Laiko skaičiavimas. Geografinės ilgumos nustatymas. Kalendorius. Šeštas skyrius. Tikslių laikų išsaugojimas ir perkėlimas Tikslių laikų išsaugojimas ir perkėlimas

Tik pirmoji laiko tarnybos užduotis išsprendžiama gavus taškus laiku. Kita užduotis yra išsaugoti tikslų laiką intervalais tarp astronominių apibrėžimų. Ši užduotis išspręsta naudojant astronominį laikrodį.

Norint gauti didelį laiko tikslumą gaminant astronominius laikrodžius, atsižvelgiama į visus klaidų šaltinius ir jie pašalinami, kai tik įmanoma, ir sukuriamos palankiausios jų veikimo sąlygos.

Svarbiausia laikrodžio dalis yra švytuoklė. Spyruoklės ir ratai tarnauja kaip transmisijos mechanizmas, rodyklės - rodo, o švytuoklė matuoja laiką. Todėl astronominiame laikrodyje jie stengiasi sukurti kuo geresnes jo veikimo sąlygas: kad kambario temperatūra būtų pastovi, pašalinami smūgiai, susilpnėja oro pasipriešinimas ir, galiausiai, mechaninė apkrova yra kuo mažesnė.

Siekiant užtikrinti aukštą tikslumą, astronominis laikrodis pastatytas giliame rūsyje, apsaugotas nuo smūgių.Kambaryje ištisus metus palaikoma pastovi temperatūra. Siekiant sumažinti oro pasipriešinimą ir pašalinti atmosferos slėgio pokyčių įtaką, laikrodžio švytuoklė įdedama į korpusą, kuriame oro slėgis yra šiek tiek sumažintas (20 pav.).

Astronominiai laikrodžiai su dviem švytuoklėmis („Short“ laikrodžiai) turi labai aukštą tikslumą, iš kurių vienas - ne laisvas, arba „vergas“, yra prijungtas prie perdavimo ir rodymo mechanizmų, o pats yra valdomas kito - laisvos švytuoklės, nesujungtos su jokiais ratais. ir spyruoklės (21 pav.).

Laisva švytuoklė dedama į gilų rūsį metaliniame dėkle. Šiuo atveju slėgis sumažėja. Laisva švytuoklė yra sujungta su laisva per du mažus elektromagnetus, šalia kurių ji sukasi. Laisva švytuoklė valdo „vergo“ švytuoklę, priversdama ją laiku suktis su savimi.

Galima pasiekti labai mažų laikrodžio klaidų, tačiau jų negalima visiškai pašalinti. Tačiau jei laikrodis sukasi neteisingai, tačiau iš anksto žinoma, kad jis skuba ar atsilieka tam tikru sekundžių skaičiumi per dieną, tuomet nesunku apskaičiuoti tikslų laiką iš tokio neteisingo laikrodžio. Norėdami tai padaryti, pakanka žinoti, koks laikrodis veikia, tai yra, kiek sekundžių per dieną jie skuba ar atsilieka. Pataisos lentelės sudaromos tam tikram astronominio laikrodžio egzemplioriui per kelis mėnesius ir metus. Astronominio laikrodžio rodyklės beveik niekada tiksliai nerodo laiko, tačiau, naudojant pataisos lenteles, visiškai įmanoma gauti laiko žymes tūkstantosios sekundės tikslumu.

Deja, laikrodžio dažnis nesikeičia. Pasikeitus išorinėms sąlygoms - kambario temperatūrai ir oro slėgiui - dėl visada esančių detalių gamybos ir atskirų dalių veikimo netikslumų, tas pats laikrodis laikui bėgant gali pakeisti savo eigą. Laikrodžio keitimas arba kitimas yra pagrindinis jo darbo kokybės rodiklis. Kuo mažesnis laikrodžio rodiklio kitimas, tuo geresnis laikrodis.

Taigi geras astronominis laikrodis gali būti pernelyg skubotas ir pernelyg lėtas, jis gali bėgti į priekį ar atsilikti net dešimtadalių sekundės per dieną, tačiau jis gali būti naudojamas patikimai išlaikyti laiką ir gauti pakankamai tikslius rodmenis, jei tik jo elgesys yra pastovus. y., kasdienis kurso kitimas yra mažas.

„Short“ švytuoklės astronominiame laikrodyje smūgio dienos variacija yra 0,001–0,003 sek. Ilgą laiką toks aukštas tikslumas išliko neprilygstamas. Mūsų amžiaus penktajame dešimtmetyje inžinierius F. M. Fedčenko patobulino švytuoklės pakabą ir pagerino jos šiluminę kompensaciją. Tai leido jam sukurti laikrodį, kuriame kasdienis smūgio pokytis buvo sumažintas iki 0,0002-0,0003 sekundžių.

Pastaraisiais metais astronominių laikrodžių konstrukcijoje nebedirbo mechanikai, o elektrikai ir radijo inžinieriai. Jie pagamino laikrodį, kuriame, skaičiuojant laiką, vietoj švytuoklės svyravimų buvo naudojamos elastinės kvarco kristalo vibracijos.

Tinkamai supjaustytas kvarco kristalas turi įdomių savybių. Jei tokia plokštė, vadinama pjezokvarcu, yra suspausta ar sulenkta, tada jos priešinguose paviršiuose atsiranda skirtingų ženklų elektros krūviai. Jei kintamoji elektros srovė yra nukreipta į priešingus pjezokvarco plokštės paviršius, pjezokvarcas vibruoja. Kuo mažiau svyruoja įtaisas, tuo pastovesnis svyravimo dažnis. Pjezokvarcas šiuo atžvilgiu turi labai gerų savybių, nes jo svyravimų slopinimas yra labai mažas. Tai plačiai naudojama radijo inžinerijoje, siekiant išlaikyti pastovų radijo siųstuvų dažnį. Ta pati pjezoelektrinio kvarco savybė - didelė vibracijos dažnio pastovumas - leido sukurti labai tikslų astronominį kvarcinį laikrodį.

Kvarcinį laikrodį (22 pav.) Sudaro radijo techninis generatorius, stabilizuotas pjezoelektriniu kvarcu, dažnio padalijimo kaskados, sinchroninis elektros variklis ir ratukas su rodyklėmis.

Radiotechninis generatorius generuoja aukšto dažnio kintamąją srovę, o pjezoelektrinis kvarcas labai tiksliai išlaiko savo svyravimų dažnį. Dažnio padalijimo kaskadose kintamosios srovės dažnis sumažėja nuo kelių šimtų tūkstančių iki kelių šimtų svyravimų per sekundę. Sinchroninis elektros variklis, veikiantis žemo dažnio kintamąja srove, suka rodyklės rodykles, uždaro laiko signalo relę ir kt.

Sinchroninio elektros variklio sukimosi greitis priklauso nuo kintamosios srovės, su kuria jis tiekiamas, dažnio. Taigi kvarciniuose laikrodžiuose rodyklių sukimosi greitį galiausiai lemia pjezoelektrinio kvarco vibracijos dažnis. Didelis kvarco plokštės svyravimų dažnio pastovumas užtikrina kvarco astronominio laikrodžio eigos vienodumą ir aukštą rodmenų tikslumą.

Šiuo metu gaminami įvairaus tipo ir paskirties kvarciniai laikrodžiai, kurių dienos norma neviršija šimtųjų ar net tūkstantosios sekundės dalių.

Pirmasis kvarcinių laikrodžių dizainas buvo gana didelis. Galų gale natūralus kvarco plokštės svyravimų dažnis yra gana didelis ir norint suskaičiuoti sekundes ir minutes, būtina jį sumažinti naudojant dažnių padalijimo kaskadas. Tuo tarpu tam naudojami lempiniai radijo prietaisai užima daug vietos. Pastaraisiais dešimtmečiais puslaidininkių radijo inžinerija sparčiai vystėsi, o jos pagrindu buvo kuriama miniatiūrinė ir mikrominiatūrinė radijo įranga. Tai leido sukurti nedidelį nešiojamąjį kvarcinį laikrodį, skirtą jūrų ir oro navigacijai, taip pat įvairiems ekspediciniams darbams. Šie nešiojamieji kvarco chronometrai neviršija įprastų mechaninių chronometrų dydžio ir svorio.

Tačiau jei antros klasės mechaninio jūrinio chronometro paros paklaida yra ne didesnė kaip ± 0,4 sek., O pirmos klasės - ne didesnė kaip ± 0,2 sek., Tuomet šiuolaikiniai nešiojamieji kvarciniai chronometrai kasdien ± ± 0,1 variacijos; ± 0,01 ir net ± 0,001 sek.

Pavyzdžiui, Šveicarijoje pagaminto „Chronotom“ matmenys yra 245X137X100 mm, o jo smūgio nestabilumas per dieną neviršija ± 0,02 sek. Stacionaraus kvarco chronometro „Izotom“ ilgalaikis santykinis nestabilumas yra ne didesnis kaip 10 -8, tai yra, dienos variacijos paklaida yra apie ± 0,001 sek.

Tačiau kvarciniai laikrodžiai neturi rimtų trūkumų, kurių buvimas yra būtinas norint atlikti didelio tikslumo astronominius matavimus. Pagrindiniai kvarco astronominių laikrodžių trūkumai yra kvarco virpesių dažnio priklausomybė nuo aplinkos temperatūros ir „kvarco senėjimo“, tai yra, jo vibracijų dažnio kitimas laikui bėgant. Pirmasis trūkumas buvo pašalintas kruopščiai termostatuojant laikrodžio dalį, kurioje yra kvarco plokštė. Kvarco senėjimas, dėl kurio lėtas laikrodžio dreifas, dar nebuvo pašalintas.

"Molekulinis laikrodis"

Ar įmanoma sukurti prietaisą, skirtą laiko intervalams matuoti didesniu tikslumu nei švytuokliniai ir kvarciniai astronominiai laikrodžiai?

Ieškodami tam tinkamų metodų, mokslininkai kreipėsi į sistemas, kuriose vyksta molekulinės vibracijos. Toks pasirinkimas, žinoma, nebuvo atsitiktinis ir būtent jis iš anksto lėmė tolesnę sėkmę. „Molekuliniai laikrodžiai“ iš pradžių leido tūkstančius kartų padidinti laiko matavimo tikslumą, o paskolą - šimtus tūkstančių kartų. Tačiau kelias nuo molekulės iki laiko indikatoriaus pasirodė sunkus ir labai sunkus.

Kodėl nepavyko pagerinti švytuoklės ir kvarco astronominių laikrodžių tikslumo? Kuo molekulės yra geresnės už švytuokles ir kvarco plokštes matuojant laiką? Koks yra molekulinio laikrodžio veikimo principas ir struktūra?

Prisiminkite, kad bet kurį laikrodį sudaro blokas, kuriame atliekami periodiniai svyravimai, skaičiavimo mechanizmas jų skaičiavimui ir prietaisas, kuriame kaupiama energija, reikalinga jiems išlaikyti. Tačiau laikrodžio tikslumas dažniausiai yra priklauso nuo to elemento veikimo stabilumo kuris matuoja laiką.

Siekiant padidinti astronominio švytuoklinio laikrodžio tikslumą, jų švytuoklė pagaminta iš specialaus lydinio, kurio minimalus šiluminio plėtimosi koeficientas, dedamas į termostatą, specialiu būdu pakabinamas, esantis inde, iš kurio išsiurbiamas oras ir kt. astronominis švytuoklės laikrodis iki tūkstantosios sekundės dalies per dieną. Tačiau palaipsniui judančių ir trinančių dalių nusidėvėjimas, lėti ir negrįžtami struktūrinių medžiagų pokyčiai, apskritai, tokių laikrodžių „senėjimas“ neleido toliau tobulinti jų tikslumo.

