Уақытты санау. Географиялық бойлықты анықтау. Күнтізбе. Алтыншы тарау. Дәл уақыттарды сақтау және тасымалдау Дәл уақыттарды сақтау және тасымалдау

Уақыт бойынша ұпай алу арқылы уақыт қызметінің бірінші міндеті ғана шешіледі. Келесі тапсырма - оның астрономиялық анықтамалары арасындағы аралықтарда дәл уақытты сақтау. Бұл тапсырма астрономиялық сағаттың көмегімен шешіледі.

Астрономиялық сағаттарды жасауда уақытты есептеудің жоғары дәлдігін алу үшін мүмкіндігінше қателіктердің барлық көздері есепке алынады және жойылады, олардың жұмыс істеуі үшін ең қолайлы жағдайлар жасалады.

Сағаттың ең маңызды бөлігі - маятник. Серіппелер мен дөңгелектер беріліс механизмі ретінде қызмет етеді, көрсеткілер - көрсетеді, ал маятник уақытты өлшейді. Сондықтан астрономиялық сағатта олар оның жұмыс істеуі үшін ең жақсы жағдайларды жасауға тырысады: бөлме температурасын тұрақты ету, соққыларды жою, ауаның кедергісін әлсірету және ең соңында механикалық жүктемені мүмкіндігінше азайту.

Жоғары дәлдікті қамтамасыз ету үшін астрономиялық сағат соққылардан қорғалған терең жертөлеге орналастырылған.Бөлме жыл бойы тұрақты температурада ұсталады. Ауа кедергісін азайту және атмосфералық қысымның өзгеруінің әсерін жою үшін сағат маятнигі ауа қысымы біршама төмендетілген корпусқа орналастырылады (Cурет 20).

Екі маятникті астрономиялық сағаттар (қысқа сағаттар) өте жоғары дәлдікке ие, олардың біреуі – бос емес, немесе «құл» беру және индикаторлық механизмдермен байланысты, ал өзі басқасы басқарылады – ешбір дөңгелекпен байланыспаған бос маятник. және серіппелер (сур. 21).

Бос маятник металл корпуста терең жертөледе орналастырылған. Бұл жағдайда қысымның төмендеуі байқалады. Бос маятник бос емеске екі кішкентай электромагнит арқылы қосылады, оның жанында тербеледі. Еркін маятник «құл» маятникті басқарады, оны өзімен бірге уақытында тербелуге мәжбүр етеді.

Өте кішкентай сағат қателеріне қол жеткізуге болады, бірақ оларды толығымен жою мүмкін емес. Алайда, сағат дұрыс жұмыс істемей тұрса, бірақ оның асығыс екені немесе күніне белгілі бір секундқа артта қалғаны алдын ала белгілі болса, онда мұндай дұрыс емес сағаттан нақты уақытты есептеу қиын емес. Ол үшін сағаттың қандай жұмыс істеп тұрғанын, яғни күніне қанша секунд асығыс немесе артта қалғанын білу жеткілікті. Түзету кестелері астрономиялық сағаттың берілген данасы үшін айлар мен жылдар бойына құрастырылады. Астрономиялық сағаттың тілі уақытты дәл көрсетпейді деуге болады, бірақ түзету кестелерінің көмегімен секундтың мыңнан бір бөлігі дәлдікпен уақыт белгілерін алуға әбден болады.

Өкінішке орай, сағат жиілігі тұрақты болып қалмайды. Сыртқы жағдайлар өзгерген кезде - бөлме температурасы мен ауа қысымы - бөлшектерді жасауда және жеке бөлшектердің жұмысында әрқашан болатын дәлсіздікке байланысты бір сағат уақыт өте келе өз бағытын өзгерте алады. Сағат барысындағы өзгеріс немесе вариация оның жұмыс сапасының негізгі көрсеткіші болып табылады. Сағат жиілігіндегі вариация неғұрлым аз болса, сағат соғұрлым жақсы болады.

Осылайша, жақсы астрономиялық сағат тым асығыс және тым баяу болуы мүмкін, ол тәулігіне секундтың оннан бір бөлігіне де алға немесе артта қалуы мүмкін, бірақ оны уақытты сенімді ұстау және оның мінез-құлқы дұрыс болған жағдайда жеткілікті дәл көрсеткіштерді алу үшін пайдалануға болады. тұрақты, яғни курстың күнделікті вариациясы аз.

Шорттың маятникті астрономиялық сағатында инсульттің тәуліктік вариациясы 0,001-0,003 сек. Ұзақ уақыт бойы мұндай жоғары дәлдік теңдесі жоқ болып қалды.Біздің ғасырдың 50-жылдарында инженер Ф.М.Федченко маятниктің ілінісуін жақсартып, оның жылулық компенсациясын жақсартты. Бұл оған инсульттің күнделікті вариациясы 0,0002-0,0003 секундқа дейін қысқартылған сағатты жобалауға мүмкіндік берді.

В Соңғы жылдарыастрономиялық сағаттардың құрылысымен енді механиктер емес, электриктер мен радиотехниктер айналысты. Олар уақытты санау үшін маятниктің тербелістерінің орнына кварц кристалының серпімді тербелісі қолданылған сағат жасады.

Тиісті түрде кесілген кварц кристалының қызықты қасиеттері бар. Егер пьезокварц деп аталатын мұндай пластина сығылған немесе майысқан болса, онда оның қарама-қарсы беттерінде әртүрлі таңбалы электр зарядтары пайда болады. Егер пьезокварц пластинкасының қарама-қарсы беттеріне айнымалы электр тогы берілсе, онда пьезокварц тербеледі. Тербелмелі құрылғының демпфері неғұрлым аз болса, тербеліс жиілігі соғұрлым тұрақты болады. Пьезокварц бұл жағынан өте жақсы қасиеттерге ие, өйткені оның тербелістерін азайту өте аз. Бұл радиотехникада радиотаратқыштардың тұрақты жиілігін сақтау үшін кеңінен қолданылады. Пьезоэлектрлік кварцтың сол қасиеті – тербеліс жиілігінің жоғары тұрақтылығы – өте дәл астрономиялық кварц сағатын жасауға мүмкіндік берді.

Кварц сағаты (22-сурет) пьезоэлектрлік кварцпен тұрақтандырылған радиотехникалық генератордан, жиілікті бөлу каскадтарынан, синхронды электр қозғалтқышынан және көрсеткіш көрсеткілері бар циферблаттан тұрады.

Радиотехникалық генератор жоғары жиілікті айнымалы токты тудырады, ал пьезоэлектрлік кварц өзінің тербелістерінің тұрақты жиілігін үлкен дәлдікпен сақтайды. Жиіліктерді бөлу каскадтарында айнымалы токтың жиілігі секундына бірнеше жүздеген мың тербелістерден бірнеше жүзге дейін азаяды. Төмен жиілікті айнымалы токпен жұмыс істейтін синхронды электр қозғалтқышы көрсеткіш көрсеткілерін айналдырады, уақыт сигналының релелерін жабады және т.б.

Синхронды электр қозғалтқышының айналу жылдамдығы ол берілетін айнымалы токтың жиілігіне байланысты. Осылайша, кварц сағаттарында индикаторлардың айналу жылдамдығы пьезоэлектрлік кварцтың тербеліс жиілігімен анықталады. Кварц пластинасының тербеліс жиілігінің жоғары тұрақтылығы курстың біркелкілігін және кварц астрономиялық сағатының көрсеткіштерінің жоғары дәлдігін қамтамасыз етеді.

Қазіргі уақытта кварц сағаттары шығарылуда әртүрлі түрлеріжәне инсульттің күнделікті вариациясы секундтың жүзден немесе тіпті мыңнан бір бөлігінен аспайтын тағайындаулар.

Кварц сағаттарының алғашқы конструкциялары өте көлемді болды. Өйткені, кварц пластинасының тербелістерінің табиғи жиілігі салыстырмалы түрде жоғары және секундтар мен минуттарды санау үшін оны жиілікті бөлу каскадтарының сериясын пайдаланып азайту керек. Сонымен қатар, бұл үшін қолданылатын шам радиоқұрылғылары көп орын алады. Соңғы онжылдықтарда жартылай өткізгішті радиотехника қарқынды дамып, оның негізінде миниатюралық және микроминиатюралық радиоаппаратуралар жасалды. Бұл теңіз және аэронавигация үшін, сондай-ақ әртүрлі экспедициялық жұмыстар үшін шағын өлшемді портативті кварц сағатын жасауға мүмкіндік берді. Бұл портативті кварц хронометрлері әдеттегі механикалық хронометрлердің өлшемі мен салмағынан аспайды.

Алайда, егер екінші класты механикалық теңіз хронометрінің тәуліктік қателігі ± 0,4 сек, ал бірінші класты - ± 0,2 сек аспайтын болса, онда қазіргі заманғы кварцты портативті хронометрлердің тәуліктік ауытқуы ± 0,1; ± 0,01 және тіпті ± 0,001 сек.

Мысалы, Швейцарияда шығарылған Хронотомның өлшемдері 245X137X100 мм, ал оның инсультінің тұрақсыздығы тәулігіне ± 0,02 секундтан аспайды. Стационарлық кварц хронометрі «Изотом» 10 -8 аспайтын ұзақ мерзімді салыстырмалы тұрақсыздыққа ие, яғни күнделікті вариация шамамен ± 0,001 сек қателікке ие.

Дегенмен, кварц сағаттарының елеулі кемшіліктері жоқ емес, олардың болуы жоғары дәлдіктегі астрономиялық өлшеулер үшін өте маңызды. Кварцтық астрономиялық сағаттардың негізгі кемшіліктері кварц тербеліс жиілігінің температураға тәуелділігі болып табылады. қоршаған ортажәне «кварцтың қартаюы», яғни уақыт бойынша оның тербеліс жиілігінің өзгеруі. Бірінші кемшілікті сағаттың кварц тақтасы орналасқан бөлігін мұқият термостаттау арқылы жеңді. Сағаттың баяу дрейфіне әкелетін кварцтың қартаюы әлі жойылған жоқ.

«Молекулалық сағат»

Маятниктік және кварцтық астрономиялық сағаттардан жоғары дәлдікпен уақыт интервалдарын өлшеуге арналған құрылғыны жасауға бола ма?

Бұл үшін қолайлы әдістерді іздеуде ғалымдар молекулалық тербеліс орын алатын жүйелерге жүгінді. Мұндай таңдау, әрине, кездейсоқ емес және ол әрі қарай табысқа жетуді алдын ала анықтады. «Молекулярлық сағаттар» алғашында уақытты өлшеудің дәлдігін мың есе, ал несиені жүздеген мың есе арттыруға мүмкіндік берді. Дегенмен, молекуладан уақыт көрсеткішіне дейінгі жол қиын және өте қиын болып шықты.

Неліктен маятник пен кварц астрономиялық сағаттарының дәлдігін жақсарту мүмкін болмады? Молекулалар маятниктер мен кварц пластиналарына қарағанда уақытты өлшеу тұрғысынан қалай жақсы? Молекулярлық сағаттың жұмыс істеу принципі мен құрылымы қандай?

Еске салайық, кез келген сағат периодты тербелістер орындалатын блоктан, олардың санын санауға арналған санау механизмінен және оларды ұстауға қажетті энергия жинақталатын құрылғыдан тұрады. Дегенмен, сағаттың дәлдігі негізінен сол элементтің жұмысының тұрақтылығына байланыстыбұл уақытты өлшейді.

Маятникті астрономиялық сағаттардың дәлдігін арттыру үшін олардың маятник термиялық кеңею коэффициенті ең аз арнайы қорытпадан жасалған, термостатқа орналастырылған, арнайы түрде ілінген, ауа сорылатын ыдыста орналасқан және т.б. астрономиялық. маятник тәулігіне секундтың мыңнан бір бөлігіне дейін жетеді. Дегенмен, қозғалатын және үйкеліс бөліктерінің біртіндеп тозуы, құрылымдық материалдардың баяу және қайтымсыз өзгеруі, жалпы алғанда, мұндай сағаттардың «қартаюы» олардың дәлдігін одан әрі жақсартуға мүмкіндік бермеді.

Астрономиялық кварц сағаттарында уақыт кварцпен тұрақтандырылған генератормен өлшенеді, ал бұл сағаттардың дәлдігі кварц пластинасының тербеліс жиілігінің тұрақтылығымен анықталады. Уақыт өте келе кварц пластинасында және онымен байланысты электрлік контактілерде қайтымсыз өзгерістер орын алады. Осылайша, бұл кварц сағатының жүргізушісі «қартаюда». Бұл жағдайда кварц пластинасының тербеліс жиілігі біршама өзгереді. Бұл мұндай сағаттардың тұрақсыздығының себебі және олардың дәлдігін одан әрі арттыруға шектеу қояды.

Молекулалық сағаттар олардың көрсеткіштері молекулалар жұтқан және шығаратын электромагниттік толқындардың жиілігімен анықталатындай етіп жасалған. Бұл ретте атомдар мен молекулалар энергияны тек үзік-үзік, белгілі бір бөліктерде ғана жұтып, энергия кванттары деп атайды. Бұл процестер қазіргі уақытта келесідей бейнеленген: атом қалыпты (қозбаған) күйде болғанда, оның электрондары төменгі энергетикалық деңгейлерді алады және бір уақытта ядродан ең жақын қашықтықта болады. Егер атомдар энергияны, мысалы, жарық энергиясын сіңірсе, онда олардың электрондары жаңа позицияларға секіреді және олардың ядроларынан біршама алыс орналасады.

Электронның ең төменгі орнына сәйкес келетін атом энергиясын Е арқылы және оның ядродан алыс орналасуына сәйкес келетін энергияны Е 2 арқылы белгілейік. Электромагниттік тербелістер шығаратын атомдар (мысалы, жарық) энергиясы E 2 қозылған күйден E 1 энергиясы бар қозбаған күйге өткенде, электромагниттік энергияның шығарылатын бөлігі ε = E 2 -E 1-ге тең болады. Жоғарыда келтірілген қатынас энергияның сақталу заңының бір көрінісінен басқа ештеңе емес екенін байқау қиын емес.

Бұл арада жарық квантының энергиясы оның жиілігіне пропорционал болатыны белгілі: ε = hv, мұндағы ε - электромагниттік тербелістердің энергиясы, v - олардың жиілігі, h = 6,62 * 10 -27 эрг * сек - Планк тұрақтысы. . Осы екі қатынастан атом шығаратын жарықтың v жиілігін табу қиын емес. Әлбетте, v = (E 2 - E 1) / h сек -1

Берілген типтегі әрбір атомның (мысалы, сутегі, оттегі және т.б.) өзінің энергетикалық деңгейлері болады. Демек, әрбір қоздырылған атом төменгі күйлерге өткенде белгілі бір жиіліктер жиынтығымен электромагниттік тербелістер шығарады, яғни ол тек соған люминесценциялық сипаттама береді. Жағдай молекулалармен де бірдей, жалғыз айырмашылығы, олардың құрамдас бөлшектерінің әртүрлі орналасуымен және олардың өзара қозғалысымен байланысты бірқатар қосымша энергия деңгейлері бар,

Осылайша, атомдар мен молекулалар тек шектеулі жиіліктегі электромагниттік тербелістерді жұтуға және шығаруға қабілетті. Бұл атомдық жүйелердің тұрақтылығы өте жоғары. Бұл тербелістердің белгілі бір түрлерін қабылдайтын немесе шығаратын кез келген макроскопиялық құрылғылардың тұрақтылығынан миллиардтаған есе жоғары, мысалы, ішектер, камертондар, микрофондар және т.б., олардың тұрақтылығын қамтамасыз ететін күштер көп жағдайда ондаған немесе жүздеген болады. сыртқы күштерден есе артық. Сондықтан, уақыт өте келе және сыртқы жағдайлардың өзгеруіне байланысты мұндай құрылғылардың қасиеттері біршама өзгереді. Сондықтан музыканттар өздерінің скрипкалары мен пианиноларын жиі баптауға мәжбүр. Керісінше, микрожүйелерде, мысалы, атомдар мен молекулаларда, оларды құрайтын бөлшектер арасында сондай үлкен күштер әрекет етеді, қарапайым сыртқы әсерлер шамасы жағынан әлдеқайда аз болады. Сондықтан сыртқы жағдайлардың әдеттегі өзгерістері - температура, қысым және т.б. - бұл микрожүйелердің ішінде айтарлықтай өзгерістерді тудырмайды.

