeva un chiarimento.
L'anno 1900 è stato preso come unità di misura dell'anno tropicale (la durata tra due passaggi successivi del centro del Sole attraverso l'equinozio di primavera) pari a 365,242196 giorni, ovvero 365 giorni 5 ore 48 minuti 48,08 secondi. Attraverso di essa si determina la durata di un secondo = 1/31556925.9747 dell'anno tropicale 1900.
Nell'ottobre 1967 a Parigi, la 13a Conferenza Generale del Comitato Internazionale dei Pesi e delle Misure determina la durata del secondo atomico - l'intervallo di tempo durante il quale si verificano 9.192.631.770 oscillazioni, corrispondenti alla frequenza di cura (assorbimento) da parte di un atomo di cesio - 133 durante una transizione risonante tra due livelli energetici iperfini dell'atomo fondamentale in assenza di disturbi da campi magnetici esterni e viene registrata come emissione radio con una lunghezza d'onda di circa 3,26 cm.
La precisione degli orologi atomici è un errore di 1 s in 10.000 anni. Errore 10-14s.
Il 1 gennaio 1972, l'URSS e molti paesi del mondo passarono allo standard dell'ora atomica.
I segnali orari radiotrasmessi vengono trasmessi su orologi atomici per determinare con precisione l'ora locale (cioè longitudine geografica - la posizione dei punti forti, trovare i momenti del climax delle stelle), così come per l'aviazione e la navigazione marittima.
I primi segnali orari precisi alla radio iniziarono ad essere trasmessi dalla stazione di Boston (USA) nel 1904, dal 1907 in Germania, dal 1910 a Parigi (stazione radiofonica della Torre Eiffel). Nel nostro paese, dal 1 dicembre 1920, l'Osservatorio Pulkovo iniziò a trasmettere un segnale ritmico attraverso la stazione radio New Holland a Pietrogrado e dal 25 maggio 1921 attraverso la stazione radio Mosca Oktyabrskaya su Khodynka. Gli organizzatori del servizio di ingegneria radiofonica del tempo erano Nikolai Ivanovich DNEPROVSKY (1887-1944), Alexander Pavlovich Konstantinov (1895-1937) e Pavel Andreevich Azbukin (1882-1970).
Con decreto del Consiglio dei commissari del popolo nel 1924, presso l'Osservatorio Pulkovo fu organizzato il Comitato Interdipartimentale del Servizio del Tempo, che dal 1928 iniziò a pubblicare bollettini di momenti di sintesi. Nel 1931 furono organizzati due nuovi servizi orari nel SAI e nel TSNIIGAiK e il servizio orario dell'Osservatorio di Tashkent iniziò a funzionare regolarmente.
Nel marzo 1932 si tenne la prima conferenza astrometrica presso l'Osservatorio di Pulkovo, durante la quale fu presa una decisione: creare un servizio del tempo nell'URSS. Nel periodo prebellico c'erano 7 servizi temporali e a Pulkovo, SAI e Tashkent venivano trasmessi via radio segnali temporali ritmici.
L'orologio più preciso utilizzato dal servizio (conservato nel seminterrato a pressione, temperatura, ecc. costanti) era l'orologio a doppio pendolo di Short (precisione ± 0,001 s/giorno), F.M. Fedchenko (± 0,0003 s / giorno), quindi hanno iniziato a usare il quarzo (con il loro aiuto è stata scoperta la rotazione irregolare della Terra) prima dell'introduzione degli orologi atomici, che ora sono utilizzati dal servizio del tempo. Lewis Essen (Inghilterra), fisico sperimentale, creatore di orologi al quarzo e atomici, nel 1955 creò il primo standard di frequenza atomica (tempo) su un raggio atomico di cesio, che si tradusse in un servizio temporale basato sullo standard di frequenza atomica tre anni dopo.
Secondo lo standard atomico di Stati Uniti, Canada e Germania, TAI è stabilito dal 1 gennaio 1972 - il valore medio del tempo atomico, sulla base del quale è stata creata la scala UTC (tempo di coordinate universali), che differisce dalla media tempo solare non superiore a 1 secondo (con una precisione di ± 0,90 sec). Ogni anno l'ora UTC viene corretta di 1 secondo il 31 dicembre o il 30 giugno.
Nell'ultimo quarto del 20° secolo, oggetti astronomici extragalattici - quasar - erano già utilizzati ai fini della determinazione del Tempo Universale. Allo stesso tempo, il loro segnale radio a banda larga viene registrato su due radiotelescopi separati da migliaia di chilometri (interferometri radio di base molto lunghi - VLBI) in una scala sincronizzata di tempo atomico e standard di frequenza. Inoltre vengono utilizzati sistemi basati su osservazioni di satelliti (GPS - Global Positioning System, GLONASS - Global Navigation Satellite System e LLS - Laser Location of Satellites) e riflettori angolari installati sulla Luna (Laser Location of the Moon - LLL).
Concetti astronomici
Tempo astronomico. Fino al 1925, nella pratica astronomica, il momento del culmine superiore (mezzogiorno) del sole medio veniva preso come inizio del giorno solare medio. Tale tempo era chiamato astronomico medio o semplicemente astronomico. Come unità di misura è stato utilizzato il secondo solare medio. Dal 1 gennaio 1925 è stato sostituito dall'ora universale (UT)
Il tempo atomico (AT - Tempo atomico) è stato introdotto il 1 gennaio 1964. Come unità di tempo si assume un secondo atomico, pari all'intervallo di tempo durante il quale si verificano 9.192.631.770 oscillazioni, corrispondenti alla frequenza di irraggiamento tra due livelli della struttura iperfine dello stato fondamentale dell'atomo di cesio-133 in assenza di esterno campi magnetici. I vettori AT sono più di 200 standard di tempo atomico e frequenza situati in più di 30 paesi del mondo. Questi standard (orologi) vengono costantemente confrontati tra loro attraverso il sistema satellitare GPS / GLONASS, con l'aiuto del quale viene derivata la scala temporale atomica internazionale (TAI). Sulla base del confronto, si ritiene che la scala TAI non differisca dagli immaginari orologi assolutamente accurati di oltre 0,1 microsecondi all'anno. AT non è correlato al modo astronomico di determinare il tempo, basato sulla misurazione della velocità di rotazione terrestre, quindi, nel tempo, le scale AT e UT possono divergere di una quantità significativa. Per escluderlo dal 1 gennaio 1972, è stato introdotto il Tempo Coordinato Universale (UTC).