Astronominiuose kvarciniuose laikrodžiuose laiką matuoja generatorius, stabilizuotas kvarcu, o šių laikrodžių tikslumą lemia kvarco plokštelės svyravimų dažnio pastovumas. Laikui bėgant kvarco plokštėje ir su ja susijusiuose elektros kontaktuose atsiranda negrįžtamų pokyčių. Taigi ši kvarcinių laikrodžių tvarkyklė „sensta“. Šiuo atveju kvarco plokštės vibracijos dažnis šiek tiek pasikeičia. Tai yra tokių laikrodžių nestabilumo priežastis ir riboja tolesnį jų tikslumo didinimą.

Molekuliniai laikrodžiai suprojektuoti taip, kad jų rodmenis galiausiai nulemtų molekulių sugertų ir skleidžiamų elektromagnetinių bangų dažnis. Tuo tarpu atomai ir molekulės energiją sugeria ir išskiria tik su pertrūkiais, tik tam tikromis dalimis, vadinamomis energijos kvantomis. Šie procesai šiuo metu vaizduojami taip: kai atomas yra normalioje (nesužadintoje) būsenoje, tada jo elektronai užima žemesnius energijos lygius ir tuo pačiu yra arčiausiai atstumo nuo branduolio. Jei atomai sugeria energiją, pavyzdžiui, šviesos energiją, tada jų elektronai šokinėja į naujas pozicijas ir yra kiek toliau nuo savo branduolių.

Pažymėkime atomo energiją, atitinkančią žemiausią elektrono padėtį per E, ir energiją, atitinkančią tolimesnę jo vietą nuo branduolio - per E 2. Kai atomai, skleidžiantys elektromagnetinius svyravimus (pavyzdžiui, šviesą), iš sužadintos būsenos, turinčios energiją E 2, pereina į sužadintą būseną su energija E 1, tada skleidžiama elektromagnetinės energijos dalis yra lygi ε = E 2 -E 1. Nesunku pastebėti, kad minėtas santykis yra ne kas kita, kaip viena iš energijos išsaugojimo dėsnio išraiškų.

Tuo tarpu žinoma, kad šviesos kvanto energija yra proporcinga jos dažniui: ε = hv, kur ε yra elektromagnetinių virpesių energija, v yra jų dažnis, h = 6,62 * 10 -27 erg * sek yra Plancko konstanta . Iš šių dviejų santykių nesunku rasti atomo skleidžiamos šviesos dažnį v. Akivaizdu, kad v = (E 2 - E 1) / h sek. -1

Kiekvienas tam tikro tipo atomas (pavyzdžiui, vandenilis, deguonis ir kt.) Turi savo energijos lygį. Todėl kiekvienas sužadintas atomas, pereidamas į žemesnes būsenas, skleidžia elektromagnetinius virpesius su gana apibrėžtu dažnių rinkiniu, t.y., jis suteikia tik jam būdingą liuminescenciją. Situacija yra visiškai tokia pati su molekulėmis, vienintelis skirtumas yra tas, kad jos turi keletą papildomų energijos lygių, susijusių su skirtingu jų sudedamųjų dalelių išdėstymu ir tarpusavio judėjimu,

Taigi, atomai ir molekulės sugeba sugerti ir skleisti tik riboto dažnio elektromagnetinius virpesius. Atominių sistemų stabilumas yra labai didelis. Jis yra milijardus kartų didesnis už bet kurio makroskopinio prietaiso, kuris suvokia ar skleidžia tam tikros rūšies vibracijas, pavyzdžiui, stygas, kamertonus, mikrofonus ir pan., Stabilumą, o jų stabilumą užtikrinančios jėgos daugeliu atvejų yra tik dešimtys ar šimtai kartų didesnė už išorines jėgas. Todėl laikui bėgant ir keičiantis išorinėms sąlygoms tokių prietaisų savybės šiek tiek keičiasi. Štai kodėl muzikantai turi taip dažnai derinti savo smuikus ir fortepijonus. Priešingai, mikrosistemose, pavyzdžiui, atomuose ir molekulėse, tarp jų sudarančių dalelių veikia tokios didelės jėgos, kad įprastas išorinis poveikis yra daug mažesnis. Todėl įprasti išorinių sąlygų pokyčiai - temperatūra, slėgis ir kt. - nesukelia jokių pastebimų pokyčių šiose mikrosistemose.

Tai paaiškina tokį didelį spektrinės analizės tikslumą ir daugelį kitų metodų bei prietaisų, pagrįstų atominių ir molekulinių vibracijų naudojimu. Dėl to labai patrauklu šias kvantines sistemas naudoti kaip pagrindinį astronominių laikrodžių elementą. Juk tokios mikrosistemos laikui bėgant nekeičia savo savybių, tai yra „nesensta“.

Kai inžinieriai pradėjo kurti molekulinius laikrodžius, jaudinančių atominių ir molekulinių vibracijų metodai jau buvo gerai žinomi. Viena jų-aukšto dažnio elektromagnetiniai virpesiai tiekiami į indą, pripildytą vienokių ar kitokių dujų. Jei šių vibracijų dažnis atitinka šių dalelių sužadinimo energiją, atsiranda rezonansinė elektromagnetinės energijos absorbcija. Po tam tikro laiko (mažiau nei milijonoji sekundės dalis) sužadintos dalelės (atomai ir molekulės) spontaniškai pereina iš sužadintos į normalią būseną ir tuo pačiu metu pačios išskiria elektromagnetinės energijos kvantus.

Atrodytų, kad kitas žingsnis kuriant tokį laikrodį turėtų būti šių svyravimų skaičiavimas, nes švytuoklės svyravimų skaičius skaičiuojamas švytuoklės laikrodyje. Tačiau toks tiesus, „priekinis“ kelias pasirodė per sunkus. Faktas yra tas, kad molekulių skleidžiamų elektromagnetinių virpesių dažnis yra labai didelis. Pavyzdžiui, amoniako molekulėje viename iš pagrindinių perėjimų yra 23 870 129 000 periodų per sekundę. Įvairių atomų skleidžiamų elektromagnetinių virpesių dažnis yra vienodo dydžio ar net didesnis. Joks mechaninis prietaisas netinka tokių aukšto dažnio virpesių skaičiavimui. Be to, įprasti elektroniniai prietaisai taip pat pasirodė netinkami.

Išeitis iš šio sunkumo buvo rasta naudojant originalų sprendimą. Amoniako dujos buvo dedamos į ilgą metalinį vamzdelį (bangolaidį). Kad būtų lengviau valdyti, šis vamzdis yra suvyniotas. Aukšto dažnio elektromagnetiniai virpesiai buvo tiekiami iš generatoriaus į vieną šio vamzdžio galą, o kitame gale buvo sumontuotas prietaisas jų intensyvumui matuoti. Generatorius leido tam tikromis ribomis pakeisti jo sužadintų elektromagnetinių virpesių dažnį.

Norint perkelti amoniako molekules iš nesužadintos į sužadintą būseną, reikia tiksliai apibrėžtos energijos ir atitinkamai apibrėžto elektromagnetinių virpesių dažnio (ε = hv, kur ε yra kvantinė energija, v yra dažnis elektromagnetiniai virpesiai, h yra Plancko konstanta). Kol generatoriaus generuojamų elektromagnetinių virpesių dažnis yra didesnis arba mažesnis už šį rezonansinį dažnį, amoniako molekulės nesugeria energijos. Kai šie dažniai sutampa, nemaža dalis amoniako molekulių sugeria elektromagnetinę energiją ir pereina į sužadintą būseną. Žinoma, šiuo atveju (remiantis energijos taupymo įstatymu) bangolaidžio, kuriame yra sumontuotas matavimo prietaisas, pabaigoje elektromagnetinių virpesių intensyvumas yra mažesnis. Jei sklandžiai pakeisite generatoriaus dažnį ir įrašysite matavimo prietaiso rodmenis, tada rezonansiniu dažniu aptinkamas elektromagnetinių virpesių intensyvumo kritimas.

Kitas žingsnis kuriant molekulinį laikrodį yra būtent šio efekto panaudojimas. Tam buvo surinktas specialus prietaisas (23 pav.). Jame aukšto dažnio generatorius, aprūpintas maitinimo šaltiniu, generuoja aukšto dažnio elektromagnetinius virpesius. Norint padidinti šių svyravimų dažnio pastovumą, generatorius stabilizuojamas. naudojant pjezoelektrinį kvarcą. Esamuose tokio tipo prietaisuose aukšto dažnio generatoriaus virpesių dažnis parenkamas lygus keliems šimtams tūkstančių periodų per sekundę, atsižvelgiant į juose naudojamų kvarco plokščių natūralų virpesių dažnį.

Ryžiai. 23. „Molekulinio laikrodžio“ schema

Kadangi šis dažnis yra per didelis, kad būtų galima tiesiogiai valdyti bet kokį mechaninį įtaisą, tada, naudojant dažnių dalijimo įrenginį, jis sumažinamas iki kelių šimtų svyravimų per sekundę ir tik po to jis tiekiamas į signalo relės ir sukamasis sinchroninis elektros variklis rodyklės rodyklės, esančios laikrodžio ratuke. Taigi ši molekulinio laikrodžio dalis atitinka anksčiau aprašyto kvarcinio laikrodžio modelį.

Siekiant sužadinti amoniako molekules, kai kurios aukšto dažnio generatoriaus sukuriamos elektromagnetinės bangos tiekiamos į kintamosios srovės dažnio daugiklį (žr. 23 pav.). Jame esantis dažnio dauginimo koeficientas parenkamas taip, kad jis būtų rezonansinis. Iš dažnio daugiklio išėjimo elektromagnetiniai virpesiai tiekiami į bangolaidį amoniako dujomis. Prietaisas, esantis bangolaidžio išėjime - diskriminatorius - atkreipia dėmesį į elektromagnetinių virpesių, praeinančių per bangolaidį, intensyvumą ir veikia aukšto dažnio generatorių, pakeisdamas jo sukeliamų virpesių dažnį. Diskriminatorius suprojektuotas taip, kad kai virpesiai, kurių dažnis yra mažesnis už rezonansinį dažnį, pasiekia bangolaidžio įvestį, jis sureguliuoja generatorių, padidindamas jo svyravimų dažnį. Jei virpesiai, kurių dažnis didesnis nei rezonansinis dažnis, pasiekia bangolaidžio įvestį, tai sumažina generatoriaus dažnį. Šiuo atveju derinimas į rezonansą yra tikslesnis, tuo kietesnė yra absorbcijos kreivė. Taigi pageidautina, kad elektromagnetinių virpesių intensyvumo kritimas dėl rezonansinės jų energijos absorbcijos molekulėse būtų kuo siauresnis ir gilesnis.

Visi šie tarpusavyje sujungti įrenginiai - generatorius, daugiklis, amoniako bangolaidis ir diskriminatorius - yra grįžtamojo ryšio kilpa, kurioje generatorius sužadina amoniako molekules ir tuo pačiu valdo jį, priversdamas jį sukelti norimo dažnio virpesius. . Taigi, galiausiai, molekulinis laikrodis naudoja amoniako molekules kaip dažnio ir laiko standartą. Pirmajame molekuliniame amoniako laikrodyje, kurį pagal šį principą sukūrė G. Lions 1953 m., Kurso nestabilumas buvo apie 10 -7, tai yra, dažnio pokytis neviršijo dešimties milijonų dalių. Vėliau nestabilumas buvo sumažintas iki 10–8, o tai atitinka klaidą matuojant laiko intervalus 1 sekunde per kelerius metus.