Бұл спектрлік талдаудың осындай жоғары дәлдігін және атомдық және молекулалық тербелістерді қолдануға негізделген көптеген басқа әдістер мен құрылғыларды түсіндіреді. Бұл кванттық жүйелерді астрономиялық сағаттардың негізгі элементі ретінде пайдалануды соншалықты тартымды етеді. Өйткені, мұндай микрожүйелер уақыт өте келе қасиеттерін өзгертпейді, яғни олар «қартамайды».

Инженерлер молекулалық сағаттарды құрастыра бастағанда, атомдық және молекулалық тербелістерді қоздыратын әдістер бұрыннан белгілі болды. Олардың бірі - жоғары жиілікті электромагниттік тербелістер сол немесе басқа газ толтырылған ыдысқа беріледі. Егер бұл тербелістердің жиілігі осы бөлшектердің қозу энергиясына сәйкес келсе, онда электромагниттік энергияның резонанстық жұтылуы жүреді. Біраз уақыттан кейін (секундының миллионнан бір бөлігінен аз) қозған бөлшектер (атомдар мен молекулалар) өздігінен қозғалған күйден қалыпты күйге өтеді де, сонымен бірге олар электромагниттік энергияның кванттарын шығарады.

Мұндай сағатты құрастырудың келесі қадамы осы тербелістердің санын санау болуы керек сияқты, өйткені маятниктердің тербелістерінің саны маятник сағатында есептеледі. Алайда, мұндай түзу, «фронтальды» жол тым қиын болды. Өйткені, молекулалар шығаратын электромагниттік тербелістердің жиілігі өте жоғары. Мысалы, негізгі ауысулардың бірі үшін аммиак молекуласында ол секундына 23 870 129 000 кезеңді құрайды. Әртүрлі атомдар шығаратын электромагниттік тербелістердің жиілігі бірдей дәрежеде немесе одан да жоғары. Мұндай жоғары жиілікті тербелістердің санын санауға ешбір механикалық құрылғы жарамайды. Бұған қоса, кәдімгі электронды құрылғылар да бұл үшін жарамсыз болып шықты.

Бұл қиындықтан шығудың жолы бастапқы шешімнің көмегімен табылды. Аммиак газы ұзын металл түтікке (толқын өткізгіш) орналастырылды. Қолдануға ыңғайлы болу үшін бұл түтік ширатылған. Жоғары жиілікті электромагниттік тербелістер генератордан осы түтіктің бір ұшына беріліп, екінші ұшына олардың қарқындылығын өлшейтін құрылғы орнатылды. Генератор белгілі бір шектерде өзі қозғайтын электромагниттік тербелістердің жиілігін өзгертуге мүмкіндік берді.

Аммиак молекулаларының қозбаған күйден қозған күйге өтуі үшін нақты анықталған энергия және сәйкесінше электромагниттік тербелістердің нақты анықталған жиілігі қажет (ε = hv, мұндағы ε - кванттық энергия, v - жиілігі электромагниттік тербелістер, h – Планк тұрақтысы). Генератор тудыратын электромагниттік тербелістердің жиілігі осы резонанстық жиіліктен үлкен немесе аз болғанша, аммиак молекулалары энергияны сіңірмейді. Бұл жиіліктер сәйкес келген кезде аммиак молекулаларының едәуір саны электромагниттік энергияны жұтып, қозған күйге өтеді. Әрине, бұл жағдайда (энергияның сақталу заңының күшімен) өлшеуіш құрылғы орнатылған толқын өткізгіштің соңында электромагниттік тербелістердің қарқындылығы аз болып шығады. Егер сіз генератордың жиілігін біркелкі өзгертсеңіз және өлшеу құрылғысының көрсеткіштерін жазсаңыз, онда резонанстық жиілікте электромагниттік тербелістердің қарқындылығының төмендеуі анықталады.

Молекулярлық сағатты жобалаудағы келесі қадам дәл осы әсерді пайдалану болып табылады. Ол үшін арнайы құрылғы құрастырылды (Cурет 23). Онда қуат көзімен жабдықталған жоғары жиілікті генератор жоғары жиілікті электромагниттік тербелістерді тудырады. Осы тербелістердің жиілігінің тұрақтылығын арттыру үшін генераторды тұрақтандырады. пьезоэлектрлік кварцты қолдану. Осы типтегі қолданыстағы құрылғыларда жоғары жиілікті генератордың тербеліс жиілігі оларда қолданылатын кварц пластиналарының тербелістерінің табиғи жиілігіне сәйкес секундына бірнеше жүз мың периодқа тең таңдалады.

Күріш. 23. «Молекулярлық сағат» схемасы

Бұл жиілік кез келген механикалық құрылғыны тікелей басқару үшін тым жоғары болғандықтан, жиілікті бөлу блогының көмегімен ол секундына бірнеше жүз тербеліске дейін азаяды және содан кейін ғана сигнал релелеріне және көрсеткішті айналдыратын синхронды электр қозғалтқышына беріледі. сағат дискінде орналасқан көрсеткілер. Осылайша, молекулалық сағаттың бұл бөлігі бұрын сипатталған кварц сағатының үлгісіне сәйкес келеді.

Аммиак молекулаларын қоздыру үшін жоғары жиілікті генератор тудыратын электромагниттік толқындардың бір бөлігі айнымалы ток жиілік көбейткішіне беріледі (23-суретті қараңыз). Ондағы жиілікті көбейту коэффициенті оны резонансқа келтіру үшін таңдалады. Жиілік көбейткішінің шығысынан электромагниттік тербелістер аммиак газымен толқын өткізгішке беріледі. Толқын өткізгіштің шығысындағы құрылғы – дискриминатор – толқын өткізгіш арқылы өтетін электромагниттік тербелістердің қарқындылығын белгілейді және ол қоздыратын тербеліс жиілігін өзгерте отырып, жоғары жиілікті генераторға әсер етеді. Дискриминатор толқын өткізгіштің кірісіне резонанстықтан төмен жиіліктегі тербелістер келгенде, оның тербеліс жиілігін арттыра отырып, генераторды реттейтін етіп жасалған. Егер толқын өткізгіштің кірісіне резонанстық жиіліктен жоғары жиілігі бар тербелістер келсе, онда ол генератордың жиілігін азайтады. Бұл жағдайда резонансқа баптау неғұрлым дәл болса, сіңіру қисығы соғұрлым тік болады. Осылайша, электромагниттік тербелістердің олардың энергиясын молекулалардың резонанстық сіңіруіне байланысты қарқындылығының төмендеуі мүмкіндігінше тар және терең болғаны жөн.

Осы өзара байланысты құрылғылардың барлығы - генератор, көбейткіш, аммиак газының толқын өткізгіші және дискриминатор - тізбекті құрайды кері байланыс, онда аммиак молекулалары генератормен қоздырады және бір уақытта оны басқарады, оны қажетті жиіліктегі тербелістерді жасауға мәжбүр етеді. Осылайша, ақырында, молекулалық сағат аммиак молекулаларын жиілік пен уақыт үшін стандарт ретінде пайдаланады. 1953 жылы Г.Лионс осы принцип бойынша әзірлеген бірінші молекулалық аммиак сағатында курстың тұрақсыздығы шамамен 10 -7 болды, яғни жиіліктің өзгеруі он миллионнан аспайды. Кейіннен тұрақсыздық 10 -8-ге дейін төмендеді, бұл бірнеше жылдардағы уақыт аралығын 1 секундқа өлшеудегі қатеге сәйкес келеді.

Жалпы, бұл, әрине, тамаша дәлдік. Дегенмен, құрастырылған құрылғыда электромагниттік энергияны сіңіру қисығы күтілгендей өткір емес, бірақ біршама «жағынды» болып шықты. Тиісінше, бүкіл құрылғының дәлдігі күтілгеннен айтарлықтай төмен болды. Кейінгі жылдары жүргізілген бұл молекулалық сағатты мұқият зерттеу олардың көрсеткіштері белгілі бір дәрежеде толқын өткізгіштің конструкциясына, сондай-ақ ондағы газдың температурасы мен қысымына байланысты екенін анықтауға мүмкіндік берді. Дәл осы әсерлер мұндай сағаттардың жұмысындағы тұрақсыздықтың көзі болып табылатыны және олардың дәлдігін шектейтіні анықталды.

Кейіннен молекулалық сағаттың бұл ақаулары толығымен жойылмады. Дегенмен, кванттық уақыт өлшегіштерінің басқа да жетілдірілген түрлерін ойлап табуға болады.

Атомдық цезий сағаты

Аммиак молекулалық сағатының жетіспеушілігінің себептерін нақты түсіну негізінде жиілік пен уақыт стандарттарын одан әрі жақсартуға қол жеткізілді. Еске салайық, аммиак молекулалық сағаттарының негізгі кемшіліктері резонанстық жұтылу қисығының кейбір «жағындысы» және сағаттардың толқын өткізгіштегі газдың температурасы мен қысымына тәуелділігі болып табылады.

Бұл ақаулардың себептері қандай? Оларды жоюға бола ма? Резонанстың жағылуы толқын өткізгішті толтыратын газ бөлшектерінің жылулық қозғалысы нәтижесінде пайда болатыны анықталды. Өйткені, кейбір газ бөлшектері электромагниттік толқынға қарай жылжиды, сондықтан олар үшін тербеліс жиілігі генератор бергеннен сәл жоғары. Басқа газ бөлшектері, керісінше, келетін электромагниттік толқыннан қашып кеткендей қозғалады; олар үшін электромагниттік тербелістердің жиілігі номиналдыдан сәл төмен. Стационарлық газ бөлшектерінің салыстырмалы түрде өте аз саны үшін ғана олар қабылдайтын электромагниттік тербелістердің жиілігі номиналдыға тең, яғни. генератор арқылы беріледі.

Сипатталған құбылыс белгілі бойлық Доплер эффектісі болып табылады. Ол резонанс қисығының тегістелуіне және жағылуына әкеледі, ал толқын өткізгіштің шығысындағы токтың газ бөлшектерінің қозғалыс жылдамдығына тәуелділігі анықталады, т. газ температурасы бойынша.

Американдық стандарттар бюросының ғалымдар тобы бұл қиындықтарды жеңе алды. Дегенмен, олар бұрыннан белгілі нәрселерді пайдаланғанымен, жалпы алғанда, олар жиілік пен уақыт үшін жаңа және әлдеқайда дәл стандарт болды.

Бұл құрылғы енді молекулаларды емес, атомдарды пайдаланады. Бұл атомдар ыдысты толтырып қана қоймайды, сонымен қатар сәуледе қозғалады. Және олардың қозғалыс бағыты электромагниттік толқынның таралу бағытына перпендикуляр болуы үшін. Бұл жағдайда бойлық доплер эффектісі жоқ екенін түсіну оңай. Құрылғыда қозуы секундына 9 192 631 831 периодқа тең электромагниттік тербеліс жиілігінде болатын цезий атомдары қолданылады.

Сәйкес құрылғы түтікке орнатылған, оның бір ұшында металл цезийді булануға дейін қыздыратын электр пеші 1, ал екінші ұшында оған жеткен цезий атомдарының санын есептейтін детектор 6 ( 24-сурет). Олардың арасында: жоғары жиілікті электромагниттік тербелістерді қамтамасыз ететін бірінші магнит 2, толқын өткізгіш 3, коллиматор 4 және екінші магнит 5. Пешті қосқан кезде металл булары түтікке саңылау және тар сәуле арқылы атылады. Цезий атомдары тұрақты магниттер мен жоғары жиілікті магнит өрістерінің әсеріне жол бойында өз осінің бойымен ұшады электромагниттік өрістолқынның таралу бағыты бөлшектердің ұшу бағытына перпендикуляр болатындай етіп генератордан түтікке толқын өткізгіш арқылы беріледі.

Мұндай құрылғы есептің бірінші бөлігін шешуге мүмкіндік береді: атомдарды қоздыру, яғни оларды бір күйден екінші күйге көшіру және сонымен бірге бойлық доплер эффектісін болдырмау. Егер зерттеушілер тек осы жақсартумен шектелсе, онда құрылғының дәлдігі артады, бірақ көп емес. Шынында да, қыздыру көзінен шығарылатын атомдар шоғырында әрқашан қозбаған және қозғалған атомдар болады. Осылайша, көзден шығарылған атомдар электромагниттік өріс арқылы ұшып, қоздырылған кезде, бұрыннан бар қозған атомдарға белгілі бір қозған атомдар қосылады. Сондықтан қоздырылған атомдар санының өзгеруі салыстырмалы түрде онша үлкен емес, сондықтан электромагниттік толқындар әсерінің бөлшектер шоғына әсері онша айқын емес. Егер бастапқыда қоздырылған атомдар мүлде болмаса, кейін олар пайда болса, жалпы әсер әлдеқайда қарама-қарсы болатыны анық.

Сонымен, қосымша мәселе туындайды: көзден электромагниттік өріске дейінгі бөлікте қалыпты күйдегі атомдар өтіп, қозғандарды алып тастаңыз. Оны шешу үшін жаңа ештеңе ойлап табудың қажеті жоқ, өйткені біздің ғасырдың қырқыншы жылдары Рабби, содан кейін Рэмси спектроскопиялық зерттеулердің сәйкес әдістерін әзірледі. Бұл әдістер барлық атомдар мен молекулалардың белгілі бір электрлік және магниттік қасиетке ие болуына және бұл қасиеттердің қозған және қозбаған бөлшектер үшін әр түрлі болуына негізделген. Сондықтан электр және магнит өрістерінде қозғалған және қозбаған атомдар мен молекулалар әр түрлі бағытта ауытқиды.

Көзі мен жоғары жиілікті электромагниттік өріс арасындағы бөлшектер шоғырының жолындағы сипатталған атомдық цезий сағатында тұрақты магнит 2 (24-суретті қараңыз) қозбаған бөлшектер коллиматор саңылауына шоғырланатындай етіп орнатылды, ал толқығандары сәуледен шығарылды. Жоғары жиілікті электромагниттік өріс пен детектордың арасында тұрған екінші магнит 5, керісінше, қозбаған бөлшектер сәуледен шығарылып, тек қозғалған бөлшектер детекторға бағытталған. Бұл қос бөліну детекторға электромагниттік өріске енгенге дейін қозбаған, содан кейін осы өрісте қозған күйге өткен бөлшектердің ғана жетуіне әкеледі. Бұл жағдайда детектор көрсеткіштерінің электромагниттік тербеліс жиілігіне тәуелділігі өте өткір болып шығады және сәйкесінше электромагниттік энергияны жұтудың резонанстық қисығы өте тар және тік болып шығады.