Il tempo universale (UT - Tempo universale) è stato utilizzato dal 1 gennaio 1925 al posto del tempo astronomico. Viene contato dal culmine inferiore del sole medio sul meridiano di Greenwich. Dal 1 gennaio 1956 sono state definite tre scale temporali universali:
UT0 - tempo universale, determinato sulla base di osservazioni astronomiche dirette, ad es. il tempo del meridiano istantaneo di Greenwich, la cui posizione del piano è caratterizzata dalla posizione istantanea dei poli terrestri;
UT1 è il tempo del meridiano medio di Greenwich, determinato dalla posizione media dei poli terrestri. Si differenzia da UT0 per le correzioni per lo spostamento del polo geografico dovuto allo spostamento del corpo terrestre rispetto al suo asse di rotazione;
UT2 è un tempo "smussato" di UT1, corretto per i cambiamenti stagionali nella velocità angolare di rotazione terrestre.
Tempo Coordinato Universale (UTC). UTC si basa sulla scala AT, che, se necessario, ma solo il 1 gennaio o il 1 luglio, può essere corretta inserendo un secondo aggiuntivo negativo o positivo in modo che la differenza tra UTC e UT1 non superi 0,8 secondi. scala temporale Federazione Russa UTC(SU) è riprodotto dallo standard di tempo e frequenza dello Stato ed è coerente con la scala dell'ufficio orario internazionale UTC. Attualmente (inizio 2005) TAI - UTC = 32 secondi. Esistono molti siti in cui è possibile rilevare l'ora esatta, ad esempio sul server dell'Ufficio internazionale dei pesi e delle misure (BIPM) http://www.bipm.fr/en/scientific/tai/time_server.html.
Un giorno siderale è l'intervallo di tempo tra due culmine successivi con lo stesso nome all'equinozio di primavera sullo stesso meridiano. Il momento del suo climax superiore è preso come l'inizio di una giornata siderale. C'è il tempo siderale vero e medio a seconda del punto dell'equinozio di primavera scelto. Il giorno siderale medio è pari a 23 ore.56 minuti 04.0905 secondi di un giorno solare medio.
Il vero tempo solare è un tempo irregolare determinato dal movimento del vero sole ed espresso in frazioni di un vero giorno solare. L'irregolarità del vero tempo solare (l'equazione del tempo) è dovuta a 1) l'inclinazione dell'eclittica rispetto all'equatore e 2) il movimento irregolare del sole lungo l'eclittica dovuto all'eccentricità dell'orbita terrestre.
Un vero giorno solare è l'intervallo di tempo tra due culmine successivi con lo stesso nome del vero sole sullo stesso meridiano. Il momento del climax inferiore (mezzanotte) del vero sole è considerato l'inizio di un vero giorno solare.
Il tempo solare medio è il tempo uniforme determinato dal movimento del sole medio. È stato utilizzato come standard di tempo uniforme con una scala di un secondo solare medio (1/86400 frazione di un giorno solare medio) fino al 1956.
Il giorno solare medio è l'intervallo di tempo tra due culmine successivi con lo stesso nome del sole medio sullo stesso meridiano. Il momento del climax inferiore (mezzanotte) del sole medio viene preso come inizio del giorno solare medio.
Il sole medio (equatoriale) è un punto fittizio sulla sfera celeste, che si muove uniformemente lungo l'equatore con la velocità media annuale del Sole vero lungo l'eclittica.
Il sole medio dell'eclittica è un punto fittizio sulla sfera celeste, che si muove uniformemente lungo l'eclittica con la velocità media annuale del vero sole. Il movimento del sole medio dell'eclittica lungo l'equatore non è uniforme.
L'equinozio di primavera è quello dei due punti di intersezione dell'equatore e dell'eclittica sulla sfera celeste, che in primavera passa il centro del sole. Ci sono punti veri (in movimento per precessione e nutazione) e medi (in movimento solo per precessione) dell'equinozio di primavera.
Un anno tropicale è il periodo di tempo tra due passaggi successivi del Sole medio punto medio l'equinozio di primavera è 365.24219879 giorni solari medi o 366.24219879 giorni siderali.
L'equazione del tempo è la differenza tra il tempo solare vero e il tempo solare medio. Raggiunge +16 minuti all'inizio di novembre e -14 minuti a metà febbraio. Pubblicato in Annuari astronomici.
Il tempo delle effemeridi (ET - Tempo delle effemeridi) è una variabile (argomento) indipendente nella meccanica celeste (teoria newtoniana del moto dei corpi celesti). Introdotto dal 1 gennaio 1960 negli annuari astronomici come più uniforme del Tempo universale, aggravato da irregolarità a lungo termine nella rotazione terrestre. Determinato dall'osservazione dei corpi sistema solare(principalmente la luna). L'unità di misura è l'effemeridi seconda come frazione 1/31556925.9747 dell'anno tropicale per il momento 1900 gennaio 0.12 ET, o, altrimenti, come frazione 1/86400 della durata del giorno solare medio per lo stesso momento.