Apskritai tai, žinoma, yra puikus tikslumas. Tačiau paaiškėjo, kad sukonstruotame įrenginyje elektromagnetinės energijos absorbcijos kreivė pasirodė toli gražu ne tokia aštri, kaip tikėtasi, bet šiek tiek „sutepta“. Atitinkamai, viso įrenginio tikslumas pasirodė esąs žymiai mažesnis nei tikėtasi. Vėlesniais metais atlikti išsamūs šio molekulinio laikrodžio tyrimai leido išsiaiškinti, kad jų rodmenys tam tikru mastu priklauso nuo bangolaidžio konstrukcijos, taip pat nuo jame esančių dujų temperatūros ir slėgio. Buvo nustatyta, kad būtent šie efektai yra tokių laikrodžių veikimo nestabilumo šaltinis ir riboja jų tikslumą.

Vėliau šie molekulinio laikrodžio defektai nebuvo visiškai pašalinti. Tačiau buvo galima sugalvoti kitų, pažangesnių tipų kvantinių laiko skaitiklių.

Atominis cezio laikrodis

Tolesnis dažnio ir laiko standartų patobulinimas buvo pasiektas remiantis aiškiu amoniako molekulinio laikrodžio trūkumų priežasčių supratimu. Prisiminkime, kad pagrindiniai amoniako molekulinių laikrodžių trūkumai yra tam tikras rezonanso absorbcijos kreivės „sutepimas“ ir laikrodžių priklausomybė nuo bangolaidyje esančių dujų temperatūros ir slėgio.

Kokios yra šių defektų priežastys? Ar juos galima pašalinti? Paaiškėjo, kad rezonanso tepimas atsiranda dėl bangolaidį užpildančių dujų dalelių šiluminio judėjimo. Galų gale, kai kurios dujų dalelės juda link elektromagnetinės bangos, todėl joms virpesių dažnis yra šiek tiek didesnis, nei nurodo generatorius. Kitos dujų dalelės, priešingai, juda nuo įeinančios elektromagnetinės bangos, tarsi bėgtų nuo jos; jiems elektromagnetinių virpesių dažnis yra šiek tiek mažesnis už vardinį. Tik santykinai labai mažam skaičiui stacionarių dujų dalelių jų suvokiamas elektromagnetinių virpesių dažnis yra lygus vardiniam, t.y. davė generatorius.

Aprašytas reiškinys yra gerai žinomas išilginis Doplerio efektas. Būtent jis veda prie to, kad rezonanso kreivė yra išlyginta ir ištepta, o atskleidžiama srovės priklausomybė nuo bangolaidžio išėjimo nuo dujų dalelių judėjimo greičio, t.y. dėl dujų temperatūros.

Amerikos standartų biuro mokslininkų komandai pavyko įveikti šiuos sunkumus. Tačiau tai, ką jie padarė apskritai, pasirodė esąs naujas ir daug tikslesnis dažnio ir laiko standartas, nors jame buvo panaudoti kai kurie jau žinomi dalykai.

Šis prietaisas naudoja jau ne molekules, o atomus. Šie atomai ne tik užpildo indą, bet ir juda pluoštu. Ir taip, kad jų judėjimo kryptis būtų statmena elektromagnetinės bangos sklidimo krypčiai. Nesunku suprasti, kad šiuo atveju išilginio Doplerio efekto nėra. Prietaisas naudoja cezio atomus, kurių sužadinimas vyksta elektromagnetinių virpesių dažniu, lygiu 9 192 631 831 laikotarpiui per sekundę.

Atitinkamas įtaisas sumontuotas vamzdyje, kurio viename gale yra elektrinė krosnis 1, kuri iki išgarinimo kaitina metalinį cezį, o kitame - detektorius 6, kuris skaičiuoja jį pasiekusių cezio atomų skaičių ( 24 pav.). Tarp jų yra: pirmasis magnetas 2, bangolaidis 3, tiekiantis aukšto dažnio elektromagnetinius virpesius, kolimatorius 4 ir antrasis magnetas 5. Įjungus krosnį, metalo garai įsiveržia į vamzdelį per plyšį ir siaurą cezio atomai skrenda išilgai savo ašies, pakeliui veikiami magnetinių laukų, kuriuos sukuria nuolatiniai magnetai, ir aukšto dažnio elektromagnetinio lauko, kurį bangas perduoda iš generatoriaus į vamzdį, įtakos, kad bangų sklidimo kryptis būtų statmena dalelių skrydžio kryptimi.

Toks prietaisas leidžia išspręsti pirmąją problemos dalį: sužadinti atomus, tai yra perkelti juos iš vienos būsenos į kitą ir kartu išvengti išilginio Doplerio efekto. Jei mokslininkai apsiribotų šiuo patobulinimu, tada prietaiso tikslumas, nors ir padidėtų, bet ne daug. Iš tiesų, iš kaitinamojo šaltinio skleidžiamame atomų pluošte visada yra sužadintų ir sužadintų atomų. Taigi, kai iš šaltinio skleidžiami atomai skrenda per elektromagnetinį lauką ir sužadinami, tada prie jau esančių sužadintų atomų pridedamas tam tikras sužadintų atomų skaičius. Todėl sužadintų atomų skaičiaus pokytis santykinai nėra labai didelis, todėl elektromagnetinių bangų poveikis dalelių spinduliui nėra labai ryškus. Akivaizdu, kad jei iš pradžių apskritai nebūtų sužadintų atomų, o paskui jie atsirastų, tada bendras poveikis būtų daug kontrastingesnis.

Taigi, atsiranda papildoma problema: skyriuje nuo šaltinio iki elektromagnetinio lauko praleiskite normalios būklės atomus ir pašalinkite sužadintus. Norint tai išspręsti, nereikėjo išrasti nieko naujo, nes keturiasdešimtajame dešimtmetyje rabinas, o vėliau Ramsey sukūrė atitinkamus spektroskopinių tyrimų metodus. Šie metodai grindžiami tuo, kad visi atomai ir molekulės turi tam tikrų elektrinių ir magnetinių savybių, o sužadintoms ir nesusijusioms dalelėms šios savybės skiriasi. Todėl elektriniuose ir magnetiniuose laukuose sužadinti ir nesužadinti atomai ir molekulės nukreipiami skirtingai.

Aprašytame atominiame cezio laikrodyje, esančiame dalelių pluošto kelyje tarp šaltinio ir aukšto dažnio elektromagnetinio lauko, nuolatinis magnetas 2 (žr. 24 pav.) Buvo sumontuotas taip, kad nesužadintos dalelės būtų sutelktos į kolimatoriaus plyšį ir susijaudinę buvo pašalinti iš sijos. Antrasis magnetas 5, stovintis tarp aukšto dažnio elektromagnetinio lauko ir detektoriaus, priešingai, buvo sumontuotas taip, kad iš spindulio būtų pašalintos nesužadintos dalelės, o į detektorių būtų sutelktos tik sužadintos dalelės. Šis dvigubas atskyrimas lemia tai, kad detektorių pasiekia tik tos dalelės, kurios nebuvo sužadintos prieš patekimą į elektromagnetinį lauką, o po to pateko į sužadintą būseną. Šiuo atveju detektoriaus rodmenų priklausomybė nuo elektromagnetinių virpesių dažnio pasirodo labai aštri ir atitinkamai elektromagnetinės energijos absorbcijos rezonanso kreivė pasirodo labai siaura ir stati.

Dėl aprašytų priemonių paaiškėjo, kad atominio cezio laikrodžio pavaros mechanizmas gali reaguoti net į labai nedidelį aukšto dažnio generatoriaus išsijungimą, todėl buvo pasiektas labai didelis stabilizavimo tikslumas.

Likusi prietaiso dalis apskritai pakartoja molekulinio laikrodžio koncepciją: aukšto dažnio generatorius valdo elektrinį laikrodį ir tuo pat metu sužadina daleles per dažnio dauginimo grandines. Prie cezio vamzdžio ir aukšto dažnio generatoriaus prijungtas diskriminatorius reaguoja į vamzdžio veikimą ir sureguliuoja generatorių taip, kad jo generuojamų virpesių dažnis sutaptų su dalelių sužadinimo dažniu.

Visas šis prietaisas vadinamas atominiu cezio laikrodžiu.

Pirmaisiais cezio laikrodžių modeliais (pavyzdžiui, Anglijos nacionalinės fizinės laboratorijos cezio laikrodžiu) nestabilumas buvo tik 1–9. Šio tipo įtaisuose, sukurtuose ir pastatytuose pastaraisiais metais, nestabilumas sumažintas iki 10-12-10-13.

Jau buvo pasakyta, kad net ir geriausi mechaniniai astronominiai laikrodžiai dėl jų dalių nusidėvėjimo laikui bėgant šiek tiek keičia savo kryptį. Net ir kvarco astronominis laikrodis neturi šio trūkumo, nes dėl kvarco senėjimo jų rodmenys lėtai nukrypsta. Cezio atominiuose laikrodžiuose dažnio nukrypimų nerasta.

Lyginant skirtingas šių laikrodžių kopijas, jų svyravimų dažnis sutapo ± 3 * 10 -12 ribose, o tai atitinka tik 1 sekundės paklaidą per 10 000 metų.

Tačiau šis prietaisas nėra be trūkumų: elektromagnetinio lauko formos iškraipymai ir santykinai trumpa jo poveikio spindulių atomai trukmė riboja tolesnį matavimo laiko intervalų tikslumo padidėjimą naudojant tokias sistemas.

Astronominis laikrodis su kvantiniu generatoriumi

Kitas žingsnis siekiant padidinti laiko intervalų tikslumą buvo atliktas naudojant molekuliniai generatoriai- prietaisai, kuriuose jis naudojamas elektromagnetinių bangų skleidimas molekulėmis.

Šis atradimas buvo netikėtas ir logiškas. Netikėtai - nes atrodė, kad senųjų metodų galimybės buvo išnaudotos, o kitų nebuvo. Natūralu - nes daugelis žinomų efektų jau sudarė beveik visas naujojo metodo dalis ir beliko tik tinkamai jas sujungti. Tačiau naujas žinomų dalykų derinys yra daugelio atradimų esmė. Visada reikia daug drąsos mąstyti, kad tai sugalvotum. Gana dažnai, tai padarius, viskas atrodo labai paprasta.

Prietaisai, kurie naudoja molekulinę spinduliuotę dažnio standartui gauti, vadinami maseriais; šis žodis suformuotas iš pradinių išraiškos raidžių: mikrobangų stiprinimas stimuliuojant spinduliuotę, t. y. radijo bangų stiprinimas centimetrų diapazone, naudojant sukeltą spinduliuotę. Šiuo metu tokio tipo prietaisai dažniausiai vadinami kvantiniais stiprintuvais arba kvantiniais generatoriais.

Kas paruošė kvantinio generatoriaus atradimą? Koks yra jo veikimo principas ir struktūra?

Mokslininkai žinojo, kad kai sužadintos molekulės, tokios kaip amoniakas, nusileidžia iki žemesnio energijos lygio ir skleidžia elektromagnetinę spinduliuotę, tada natūralus šių išmetimo linijų plotis yra labai mažas bet kokiu atveju daug kartų mažesnis už molekulinės laikrodžių absorbcijos linijos plotį. Tuo tarpu, lyginant dviejų virpesių dažnį, rezonanso kreivės aštrumas priklauso nuo spektrinių linijų pločio, o pasiekiamas stabilizavimo tikslumas - nuo rezonansinės kreivės aštrumo.