Сипатталған шаралардың нәтижесінде атомдық цезий сағатының қозғаушы блогы тіпті жоғары жиілікті генератордың өте аз детулингіне де жауап бере алатын болып шықты, осылайша өте жоғары тұрақтандыру дәлдігіне қол жеткізілді.

Қалған құрылғы, жалпы алғанда, молекулалық сағат тұжырымдамасын қайталайды: жоғары жиілікті генератор электр сағатын басқарады және бір уақытта жиілікті көбейту тізбектері арқылы бөлшектерді қоздырады. Цезий түтігі мен жоғары жиілікті генераторға жалғанған дискриминатор түтіктің жұмысына әрекет етеді және генераторды ол тудыратын тербеліс жиілігі бөлшектердің қозу жиілігімен сәйкес келетіндей етіп реттейді.

Бұл құрылғының барлығы атомдық цезий сағаты деп аталады.

Цезий сағаттарының алғашқы үлгілерінде (мысалы, Англияның Ұлттық физикалық зертханасының цезий сағаты) тұрақсыздық тек 1-9 болды. Соңғы жылдары жасалған және жасалған осы типтегі құрылғыларда тұрақсыздық 10 -12 -10 -13 дейін төмендеді.

Бұған дейін ең жақсы механикалық астрономиялық сағаттардың өзі бөлшектерінің тозуына байланысты уақыт өте келе бағытын біршама өзгертетіні айтылған. Тіпті кварц астрономиялық сағатының да бұл кемшілігі жоқ, өйткені кварцтың қартаюына байланысты олардың көрсеткіштерінің баяу ауытқуы байқалады. Цезий атомдық сағаттарында жиіліктің ауытқуы табылған жоқ.

Бұл сағаттардың әртүрлі көшірмелерін бір-бірімен салыстыру кезінде олардың тербеліс жиілігі ± 3 * 10 -12 шегінде сәйкес келді, бұл 10 000 жылдағы 1 секундтың қателігіне сәйкес келеді.

Дегенмен, бұл құрылғының кемшіліктері де жоқ емес: электромагниттік өрістің пішінінің бұрмалануы және оның сәулелік атомдарға әсер етуінің салыстырмалы қысқа ұзақтығы осындай жүйелердің көмегімен уақыт аралығын өлшеу дәлдігін одан әрі арттыруды шектейді.

Кванттық генераторы бар астрономиялық сағат

Уақыт аралығын өлшеудің дәлдігін арттыру жолындағы тағы бір қадам қолдану арқылы жасалды молекулалық генераторлар- ол қолданылатын құрылғылар молекулалардың электромагниттік толқындарды шығаруы.

Бұл жаңалық күтпеген және қисынды болды. Күтпеген - өйткені ескі әдістердің мүмкіндіктері таусылғандай көрінді, ал басқалары жоқ. Табиғи - өйткені бірқатар белгілі әсерлер жаңа әдістің барлық дерлік бөліктерін құрады және бұл бөліктерді дұрыс біріктіру ғана қалды. Дегенмен, белгілі заттардың жаңа комбинациясы көптеген жаңалықтардың мәні болып табылады. Оны ойлап табу үшін ойлау әрқашан үлкен батылдықты қажет етеді. Көбінесе бұл әрекеттен кейін бәрі өте қарапайым болып көрінеді.

Жиілік эталонын алу үшін молекулалық сәулелену қолданылатын құрылғылар мазер деп аталады; бұл сөз өрнектің бастапқы әріптерінен жасалған: стимуляцияланған сәуле шығару арқылы микротолқынды күшейту, яғни индукцияланған сәулеленуді пайдалана отырып, сантиметрлік диапазондағы радиотолқындарды күшейту. Қазіргі уақытта мұндай типтегі құрылғылар көбінесе кванттық күшейткіштер немесе кванттық генераторлар деп аталады.

Кванттық генератордың ашылуына не себеп болды? Оның жұмыс істеу принципі мен құрылымы қандай?

Зерттеушілер аммиак сияқты қоздырылған молекулалар энергия деңгейін төмендетіп, электромагниттік сәуле шығарғанда, бұл эмиссиялық сызықтардың табиғи ені өте аз, кез келген жағдайда молекулалық сағаттарда қолданылатын сіңіру сызығының енінен бірнеше есе аз. Сонымен қатар, екі тербеліс жиілігін салыстыру кезінде резонанс қисығының анықтығы спектрлік сызықтардың еніне байланысты, ал тұрақтандырудың қол жеткізу дәлдігі резонанс қисығының анықтығына байланысты.

Зерттеушілерді тек сіңіруді ғана емес, сонымен қатар молекулалар арқылы электромагниттік толқындардың сәулеленуін пайдалана отырып, уақыт аралығын өлшеудің жоғары дәлдігіне қол жеткізу мүмкіндігі ерекше қызығушылық танытқаны анық. Бұл үшін бәрі бар сияқты. Шынында да, молекулалық сағаттың толқынбағдарламасында қозғалған аммиак молекулалары өздігінен жарықтандырылады, яғни олар төменгі энергетикалық деңгейге өтеді және бір уақытта секундына 23 870 129 000 период жиілігімен электромагниттік сәуле шығарады. Бұл сәулелену спектрлік сызығының ені шынымен де өте аз. Сонымен қатар, молекулалық сағаттың толқын өткізгіші генератордан берілетін электромагниттік тербелістермен толтырылғандықтан және бұл тербелістердің жиілігі аммиак молекулалары шығаратын энергия кванттарының жиілігіне тең болғандықтан, толқын өткізгіште пайда болады. индукцияланғанқоздырылған аммиак молекулаларының шығарылуы, олардың ықтималдығы өздігінен пайда болғаннан әлдеқайда көп. Осылайша, бұл процесс радиациялық оқиғалардың жалпы санын арттырады.

Осыған қарамастан, молекулалық сағаттық толқын өткізгіш типті жүйе молекулалық сәулеленуді бақылау және пайдалану үшін мүлдем жарамсыз болып шықты. Шынында да, мұндай толқын өткізгіште қозғанға қарағанда қозбаған аммиак бөлшектері әлдеқайда көп, тіпті индукцияланған сәулеленуді ескере отырып, электромагниттік энергияны жұту актілері эмиссия актілеріне қарағанда әлдеқайда жиі орын алады. Сонымен қатар, генератордан бірдей көлемді электромагниттік сәулеленумен толтырған кезде, мұндай толқын өткізгіште молекулалар шығаратын энергия кванттарын қалай бөлуге болатыны түсініксіз және бұл сәулелену бірдей жиілікте және әлдеқайда жоғары қарқындылыққа ие.

Бір қарағанда, қажеттісін бөліп көрсету мүмкін болмайтындай болып көрінетін процестердің бәрі араласып кеткені рас емес пе? Алайда олай емес. Өйткені, қозған молекулалардың электрлік және магниттік қасиеттері бойынша қозбағандардан ерекшеленетіні белгілі және бұл оларды бөлуге мүмкіндік береді.

1954-1955 жж. бұл мәселені КСРО-да Н.Г.Басов пен А.М.Прохоров және АҚШ-та Гордон, Зейгер және Таунс тамаша шешті. Бұл авторлар қозған және қозбаған аммиак молекулаларының электрлік күйі біршама басқаша болатынын және біртекті емес электр өрісі арқылы ұшып бара жатқанда олардың әртүрлі тәсілдермен ауытқитынын пайдаланды.

* (Дж.Сингер, Масерс, IL, М., 1961; Басов Н.Г., Летохов В.С., Оптикалық жиілік стандарттары, Физ. 4, 1968 ж.)

Еске салайық, біркелкі электр өрісі екі электр зарядталған параллель пластиналар арасында жасалады, мысалы, конденсатор пластиналары; зарядталған пластина мен нүкте немесе екі зарядталған нүкте арасында – біртекті емес. Егер бейнелейтін болса электр өрістерікүш сызықтарының көмегімен, содан кейін біртекті өрістер бірдей тығыздықтағы сызықтармен, ал біркелкі емес өрістер бірдей емес тығыздықтағы сызықтармен бейнеленеді, мысалы, жазықтықта аз және ұшында үлкенірек, онда түзулер біріктіріледі. . Бір немесе басқа түрдегі біртекті емес электр өрістерін алу әдістері бұрыннан белгілі.

Молекулярлық генератор - молекулалар көзінің, электрлік сепаратордың және резонатордың қосындысы, олардың барлығы ауа сорылатын түтікке жиналған. Терең салқындату үшін бұл түтік сұйық азотқа орналастырылады. Бұл бүкіл құрылғының жоғары тұрақтылығына қол жеткізеді. Молекулалық генератордағы бөлшектердің көзі аммиак газымен толтырылған тар саңылаулы баллон болып табылады. Бұл тесік арқылы түтікке белгілі бір жылдамдықпен бөлшектердің тар шоғы түседі (25, а-сурет).

Сәуледе әрқашан қозбаған және қозғалған аммиак молекулалары болады. Дегенмен, әдетте толқудан гөрі толқусыз адамдар көп болады. Түтікте, осы бөлшектердің жолында төрт өзекшеден тұратын электр зарядталған конденсатор бар - төрт полюсті конденсатор деп аталады. Онда электр өрісі біртекті емес және оның пішіні (25, б-сурет) бар, ол арқылы өткенде қозбаған аммиак молекулалары екі жаққа шашырап, ал қозғандары түтік осіне ауытқиды, осылайша фокусталады. Сондықтан мұндай конденсаторда бөлшектердің бөлінуі жүреді және тек қозғалған аммиак молекулалары түтіктің екінші ұшына жетеді.

Түтіктің осы екінші ұшында белгілі бір өлшем мен пішіндегі ыдыс бар - резонатор деп аталады. Оған енгеннен кейін қозғалған аммиак молекулалары аз уақыт өткеннен кейін өздігінен қозғалған күйден қозбаған күйге өтеді және сонымен бірге белгілі бір жиіліктегі электромагниттік толқындар шығарады. Бұл процесс жарықтандырылған деп айтылады. Осылайша, молекулалық сәулеленуді алуға ғана емес, оны оқшаулауға да болады.

Осы идеялардың одан әрі дамуын қарастырайық. Резонанстық жиіліктің электромагниттік сәулеленуі қозбаған молекулалармен әрекеттесіп, оларды қозған күйге ауыстырады. Дәл осындай сәулелену қоздырылған молекулалармен әрекеттесе отырып, оларды қозбаған күйге ауыстырады, осылайша олардың сәулеленуін ынталандырады. Қандай молекулалар көп, қозбаған немесе қозғалғанына байланысты электромагниттік энергияның жұтылу немесе индукцияланған эмиссия процесі басым болады.

Белгілі бір көлемде, мысалы, резонаторды, қозғалған аммиак молекулаларының айтарлықтай басымдығын жасап, оған резонанстық жиіліктің электромагниттік тербелістерін бере отырып, ультра жоғары жиілікті күшейтуге болады. Бұл күшейту қозған аммиак молекулаларының резонаторға үздіксіз айдалуынан болатыны анық.

Резонатордың рөлі тек қозған молекулалардың эмиссиясы болатын ыдыс болуымен ғана шектелмейді. Резонанстық жиіліктің электромагниттік сәулеленуі қозған молекулалардың сәулеленуін ынталандыратындықтан, бұл сәулеленудің тығыздығы неғұрлым жоғары болса, индукцияланған сәулеленудің бұл процесі соғұрлым белсенді түрде жүреді.

Осы электромагниттік тербелістердің толқын ұзындығына сәйкес резонатордың өлшемдерін таңдай отырып, онда тұрақты толқындардың пайда болуына жағдай жасауға болады (тұрақты толқындардың пайда болуы үшін орган құбырларының өлшемдерін таңдауға ұқсас). олардағы сәйкес серпімді дыбыс тербелістері). Резонатор қабырғаларын қолайлы материалдан жасау арқылы олардың электромагниттік тербелістерді ең аз шығынмен көрсетуін қамтамасыз етуге болады. Бұл екі шара да резонаторда электромагниттік энергияның жоғары тығыздығын жасауға және осылайша тұтастай алғанда бүкіл құрылғының тиімділігін арттыруға мүмкіндік береді.

Барлық қалған нәрселер тең болған жағдайда, бұл құрылғыдағы күшейту неғұрлым үлкен болса, қозған молекулалардың ағынының тығыздығы соғұрлым жоғары болады. Бір қызығы, қоздырылған молекулалар ағынының жеткілікті жоғары тығыздығы және резонатордың қолайлы параметрлері кезінде молекулалардың сәулелену қарқындылығы әртүрлі энергия шығындарын жабу үшін жеткілікті жоғары болады, ал күшейткіш микротолқынды тербелістердің молекулалық генераторына айналады. кванттық генератор деп аталады. Бұл жағдайда резонаторға жоғары жиілікті электромагниттік энергияны беру қажет емес. Кейбір қозған бөлшектердің индукциялық сәуле шығару процесі басқаларының эмиссиясымен қамтамасыз етіледі. Сонымен қатар, қолайлы жағдайларда электромагниттік энергияның генерациялану процесі оның бір бөлігі жағына бұрылған жағдайда да үзілмейді.

Тұрақтылығы өте жоғары кванттық генератор Ол қатаң анықталған жиіліктегі жоғары жиілікті электромагниттік тербелістерді береді және уақыт аралығын өлшеу үшін пайдаланылуы мүмкін. Бұл жағдайда оның үздіксіз жұмыс істеуінің қажеті жоқ. Белгілі бір уақыт аралығында астрономиялық сағаттың электр генераторының жиілігін осы молекулалық жиілік стандартымен салыстырып, қажет болған жағдайда түзетуді енгізу жеткілікті.

Молекулярлық аммиак генераторы түзетілген астрономиялық сағат 1950 жылдардың соңында жасалды. Олардың қысқа мерзімді тұрақсыздығы 1 минутта 10 -12-ден аспады, ал ұзақ мерзімді тұрақсыздық шамамен 10 -10 болды, бұл бірнеше жүз жылдардағы уақыт интервалдарын тек 1 секундқа санаудағы бұрмалауға сәйкес келеді.

Жиілік пен уақыт нормаларын одан әрі жетілдіру сол идеялар негізінде және жұмыс ортасы ретінде кейбір басқа бөлшектерді, мысалы, таллий мен сутегін пайдалану негізінде қол жеткізілді. Сонымен бірге, 60-шы жылдардың басында Голденберг, Клепнер және Рамси әзірлеген және салған сутегі атомдарының шоғырында жұмыс істейтін кванттық генератор ерекше перспективалы болып шықты. Бұл генератор сонымен қатар қолайлы хладагентке батырылған түтікке (Cурет 26) орнатылған бөлшектер көзінен, сепаратордан және резонатордан тұрады. Көз сутегі атомдарының шоғын шығарады. Бұл сәуленің құрамында қозбаған және қозғалған сутегі атомдары бар және қозбаған атомдар қозғалғандарға қарағанда әлдеқайда көп.

Қозған сутегі атомдары қозбаған атомдардан магниттік күйінде (магниттік момент) ерекшеленетіндіктен, оларды бөлу үшін енді электрлік емес, жұп магниттер жасаған магнит өрісі пайдаланылады. Сутегі генераторының резонаторының да елеулі ерекшеліктері бар. Ол ішкі қабырғалары парафинмен жабылған балқытылған кварц колбасы түрінде жасалады. Парафин қабатынан сутегі атомдарының бірнеше рет (10 000-ға жуық) серпімді шағылысуына байланысты бөлшектердің ұшу ұзақтығы және сәйкесінше олардың резонаторда болу уақыты молекулалық генератормен салыстырғанда мың есе артады. Осылайша, сутегі атомдарының сәулеленуінің өте тар спектрлік сызықтарын алуға және молекулалық генератормен салыстырғанда бүкіл құрылғының тұрақсыздығын мың есе азайтуға болады.

Сутегі кванттық генераторы бар астрономиялық сағаттардың заманауи конструкциялары өнімділігі бойынша цезий атомдық сәулесінің стандартынан асып түсті. Оларда жүйелі дрейф табылған жоқ... Олардың қысқа мерзімді тұрақсыздығы минутына тек 6 * 10 -14, ал ұзақ мерзімді - тәулігіне 2 * 10 -14, бұл цезий стандартынан он есе аз. Сутегі кванттық генераторы бар сағаттың қайталануы ± 5 * 10 -13, ал цезий стандартының қайталануы ± 3 * 10 -12. Демек, сутегі генераторы бұл жағынан шамамен он есе жақсы. Осылайша, сутегі астрономиялық сағатының көмегімен шамамен жүз мың жыл аралықта 1 секунд ретті уақытты өлшеу дәлдігін қамтамасыз етуге болады.

Сонымен қатар, соңғы жылдардағы бірқатар зерттеулер атомдық-сәулелік генераторлар негізінде қол жеткізілген уақыт интервалдарын өлшеудің бұл жоғары дәлдігі әлі шектелмейтінін және оны арттыруға болатынын көрсетті.

Уақытты дәл беру

Уақыт қызметінің міндеті нақты уақытты алу және сақтаумен шектелмейді. Оның бірдей маңызды бөлігі - дәл уақытты беруді ұйымдастыру, бұл дәлдік жоғалмайды.

Ескі күндерде уақыт сигналдарын беру механикалық, дыбыстық немесе жарық құрылғыларының көмегімен жүзеге асырылды. Петербургте дәл түсте зеңбірек атылды; сонымен қатар сіздің сағаттарыңызды қазіргі Д.И.Менделеев атындағы Метрология институтының мұнара сағатымен салыстыруға болады. Теңіз порттарында уақыт сигналы ретінде құлап жатқан доп пайдаланылды. Портқа түйістірілген кемелерден дәл түскі уақытта шардың арнайы діңгек басынан қалай құлап, аяғына құлағанын көруге болатын.

Қазіргі қарқынды өмірдің қалыпты ағымы үшін өте маңызды міндетдәл уақытты қамтамасыз етуді білдіреді темір жолдар, пошта, телеграф және үлкен қалалар... Ол астрономиялық-географиялық жұмыстардағыдай жоғары дәлдікті қажет етпейді, бірақ минут дәлдігімен қаланың барлық жерінде, кең байтақ еліміздің түкпір-түкпірінде барлық сағаттар уақытты бірдей көрсетуі қажет. Бұл тапсырма әдетте электр сағатымен орындалады.

Темір жол және байланыс мекемелерінің сағат өнеркәсібінде, заманауи қаланың сағат өнеркәсібінде электр сағаттары маңызды рөл атқарады. Олардың құрылғысы өте қарапайым, соған қарамастан бір минуттық дәлдікпен олар қаланың барлық нүктелерінде бірдей уақытты көрсетеді.

Электрлік сағаттар негізгі және қосалқы болып табылады. Бастапқы электр сағаттарында маятник, дөңгелектер, қашу бар және нақты уақыт өлшегіштері бар. Екінші реттік электр сағаттары тек индикаторлар болып табылады: оларда сағат механизмі жоқ, бірақ қолды минутына бір рет жылжытатын салыстырмалы түрде қарапайым құрылғы ғана бар (Cурет 27). Токтың әрбір ашылуы кезінде электромагнит якорьді босатады және арматураға бекітілген «ит» ратчет дөңгелегіне сүйеніп, оны бір тіске айналдырады. Электр тогының сигналдары орталық параметрден немесе негізгі электр сағатынан қосымша сағатқа беріледі. Соңғы жылдары дыбыстық фильмдер принципі бойынша жасалған сөйлейтін сағаттар пайда болды, олар тек көрсетіп қана қоймайды, сонымен қатар уақытты да көрсетеді.

Тасымалдау үшін нақты уақытҚазіргі уақытта негізінен телефон, телеграф және радио арқылы жіберілетін электрлік сигналдар. Соңғы онжылдықтарда оларды беру техникасы жетілдірілді, сәйкесінше дәлдік өсті. 1904 жылы Бигурдан Париж обсерваториясынан 0,02-0,03 сек дәлдікпен Монсури обсерваториясына қабылданған ырғақты уақыт сигналдарын берді. 1905 жылы Вашингтон теңіз обсерваториясы уақыт сигналдарын жүйелі түрде жіберуді бастады, 1908 жылы ритмдік уақыт сигналдары Эйфель мұнарасынан, ал 1912 жылдан бастап Гринвич обсерваториясынан беріле бастады.

Қазіргі уақытта дәл уақыт сигналдарын беру көптеген елдерде жүзеге асырылады. КСРО-да мұндай хабарларды Мемлекеттік астрономиялық институт жүргізеді. П.К.Штернберг, сондай-ақ басқа да бірқатар ұйымдар. Сонымен бірге күн уақытының орташа көрсеткіштерін радио арқылы беру үшін әртүрлі бағдарламалар қатары қолданылады. Мысалы, хабар тарату уақыты сигнал беру бағдарламасы әр сағаттың соңында беріледі және алты қысқа импульстен тұрады. Олардың соңғысының басы осы немесе басқа сағат және 00 мин 00 сек уақытына сәйкес келеді. Теңізде және аэронавигацияда 60 импульстің бес сериясының және ұзын сигналдармен бөлінген алты қысқа сигналдың үш сериясының бағдарламасы қолданылады. Сонымен қатар, уақыт сигнализациясының бірқатар арнайы бағдарламалары бар. Әртүрлі арнайы уақыт сигнализациясы бағдарламалары туралы ақпарат арнайы басылымдарда жарияланады.

Трансляциялық бағдарламалар үшін уақыт сигналдарын берудегі қате шамамен ± 0,01 - 0,001 сек, ал кейбір ерекшелері үшін ± 10 -4 және тіпті ± 10 -5 сек. Осылайша, қазіргі уақытта уақытты өте жоғары дәлдікпен қабылдауға, сақтауға және беруге мүмкіндік беретін әдістер мен құрылғылар әзірленді.

Соңғы уақытта нақты уақытты сақтау және беру саласында айтарлықтай жаңа идеялар енгізілді. Кез келген аумақтың бірқатар нүктелерінде осы сағаттардың барлығы жыл бойы үздіксіз жұмыс істеген жағдайда тұрған сағаттардың көрсеткіштерінің дәлдігі ± 30 секундтан кем болмауы керек делік. Мұндай талаптар, мысалы, қалалық және теміржол сағаттарына қатысты. Талаптар өте қатал емес, алайда оларды автономды сағаттардың көмегімен орындау үшін әрбір сағаттың тәуліктік жылдамдығы ± 0,1 секундтан жоғары болуы керек және бұл дәл кварц хронометрлерін қажет етеді.

Сонымен қатар, егер бұл мәселені шешу үшін пайдаланылса әмбебап уақыт жүйесі, бастапқы сағаттардан және байланысты қосымша сағаттардың үлкен санынан тұратын болса, онда тек негізгі сағаттар жоғары дәлдікке ие болуы керек. Демек, тіпті бастапқы сағаттар үшін шығындардың жоғарылауымен және сәйкесінше қосымша сағаттардың төмен шығындарымен салыстырмалы түрде төмен жалпы шығындармен бүкіл жүйеде жақсы дәлдікті қамтамасыз етуге болады.

Әрине, бұл жағдайда қосымша сағаттың өзі қателіктер жібермейтініне көз жеткізу керек. Бұрын сипатталған ротчет дөңгелегі мен табаны бар қосымша сағаттар сигнал бойынша минутына бір рет қол қозғалады, кейде дұрыс жұмыс істемейді. Оның үстіне, уақыт өте келе олардың оқуындағы қате жинақталады. Заманауи қосалқы сағаттарда көрсеткіштерді тексерудің және түзетудің әртүрлі түрлері қолданылады. Одан да жоғары дәлдікті өнеркәсіптік жиіліктің (50 Гц) ауыспалы тогын қолданатын, жиілігі қатаң тұрақтандырылған қайталама сағаттар қамтамасыз етеді. Бұл сағаттың негізгі бөлігі айнымалы токпен басқарылатын синхронды электр қозғалтқышы болып табылады. Осылайша, бұл сағатта айнымалы токтың өзі 0,02 сек қайталау кезеңімен үздіксіз уақыт сигналы болып табылады.

Қазіргі уақытта атомдық сағаттардың бүкіләлемдік синхронизациясы (WOSAC; аты сөздердің бірінші әріптерінен жасалған: World-wide Schronization of Atomic Clocks) құрылды. Бұл жүйенің негізгі бастапқы сағаты Римде, Нью-Йорк, АҚШ-та орналасқан және үш атомдық хроннан (атомдық цезий сағаттары) тұрады, олардың көрсеткіштері орташаланған. Осылайша, (1-3) * 10 -11 тең уақытты анықтау дәлдігі қамтамасыз етіледі. Бұл негізгі сағат екінші реттік сағаттардың дүниежүзілік желісімен байланысты.

Сынақ WOZAK арқылы нақты уақыт сигналдарын Нью-Йорк штатынан (АҚШ) Оаху аралына (Гавайи), яғни шамамен 30 000 км-ге жіберу кезінде уақыт көрсеткіштері 3 микросекунд дәлдігімен тураланғанын көрсетті.

Бүгінгі күні қол жеткізілген уақыт белгілерін сақтау мен берудің жоғары дәлдігі алыс қашықтыққа ғарыштық навигацияның күрделі және жаңа мәселелерін, сондай-ақ ескі болса да, жер қыртысының қозғалысы туралы маңызды және қызықты сұрақтарды шешуге мүмкіндік береді. .

Материктер қай жерде жүзеді?

Енді алдыңғы тарауда сипатталған материктердің қозғалысы туралы мәселеге оралуға болады. Мұның бәрі қызықтырақ, өйткені Вегенер шығармалары пайда болғаннан бастап біздің заманымызға дейін өткен жарты ғасырда бұл идеялар төңірегінде ғылыми пікірталас әлі басылған жоқ. Мысалы, В.Мунк пен Г.Макдональд 1960 жылы былай деп жазды: «Вегенердің кейбір деректері даусыз, бірақ оның дәлелдерінің көпшілігі толығымен ерікті болжамдарға негізделген». Ал одан әрі: «Материктердің үлкен ығысулары телеграфты ойлап тапқанға дейін, орташа ығысулар – радионы ойлап тапқанға дейін болды, содан кейін іс жүзінде ешқандай жылжу байқалмады».

Бұл каустикалық ескертулер, кем дегенде, олардың бірінші бөлігінде негізсіз емес. Шынында да, Вегепер мен оның әріптестері Гренландияға жасаған экспедицияларында (олардың бірінде Вегенер қайғылы түрде қайтыс болды) бір уақытта жасаған бойлық өлшемдер тапсырманы қатаң шешу үшін жеткіліксіз дәлдікпен орындалды. Мұны оның замандастары да атап өтті.

Материктердің қозғалысы теориясын оның қазіргі нұсқасындағы ең сенімді жақтаушылардың бірі П.Н.Кропоткин болып табылады. 1962 жылы ол былай деп жазды: «Палеомагниттік және геологиялық деректер мезозой және кайнозой дәуірінде жер қыртысының қозғалысының лейтмотиві ежелгі екі континенттің - Лавразия мен Гондвананың бөлшектенуі және олардың бөліктерінің таралу болғанын көрсетеді. Тынық мұхитыжәне Тетис геосинклинальды белдеуіне дейін."Еске салайық, Лавразия Солтүстік Американы, Гренландияны, Еуропаны және Азияның бүкіл солтүстік жартысын, Гондвана - оңтүстік материктерді және Үндістанды қамтыды. Тетис мұхиты Жерорта теңізінен Альпі, Кавказ және Гималай таулары арқылы созылды. Индонезияға.

Сол автор одан әрі былай деп жазды: «Гондвананың біртұтастығы қазір кембрийге дейінгі кезеңнен бордың ортасына дейін байқалады және оның бөлшектенуі қазір палеозойда басталып, бор дәуірінің ортасынан бастап ерекше үлкен масштабқа жеткен ұзақ процесс сияқты көрінеді. Сол уақыттан бері 80 миллион жыл өтті. Демек, Африка мен Оңтүстік Америка арасындағы қашықтық жылына 6 см жылдамдықпен өсті. Дәл осындай жылдамдық Үндістанның оңтүстік жарты шардан солтүстікке қарай қозғалысы үшін палеомагниттік деректерден алынған " . П.Н.Кропоткин палеомагниттік мәліметтерді пайдалана отырып, бұрынғы уақытта материктердің орналасуын қалпына келтіргеннен кейін «бұл кезде материктер шынымен де Вегенериялық бастапқы континенттік платформаның контурына ұқсайтын блокқа біріктірілген» деген қорытындыға келді.

Сонымен, әртүрлі әдістермен алынған мәліметтердің қосындысы материктердің қазіргі орналасуы мен олардың сұлбалары сонау өткен заманда континенттік блоктардың бірқатар бұзылыстары мен елеулі қозғалысы нәтижесінде қалыптасқанын көрсетеді.

Материктердің қазіргі қозғалысы туралы мәселе жеткілікті дәлдікпен жүргізілген бойлық зерттеулердің нәтижелері негізінде шешіледі. Бұл жағдайда нені білдіреді жеткілікті дәлдік, мысалы, Вашингтон ендігінде бойлықтың секундтың он мыңнан біріне өзгеруі 0,3 см ығысуға сәйкес келетіндігінен көрінеді. жылына шамамен 1 м құрайды, ал қазіргі уақыт қызметтері Қазірдің өзінде секундтың мыңнан және он мыңнан бір бөлігін дәлдікпен уақытты сақтау және беру уақытындағы нүктелердің анықтамасы бар болғандықтан, сенімді нәтижелерге қол жеткізу үшін жеткілікті. бірнеше жыл немесе бірнеше ондаған жылдар аралықпен тиісті өлшемдерді жүргізу.

Осы мақсатта 1926 жылы 32 бақылау пунктінің желісі құрылып, астрономиялық бойлық зерттеулер жүргізілді. 1933 жылы қайталанған астрономиялық бойлық зерттеулер жүргізіліп, қазірдің өзінде 71 обсерватория жұмысқа қосылды. Жақсы заманауи деңгейде жүргізілген бұл өлшеулер өте ұзақ уақыт аралығы болмаса да (7 жыл), атап айтқанда, Америка Вегенер ойлағандай Еуропадан жылына 1 м алыстап кетпей, жақындап келе жатқанын көрсетті. ол жылына шамамен 60 см.

Осылайша, өте дәл бойлық өлшемдердің көмегімен үлкен континенттік тастардың заманауи қозғалысының болуы расталды. Сонымен қатар, бұл континенттік блоктардың жекелеген бөліктерінде сәл өзгеше қозғалыстар бар екенін анықтауға болады.