Akivaizdu, kad mokslininkai buvo labai suinteresuoti galimybe pasiekti didesnį tikslumą matuojant laiko intervalus, naudojant ne tik absorbciją, bet ir molekulių elektromagnetinių bangų spinduliuotę. Atrodytų, kad tam jau yra viskas. Iš tiesų, molekulinio laikrodžio bangolaidyje sužadintos amoniako molekulės yra savaime apšviečiamos, tai yra, jos pereina prie žemesnio energijos lygio ir tuo pačiu metu skleidžia 23 870 129 000 periodų dažnio elektromagnetinę spinduliuotę. Šios emisijos spektrinės linijos plotis iš tiesų yra labai mažas. Be to, kadangi molekulinio laikrodžio bangolaidis yra pripildytas elektromagnetinių virpesių, tiekiamų iš generatoriaus, ir šių svyravimų dažnis yra lygus amoniako molekulių skleidžiamų energijos kvantų dažniui, tada bangolaidyje atsiranda sukeltas sužadintų amoniako molekulių emisija, kurios tikimybė yra daug didesnė nei savaiminė. Taigi šis procesas padidina bendrą radiacijos įvykių skaičių.

Nepaisant to, molekulinio laikrodžio bangolaidžio tipo sistema pasirodė visiškai netinkama stebėti ir naudoti molekulinę spinduliuotę. Iš tiesų, tokiame bangolaidyje yra daug daugiau sužadintų amoniako dalelių nei sužadintų, ir net atsižvelgiant į sukeltą spinduliuotę, elektromagnetinės energijos absorbcijos veiksmai vyksta daug dažniau nei spinduliavimo veiksmai. Be to, neaišku, kaip tokiame bangolaidyje galima atskirti molekulių skleidžiamus energijos kvantus, kai tą patį tūrį užpildo generatoriaus elektromagnetinė spinduliuotė, ir ši spinduliuotė turi tą patį dažnį ir daug didesnį intensyvumą.

Ar ne tiesa, kad visi procesai pasirodo taip sumaišyti, jog iš pirmo žvilgsnio atrodo neįmanoma iš jų išskirti reikiamo? Tačiau taip nėra. Juk žinoma, kad savo elektrinėmis ir magnetinėmis savybėmis sužadintos molekulės skiriasi nuo sužadintų, ir tai leidžia jas atskirti.

1954-1955 m. šią problemą puikiai išsprendė N. G. Basovas ir A. M. Prokhorovas SSRS, o Gordonas, Zeigeris ir Townesas JAV *. Šie autoriai pasinaudojo tuo, kad susijaudinusių ir nesužadintų amoniako molekulių elektros būsena yra kiek kitokia ir, skrendant per nevienalytį elektrinį lauką, jie nukrypsta skirtingai.

* (J. Singer, Masers, IL, M., 1961; Basovas N. G., Letokhovas V. S., optinio dažnio standartai, fiz. 4, 1968 m.)

Prisiminkite, kad tarp dviejų elektra įkrautų lygiagrečių plokščių sukuriamas vienodas elektrinis laukas, pavyzdžiui, kondensatoriaus plokštės; tarp įkrautos plokštės ir taško ar dviejų įkrautų taškų - nevienalytis. Jei elektriniai laukai vaizduojami naudojant jėgos linijas, tai vienarūšius laukus vaizduoja to paties tankio linijos, o nevienalytes - nevienodo tankio linijas, pavyzdžiui, mažiau plokštumoje ir didesnę toje vietoje, kur linijos susilieja. Nehomogeninių vienokių ar kitokių formų elektrinių laukų gavimo būdai jau seniai žinomi.

Molekulinis generatorius yra molekulių šaltinio, elektrinio separatoriaus ir rezonatoriaus derinys, surinktas į vamzdelį, iš kurio išsiurbiamas oras. Giliam aušinimui šis vamzdelis dedamas į skystą azotą. Tai užtikrina aukštą viso įrenginio stabilumą. Molekulinio generatoriaus dalelių šaltinis yra siauros skylės balionas, pripildytas amoniako dujų. Per šią skylę į vamzdelį patenka siauras tam tikro greičio dalelių pluoštas (25 pav., A).

Spinduliuose visada yra sužadintų ir sužadintų amoniako molekulių. Tačiau paprastai nesusijaudinusių žmonių yra daug daugiau nei susijaudinusių. Vamzdyje, šių dalelių kelyje, yra elektra įkrautas kondensatorius, susidedantis iš keturių strypų - vadinamasis ketrupolio kondensatorius. Jame elektrinis laukas yra nevienalytis ir turi tokią formą (25 pav., B), kad eidamas pro jį nesužadintos amoniako molekulės išsisklaido į šonus, o sužadintos nukrypsta į vamzdžio ašį ir taip sufokusuoja. Todėl tokiame kondensatoriuje dalelės yra atskiriamos ir tik sužadintos amoniako molekulės pasiekia kitą vamzdžio galą.

Šiame kitame vamzdžio gale yra tam tikro dydžio ir formos indas - vadinamasis rezonatorius. Patekusios į jį sužadintos amoniako molekulės po trumpo laiko savaime pereina iš sužadintos būsenos į nesužadintą būseną ir tuo pačiu skleidžia tam tikro dažnio elektromagnetines bangas. Teigiama, kad šis procesas yra apšviestas. Taigi galima ne tik gauti molekulinę spinduliuotę, bet ir ją izoliuoti.

Apsvarstykime tolesnę šių idėjų plėtrą. Rezonansinio dažnio elektromagnetinė spinduliuotė, sąveikaudama su nesužadintomis molekulėmis, perkelia jas į sužadintą būseną. Ta pati spinduliuotė, sąveikaudama su sužadintomis molekulėmis, perkelia jas į nesužadintą būseną, taip paskatindama jų spinduliuotę. Priklausomai nuo to, kurių molekulių yra daugiau, nesužadintų ar sužadintų, vyrauja elektromagnetinės energijos absorbcijos arba sukeltos emisijos procesas.

Sukūrus tam tikrą tūrį, pavyzdžiui, rezonatorių, didelį susijaudinusių amoniako molekulių dominavimą ir tiekiantį jam rezonansinio dažnio elektromagnetinius virpesius, galima sustiprinti itin aukštą dažnį. Akivaizdu, kad šis stiprinimas atsiranda dėl nuolatinio sužadintų amoniako molekulių pumpavimo į rezonatorių.

Rezonatoriaus vaidmuo neapsiriboja vien tuo, kad tai indas, kuriame vyksta sužadintų molekulių emisija. Kadangi rezonansinio dažnio elektromagnetinė spinduliuotė skatina sužadintų molekulių spinduliuotę, tuo didesnis šios spinduliuotės tankis, tuo aktyviau vyksta šis sukeltos spinduliuotės procesas.

Pasirinkus rezonatoriaus matmenis pagal šių elektromagnetinių svyravimų bangos ilgį, galima jame sukurti sąlygas nuolatinėms bangoms atsirasti (panašiai kaip organų vamzdžių matmenų parinkimas stovinčioms bangoms) atitinkamos elastingos garso vibracijos jose). Gaminant rezonatoriaus sienas iš tinkamos medžiagos, galima užtikrinti, kad jos atspindėtų elektromagnetinius virpesius su kuo mažesniais nuostoliais. Abi šios priemonės leidžia rezonatoriuje sukurti didelį elektromagnetinės energijos tankį ir taip padidinti viso įrenginio efektyvumą.

Jei visi kiti dalykai yra lygūs, šio prietaiso pelnas pasirodo didesnis, tuo didesnis sužadintų molekulių srauto tankis. Pažymėtina, kad esant pakankamai dideliam sužadintų molekulių srauto tankiui ir tinkamiems rezonatoriaus parametrams, molekulių spinduliuotės intensyvumas tampa pakankamai didelis, kad padengtų įvairius energijos nuostolius, o stiprintuvas virsta molekuliniu mikrobangų virpesių generatoriumi. vadinamas kvantiniu generatoriumi. Tokiu atveju nebereikia tiekti aukšto dažnio elektromagnetinės energijos į rezonatorių. Kai kurių sužadintų dalelių sukeltos emisijos procesą palaiko kitų. Be to, esant tinkamoms sąlygoms, elektromagnetinės energijos generavimo procesas nenutrūksta net ir tuo atveju, kai dalis jos nukreipiama į šoną.

Labai didelio stabilumo kvantinis generatorius Jis suteikia aukšto dažnio griežtai apibrėžto dažnio elektromagnetinius virpesius ir gali būti naudojamas laiko intervalams matuoti. Tokiu atveju nereikia nuolat veikti. Pakanka periodiškai reguliariais intervalais palyginti astronominio laikrodžio elektros generatoriaus dažnį su šiuo molekulinio dažnio standartu ir, jei reikia, įvesti korekciją.

5 -ojo dešimtmečio pabaigoje buvo pastatytas molekulinis amoniako generatorius, pataisytas astronominis laikrodis. Jų trumpalaikis nestabilumas neviršijo 10-12 per 1 minutę, o ilgalaikis nestabilumas buvo apie 10-10, o tai atitinka iškraipymus skaičiuojant laiko intervalus tik 1 sekundę per kelis šimtus metų.

Tolesnis dažnio ir laiko standartų tobulinimas buvo pasiektas remiantis tomis pačiomis idėjomis ir kai kuriomis kitomis dalelėmis, kaip talis ir vandeniliu. Tuo pačiu metu kvantinis generatorius, veikiantis vandenilio atomų pluoštu, šeštojo dešimtmečio pradžioje sukurtas ir pastatytas Goldenbergo, Klepnerio ir Ramsey, pasirodė ypač perspektyvus. Šį generatorių taip pat sudaro dalelių šaltinis, separatorius ir rezonatorius, sumontuoti vamzdyje (26 pav.), Panardinti į tinkamą šaltnešį. Šaltinis skleidžia vandenilio atomų spindulį. Šiame pluošte yra sužadintų ir sužadintų vandenilio atomų, o sužadintų atomų yra daug daugiau nei sužadintų.

Kadangi sužadinti vandenilio atomai skiriasi nuo nesužadintų savo magnetine būsena (magnetiniu momentu), tada jų atskyrimui naudojamas ne elektrinis, o magnetinis laukas, sukurtas poros magnetų. Vandenilio generatoriaus rezonatorius taip pat turi reikšmingų savybių. Jis pagamintas lydyto kvarco kolbos pavidalu, kurio vidinės sienos yra padengtos parafinu. Dėl daugybės (apie 10 000) elastingų vandenilio atomų atspindžių iš parafino sluoksnio, dalelių skrydžio ilgis ir atitinkamai jų buvimo rezonatoriuje laikas, palyginus su molekuliniu generatoriumi, padidėja tūkstančiais kartų. Taigi galima gauti labai siauras vandenilio atomų emisijos spektrines linijas ir, palyginti su molekuliniu generatoriumi, tūkstančius kartų sumažinti viso prietaiso nestabilumą.

Šiuolaikiniai astronominių laikrodžių su vandenilio kvantiniu generatoriumi dizainai savo veikimu pranoko cezio atominių spindulių standartą. Sisteminio dreifo juose nenustatyta... Jų trumpalaikis nestabilumas yra tik 6 * 10 -14 per minutę, o ilgalaikis -2 * 10 -14 per dieną, o tai yra dešimt kartų mažiau nei cezio standartas. Laikrodžio atkuriamumas naudojant vandenilio kvantinį generatorių yra ± 5 * 10 -13, o cezio etalono atkuriamumas -± 3 * 10 -12. Vadinasi, vandenilio generatorius šiuo atžvilgiu yra maždaug dešimt kartų geresnis. Taigi, naudojant vandenilio astronominį laikrodį, galima užtikrinti maždaug 1 sekundės laiko matavimo tikslumą maždaug per šimtą tūkstančių metų.