Әрбір астрономиялық бақылау оның орындалу уақыты туралы деректермен бірге жүруі керек. Уақыт бойынша моменттің дәлдігі байқалатын құбылыстың талаптары мен қасиеттеріне байланысты әртүрлі болуы мүмкін. Мәселен, мысалы, метеорлар мен айнымалы жұлдыздарды қарапайым бақылауда бір минуттық дәлдікпен сәтті білу жеткілікті. Күннің тұтылуын бақылау, жұлдыздардың Аймен жабылуы, атап айтқанда, Жердің жасанды серіктерінің қозғалысын бақылау сәттерді секундтың оннан бір бөлігінен кем емес дәлдікпен белгілеуді талап етеді. Аспан сферасының тәуліктік айналуын дәл астрометриялық бақылаулар уақыт моменттерін 0,01 және тіпті 0,005 секунд дәлдікпен тіркеудің арнайы әдістерін қолдануға мәжбүр етеді!

Сондықтан тәжірибелік астрономияның негізгі міндеттерінің бірі бақылаулардан нақты уақытты алу, оны сақтау және уақыт туралы мәліметтерді тұтынушыларға жеткізу болып табылады.

Уақытты сақтау үшін астрономдарда өте дәл сағаттар бар, олар үнемі тексеріліп, арнайы аспаптардың көмегімен жұлдыздардың шарықтау сәттерін анықтайды. Радио арқылы дәл уақыт сигналдарын беру оларға дүниежүзілік Time Service ұйымдастыруға мүмкіндік берді, яғни осы түрдегі бақылаулармен айналысатын барлық обсерваторияларды бір жүйеге қосуға мүмкіндік берді.

Уақыт қызметтерінің жауапкершілігі нақты уақыт сигналдарын таратудан басқа, барлық радио тыңдаушыларға жақсы таныс жеңілдетілген сигналдарды беруді қамтиды. Бұл жаңа сағаттың басталуына дейін берілетін алты қысқа сигнал, «нүктелер». Секундтың жүзден бір бөлігінің дәлдігімен соңғы «нүктенің» сәті жаңа сағаттың басталуымен сәйкес келеді. Астрономия әуесқойына сағатын тексеру үшін осы сигналдарды пайдалану ұсынылады. Сағатты тексерген кезде біз оны аудармауымыз керек, өйткені бұл жағдайда мен механизмді бұзамын, ал астроном сағатына қамқорлық жасауы керек, өйткені бұл оның негізгі құралдарының бірі. Ол «сағатты түзетуді» анықтауы керек - нақты уақыт пен олардың көрсеткіштері арасындағы айырмашылық. Бұл түзетулер жүйелі түрде анықталып, бақылаушының күнделігіне жазылуы керек; оларды әрі қарай зерттеу сағаттың бағытын анықтауға және оларды жақсы зерттеуге мүмкіндік береді.

Әрине, сіздің қолыңызда ең жақсы сағат болғаны жөн. «Жақсы сағат» дегенді нені түсіну керек?

Олардың қозғалысын мүмкіндігінше дәл сақтау қажет. Қарапайым қалта сағаттарының екі мысалын салыстырайық:

Түзетудің оң белгісі нақты уақытты алу үшін сағаттың оқуына түзетуді қосу қажет екенін білдіреді.

Пластинаның екі жартысында сағатты түзету жазбалары бар. Төменгіден жоғарғы түзетуді алып тастап, анықтамалар арасында өткен күндер санына бөлсек, сағаттың тәуліктік жылдамдығын аламыз. Орындау деректері сол кестеде көрсетілген.

Неліктен біз кейбір сағаттарды жаман, ал басқаларын жақсы деп атадық? Алғашқы сағаттарда түзету нөлге жақын, бірақ олардың бағыты тұрақты емес өзгереді. Соңғысы үшін түзету үлкен, бірақ курс біркелкі. Алғашқы сағаттар бір минуттан дәлірек уақыт белгісін қажет етпейтін осындай бақылаулар үшін қолайлы. Олардың көрсеткіштерін интерполяциялау мүмкін емес, бірақ олар түнде бірнеше рет тексерілуі керек.

Екінші, «жақсы сағат» күрделі бақылаулар жүргізу үшін қолайлы. Әрине, оларды жиі тексеру пайдалы, бірақ олардың көрсеткіштерін аралық сәттерге интерполяциялауға болады. Мұны мысалмен көрсетейік. Бақылау 5 қарашада 23 сағат 32 сағат 46 секундта жүргізілді делік. біздің сағатымыз бойынша. 4 қарашада сағат 17:00-де жүргізілген сағаттық тексеру +2 м 15 с түзету берді. Күнделікті мөлшерлеме, кестеден көрініп тұрғандай, +5,7 с. 4 қараша сағат 17:00-ден бақылау сәтіне дейін 1 күн 6,5 сағат немесе 1,27 күн өтті. Бұл санды тәуліктік мөлшерлемеге көбейтсек, біз +7,2 с аламыз. Сондықтан бақылау кезіндегі сағаттың түзетуі 2 м 15 с емес, +2 м 22 с болды. Біз оны бақылау сәтіне қосамыз. Сонымен, бақылау 5 қарашада 23 сағат 35 сағат 8 секундта жүргізілді.

Нақты уақытты анықтау, сақтау және радио арқылы бүкіл халыққа жеткізу көптеген елдерде бар нақты уақыт қызметінің міндеті болып табылады.

Радиодағы нақты уақыт сигналдарын теңіз және әуе флотының штурмандары, нақты уақытты білуі қажет көптеген ғылыми және өндірістік ұйымдар қабылдайды. Нақты уақытты білу, атап айтқанда, географиялық анықтау үшін қажет

олардың жер бетінің әртүрлі нүктелеріндегі бойлықтары.

Уақытты санау. Географиялық бойлықты анықтау. Күнтізбе

КСРО физикалық географиясы курсынан сіз жергілікті, аймақтық және аналық уақытты санау ұғымдарын білесіз, сонымен қатар екі нүктенің географиялық бойлықтарының айырмашылығы осы нүктелердің жергілікті уақытының айырмашылығымен анықталады. Бұл мәселе жұлдыздарды бақылау арқылы астрономиялық әдістермен шешіледі. Жеке нүктелердің дәл координаталарын анықтау негізінде жер беті картаға түсіріледі.

Ежелгі заманнан бері адамдар ұзақ уақыт кезеңдерін санау үшін ай айының немесе күн жылының ұзақтығын пайдаланды, яғни. эклиптика бойымен Күннің айналу ұзақтығы. Жыл маусымдық өзгерістердің жиілігін анықтайды. Күн жылы 365 күн күніне 5 сағат 48 минут 46 секундқа созылады. Бұл күндермен және ай айының ұзақтығымен іс жүзінде салыстыруға келмейді - ай фазасының өзгеру кезеңі (шамамен 29,5 күн). Бұл қарапайым және ыңғайлы күнтізбені жасауды қиындатады. Адамзаттың көп ғасырлық тарихында көптеген әртүрлі күнтізбелік жүйелер жасалып, қолданылды. Бірақ олардың барлығын үш түрге бөлуге болады: күн, ай және күн. Оңтүстік малшылар әдетте ай айларын пайдаланды. 12 айлық айда 355 күн күні болды. Ай мен Күнге сәйкес уақытты есептеуді үйлестіру үшін жылдың 12 немесе 13 айын белгілеп, жылға қосымша күндерді енгізу қажет болды. Ежелгі Египетте қолданылған күн күнтізбесі қарапайым және ыңғайлы болды. Қазіргі уақытта әлемнің көптеген елдерінде күн күнтізбесі де қабылданған, бірақ төменде талқыланатын Григориан деп аталатын неғұрлым жетілген құрылғы.

Күнтізбені құрастыру кезінде күнтізбелік жылдың ұзақтығы күннің эклиптика бойымен айналу ұзақтығына мүмкіндігінше жақын болуы керек екенін және күнтізбелік жылда күн күндерінің бүтін санынан тұруы керектігін ескеру қажет. жылды күннің әртүрлі уақытында бастау ыңғайсыз.

Бұл шарттарға Александриялық астроном Созигенес әзірлеген және біздің эрамызға дейінгі 46 жылы енгізілген күнтізбе орындалды. Римде Юлий Цезарь. Кейіннен, өзіңіз білетіндей, физикалық география курсынан ол Джулиан немесе ескі стиль атауын алды. Бұл күнтізбеде жылдар 365 күн қатарынан үш рет есептеледі және қарапайым деп аталады, олардан кейінгі жыл 366 күн. Ол кібісе жыл деп аталады. Джулиан күнтізбесіндегі кібісе жылдар - сандары 4-ке тең бөлінетін жылдар.

Осы күнтізбе бойынша бір жылдың орташа ұзақтығы 365 күн 6 сағатты құрайды, яғни. бұл шынайыдан 11 минутқа ұзағырақ. Осыған байланысты ескі стиль әр 400 жыл сайын шамамен 3 күн уақыттың нақты өтуінен артта қалды.

КСРО-да 1918 жылы енгізілген және одан бұрын көптеген елдерде қабылданған Григориан күнтізбесінде (жаңа стильде), 1600, 2000, 2400 және т.б. қоспағанда, екі нөлмен аяқталатын жылдар. (яғни, жүздіктер саны 4-ке қалдықсыз бөлінетіндер) секіріс болып саналмайды. 400 жылдан астам жинақталған 3 күндік қате осылай түзетіледі. Осылайша, жаңа стильдегі бір жылдың орташа ұзақтығы Жердің Күнді айналу кезеңіне өте жақын болып шығады.

ХХ ғасырға қарай. жаңа стиль мен ескі (Джулиан) стиль арасындағы айырмашылық 13 күнге жетті. Елімізде жаңа стиль 1918 жылы ғана енгізілгендіктен, 1917 жылы 25 қазанда (ескі стиль бойынша) жасалған Қазан төңкерісі 7 қарашада (жаңа стиль бойынша) тойланады.

13 күндік ескі және жаңа стильдер арасындағы айырмашылық ХХІ ғасырда, ал ХХІ ғасырда сақталады. 14 күнге дейін артады.

Жаңа стиль, әрине, толығымен дәл емес, бірақ 1 күндік қате оған 3300 жылдан кейін ғана жиналады.

Сабақты өткізу әдістемесі 5
«Уақыт және күнтізбе»

Сабақтың мақсаты: уақытты өлшеу, санау және сақтау әдістері мен құралдары туралы практикалық астрометрия ұғымдарының жүйесін қалыптастыру.

Үйрену мақсаттары:
Жалпы білім: ұғымдарды қалыптастыру:

Практикалық астрометрия туралы: 1) астрономиялық әдістер, аспаптар мен өлшем бірліктері, уақытты санау және сақтау, күнтізбелер мен хронология; 2) астрометриялық бақылаулар бойынша ауданның географиялық координаттарын (бойлығын) анықтау;

Ғарыштық құбылыстар туралы: Жердің Күнді айналуы, Айдың Жерді айналуы және Жердің өз осінен айналуы және олардың салдары туралы - аспан құбылыстары: көтерілу, бату, күнделікті және жылдық көрінетін қозғалыс және шарықтау шегі. шамдар (Күн, Ай және жұлдыздар), Ай фазаларының өзгеруі ...

Тәрбиелік: Адамзат танымының тарихымен, күнтізбелердің негізгі түрлерімен және хронологиялық жүйелермен таныстыру барысында ғылыми дүниетанымын қалыптастыру және атеистік тәрбие беру; «кібісе жыл» түсінігімен және Юлиан және Григориан күнтізбелерінің даталарын аударумен байланысты ырымдарды жоққа шығару; уақытты өлшеуге және сақтауға арналған құрылғылар (сағат), күнтізбелер мен хронологиялық жүйелер туралы және астрометриялық білімді қолданудың практикалық жолдары туралы материалды көрсетуде политехникалық және еңбек тәрбиесі.

Дамытушылық: дағдыларды қалыптастыру: хронологияның уақыты мен күнін есептеуге және уақытты бір сақтау жүйесі мен шоттан екіншісіне ауыстыруға есептер шығару; практикалық астрометрияның негізгі формулаларын қолдану бойынша жаттығуларды орындау; жұлдызды аспанның жылжымалы картасын, анықтамалықтар мен Астрономиялық күнтізбені аспан денелерінің орналасуы мен көріну шарттарын және аспан құбылыстарының барысын анықтау үшін пайдалану; астрономиялық бақылаулар бойынша ауданның географиялық координаталарын (бойлығын) анықтау.

Студенттер керек білу:

1) Айдың Жерді айналуы нәтижесінде пайда болатын күнделікті байқалатын аспан құбылыстарының себептері (Ай фазаларының өзгеруі, Айдың аспан сферасы бойымен көрінетін қозғалысы);
2) жеке ғарыштық және аспан құбылыстарының ұзақтығының уақыт пен күнтізбелерді өлшеу, санау және сақтау бірліктерімен және әдістерімен байланысы;
3) уақыт өлшем бірліктері: эфемериялық секунд; күн (жұлдыздық, шынайы және орташа күн); апта; ай (синодтық және жұлдыздық); жыл (жұлдызды және тропиктік);
4) уақыт арасындағы байланысты білдіретін формулалар: дүние, ана, жергілікті, жаз;
5) уақытты өлшеу құралдары мен әдістері: сағаттардың негізгі түрлері (күн, су, өрт, механикалық, кварц, электронды) және оларды уақытты өлшеу және сақтау үшін пайдалану ережелері;
6) күнтізбелердің негізгі түрлері: айлық, айлық, күндік (Юлиандық және григориандық) және хронология негіздері;
7) практикалық астрометрияның негізгі түсініктері: астрономиялық бақылаулар бойынша ауданның уақыттық және географиялық координаттарын анықтау принциптері.
8) астрономиялық құндылықтар: туған қаланың географиялық координаттары; уақыт бірліктері: эфемероидты секунд; күн (жұлдыздық және орташа күн); ай (синодтық және жұлдыздық); күнтізбелердің негізгі түрлеріндегі жыл (тропиктік) және жыл ұзақтығы (ай, ай күн, күн Джулиан және григориан); Мәскеу мен туған қаланың уақыт белдеуі нөмірлері.

Студенттер керек білу:

1) Ғарыштық және аспан құбылыстарын зерттеудің жалпылама жоспарын қолдану.
2) Ай арқылы жер бедерін шарлау.
3) Уақыт бірліктерін бір санау жүйесінен екіншісіне қатынасты өрнектейтін формулалар бойынша түрлендіруге байланысты есептерді шешу: а) жұлдыздық және орташа күн уақыты арасындағы; ә) Әмбебап, аналық, жергілікті, жазғы уақыт және уақыт белдеулерінің картасын пайдалану; в) әртүрлі хронологиялық жүйелер арасында.
4) Бақылау орны мен уақытының географиялық координаталарын анықтауға арналған тапсырмаларды шешу.

Көрнекі құралдар мен демонстрациялар:

«Астрономияның практикалық қолданылуы» фильмінің фрагменттері.

«Аспан денелерінің көрінетін қозғалысы» диафильмдерінің фрагменттері; «Ғалам туралы түсініктерді дамыту»; «Астрономия ғаламның діни идеяларын қалай жоққа шығарды».

Құрылғылар мен аспаптар: географиялық глобус; уақыт белдеуі картасы; гномон және экваторлық күн сағаты, құм сағаты, су сағаты (біркелкі және біркелкі емес шкаламен); от сағатының, механикалық, кварцтық және электронды сағаттардың үлгісі ретінде градуирленген шам.

Сызбалар, диаграммалар, фотосуреттер: Айдың фазаларының өзгеруі, механикалық (маятник және серіппе), кварцтық және электронды сағаттардың ішкі құрылымы мен жұмыс істеу принципі, атомдық уақыт эталоны.

Үйге тапсырма:

1. Оқулық материалдарын оқу үшін:
Б.А. Воронцов-Вельяминова: §§ 6 (1), 7.
Е.П. Левитан: § 6; 1, 4, 7 тапсырмалар
А.В. Засова, Е.В. Кононович: §§ 4 (1); 6; 6.6-жаттығу (2.3)

2. Воронцов-Вельяминов Б.А. есептер жинағындағы тапсырмаларды орындаңыз. : 113; 115; 124; 125.

Сабақ жоспары

Сабақтың қадамдары		Презентация әдістері	Уақыт, мин
	Білімді тексеру және жаңарту	Фронтальды сауалнама, әңгіме
	Ғарыштық құбылыстардың ұзақтығы, әртүрлі «уақыт» және уақыт белдеулері арасындағы байланыс негізінде уақыт, өлшем бірліктері және уақытты санау туралы түсініктерді қалыптастыру.	Дәріс	7-10
	Студенттерді астрономиялық бақылаулар арқылы орналасқан жердің географиялық бойлығын анықтау әдістерімен таныстыру.	Әңгімелесу, лекция	10-12
	Уақытты өлшеуге, санауға және сақтауға арналған аспаптар – сағаттар және атомдық уақыт эталоны туралы түсініктерін қалыптастыру.	Дәріс	7-10
	Күнтізбелердің негізгі түрлері мен хронологиялық жүйелер туралы түсініктерін қалыптастыру	Лекция, әңгімелесу	7-10
	Мәселелерді шешу	Тақтада жұмыс, дәптерде өз бетінше есеп шығару
	Өтілген материалды қорытындылау, сабақты қорытындылау, үйге тапсырма

Материалды баяндау әдісі

Сабақтың басында алдыңғы үш сабақта алған білімдерін тексеру, оқуға арналған материалды фронтальді сауалнама және оқушылармен әңгімелесу кезінде сұрақтар мен тапсырмалармен толықтыру қажет. Кейбір оқушылар бағдарламаланған тапсырмаларды орындайды, жұлдызды аспанның қозғалатын картасын қолдануға байланысты есептерді шешеді (1-3 тапсырмаларға ұқсас).

Аспан құбылыстарының себептері, аспан сферасының негізгі сызықтары мен нүктелері, шоқжұлдыздар, жарық сәулелерінің көріну жағдайлары және т.б. алдыңғы сабақтардың басында қойылған сұрақтармен сәйкес келеді. Олар сұрақтармен толықтырылады:

1. «Жарық» және «магнитуда» ұғымдарына анықтама беріңіз. Магнитудалық шкала туралы не білесіз? Жұлдыздардың жарқырауын не анықтайды? Погсон формуласын тақтаға жаз.

2. Көлденең жүйе туралы не білесіңдер аспан координаталары? Ол не үшін қолданылады? Бұл жүйеде қандай жазықтықтар мен түзулер негізгі болып табылады? Бұл дегеніміз: шамның биіктігі? Жұлдыздың зениттік қашықтығы? Жұлдыздың азимуты? Бұл аспан координаталар жүйесінің артықшылықтары мен кемшіліктері қандай?

3. Аспан координаталарының I экваторлық жүйесі туралы не білесіңдер? Ол не үшін қолданылады? Бұл жүйеде қандай жазықтықтар мен түзулер негізгі болып табылады? Бұл дегеніміз: шамның ауытқуы? Полярлық қашықтық? Күннің сағат бұрышы? Бұл аспан координаталар жүйесінің артықшылықтары мен кемшіліктері қандай?

4. Аспан координаталарының II экваторлық жүйесі туралы не білесіз? Ол не үшін қолданылады? Бұл жүйеде қандай жазықтықтар мен түзулер негізгі болып табылады? Жұлдыздың дұрыс көтерілуі дегеніміз не? Бұл аспан координаталар жүйесінің артықшылықтары мен кемшіліктері қандай?

1) Күн арқылы жер бедерін қалай шарлауға болады? Полюс жұлдызы арқылы?
2) Астрономиялық бақылаулар арқылы ауданның географиялық ендігі қалай анықталады?

Сәйкес бағдарламаланатын тапсырмалар:

1) Есептер жинағы Г.П. Субботин, NN 46-47 тапсырмалар; 54-56; 71-72.
2) Есептер жинағы Е.П. Сынған, тапсырмалар NN 4-1; 5-1; 5-6; 5-7.
3) Строт Е.К. : тест жұмыстары NN 1-2 тақырыптары «Астрономияның практикалық негіздері» (мұғалім жұмысының нәтижесінде бағдарламаланатындарға түрлендірілді).

Сабақтың бірінші кезеңінде лекция түрінде ғарыштық құбылыстардың ұзақтығына (Жердің өз осінен айналуы, айналуы) негізделген уақыт, өлшем бірліктері және уақытты санау туралы түсініктер қалыптастыру жүзеге асырылады Айдың Жерді және Айдың Күн айналасында айналуы), әртүрлі «уақыт» және сағат белдеулері арасындағы байланыс. Оқушыларға беру қажет деп санаймыз жалпы түсінікжұлдызды уақыт туралы.

Сіз студенттердің назарын аударуыңыз керек:

1. Тәулік пен жылдың ұзақтығы Жердің қозғалысы қарастырылатын анықтамалық жүйеге байланысты (оның қозғалмайтын жұлдыздармен, Күнмен және т.б. байланысты болуы). Анықтамалық жүйені таңдау уақыт бірлігінің атауында көрсетіледі.

2. Уақыт бірліктерінің ұзақтығы аспан денелерінің көріну жағдайларымен (кулминацияларымен) байланысты.

3. Атомдық уақыт стандартының ғылымға енгізілуі сағаттардың дәлдігінің жоғарылауымен ашылған Жердің айналуының біркелкі еместігімен байланысты болды.

4. Нормативтік уақытты енгізу уақыт белдеулерінің шекараларымен айқындалған аумақта шаруашылық қызметті үйлестіру қажеттілігімен байланысты. Үй шаруашылығының кең тараған қатесі - жергілікті уақытты жазғы уақытпен сәйкестендіру.

1. Уақыт. Өлшем бірліктері және уақытты санау

Уақыт – құбылыстар мен материя күйлерінің дәйекті өзгеруін, олардың тіршілік ету ұзақтығын сипаттайтын негізгі физикалық шама.

Тарихи тұрғыдан алғанда барлық негізгі және туынды уақыт өлшем бірліктері аспан құбылыстарының жүруін астрономиялық бақылаулар негізінде анықталады: Жердің өз осінің айналасында айналуы, Айдың Жерді айналуы және Жердің айналуы. Күннің айналасында. Астрометрияда уақытты өлшеу және санау үшін белгілі бір аспан денелерімен немесе аспан сферасының белгілі бір нүктелерімен байланысты әртүрлі анықтамалық жүйелер қолданылады. Ең кең таралғандары:

1. "Жұлдызды«аспан сферасындағы жұлдыздардың қозғалысымен байланысты уақыт. Көктемгі күн мен түннің теңелу нүктесінің сағаттық бұрышымен өлшенеді: S = t ^; t = S - a

2. "Күн"уақытпен байланысты: Күн дискісінің центрінің эклиптика бойымен көрінетін қозғалысы (шынайы күн уақыты) немесе "орташа Күннің" қозғалысы - аспан экваторы бойымен бірдей уақыт аралығында біркелкі қозғалатын қиялдағы нүкте. шынайы Күн ретінде (орташа күн уақыты).

1967 жылы атомдық уақыт стандартының және Халықаралық SI жүйесінің енгізілуімен атомдық секунд физикада қолданыла бастады.

Екінші – цезий-133 атомының негізгі күйінің аса жұқа деңгейлері арасындағы өтуге сәйкес келетін 9192631770 сәулелену кезеңіне сандық түрде тең физикалық шама.

Жоғарыда аталған «уақыттардың» барлығы арнайы есептеулер арқылы бір-бірімен сәйкес келеді. Күнделікті өмірде орташа күн уақыты қолданылады.

Нақты уақытты анықтау, оны сақтау және радио арқылы беру әлемнің барлық дамыған елдерінде, соның ішінде Ресейде бар Time Service жұмысы болып табылады.

Жұлдыздық, шынайы және орташа күн уақытының негізгі бірлігі - күн. Сәйкес күнді 86400-ге (24 сағ 60 м 60 с) бөлу арқылы жұлдыздық, орташа күн және басқа секундтарды аламыз.

Бұл күн 50 000 жылдан астам уақыт бұрын бірінші рет болды.

Тәулік – Жер кез келген белгіге қатысты өз осінің айналасында бір толық айналым жасайтын уақыт кезеңі.

Жұлдыздық күн – қозғалмайтын жұлдыздарға қатысты Жердің өз осінен айналу периоды көктемгі күн мен түннің теңелу нүктесінің кезекті екі жоғарғы кульминациялары арасындағы уақыт аралығы ретінде анықталады.

Нағыз күн күні – Күн дискісінің центрінің бір аттас екі дәйекті кульминациялары арасындағы уақыт аралығы ретінде анықталатын Күн дискінің центріне қатысты Жердің өз осінен айналу кезеңі.

Эклиптика аспан экваторына 23¢ 26¢ бұрышпен қисайғандықтан, ал Жер Күнді эллиптикалық (сәл ұзартылған) орбитамен айналуынан, Күннің аспан сферасындағы көрінетін қозғалысының жылдамдығы және, сондықтан шынайы күн күндерінің ұзақтығы жыл бойы үнемі өзгеріп отырады: ең жылдам күн мен түннің теңелу нүктелеріне жақын (наурыз, қыркүйек), ең баяу күн тоқырау нүктелеріне жақын (маусым, қаңтар).

Астрономиядағы уақытты есептеуді жеңілдету үшін орташа күн күні ұғымы – Жердің «орташа Күнге» қатысты өз осінен айналу кезеңі енгізілген.

Орташа күн күні «орташа күннің» аттас екі кезекті шарықтау шегі арасындағы уақыт кезеңі ретінде анықталады.

Күннің орташа күні жұлдыз күнінен 3 м 55 009 с қысқа.

24 сағ 00 м 00 с жұлдыздық уақыт 23 сағ 56 м 4,09 с орташа күн уақытына тең.

Теориялық есептеулердің анықтығы үшін, эфемерия (кестелік)екіншіден, 1900 жылғы 0 қаңтардағы ағымдағы уақыттың 12 сағатындағы орташа күн секундына тең, Жердің айналуына байланысты емес. Шамамен 35 000 жыл бұрын адамдар айдың сыртқы түрінің кезеңді өзгеруін - ай фазаларының өзгеруін байқады. Фаза Фаспан денесі (Ай, планета және т.б.) дискінің жарықтандырылған бөлігінің ең үлкен енінің қатынасымен анықталады. d ¢оның диаметріне дейін D:. Түзу терминаторжарықтандыру дискінің қараңғы және ашық бөліктерін ажыратады.

Күріш. 32. Ай фазасының өзгеруі

Ай жерді айнала өз осінен айналатын бағытта қозғалады: батыстан шығысқа қарай. Бұл қозғалыстың көрінісі айдың жұлдыздар фонында аспанның айналуына қарай көрінетін қозғалысы болып табылады. Күн сайын Ай жұлдыздарға қатысты шығысқа қарай 13° ығысады және толық шеңберді 27,3 күнде аяқтайды. Осылайша, күннен кейінгі уақыттың екінші өлшемі - ай(Cурет 32).

Сидеральды (жұлдыздық) ай айы- Айдың қозғалмайтын жұлдыздарға қатысты Жерді бір толық айналуы уақыт аралығы. 27 d 07 сағ 43 м 11,47 с тең.

Синодтық (күнтізбелік) ай айы - Айдың бір атаудағы (әдетте жаңа айлар) қатарынан екі фазасы арасындағы уақыт кезеңі. 29 d 12 сағ 44 м 2,78 с тең.

Күріш. 33. Мақсатты анықтау жолдары айдағы жер бедері

Айдың жұлдыздар фонындағы көрінетін қозғалысының құбылыстарының жиынтығы және Ай фазаларының өзгеруі жер бедері бойынша Аймен жүруге мүмкіндік береді (33-сурет). Ай батыста тар жарты ай болып көрінеді, ал шығыста сол тар жарты аймен таңның сәулесінде жоғалады. Сол жақтағы ай айына ойша түзу сызықты бекітейік. Аспанда не «Р» әрпін оқи аламыз - «өсуде», айдың «мүйіздері» солға бұрылған - ай батыста көрінеді; немесе «С» әрпі - «қартаю», айдың «мүйіздері» оңға бұрылған - ай шығыста көрінеді. Толық айда ай оңтүстікте түн ортасында көрінеді.

Көптеген айлар бойы күннің көкжиектен жоғары орналасуының өзгеруін бақылау нәтижесінде уақыттың үшінші өлшемі пайда болды - жыл.

Жыл - кез келген белгіге (нүктеге) қатысты Жер Күнді бір толық айналып өтетін уақыт кезеңі.

Жұлдыздық жыл – Жердің Күнді айналуының 365,256320 ... орташа күн күніне тең жұлдыздық (жұлдыздық) кезеңі.

Аномалисттік жыл – орташа Күннің орбитасының (әдетте, перигелий) нүктесі арқылы екі дәйекті өтуі арасындағы уақыт аралығы, 365,259641 ... орташа күн күніне тең.

Тропикалық жыл - бұл 365,2422 ... орташа күн күніне немесе 365 күн 05 сағ 48 м 46,1 с тең, көктемгі күн мен түннің теңелу нүктесі арқылы орташа Күннің екі дәйекті өтуі арасындағы уақыт аралығы.

UTC негізгі (Гринвич) меридианындағы жергілікті орташа күн уақыты ретінде анықталады.

Жер беті меридиандармен шектелген 24 аймаққа бөлінген - Уақыт белдеулері... Нөлдік уақыт белдеуі нөлдік (Гринвич) меридианға қатысты симметриялы түрде орналасқан. Белдіктер батыстан шығысқа қарай 0-ден 23-ке дейін нөмірленген. Белдеулердің нақты шекаралары аудандардың, облыстардың немесе штаттардың әкімшілік шекараларымен сәйкестендіріледі. Уақыт белдеулерінің орталық меридиандары бір-бірінен дәл 15 м (1 сағат) қашықтықта орналасқан, сондықтан бір уақыт белдеуінен екіншісіне ауысқанда уақыт бүтін сағат санына өзгереді, бірақ минуттар мен секундтар саны өзгермейді. Жаңа күнтізбелік күн (және Жаңа жыл) басталады күн жолдары(демаркациялық сызық), негізінен солтүстік-шығыс шекараға жақын 180 м шығыс бойлық меридиан бойымен өтеді Ресей Федерациясы... Күн сызығының батысында айдың күні шығысқа қарағанда әрқашан бір артық болады. Бұл сызықты батыстан шығысқа қиып өткенде күнтізбелік сан бірге кемиді, ал шығыстан батысқа қарай қиып өткенде күнтізбелік нөмір біреуге артады, бұл жер шарын шарлап, адамдарды жылжытқанда уақытты санау қателігін жояды. Жердің шығысынан батыс жарты шарына дейін.