Tuo tarpu keletas pastarųjų metų tyrimų parodė, kad šis didelis laiko intervalų matavimo tikslumas, pasiektas remiantis atominių spindulių generatoriais, dar nėra ribojamas ir gali būti padidintas.

Tikslus laiko perdavimas

Laiko tarnybos užduotis neapsiriboja tikslaus laiko gavimu ir saugojimu. Ne mažiau svarbi jo dalis yra tokia tikslaus laiko perdavimo organizacija, kurioje šis tikslumas nebūtų prarastas.

Senovėje laiko signalai buvo perduodami naudojant mechaninius, garso ar šviesos prietaisus. Peterburge lygiai vidurdienį paleido patranką; taip pat buvo galima palyginti savo laikrodžius su Metrologijos instituto bokštiniu laikrodžiu, dabar pavadintu DI Mendelejevo vardu. Jūrų uostuose krintantis rutulys buvo naudojamas kaip laiko signalas. Iš uoste prisišvartavusių laivų buvo matyti, kaip tiksliai vidurdienį kamuolys nukrito nuo specialaus stiebo viršaus ir nukrito ant kojos.

Įprastai šiuolaikinio intensyvaus gyvenimo eigai labai svarbi užduotis yra numatyti tikslų laiką geležinkeliams, paštui, telegrafui ir dideliems miestams. Tam nereikia tokio didelio tikslumo, kaip astronomijos ir geografijos darbe, tačiau būtina, kad minutės tikslumu visose miesto dalyse, visose mūsų didžiulės šalies dalyse visi laikrodžiai rodytų tą patį laiką. Ši užduotis paprastai atliekama naudojant elektrinį laikrodį.

Geležinkelių ir ryšių institucijų laikrodžių pramonėje, šiuolaikinio miesto laikrodžių pramonėje elektriniai laikrodžiai vaidina svarbų vaidmenį. Jų prietaisas yra labai paprastas, tačiau nepaisant to, vienos minutės tikslumu jie rodo tą patį laiką visuose miesto taškuose.

Elektriniai laikrodžiai yra pirminiai ir antriniai. Pirminiai elektriniai laikrodžiai turi švytuoklę, ratus, pabėgimą ir yra realaus laiko matuokliai. Antriniai elektriniai laikrodžiai yra tik indikatoriai: juose nėra laikrodžio mechanizmo, tačiau yra tik palyginti paprastas prietaisas, judinantis rankas vieną kartą per minutę (27 pav.). Prie kiekvieno srovės atidarymo elektromagnetas atleidžia armatūrą, o prie armatūros pritvirtintas „šuo“, remdamasis į reketo ratą, pasuka jį vienu dantimi. Elektros srovės signalai į antrinį laikrodį tiekiami iš centrinio nustatymo arba iš pirminio elektros laikrodžio. Pastaraisiais metais pasirodė kalbantys laikrodžiai, sukurti garso filmų principu, kurie ne tik rodo, bet ir nurodo laiką.

Perdavimui tikslus laikasšiandien daugiausia naudojami elektriniai signalai, siunčiami telefonu, telegrafu ir radiju. Per pastaruosius dešimtmečius jų perdavimo technika patobulėjo, o tikslumas atitinkamai padidėjo. 1904 metais Bigurdanas iš Paryžiaus observatorijos perdavė ritminius laiko signalus, kuriuos Montsouris observatorija priėmė 0,02-0,03 sek. 1905 m. Vašingtono jūrų observatorija pradėjo reguliariai perduoti laiko signalus; 1908 m. Ritmiški laiko signalai buvo pradėti perduoti iš Eifelio bokšto, o nuo 1912 m. - iš Grinvičo observatorijos.

Šiuo metu tikslūs laiko signalai perduodami daugelyje šalių. SSRS tokias laidas veda Valstybinis astronomijos institutas. P.K.Sternberg, taip pat nemažai kitų organizacijų. Tuo pačiu metu, norint perduoti vidutinius saulės laiko rodmenis radijo ryšiu, naudojama daugybė skirtingų programų. Pavyzdžiui, transliacijos laiko signalizavimo programa perduodama kiekvienos valandos pabaigoje ir susideda iš šešių trumpų impulsų. Paskutinio iš jų pradžia atitinka tos ar kitos valandos laiką ir 00 min 00 sek. Jūrų ir oro navigacijoje naudojama penkių 60 impulsų ir trijų šešių trumpų signalų, atskirtų ilgesniais signalais, programa. Be to, yra keletas specialių laiko signalų programų. Informacija apie įvairias specialias laiko signalizavimo programas skelbiama specialiais leidimais.

Transliacinių programų laiko signalų perdavimo klaida yra apie ± 0,01 -0,001 sek., O kai kurių specialiųjų -± 10-4 ir net ± 10-5 sek. Taigi šiuo metu buvo sukurti metodai ir prietaisai, kurie leidžia labai tiksliai priimti, saugoti ir perduoti laiką.

Pastaruoju metu buvo įgyvendintos iš esmės naujos idėjos tikslaus laiko saugojimo ir perdavimo srityje. Tarkime, kad būtina, kad kai kuriuose bet kurios teritorijos taškuose stovėjusių laikrodžių rodmenų tikslumas būtų ne blogesnis kaip ± 30 sekundžių, jei visi šie laikrodžiai nuolat veiktų ištisus metus. Tokie reikalavimai taikomi, pavyzdžiui, miesto ir geležinkelio laikrodžiams. Reikalavimai nėra labai griežti, tačiau norint juos įvykdyti naudojant autonominius laikrodžius, būtina, kad kiekvieno laikrodžio dienos norma būtų geresnė nei ± 0,1 sek., O tam reikalingi tikslūs kvarco chronometrai.

Tuo tarpu, jei šiai problemai spręsti naudojama universali laiko sistema, kurį sudaro pirminiai laikrodžiai ir daugybė susijusių antrinių laikrodžių, tada tik pirminiai laikrodžiai turėtų būti labai tikslūs. Vadinasi, net ir padidėjus pirminio laikrodžio išlaidoms ir atitinkamai mažoms antrinio laikrodžio sąnaudoms, galima užtikrinti gerą visos sistemos tikslumą ir palyginti mažą bendrą kainą.

Žinoma, šiuo atveju būtina įsitikinti, kad pats antrinis laikrodis nesukelia klaidų. Anksčiau aprašyti antriniai laikrodžiai su reketiniu ratuku ir rankena, kai ranka vieną kartą per minutę juda pagal signalą, kartais sugedus. Be to, laikui bėgant jų rodmenų klaida kaupiasi. Šiuolaikiniuose antriniuose laikrodžiuose naudojami įvairūs rodmenų tikrinimo ir taisymo tipai. Dar didesnį tikslumą užtikrina antriniai laikrodžiai, kuriuose naudojama pramoninio dažnio (50 Hz) kintamoji srovė, kurios dažnis yra griežtai stabilizuotas. Pagrindinė šio laikrodžio dalis yra sinchroninis elektros variklis, varomas kintamosios srovės. Taigi šiame laikrodyje pati kintamoji srovė yra nepertraukiamas laiko signalas, kurio pasikartojimo laikotarpis yra 0,02 sek.

Šiuo metu sukurta pasaulinė atominių laikrodžių sinchronizacija (WOSAC; pavadinimas, sudarytas iš pirmųjų žodžių raidžių: Pasaulinis atominių laikrodžių sinchronizavimas). Pagrindinis šios sistemos laikrodis yra Romoje, Niujorke, JAV, ir susideda iš trijų atominių chronų (atominių cezio laikrodžių), kurių rodmenys yra vidurkiai. Taigi užtikrinamas laiko tikslumas, lygus (1-3) * 10 -11. Šis pagrindinis laikrodis yra susijęs su pasauliniu antrinių laikrodžių tinklu.

Bandymas parodė, kad perduodant tikslius laiko signalus per WOZAK iš Niujorko valstijos (JAV) į Oahu salą (Havajai), tai yra, maždaug 30 000 km, laiko rodmenys buvo suderinti 3 mikrosekundžių tikslumu.

Šiandien pasiektas didelis laiko žymų saugojimo ir perdavimo tikslumas leidžia išspręsti sudėtingas ir naujas tolimojo nuotolio navigacijos erdvėje problemas, taip pat, nors ir senus, bet vis dar svarbius ir įdomius klausimus apie žemės plutos judėjimą. .

Kur plaukioja žemynai?

Dabar galime grįžti prie žemynų judėjimo problemos, aprašytos ankstesniame skyriuje. Tai dar įdomiau, nes per pusę amžiaus, praėjusio nuo Wegenerio kūrinių pasirodymo iki mūsų laikų, mokslinės diskusijos apie šias idėjas dar nenuslūgsta. Pavyzdžiui, W. Munkas ir G. MacDonaldas 1960 metais rašė: „Kai kurie Wegenerio duomenys yra neginčijami, tačiau dauguma jo argumentų yra visiškai pagrįsti savavališkomis prielaidomis“. Ir toliau: „Dideli žemynų poslinkiai įvyko prieš telegrafo išradimą, vidutiniai - prieš radijo išradimą, o po to praktiškai jokių poslinkių nebuvo pastebėta“.

Šios agresyvios pastabos nėra be pagrindo, bent jau pirmoje jų dalyje. Iš tiesų, išilginiai matavimai, kuriuos vienu metu atliko Wegeperis ir jo bendradarbiai savo ekspedicijose į Grenlandiją (vienoje iš jų Wegeneris mirė tragiškai), buvo atlikti nepakankamai tiksliai, kad būtų galima tiksliai išspręsti užduotį. Tai pastebėjo jo amžininkai.

Vienas iš labiausiai įtikintų šiuolaikinės žemynų judėjimo teorijos šalininkų yra P.N.Kropotkinas. 1962 m. Jis rašė: „Paleomagnetiniai ir geologiniai duomenys rodo, kad mezozojaus ir cenozojaus laikais žemės plutos judėjimo leitmotyvas buvo dviejų senovės žemynų - Lurazijos ir Gondvanos - susiskaidymas ir jų dalių išplitimas link Ramiojo vandenyno ir Tetio. geosinklinio diržas “. Prisiminkite, kad Laurazija apėmė Šiaurės Ameriką, Grenlandiją, Europą ir visą šiaurinę Azijos pusę, Gondvaną - pietinius žemynus ir Indiją. Tetio vandenynas driekėsi nuo Viduržemio jūros per Alpes, Kaukazą ir Himalajus iki Indonezijos.

Tas pats autorius taip pat rašė: „Dabar Gondvanos vienybė yra atsekama nuo ikikamerinio iki kreidos vidurio, o jos suskaidymas dabar atrodo kaip ilgas procesas, prasidėjęs paleozojaus laikotarpiu ir pasiekęs ypač didelį mastą nuo kreidos amžiaus vidurio. . Nuo to laiko praėjo 80 milijonų metų. Todėl atstumas tarp Afrikos ir Pietų Amerikos padidėjo 6 cm per metus. Tas pats greitis gaunamas iš paleomagnetinių duomenų, skirtų Hindustano judėjimui iš pietinio pusrutulio į šiaurę “. . Anksčiau rekonstravęs žemynų vietą, naudodamas paleomagnetinius duomenis, PN Kropotkinas priėjo prie išvados, kad „šiuo metu žemynai iš tiesų buvo sugriauti į tokį bloką, panašų į Vegenerijos pirminės kontinentinės platformos kontūrą“.

Taigi, skirtingais metodais gautų duomenų suma rodo, kad šiuolaikinė žemynų vieta ir jų kontūrai susiformavo tolimoje praeityje dėl daugybės gedimų ir didelio kontinentinių blokų judėjimo.

Šiuolaikinio žemynų judėjimo klausimas sprendžiamas remiantis pakankamai tiksliai atliktų išilginių tyrimų rezultatais. Tai, kas šiuo atveju reiškia pakankamą tikslumą, matyti iš to, kad, pavyzdžiui, Vašingtono platumoje ilgumos pokytis viena dešimčia tūkstančių sekundžių atitinka 0,3 cm poslinkį. yra apie 1 m per metus, o šiuolaikinio laiko paslaugos jau yra. Kadangi yra laiko taškų apibrėžimas, tikslaus laiko saugojimas ir perdavimas tūkstantosios ir dešimties tūkstančių sekundžių tikslumu, pakanka įtikinamų rezultatų. atlikti atitinkamus matavimus su kelerių ar kelių dešimčių metų intervalu.

Tuo tikslu 1926 m. Buvo sukurtas 32 stebėjimo taškų tinklas ir atlikti astronominiai išilginiai tyrimai. 1933 m. Buvo atlikti pakartotiniai astronominiai išilginiai tyrimai, o į darbą buvo įtraukta jau 71 observatorija. Šie matavimai, atlikti geru šiuolaikiniu lygiu, nors ir ne per ilgesnį laiko tarpą (7 metus), visų pirma parodė, kad Amerika nesitraukia nuo Europos 1 m per metus, kaip manė Wegeneris, bet artėja maždaug 60 cm per metus.

Taigi, naudojant labai tikslius išilginius matavimus, buvo patvirtintas šiuolaikinis didelių žemyninių riedulių judėjimas. Be to, buvo galima sužinoti, kad atskiros šių kontinentinių blokų dalys yra šiek tiek skirtingos.

Prie kiekvieno astronominio stebėjimo turi būti pridedami duomenys apie jo atlikimo laiką. Laiko momento tikslumas gali būti skirtingas, priklausomai nuo stebimo reiškinio reikalavimų ir savybių. Taigi, pavyzdžiui, įprastuose meteorų ir kintamųjų žvaigždžių stebėjimuose visiškai pakanka minutę žinoti minutės tikslumu. Saulės užtemimų stebėjimai, žvaigždžių uždengimas Mėnuliu ir ypač dirbtinių Žemės palydovų judėjimo stebėjimas reikalauja, kad akimirkos būtų pažymėtos ne mažiau kaip dešimtosios sekundės tikslumu. Tikslūs dangaus sferos dienos sukimosi astrometriniai stebėjimai verčia mus naudoti specialius laiko momentų registravimo metodus 0,01 ir net 0,005 sekundės tikslumu!

Todėl vienas iš pagrindinių praktinės astronomijos uždavinių yra gauti tikslų stebėjimų laiką, jį saugoti ir perduoti laiko duomenis vartotojams.

Norėdami išlaikyti laiką, astronomai turi labai tikslius laikrodžius, kurie reguliariai tikrinami, specialių prietaisų pagalba nustatantys žvaigždžių kulminacijos momentus. Tikslių laiko signalų perdavimas radijo ryšiu leido jiems organizuoti pasaulinę laiko tarnybą, tai yra susieti visas observatorijas, užsiimančias tokio pobūdžio stebėjimais, į vieną sistemą.

Laiko tarnybų atsakomybė, be tikslių laiko signalų transliavimo, apima ir supaprastintų signalų perdavimą, kurie yra gerai žinomi visiems radijo klausytojams. Tai šeši trumpi signalai, „taškai“, duodami prieš prasidedant naujai valandai. Paskutinio „taško“ momentas, kurio tikslumas yra šimta sekundės, sutampa su naujos valandos pradžia. Astronomijos entuziastui patariama šiuos signalus naudoti laikrodžiui patikrinti. Tikrindami laikrodį neturėtume jo versti, nes tokiu atveju aš sugadinu mechanizmą, o astronomas turi pasirūpinti savo laikrodžiu, nes tai yra vienas iš pagrindinių jo instrumentų. Jis turi nustatyti „laikrodžio pataisą“ - skirtumą tarp tikslaus laiko ir jų rodmenų. Šios pataisos turėtų būti sistemingai nustatomos ir įrašomos į stebėtojo dienoraštį; tolesnis jų tyrimas leis nustatyti laikrodžio eigą ir gerai juos ištirti.

Žinoma, pageidautina, kad jūsų žinioje būtų kuo geresnis laikrodis. Ką reikėtų suprasti sąvoka „geras laikrodis“?

Būtina, kad jie kuo tiksliau išlaikytų savo judesius. Palyginkime du paprastų kišeninių laikrodžių pavyzdžius:

Teigiamas korekcijos ženklas reiškia, kad norint gauti tikslų laiką, prie laikrodžio rodmens būtina pridėti pataisą.

Dviejose plokštės pusėse yra laikrodžio pataisymų įrašai. Atimdami viršutinę korekciją iš apatinės ir padalydami iš dienų, praėjusių tarp apibrėžimų, skaičiaus, gauname laikrodžio dienos normą. Pažangos duomenys rodomi toje pačioje lentelėje.

Kodėl vienus laikrodžius vadinome blogais, o kitus gerais? Pirmosiomis valandomis korekcija artima nuliui, tačiau jų eiga keičiasi nereguliariai. Antra, pataisymas yra didelis, tačiau eiga yra vienoda. Pirmosios valandos yra tinkamos tokiems stebėjimams, kuriems nereikia tikslesnės nei minutės laiko žymos. Neįmanoma interpoliuoti jų rodmenų, tačiau juos reikia patikrinti kelis kartus per naktį.

Antrasis, „geras laikrodis“, tinka sudėtingesniems stebėjimams. Žinoma, naudinga juos tikrinti dažniau, tačiau galite interpoliuoti jų rodmenis tarpiniams momentams. Parodykime tai pavyzdžiu. Tarkime, kad stebėjimas buvo atliktas lapkričio 5 d., 23 val. 32 val. 46 sekundės. pagal mūsų laikrodį. Laikrodžio patikrinimas, atliktas lapkričio 4 d., 17 val., Pakeitė +2 m. 15 s. Dienos norma, kaip matyti iš lentelės, yra +5,7 s. Nuo lapkričio 4 d. 17 val. Iki stebėjimo momento praėjo 1 diena ir 6,5 valandos arba 1,27 dienos. Padauginę šį skaičių iš dienos normos, gauname +7,2 s. Todėl laikrodžio korekcija stebėjimo metu buvo ne lygi 2 m. 15 s, bet +2 m. 22 s. Pridedame prie stebėjimo momento. Taigi, stebėjimas buvo atliktas lapkričio 5 d., 23 valandos 35 valandos 8 sekundės.

Tikslaus laiko nustatymas, laikymas ir radijo perdavimas visiems gyventojams yra tikslios laiko tarnybos, kuri egzistuoja daugelyje šalių, užduotis.

Tikslius laiko signalus per radiją priima jūrų ir oro laivyno navigatoriai, daugelis mokslo ir pramonės organizacijų, kurioms reikia žinoti tikslų laiką. Visų pirma būtina žinoti tikslų laiką ir nustatyti geografinę padėtį

jų ilgumos skirtinguose žemės paviršiaus taškuose.

Laiko skaičiavimas. Geografinės ilgumos nustatymas. Kalendorius

Iš SSRS fizinės geografijos kurso žinote vietos, zonos ir motinystės laiko skaičiavimo sąvokas, taip pat tai, kad dviejų taškų geografinių ilgumų skirtumą lemia šių taškų vietinio laiko skirtumas. Ši problema išspręsta astronominiais metodais, naudojant žvaigždžių stebėjimus. Remiantis nustatytomis tiksliomis atskirų taškų koordinatėmis, Žemės paviršius atvaizduojamas.

Nuo seniausių laikų žmonės naudojo arba mėnulio mėnesio, arba saulės metų trukmę, kad skaičiuotų ilgus laikotarpius, t.y. Saulės revoliucijos palei ekliptiką trukmė. Metai lemia sezoninių pokyčių dažnumą. Saulės metai trunka 365 saulės dienas 5 valandas 48 minutes 46 sekundes. Tai praktiškai neatitinka dienų ir mėnulio mėnesio trukmės - mėnulio fazės pasikeitimo laikotarpio (apie 29,5 dienos). Tai yra sunku sukurti paprastą ir patogų kalendorių. Per šimtmečius gyvavusią žmonijos istoriją buvo sukurta ir naudojama daug įvairių kalendorių sistemų. Tačiau visus juos galima suskirstyti į tris tipus: saulės, mėnulio ir lunisolinius. Pietų ganytojai dažniausiai naudojo mėnulio mėnesius. 12 mėnulio metų buvo 355 saulės dienos. Norint suderinti laiko skaičiavimą pagal Mėnulį ir Saulę, reikėjo nustatyti 12 arba 13 mėnesių per metus ir į metus įterpti papildomų dienų. Paprastesnis ir patogesnis buvo saulės kalendorius, kuris buvo naudojamas senovės Egipte. Šiuo metu daugumoje pasaulio šalių taip pat priimtas saulės kalendorius, tačiau tobulesnis prietaisas, vadinamas Grigaliaus, kuris aptariamas toliau.

Rengiant kalendorių būtina atsižvelgti į tai, kad kalendorinių metų trukmė turėtų būti kuo artimesnė Saulės apsisukimų ekliptikoje trukmei ir kad kalendoriniai metai turėtų būti sveiki saulės dienų skaičiai, nes metus pradėti nepatogu skirtingu paros metu.

Šias sąlygas įvykdė Aleksandrijos astronomo Sozigeneso sukurtas kalendorius, pristatytas 46 m. Romoje - Julijus Cezaris. Vėliau, kaip žinote, iš fizinės geografijos kurso jis gavo Juliano ar senojo stiliaus pavadinimą. Šiame kalendoriuje metai skaičiuojami tris kartus iš eilės 365 dienas ir vadinami paprastais, metai po jų yra 366 dienos. Tai vadinama keliamaisiais metais. Keliamieji metai Julijaus kalendoriuje yra tie metai, kurių skaičius tolygiai dalijasi iš 4.

Vidutinė metų trukmė pagal šį kalendorių yra 365 dienos 6 valandos, t.y. jis yra maždaug 11 minučių ilgesnis nei tikrasis. Dėl šios priežasties senasis stilius atsiliko nuo tikrojo laiko praėjimo maždaug 3 dienas kas 400 metų.

Grigaliaus kalendoriuje (naujas stilius), įvestame SSRS 1918 m. Ir dar anksčiau, patvirtintame daugumoje šalių, metai baigiasi dviem nuliais, išskyrus 1600, 2000, 2400 ir kt. (tai yra tie, kuriuose šimtų skaičius dalijamas iš 4 be likučio), nelaikomi šuoliu. Taip ištaisoma per 400 metų sukaupta 3 dienų klaida. Taigi vidutinė metų trukmė pagal naują stilių pasirodo labai artima Žemės revoliucijos aplink Saulę laikotarpiui.

Iki XX a. skirtumas tarp naujojo stiliaus ir senojo (Julijaus) stiliaus pasiekė 13 dienų. Kadangi naujasis stilius mūsų šalyje buvo įvestas tik 1918 m., Spalio revoliucija, įvykdyta 1917 m. Spalio 25 d. (Pagal senąjį stilių), švenčiama lapkričio 7 d. (Pagal naują stilių).

Skirtumas tarp senojo ir naujojo 13 dienų stilių išliks XXI amžiuje, o XXII amžiuje. padidės iki 14 dienų.

Naujasis stilius, žinoma, nėra visiškai tikslus, tačiau 1 dienos klaida jame kaupsis tik po 3300 metų.