Аймақ уақыты мына формуламен анықталады:
T n = T 0 + n , қайда Т 0 - әмбебап уақыт; n- уақыт белдеуінің нөмірі.

Жазғы уақыт – Үкімет қаулысымен сағаттардың бүтін санына өзгертілген стандартты уақыт. Ресей үшін бұл белге тең, плюс 1 сағат.

Мәскеу уақыты - екінші уақыт белдеуінің стандартты уақыты (плюс 1 сағат):
Tm = T 0 + 3 (сағат).

Жазғы уақыт – энергияны үнемдеу мақсатында жазғы уақыт кезеңіне мемлекеттік тапсырыс бойынша қосымша плюс 1 сағатқа өзгертілген жазғы уақыт.

Жердің айналуына байланысты жарты тәуліктің басталу моменттері немесе 2 нүктедегі белгілі экваторлық координаттары бар жұлдыздардың шарықтау шегі арасындағы айырмашылық нүктелердің географиялық бойлықтарының айырмашылығына тең болады, бұл Күннің және басқа шамдардың астрономиялық бақылауларынан берілген нүктенің бойлығы және, керісінше, белгілі бойлық кез келген нүктедегі жергілікті уақыт ...

Ауданның географиялық бойлығы «нөлдік» (Гринвич) меридианынан шығысқа қарай өлшенеді және Гринвич меридианындағы бір жұлдыздың бірдей кульминациялары мен бақылау нүктесіндегі уақыт аралығына сандық түрде тең: мұндағы С- берілген географиялық ендіктегі нүктедегі жұлдыздық уақыт, С 0 - бастапқы меридиандағы жұлдыздық уақыт. Градустармен немесе сағаттармен, минуттармен және секундтармен көрсетіледі.

Ауданның географиялық бойлығын анықтау үшін белгілі экваторлық координаталары бар шамның (әдетте Күн) шарықтау сәтін анықтау қажет. Арнайы кестелердің немесе калькулятордың көмегімен орташа Күннен жұлдызға дейінгі бақылау уақытын аудару және анықтамалықтан бұл жұлдыздың Гринвич меридианындағы шарықтау уақытын білу арқылы біз ауданның бойлығын оңай анықтай аламыз. Есептеулердегі жалғыз қиындық - уақыт бірліктерін бір жүйеден екіншісіне дәл түрлендіру. Шарықтау сәтін «байқау» мүмкін емес: уақыттың кез келген дәл белгіленген сәтінде жұлдыздың биіктігін (зениттік қашықтықты) анықтау жеткілікті, бірақ есептеулер біршама күрделі болады.

Сабақтың екінші кезеңінде оқушылар уақытты өлшеуге, сақтауға және санауға арналған құрылғылар – сағаттармен танысады. Сағат көрсеткіштері уақыт аралықтарын салыстыруға болатын сілтеме ретінде қызмет етеді. Студенттер уақыттың моменттері мен интервалдарын дәл анықтау қажеттілігі астрономия мен физиканың дамуына түрткі болғанына назар аударуы керек: ХХ ғасырдың ортасына дейін уақыт пен уақыт нормаларын өлшеудің, сақтаудың астрономиялық әдістерінің негізі болды. әлемдік уақыт қызметі. Сағаттың дәлдігі астрономиялық бақылаулар арқылы бақыланды. Қазіргі уақытта физиканың дамуы уақытты анықтаудың дәлірек әдістері мен эталондарын жасауға әкелді, оларды астрономдар уақытты өлшеудің бұрынғы әдістерінің негізінде жатқан құбылыстарды зерттеу үшін қолдана бастады.

Материал әртүрлі үлгідегі сағаттардың жұмыс істеу принципі мен ішкі құрылымының демонстрацияларымен сүйемелдеуімен дәріс түрінде берілген.

2. Уақытты өлшеуге және сақтауға арналған аспаптар

Ежелгі Вавилонның өзінде күн күндері 24 сағатқа бөлінген (360њ: 24 = 15њ). Кейін әр сағат 60 минутқа, әр минут 60 секундқа бөлінді.

Уақытты өлшейтін алғашқы құралдар күн сағаты болды. Ең қарапайым күн сағаты - гномон- бөлімдері бар көлденең платформаның ортасында тік полюсті бейнелеу (34-сурет). Гномонның көлеңкесі күрделі қисық сызықты сипаттайды, Күннің биіктігіне байланысты және күннің эклиптикадағы орнына байланысты күн сайын өзгереді, көлеңкенің жылдамдығы да өзгереді. Күн сағаты орамды қажет етпейді, тоқтамайды және әрқашан дұрыс жұмыс істейді. платформаны гномоннан шыққан полюс дүниенің полюсіне бағытталғандай қисайтып, көлеңкенің жылдамдығы біркелкі болатын экваторлық күн сағатын аламыз (35-сурет).

Күріш. 34. Көлденең күн сағаты. Әр сағатқа сәйкес бұрыштардың әртүрлі мәні бар және келесі формула бойынша есептеледі: , мұндағы a - күндізгі сызық (аспан меридианының көлденең бетке проекциясы) мен 6, 8, 10 ... сандарына бағытты көрсететін бұрыш; j – орналасқан жердің ендігі; h - Күннің сағаттық бұрышы (15њ, 30њ, 45њ)

Күріш. 35. Экваторлық күн сағаты. Цифербетті әр сағат 15° бұрышқа сәйкес келеді

Құм сағаты, от және су сағаттары түнде және қолайсыз ауа-райында уақытты өлшеу үшін ойлап табылды.

Құм сағаты дизайнының қарапайымдылығымен және дәлдігімен ерекшеленеді, бірақ ол ауыр және қысқа уақытқа ғана «желді».

Өрт сағаты - белгішелері белгіленген спираль немесе жанғыш заттан жасалған таяқша. Ежелгі Қытайда тұрақты бақылаусыз айлар бойы жанатын қоспалар жасалды. Бұл сағаттардың кемшіліктері: төмен дәлдік (жану жылдамдығының зат құрамына және ауа райына тәуелділігі) және дайындаудың күрделілігі (36-сурет).

Су сағаттары (клепсидралар) Ежелгі дүниенің барлық елдерінде қолданылған (37 а, б-сурет).

Механикалық сағатсалмағы мен дөңгелектері X-XI ғасырларда ойлап табылған. Ресейде бірінші мұнара механикалық сағатты монах Лазарь Сорбин 1404 жылы Мәскеу Кремлінде орнатқан. Маятникті сағат 1657 жылы голланд физигі және астрономы Х.Гюйгенс ойлап тапқан. Серіппесі бар механикалық сағаттар 18 ғасырда ойлап табылған. Біздің ғасырдың 30-жылдарында кварц сағаттары ойлап табылды. 1954 жылы КСРО-да құру идеясы пайда болды атомдық сағат- «Уақыт пен жиіліктің мемлекеттік бастапқы стандарты». Олар Мәскеу маңындағы ғылыми-зерттеу институтында орнатылды және әрбір 500 000 жыл сайын 1 секундтық кездейсоқ қателік берді.

Одан да дәлірек атомдық (оптикалық) уақыт стандарты КСРО-да 1978 жылы жасалды. 1 секундтық қате 10 000 000 жылда бір рет болады!

Осы және басқа да көптеген заманауи физикалық құрылғылардың көмегімен уақытты өлшеудің негізгі және туынды бірліктерінің мәндерін өте жоғары дәлдікпен анықтау мүмкін болды. Ғарыштық денелердің көрінетін және шынайы қозғалысының көптеген сипаттамалары нақтыланды, жаңа ғарыштық құбылыстар ашылды, соның ішінде Жердің өз осінің айналасында айналу жылдамдығының бір жыл ішінде 0,01-1 секундқа өзгеруі.

3. Күнтізбелер. Хронология

Күнтізбе – аспан құбылыстарында (аспан денелерінің қозғалысы) ерекше айқын көрінетін табиғат құбылыстарының кезеңділігіне негізделген үлкен уақыт аралығындағы үздіксіз санау жүйесі. Адамзат мәдениетінің бүкіл ғасырлық тарихы күнтізбемен тығыз байланысты.

Күнтізбелерге деген қажеттілік соншалықты терең ежелгі дәуірде, адамдар әлі оқу мен жазуды білмеген кезде пайда болды. Күнтізбелер көктем, жаз, күз және қыстың басталуын, өсімдіктердің гүлдену, жемістердің пісу, дәрілік шөптерді жинау, жануарлардың мінез-құлқы мен тіршілігінің өзгеруін, ауа райының өзгеруін, ауылшаруашылық жұмыстарының уақытын және әлдеқайда көп. Күнтізбелер: «Бүгін қандай күн?», «Аптаның қай күні?», «Осы немесе басқа оқиға қашан болды?» деген сұрақтарға жауап береді. және адамдардың өмірі мен шаруашылық қызметін реттеуге және жоспарлауға мүмкіндік береді.

Күнтізбелердің үш негізгі түрі бар:

1. Ай күнтізбе, ол ұзақтығы 29,5 орташа күн күнінен тұратын синодтық ай айына негізделген. Ол 30 000 жыл бұрын пайда болған. Күнтізбедегі ай жылы 354 (355) күннен (күн жылынан 11,25 күнге қысқа) тұрады және әрқайсысында 30 (тақ) және 29 (жұп) күннен тұратын 12 айға бөлінеді (мұсылман күнтізбесінде олар: мухаррам деп аталады). , сафар, раби әл-Аууал, Раби әс-сани, Жумада әл-ула, Жумада әл-ахира, ражаб, шағбан, рамазан, шәуал, зул-қаада, зул-хижра). Күнтізбелік ай синодтық айға қарағанда 0,0306 күнге қысқа болғандықтан және 30 жылдан кейін олардың арасындағы айырмашылық 11 күнге жетеді. арабАй күнтізбесі әрбір 30 жылдық циклде 354 күннен тұратын 19 «қарапайым» жыл және 355 күннен тұратын 11 «кібісе» жыл (2, 5, 7, 10, 13, 16, 18, 21, 24, 26, 29) бар. әр циклдің жылдары). түрікай күнтізбесі дәлірек емес: оның 8 жылдық циклінде 5 «қарапайым» және 3 «кібісе» жыл бар. Жаңа жылдың күні белгіленбеген (ол жыл сайын баяу жылжиды): мысалы, 1421 хижра 2000 жылы 6 сәуірде басталып, 2001 жылдың 25 наурызында аяқталады. Ай күнтізбесі Ауғанстан, Ирак, Иран, Пәкістан, Біріккен Араб Республикасы және т.б. мұсылман мемлекеттерінде діни-мемлекеттік күнтізбе ретінде қабылданған. Экономикалық қызметті жоспарлау және реттеу үшін күн және ай күнтізбелері қатар қолданылады.

2.Күн күнтізбесітропикалық жылға негізделген. Ол 6000 жыл бұрын пайда болған. Қазіргі уақытта ол әлемдік күнтізбе ретінде қабылданған.

«Ескі стильдегі» Джулиан күн күнтізбесі 365,25 күнді қамтиды. Александриялық астроном Созигенес әзірлеген, император Юлий Цезарь Ежелгі Римде біздің эрамызға дейінгі 46 жылы енгізген. содан кейін бүкіл әлемге тарады. Ресейде 988 жылы қабылданған. Джулиан күнтізбесінде жыл ұзақтығы 365,25 күнмен анықталады; үш «қарапайым» жылда 365 күн, бір кібісе жылы 366 күн. Бір жылда 12 ай бар, әрқайсысы 30 және 31 күн (ақпаннан басқа). Джулиан жылы тропикалық жылдан 11 минут 13,9 секундқа артта қалды. Оны қолданудың 1500 жылында 10 күндік қателік жинақталды.

В ГригорианКүн күнтізбесі «жаңа стиль» жыл ұзақтығы 365, 242500 күн. 1582 жылы Юлиан күнтізбесі Рим папасы Григорий XIII жарлығымен итальян математигі Луиджи Лилио Гараллидің (1520-1576) жобасына сәйкес реформаланды. Күндерді санау 10 күн алға жылжыды және 4-ке қалдықсыз бөлінбейтін әрбір ғасырды: 1700, 1800, 1900, 2100 және т.б. секіріс деп санауға болмайды деп келісілді. Бұл әр 400 жыл сайын 3 күндік қатені түзетеді. Қате 2735 жылда 1 күнде болады. Жаңа ғасырлар мен мыңжылдықтар осы ғасырдың және мыңжылдықтың «бірінші» жылының 1 қаңтарында басталады: мысалы, Григориан күнтізбесі бойынша 2001 жылдың 1 қаңтарынан біздің дәуіріміздің 21 ғасыры мен 3 мыңжылдығы басталады.

Біздің елде революцияға дейін «ескі стильдің» Юлиан күнтізбесі қолданылды, оның қателігі 1917 жылға қарай 13 күн болды. 1918 жылы елде бүкіл әлемде қабылданған «жаңа стильдің» Григориан күнтізбесі енгізіліп, барлық даталар 13 күн алға жылжыды.

Юлиан күнтізбесі күндерін Григориан күнтізбесіне ауыстыру мына формула бойынша жүзеге асырылады: қайда Т Гжәне Т Н.С- Григориан және Юлиан күнтізбесі бойынша күндер; n – күндердің бүтін саны, МЕН- толық өткен ғасырлар саны, МЕН 1 – ғасырлардың ең жақын саны, төртке еселік.

Күн күнтізбелерінің басқа түрлері:

Тропикалық жылдың ұзақтығын 365,24242 күнмен анықтаған парсы күнтізбесі; 33 жылдық циклге 25 «қарапайым» және 8 «кібісе» жыл кіреді. Григорианнан әлдеқайда дәлірек: 1 жылдық қате 4500 жылға «жүгіреді». 1079 жылы Омар Хайям жобалаған; 19 ғасырдың ортасына дейін Парсы және басқа да бірқатар мемлекеттердің аумағында қолданылды.

Копт күнтізбесі Юлиан күнтізбесіне ұқсас: бір жылда 30 күннен тұратын 12 ай бар; 12 айдан кейін «қарапайым» жылы 5 қосылады, «секіруде» - 6 қосымша күн. Эфиопияда және кейбір басқа мемлекеттерде (Египет, Судан, Түркия және т.б.) копттер аумағында қолданылады.

3.Ай-күн күнтізбесі, онда айдың қозғалысы күннің жылдық қозғалысына сәйкес келеді. Жыл әрқайсысы 29 және 30 күннен тұратын 12 айлық айдан тұрады, оларға қосымша 13-ші айды қамтитын Күннің қозғалысын есепке алу үшін «кібісе» жылдар мезгіл-мезгіл қосылып отырады. Нәтижесінде «қарапайым» жылдар 353, 354, 355 күнге созылады, ал «секіріс» - 383, 384 немесе 385 күн. 1 мыңжылдықтың басында пайда болған, Ежелгі Қытайда, Үндістанда, Вавилонда, Иудеяда, Грецияда, Римде қолданылған. Қазіргі уақытта Израильде қабылданған (жыл басы 6 қыркүйек пен 5 қазан аралығында әр түрлі күндерге сәйкес келеді) және мемлекетпен бірге Оңтүстік-Шығыс Азия елдерінде (Вьетнам, Қытай және т.б.) қолданылады.