5 pamokos vedimo metodika
„Laikas ir kalendorius“

Pamokos tikslas: praktinės astrometrijos koncepcijos apie laiko matavimo, skaičiavimo ir saugojimo metodus sistemos formavimas.

Mokymosi tikslai:
Bendrasis išsilavinimas: sąvokų formavimas:

Praktinė astrometrija apie: 1) astronominius metodus, prietaisus ir matavimo vienetus, laiko skaičiavimą ir saugojimą, kalendorius ir chronologiją; 2) vietovės geografinių koordinatių (ilgumos) nustatymas pagal astrometrinius stebėjimus;

Apie kosminius reiškinius: Žemės apsisukimą aplink Saulę, Mėnulio apsisukimą aplink Žemę ir Žemės sukimąsi aplink savo ašį ir apie jų pasekmes - dangaus reiškinius: saulėtekį, saulėlydį, kasdienį ir metinį matomą judėjimą ir kulminacijas šviestuvai (Saulė, Mėnulis ir žvaigždės), Mėnulio fazių kaita ...

Edukacinis: mokslinės pasaulėžiūros ir ateistinio ugdymo formavimasis susipažinus su žmogaus žinių istorija, pagrindiniais kalendorių tipais ir chronologijos sistemomis; paneigti prietarus, susijusius su „keliamųjų metų“ sąvoka, ir Julijaus bei Grigaliaus kalendorių datų vertimą; politechninis ir darbo švietimas pristatant medžiagą apie laiko matavimo ir laikymo prietaisus (laikrodžius), kalendorius ir chronologijos sistemas bei apie praktinius astometrinių žinių pritaikymo būdus.

Plėtojimas: įgūdžių formavimas: spręsti problemas, susijusias su chronologijos laiko ir datų apskaičiavimu bei laiko perkėlimu iš vienos saugojimo sistemos ir sąskaitos į kitą; atlikti pratimus, kaip taikyti pagrindines praktinės astrometrijos formules; naudokite judantį žvaigždėto dangaus žemėlapį, žinynus ir astronominį kalendorių, kad nustatytumėte dangaus kūnų padėtį ir matomumo sąlygas bei dangaus reiškinių eigą; pagal astronominius stebėjimus nustatyti vietovės geografines koordinates (ilgumą).

Studentai turėtų žinoti:

1) kasdien stebimų dangaus reiškinių, sukeltų Mėnulio sukimosi aplink Žemę, priežastys (Mėnulio fazių pasikeitimas, tariamas Mėnulio judėjimas dangaus sfera);
2) atskirų kosminių ir dangaus reiškinių trukmės ryšys su laiko ir kalendorių matavimo, skaičiavimo ir saugojimo vienetais ir metodais;
3) laiko vienetai: efemeris antras; diena (žvaigždinė, tikroji ir vidutinė saulės); savaitė; mėnuo (sinodinis ir šalutinis); metai (žvaigždėtas ir atogrąžų);
4) formulės, išreiškiančios laiko ryšį: pasaulis, motinystė, vietinis, vasara;
5) laiko matavimo prietaisai ir metodai: pagrindiniai laikrodžių tipai (saulės, vandens, ugnies, mechaniniai, kvarciniai, elektroniniai) ir jų naudojimo laiko matavimo ir saugojimo taisyklės;
6) pagrindiniai kalendorių tipai: mėnulio, mėnulio, saulės (Julijaus ir Grigaliaus) ir chronologijos pagrindas;
7) pagrindinės praktinės astrometrijos sąvokos: teritorijos laiko ir geografinių koordinačių nustatymo pagal astronominius stebėjimus principai.
8) astronominės vertės: gimtojo miesto geografinės koordinatės; laiko vienetai: efemeroidinė sekundė; diena (žvaigždinė ir vidutinė saulės); mėnuo (sinodinis ir šalutinis); metai (atogrąžų) ir metų trukmė pagrindiniuose kalendorių tipuose (mėnulio, mėnulio, saulės Julijaus ir Grigaliaus); Maskvos ir gimtojo miesto laiko juostų numeriai.

Studentai turėtų galėti:

1) Naudokite apibendrintą kosminių ir dangaus reiškinių tyrimo planą.
2) Naviguokite po Mėnulio reljefą.
3) Spręsti problemas, susijusias su laiko vienetų konvertavimu iš vienos skaičiavimo sistemos į kitą pagal formules, išreiškiančias ryšį: a) tarp šoninio ir vidutinio Saulės laiko; b) universalus, motinystės, vietinis, vasaros laikas ir naudojant laiko juostų žemėlapį; c) tarp skirtingų chronologijos sistemų.
4) Išspręskite užduotis, kad nustatytumėte stebėjimo vietos ir laiko geografines koordinates.

Vaizdinės priemonės ir demonstracinės versijos:

Filmo „Praktiniai astronomijos pritaikymai“ fragmentai.

Kino juostų fragmentai „Matomas dangaus kūnų judėjimas“; „Idėjų apie Visatą kūrimas“; „Kaip astronomija paneigė religines Visatos idėjas“.

Prietaisai ir prietaisai: geografinis gaublys; laiko juostos žemėlapis; gnomono ir pusiaujo saulės laikrodis, smėlio laikrodis, vandens laikrodis (su vienoda ir nelygia skale); baigė žvakę kaip ugnies laikrodžio, mechaninių, kvarcinių ir elektroninių laikrodžių modelį.

Brėžiniai, diagramos, nuotraukos: mėnulio fazių pokyčiai, vidinė struktūra ir mechaninių (švytuoklė ir spyruoklė), kvarco ir elektroninių laikrodžių, atominio laiko standarto veikimo principas.

Namų užduotis:

1. Išstudijuoti vadovėlių medžiagą:
B.A. Voroncovas-Velyaminova: §§ 6 (1), 7.
E.P. Levitanas: § 6; 1, 4, 7 užduotys
A.V. Zasova, E.V. Kononovičius: §§ 4 (1); 6; 6.6 pratimas (2.3)

2. Atlikite užduotis iš problemų rinkinio Voroncovo-Velyaminovo BA. : 113; 115; 124; 125.

Pamokos planas

Pamokos žingsniai		Pristatymo metodai	Laikas, min
	Žinių patikrinimas ir atnaujinimas	Priekinė apklausa, pokalbis
	Laiko sąvokų formavimas, matavimo vienetai ir laiko skaičiavimas, remiantis kosminių reiškinių trukme, skirtingų „laikų“ ir laiko juostų ryšiu	Paskaita	7-10
	Mokinių supažindinimas su vietovės geografinės ilgumos nustatymo iš astronominių stebėjimų metodais	Pokalbis, paskaita	10-12
	Sąvokų apie laikrodžių matavimo, skaičiavimo ir laikymo prietaisus ir apie laiko atominį standartą formavimas	Paskaita	7-10
	Sąvokų apie pagrindinius kalendorių tipus ir chronologijos sistemas formavimas	Paskaita, pokalbis	7-10
	Spręsti problemas	Darbas prie lentos, savarankiškas problemų sprendimas užrašų knygelėje
	Apibendrinamos medžiagos apibendrinimas, pamokos apibendrinimas, namų darbai

Medžiagos pateikimo būdas

Pamokos pradžioje reikėtų patikrinti tris ankstesnes pamokas įgytas žinias, atnaujinant studijoms skirtą medžiagą klausimais ir užduotimis frontalinės apklausos ir pokalbio su studentais metu. Kai kurie mokiniai atlieka užprogramuotas užduotis, sprendžia problemas, susijusias su judančio žvaigždėto dangaus žemėlapio naudojimu (panašiai kaip 1-3 užduotys).

Nemažai klausimų apie dangaus reiškinių priežastis, dangaus sferos pagrindines linijas ir taškus, žvaigždynus, šviesulių matomumo sąlygas ir kt. sutampa su ankstesnių pamokų pradžioje užduotais klausimais. Juos papildo klausimai:

1. Apibrėžkite „šviesumo“ ir „dydžio“ sąvokas. Ką žinote apie masto skalę? Kas lemia žvaigždžių spindesį? Užrašykite Pogsono formulę ant lentos.

2. Ką žinote apie horizontalią dangaus koordinačių sistemą? Kam jis vartojamas? Kokie lėktuvai ir linijos yra pagrindiniai šioje sistemoje? Kas yra: šviestuvo aukštis? Zenito atstumas iki žvaigždės? Žvaigždės azimutas? Kokie yra šios dangaus koordinačių sistemos privalumai ir trūkumai?

3. Ką žinote apie I pusiaujo dangaus koordinačių sistemą? Kam jis vartojamas? Kokie lėktuvai ir linijos yra pagrindiniai šioje sistemoje? Kas yra: šviestuvo nuokrypis? Poliarinis atstumas? Saulės valandos kampas? Kokie yra šios dangaus koordinačių sistemos privalumai ir trūkumai?

4. Ką žinote apie II pusiaujo dangaus koordinačių sistemą? Kam jis vartojamas? Kokie lėktuvai ir linijos yra pagrindiniai šioje sistemoje? Kas yra teisingas žvaigždės pakilimas? Kokie yra šios dangaus koordinačių sistemos privalumai ir trūkumai?

1) Kaip naršyti Saulės reljefą? Prie polių žvaigždės?
2) Kaip iš astronominių stebėjimų nustatyti vietovės geografinę platumą?

Atitinkamos programuojamos užduotys:

1) Problemų rinkinys G.P. Subbotinas, užduotys NN 46-47; 54-56; 71-72.
2) Problemų surinkimas E.P. Sulaužyta, užduotys NN 4-1; 5-1; 5-6; 5-7.
3) Strautas E.K. : kontroliniai darbai NN 1-2 temos „Praktiniai astronomijos pagrindai“ (mokytojo darbo dėka paversti programuojamais).

Pirmajame pamokos etape, paskaitos forma, formuojamos laiko, matavimo vienetų ir laiko skaičiavimo sąvokos, pagrįstos kosminių reiškinių trukme (Žemės sukimasis aplink savo ašį, Mėnulio sukimasis) aplink Žemę ir Mėnulio sukimąsi aplink Saulę), skirtingų „laikų“ ir laikrodžių juostų santykis. Manome, kad būtina suteikti studentams bendrą supratimą apie šalutinį laiką.

Turite atkreipti dėmesį į studentus:

1. Dienos ir metų trukmė priklauso nuo atskaitos sistemos, kurioje atsižvelgiama į Žemės judėjimą (ar jis yra susijęs su stacionariomis žvaigždėmis, Saule ir pan.). Atskaitos sistemos pasirinkimas atsispindi laiko vieneto pavadinime.

2. Laiko vienetų trukmė siejama su dangaus kūnų matomumo sąlygomis (kulminacijomis).

3. Atominio laiko standarto įvedimas moksle įvyko dėl Žemės sukimosi netolygumo, kuris buvo atrastas padidėjus laikrodžių tikslumui.

4. Standartinio laiko įvedimas atsirado dėl poreikio koordinuoti ūkinę veiklą laiko juostų ribų apibrėžtoje teritorijoje. Plačiai paplitusi namų ūkio klaida yra vietinio laiko tapatinimas su vasaros laiku.

1. Laikas. Matavimo ir laiko skaičiavimo vienetai

Laikas yra pagrindinis fizinis dydis, apibūdinantis nuoseklų reiškinių ir materijos būsenų pasikeitimą, jų egzistavimo trukmę.