Күнтізбелердің жоғарыда сипатталған негізгі түрлерінен басқа, күнтізбелер аспан сферасындағы планеталардың көрінетін қозғалысын ескере отырып, Жердің кейбір аймақтарында жасалған және әлі де қолданылуда.

Шығыс ай-планетарлық 60 жаста күнтізбеКүннің, Айдың және Юпитер мен Сатурн планеталарының қозғалысының кезеңділігіне негізделген. 2 мыңжылдықтың басында пайда болды. Шығыс және Оңтүстік-Шығыс Азияда. Қазіргі уақытта Қытайда, Кореяда, Моңғолияда, Жапонияда және аймақтың кейбір басқа елдерінде қолданылады.

Қазіргі шығыс күнтізбесінің 60 жылдық циклінде 21912 күн (алғашқы 12 жылда 4371 күн; екінші және төртіншіде - 4400 және 4401 күн; үшінші және бесіншіде - 4370 күн) бар. Осы уақыт аралығында Сатурнның екі 30 жылдық циклі сәйкес келеді (оның революциясының жұлдыздық периодтарына тең). ТСатурн = 29,46 «30 жыл), шамамен үш 19 жылдық ай-күн циклі, Юпитердің бес 12 жылдық циклі (оның революциясының жұлдыздық кезеңдеріне тең) ТЮпитер= 11,86 «12 жыл) және бес 12 жылдық ай циклі. Бір жылдағы күндер саны тұрақты емес және «қарапайым» жылдары 353, 354, 355 күн, кібісе жылдарда 383, 384, 385 күн болуы мүмкін. Әр штатта жыл басы 13 қаңтардан 24 ақпанға дейін әртүрлі күндерге сәйкес келеді. Қазіргі 60 жылдық цикл 1984 жылы басталды. Шығыс күнтізбесі таңбаларының тіркесімі туралы деректер Қосымшада келтірілген.

Майя және ацтек мәдениеттерінің Орталық Америка күнтізбесі шамамен 300-1530 жылдар аралығында қолданылған. AD Күннің, Айдың қозғалысының кезеңділігіне және Венера (584 д) және Марс (780 г) планеталарының айналуының синодтық кезеңдері негізделген. Ұзақтығы 360 (365) күн болатын «ұзақ» жыл әрқайсысы 20 күннен тұратын 18 айдан және 5 мерекеден тұрды. Бұл ретте мәдени және діни мақсатта 260 күндік «қысқа жыл» (Марс айналымының синодтық кезеңінің 1/3 бөлігі) пайдаланылды, ол 13 айға, әрқайсысы 20 күнге бөлінді; «Нөмірленген» апталар өз саны мен атауы бар 13 күннен тұрды. Тропикалық жылдың ұзақтығы ең жоғары дәлдікпен 365,2420 d анықталды (1 күндік қателік 5000 жылдан астам жинақталмайды!); ай синодтық ай - 29,53059 д.

ХХ ғасырдың басына қарай халықаралық ғылыми-техникалық, мәдени және экономикалық байланыстардың өсуі біртұтас, қарапайым және нақты Дүниежүзілік күнтізбе құру қажеттілігін тудырды. Қолданыстағы күнтізбелерде көптеген кемшіліктер бар: тропикалық жылдың ұзақтығы мен Күннің аспан сферасындағы қозғалысына байланысты астрономиялық құбылыстардың даталарының жеткіліксіз сәйкестігі, айлардың тең емес және сәйкес келмейтін ұзақтығы, сандардың сәйкес келмеуі. аптаның айы мен күндері, олардың атауларының күнтізбедегі орнына сәйкес келмеуі және т.б. Қазіргі күнтізбенің дәлсіздіктері анықталды

Идеал мәңгіліккүнтізбе кез келген күнтізбелік күн үшін апта күндерін жылдам және анық анықтауға мүмкіндік беретін өзгермейтін құрылымға ие. Мәңгілік күнтізбелердің ең жақсы жобаларының бірі 1954 жылы БҰҰ Бас Ассамблеясының қарауына ұсынылды: Григориан күнтізбесіне ұқсас болғанымен, ол қарапайым және ыңғайлы болды. Тропикалық жыл 91 күннен (13 апта) тұратын 4 тоқсанға бөлінеді. Әр тоқсан жексенбіде басталып, сенбіде аяқталады; 3 айдан, бірінші айда 31 күннен, екінші және үшіншіде 30 күннен тұрады. Әр айда 26 жұмыс күні бар. Жылдың бірінші күні әрқашан жексенбі. Осы жобаның деректері Қосымшада келтірілген. Ол діни себептермен жүзеге асырылмады. Бірыңғай Дүниежүзілік Мәңгілік күнтізбені енгізу біздің заманымыздың мәселелерінің бірі болып қала береді.

Басталу күні және одан кейінгі хронология жүйесі деп аталады дәуір... Дәуірдің бастапқы нүктесі деп аталады дәуір.

Ежелгі дәуірден белгілі бір дәуірдің басталуы (Жер шарының әртүрлі аймақтарының әртүрлі штаттарында 1000-нан астам дәуірлер белгілі, оның ішінде Қытайда 350 және Жапонияда 250 дәуір) және хронологияның бүкіл курсы маңызды аңызға айналған, діни дәуірмен байланысты болды. немесе (сирек) нақты оқиғалар: белгілі бір әулеттердің және жеке императорлардың билік құрған уақыты, соғыстар, революциялар, олимпиадалар, қалалар мен мемлекеттердің негізі қаланған, құдайдың (пайғамбардың) «туылуы» немесе «дүниенің жаратылуы». .

Қытайдың 60 жылдық цикл дәуірінің басталуы үшін император Хуанди билігінің 1-ші жылының күні алынады - б.з.д. 2697 ж.

Рим империясында санау біздің дәуірімізге дейінгі 753 жылдың 21 сәуірінен бастап «Римнің құрылған күнінен» бастап жүргізілді. және император Диоклетиан 284 жылы 29 тамызда билікке келген күннен бастап.

В Византия империясыал кейінірек, дәстүр бойынша, Ресейде - князь Владимир Святославович (988 ж.) христиандықты қабылдағаннан бастап Петр I жарлығына (б.з. 1700 ж.) дейін жылдар «дүниенің жаратылғанынан» бастап есептелді: қабылданған күн қыркүйек 1, 5508 ж. («Византия дәуірінің» бірінші жылы). Ежелгі Израильде (Палестина) «дүниенің жаратылуы» кейінірек болды: 7 қазан 3761 ж.б. («еврейлер дәуірінің» бірінші жылы). «Дүние жаратылғаннан» бастап, жоғарыда аталған ең көп таралған дәуірлерден өзгеше басқалары болды.

Батыс және Шығыс Еуропа территориясында мәдени және экономикалық байланыстардың өсуі және христиан дінінің кеңінен таралуы хронологияны, өлшем бірліктерін және уақытты санауды бір жүйеге келтіру қажеттілігін тудырды.

Қазіргі хронология – « біздің дәуір", "жаңа дәуір«(AD),» Мәсіхтің туған күнінен бастап дәуір «( Р.Х.), Анно Домени ( А.Д.- «Иеміздің жылы») - Иса Мәсіхтің ерікті түрде таңдалған туған күнінен бастап жүргізіледі. Бұл ешбір тарихи құжатта көрсетілмегендіктен және Інжілдер бір-біріне қайшы келетіндіктен, ғұлама монах Дионисий Кіші Диоклетиан дәуірінің 278-ші жылы астрономиялық деректерге сүйене отырып, дәуірдің күнін есептеуді «ғылыми түрде» шешті. Есептеуге негізделді: 28 жылдық «күн шеңбері» - айлар саны аптаның дәл сол күндеріне келетін уақыт кезеңі және 19 жылдық «ай шеңбері» - бұл уақыт аралығы. айдың бірдей фазалары айдың дәл сол күндеріне түседі. Мәсіхтің өмірінің 30 жылдық уақытына түзетілген «күн» және «ай» шеңберлерінің циклдарының туындысы (28 ´ 19S + 30 = 572) қазіргі хронологияның басталу күнін берді. «Мәсіхтің туған күнінен» дәуірге сәйкес жылдарды санау өте баяу «тамыр алды»: біздің эрамыздың 15 ғасырына дейін. (яғни, тіпті 1000 жылдан кейін де) Батыс Еуропаның ресми құжаттарында 2 дата көрсетілген: дүниенің жаратылуынан және Христостың туған күнінен бастап (б.з.б.).

Мұсылман әлемінде хронологияның басы 622 жылдың 16 шілдесі – «хижра» күні (Мұхаммед пайғамбардың Меккеден Мәдинаға қоныс аударуы) деп есептеледі.

«Мұсылмандық» хронология жүйесінен күндердің аудармасы Т М«Христианға» (Григориандық) Т Гформула бойынша жасауға болады: (жылдар).

Астрономиялық және хронологиялық есептеулерге ыңғайлы болу үшін Дж.Скалигер ұсынған хронология 16 ғасырдың аяғынан бастап қолданыла бастады. Джулиан кезеңі(Дж.Д.). Біздің эрамызға дейінгі 4713 жылдың 1 қаңтарынан бастап күндерді үздіксіз санау жүргізілді.

Өткен сабақтардағыдай кестені оқушыларға өз бетімен толтыруға нұсқау беру керек. Сабақта оқытылатын ғарыш және аспан құбылыстары туралы 6 мәлімет. Бұл 3 минуттан аспайды, содан кейін мұғалім оқушылардың жұмысын тексеріп, түзетеді. 6-кесте ақпаратпен толықтырылды:

Есептерді шешу кезінде материал біріктіріледі:

4-жаттығу:

1. 1 қаңтарда күн сағаты таңғы сағат 10-ды көрсетеді. Сіздің сағатыңыз осы сәтте нешеде көрсетеді?

2. Жұлдыздық уақытта жұмыс істейтін дәл сағат пен хронометрдің бір мезгілде іске қосылғаннан кейін 1 жылдан кейін көрсеткіштерінің айырмашылығын анықтаңыз.

3. 1996 жылы 4 сәуірде Челябинск және Новосибирск қалаларында Айдың тұтылу толық фазасының басталу сәттерін анықтаңыз, егер бүкіләлемдік уақыт бойынша құбылыс 23 сағ 36 минутта болған болса.

4. Юпитердің Айдың тұтылуын (жабылуын) Владивостокта байқауға болатынын анықтаңыз, егер ол UT 1 сағ 50 м, ал Ай Владивостокта жергілікті күндізгі уақыт бойынша 0 сағ 30 м батады.

5. 1918 жыл РСФСР-да неше күн болды?

6. Ақпандағы жексенбілердің ең көп саны қанша?

7. Күн жылына неше рет шығады?

8. Неліктен Ай әрқашан Жерге бір жақтан бұрылады?

9. Кеме капитаны 22 желтоқсанда нағыз түсте Күннің зениттік қашықтығын өлшеп, оны 66 миллиметр 33 дюймге тең деп тапты. Гринвич уақытында жұмыс істейтін хронометр бақылау кезінде 11 сағ 54 м көрсетті. таң.Кеменің координаталарын және дүниежүзілік картадағы орнын анықтау.

10. Полюс жұлдызының биіктігі 64º 12 «, ал Лира жұлдызының шарықтау шегі Гринвич обсерваториясына қарағанда 4 сағ 18 м кеш болатын жердің географиялық координаталары қандай?

11. Жұлдыздың жоғарғы шарықтау шегі болатын жердің географиялық координаталарын анықтаңыз. а - - дидактика - тесттер - тапсырма

Сондай-ақ қараңыз:Бір тақырыптағы барлық жарияланымдар >>

Обсерваторияларда уақытты дәл анықтайтын аспаптар бар - олар сағатты тексереді. Уақыт горизонт үстіндегі шамдар алатын орынға сәйкес белгіленеді. Обсерватория сағаттары жұлдыздардың орналасуы бойынша тексерілген кештер арасындағы аралықта мүмкіндігінше дәл және біркелкі жұмыс істеуі үшін сағаттар терең жертөлелерге орналастырылады. Мұндай жертөлелерде жыл бойы температура тұрақты болады. Бұл өте маңызды, өйткені температураның өзгеруі сағаттың жұмысына әсер етеді.

Радио арқылы дәл уақыт сигналдарын беру үшін обсерваторияда арнайы күрделі сағат, электр және радиотехника бар. Мәскеуден берілетін нақты уақыт сигналдары әлемдегі ең дәл болып табылады. Жұлдыздар арқылы нақты уақытты анықтау, дәл сағатпен уақытты сақтау және оны радио арқылы беру – осының барлығы Уақыт қызметін құрайды.

АСТРОНОМДАРДЫҢ ЖҰМЫС ЕТЕТІН ЖЕРІ

Астрономдар обсерваторияларда және астрономиялық институттарда ғылыми жұмыстар жүргізеді.

Соңғылары негізінен теориялық зерттеулермен айналысады.

Ұлы Октябрьден кейін социалистік революциябіздің елімізде Ленинградтағы Теориялық астрономия институты, В.И. Мәскеудегі П.К.Штернберг, Армениядағы, Грузиядағы астрофизикалық обсерваториялар және басқа да бірқатар астрономиялық мекемелер.

Астрономдарды дайындау және оқыту университеттерде механика-математика немесе физика-математика факультеттерінде жүзеге асырылады.

Біздің еліміздегі негізгі обсерватория - Пулковская. Ол орыстың көрнекті ғалымының жетекшілігімен 1839 жылы Санкт-Петербург маңында салынған. Көптеген елдерде оны әлемнің астрономиялық астанасы деп атайды.

Ұлыдан кейін Қырымдағы Симеиз обсерваториясы Отан соғысытолығымен қалпына келтірілді, одан алыс емес жерде Бахчисарай маңындағы Партизанское ауылында жаңа обсерватория салынды, мұнда қазір диаметрі 1 ¼ м айнасы бар КСРО-дағы ең үлкен шағылыстырғыш телескоп орнатылған, ал көп ұзамай айнасы 2,6 шағылыстырғыш орнатылған. м диаметрі орнатылады - әлемдегі ең үлкен үшінші. Екі обсерватория қазір бір мекемені – КСРО Ғылым академиясының Қырым астрофизикалық обсерваториясын құрайды. Қазан, Ташкент, Киев, Харьков және басқа жерлерде астрономиялық обсерваториялар бар.

Бізде барлық обсерваториялар бар ғылыми жұмыскелісілген жоспарға сәйкес. Еліміздегі астрономия ғылымының жетістіктері еңбек адамдарының кең қабаттарына айналамызды дұрыс, ғылыми тұрғыдан түсінуге көмектеседі.

Басқа елдерде де көптеген астрономиялық обсерваториялар бар. Олардың ішінде ең танымалы барлардың ең көнелері - Париж және Гринвич, меридиандарынан жер шарындағы географиялық бойлық есептелінеді (жақында бұл обсерватория Лондоннан әрі қарай жаңа жерге көшірілді, онда көптеген түнгі аспанды бақылауға арналған кедергілер). Әлемдегі ең үлкен телескоптар Калифорнияда Паломар тауы, Уилсон тауы және Лик обсерваторияларында орнатылған. Соңғысы салынды аяғы XIXғасырда, ал алғашқы екеуі – ХХ ғасырда.

Қатені тапсаңыз, мәтін бөлігін таңдап, түймесін басыңыз Ctrl + Enter.