Istoriškai visi pagrindiniai ir išvestiniai laiko vienetai yra nustatomi remiantis astronominiais dangaus reiškinių eigos stebėjimais, kuriuos sukelia: Žemės sukimasis aplink savo ašį, Mėnulio sukimasis aplink Žemę ir Žemės sukimasis aplink. saulė. Laiko matavimui ir skaičiavimui astometrijoje naudojamos skirtingos atskaitos sistemos, susietos su tam tikrais dangaus kūnais ar tam tikrais dangaus sferos taškais. Labiausiai paplitę yra šie:

1. "Žvaigždė"laikas, susijęs su žvaigždžių judėjimu dangaus sferoje. Matuojamas pagal pavasario lygiadienio valandinį kampą: S = t ^; t = S - a

2. "Saulės„laikas susijęs su: tariamu Saulės disko centro judėjimu išilgai ekliptikos (tikrasis Saulės laikas) arba„ vidutinės Saulės “judėjimo- įsivaizduojamo taško, tolygiai judančio palei dangaus pusiaują tą patį laikotarpį kaip ir tikroji saulė (vidutinis saulės laikas).

1967 m. Pradėjus taikyti atominio laiko standartą ir tarptautinę SI sistemą, atominė sekundė naudojama fizikoje.

Antrasis yra fizinis dydis, skaitiškai lygus 9192631770 spinduliuotės laikotarpiams, atitinkantiems perėjimą tarp hiper smulkių cezio-133 atomo pagrindinės būsenos lygių.

Visi aukščiau išvardinti „laikai“ atitinka vienas kitą specialiais skaičiavimais. Vidutinis saulės laikas naudojamas kasdieniame gyvenime.

Tikslaus laiko nustatymas, jo saugojimas ir perdavimas radijo ryšiu yra Laiko tarnybos, veikiančios visose išsivysčiusiose pasaulio šalyse, įskaitant Rusiją, darbas.

Pagrindinis šalutinio, tikrojo ir vidutinio Saulės laiko vienetas yra diena. Šonines, vidutines saulės ir kitas sekundes gauname padaliję atitinkamą dieną iš 86400 (24 h´ 60 m´ 60 s).

Ši diena pirmą kartą tapo vienetu daugiau nei prieš 50 000 metų.

Diena yra laikotarpis, per kurį Žemė atlieka vieną pilną apsisukimą aplink savo ašį, palyginti su bet kuriuo orientyru.

Šoninė diena - Žemės sukimosi aplink savo ašį laikotarpis fiksuotų žvaigždžių atžvilgiu yra apibrėžiamas kaip laiko intervalas tarp dviejų iš eilės einančių viršutinių pavasario lygiadienio kulminacijų.

Tikroji saulės diena - Žemės sukimosi aplink savo ašį Saulės disko centro atžvilgiu laikotarpis, apibrėžiamas kaip laiko intervalas tarp dviejų iš eilės einančių to paties pavadinimo Saulės disko centro kulminacijų.

Dėl to, kad ekliptika yra pakreipta į dangaus pusiaują 23њ 26 ¢ kampu, o Žemė sukasi aplink Saulę elipsine (šiek tiek pailga) orbita, matomo Saulės judėjimo greitis dangaus sferoje ir, todėl tikrų saulės dienų trukmė nuolat keisis ištisus metus: greičiausia netoli lygiadienio taškų (kovas, rugsėjis), lėčiausia netoli saulėgrįžos taškų (birželis, sausis).

Siekiant supaprastinti laiko skaičiavimą astronomijoje, pristatoma vidutinės saulės dienos sąvoka - Žemės sukimosi aplink savo ašį laikotarpis „vidutinės Saulės“ atžvilgiu.

Vidutinė saulės diena apibrėžiama kaip laiko tarpas tarp dviejų iš eilės einančių homoniminių „vidutinės saulės“ kulminacijų.

Vidutinė saulės diena yra 3 m 55 009 s trumpesnė nei šoninė diena.

24 h 00 m 00 s šalutinis laikas yra lygus 23 h 56 m 4,09 s vidutinis saulės laikas.

Kad teoriniai skaičiavimai būtų aiškūs, efemeris (lentelė) antra, lygi vidutinei saulės sekundei 1900 m. sausio 0 d. 12 val. dabartinio laiko, nesusijusi su Žemės sukimu. Maždaug prieš 35 000 metų žmonės pastebėjo periodišką mėnulio išvaizdos pasikeitimą - mėnulio fazių pasikeitimą. Fazė F dangaus kūnas (mėnulis, planeta ir kt.) nustatomas pagal didžiausio apšviestos disko dalies pločio santykį d ¢ iki jo skersmens D:. Linija terminatorius atskiria tamsias ir šviesias šviesos disko dalis.

Ryžiai. 32. Mėnulio fazės kaita

Mėnulis juda aplink žemę ta pačia kryptimi, kaip ir žemė sukasi savo ašimi: iš vakarų į rytus. Šio judėjimo atspindys yra tariamas mėnulio judėjimas žvaigždžių fone dangaus sukimosi link. Kiekvieną dieną Mėnulis pasislenka į rytus 13њ žvaigždžių atžvilgiu ir visą ratą įveikia per 27,3 dienos. Taigi antrasis laiko matas po dienos buvo nustatytas - mėnuo(32 pav.).

Šoninis (žvaigždinis) mėnulio mėnuo- laikotarpis, per kurį Mėnulis padaro vieną visišką apsisukimą aplink Žemę, palyginti su fiksuotomis žvaigždėmis. Lygus 27 d 07 val. 43 m 11.47 s.

Sinodinis (kalendorinis) mėnulio mėnuo yra laikotarpis tarp dviejų iš eilės einančių to paties pavadinimo Mėnulio fazių (dažniausiai naujų mėnulių). Lygus 29 d 12 h 44 m 2,78 s.

Ryžiai. 33. Taikymo metodai reljefas Mėnulyje

Matomo Mėnulio judėjimo reiškinių visuma žvaigždžių fone ir Mėnulio fazių kitimas leidžia naršyti Mėnulį reljefu (33 pav.). Mėnulis vakaruose atrodo kaip siauras pusmėnulis ir išnyksta aušros spinduliuose su tuo pačiu siauru pusmėnuliu rytuose. Mintyse pritvirtinkime tiesią liniją prie Mėnulio pusmėnulio kairėje. Danguje galime perskaityti arba raidę „P“ - „auga“, mėnesio „ragai“ pasukti į kairę - mėnuo matomas vakaruose; arba raidė „C“ - „senėjimas“, mėnesio „ragai“ pasukti į dešinę - mėnuo matomas rytuose. Per pilnatį mėnulis pietuose matomas vidurnaktį.

Daugelį mėnesių stebint Saulės padėties pokyčius virš horizonto, atsirado trečias laiko matas - metus.

Metai yra laikotarpis, per kurį Žemė atlieka vieną pilną apsisukimą aplink Saulę, palyginti su bet kuriuo orientyru (tašku).

Sideriniai metai - tai Žemės revoliucijos aplink Saulę periodas (žvaigždinis), lygus 365,256320 ... vidutinių saulės dienų.

Nenormalūs metai - laiko tarpas tarp dviejų iš eilės einančių vidutinio Saulės taškų per jos orbitos tašką (paprastai perihelis), lygus 365,259641 ... vidutinių saulės dienų.

Tropiniai metai yra laiko tarpas tarp dviejų iš eilės einančių vidutinės Saulės perėjimo per pavasario lygiadienį, lygus 365,2422 ... vidutinių saulės dienų arba 365 d 05 val. 48 m 46,1 s.

UTC apibrėžiamas kaip vietinis vidutinis saulės laikas pirminiame (Grinvičo) dienovidiniame.

Žemės paviršius yra padalintas į 24 zonas, kurias riboja dienovidiniai - Laiko juostos... Nulinė laiko juosta yra simetriškai aplink nulinį (Grinvičo) dienovidinį. Diržai yra sunumeruoti nuo 0 iki 23 iš vakarų į rytus. Tikrosios diržų ribos yra suderintos su rajonų, regionų ar valstybių administracinėmis ribomis. Laiko juostų centriniai dienovidiniai yra lygiai 15њ (1 valandos) atstumu vienas nuo kito, todėl judant iš vienos laiko juostos į kitą, laikas keičiasi sveiku skaičiumi valandų, tačiau minučių ir sekundžių skaičius nesikeičia. Prasideda nauja kalendorinė diena (ir Naujieji metai) datos eilutės(demarkacijos linija), kuris daugiausia eina išilgai 180 ° rytų ilgumos dienovidinio netoli Rusijos Federacijos šiaurės rytų sienos. Į vakarus nuo datos linijos mėnesio diena visada yra viena daugiau nei į rytus nuo jos. Kai ši linija kerta iš vakarų į rytus, kalendoriaus skaičius sumažėja vienu, o kai linija kerta iš rytų į vakarus, kalendoriaus skaičius padidėja vienu, o tai pašalina laiko skaičiavimo klaidą keliaujant aplink pasaulį ir judant žmones nuo rytinio iki vakarinio Žemės pusrutulio.

Zonos laikas nustatomas pagal formulę:
T n = T 0 + n , kur T 0 - universalus laikas; n- laiko juostos numeris.

Vasaros laikas - standartinis laikas, vyriausybės dekretu pakeistas sveiku valandų skaičiumi. Rusijai jis lygus juosmeniui, plius 1 valanda.

Maskvos laikas - standartinis antrosios laiko juostos laikas (plius 1 valanda):
Tm = T 0 + 3 (valandos).

Vasaros laikas yra vasaros laikas, kuris papildomai pakeičiamas plius 1 valanda vyriausybės įsakymu vasaros laikotarpiu, kad būtų taupomi energijos ištekliai.

Dėl Žemės sukimosi skirtumas tarp pusės dienos pradžios momentų arba žvaigždžių, kurių koordinatės žinomos pusiaujo, kulminacijos 2 taškuose yra lygi taškų geografinių ilgumų skirtumui, o tai leidžia nustatyti tam tikro taško ilgumą iš astronominių Saulės ir kitų šviesulių stebėjimų ir, atvirkščiai, vietos laiką bet kuriuo tašku, kurio ilguma žinoma ...

Geografinė vietovės ilguma matuojama į rytus nuo „nulio“ (Grinvičo) dienovidinio ir yra skaitiniu požiūriu lygi laiko intervalui tarp tų pačių tos pačios žvaigždės kulminacijų Grinvičo dienovidiniame ir stebėjimo taške: kur S- šalutinis laikas tam tikroje geografinėje platumoje, S 0 - šalutinis laikas prie pagrindinio dienovidinio. Išreikšta laipsniais ar valandomis, minutėmis ir sekundėmis.

Norint nustatyti vietovės geografinę ilgumą, būtina nustatyti šviestuvo (dažniausiai Saulės) su žinomomis pusiaujo koordinatėmis kulminacijos momentą. Išversdami specialių lentelių ar skaičiuotuvo stebėjimo laiką nuo vidutinio saulės iki žvaigždžių ir žinodami šios žvaigždės kulminacijos Grinvičo dienovidiniame laiką iš žinyno, galime lengvai nustatyti vietovės ilgumą. Vienintelis sunkumas skaičiuojant yra tikslus laiko vienetų konvertavimas iš vienos sistemos į kitą. Kulminacijos momento negalima „stebėti“: pakanka bet kuriuo tiksliai nustatytu momentu nustatyti žvaigždės aukštį (zenito atstumą), tačiau skaičiavimai bus gana sudėtingi.

Antrame pamokos etape mokiniai susipažįsta su laiko matavimo, saugojimo ir skaičiavimo prietaisais - laikrodžiais. Laikrodžio rodmenys yra atskaitos taškas, su kuriuo galima palyginti laiko intervalus. Studentai turėtų atkreipti dėmesį į tai, kad poreikis tiksliai nustatyti laiko momentus ir intervalus paskatino astronomijos ir fizikos vystymąsi: iki XX amžiaus vidurio astronominiai matavimo, laiko ir laiko standartų saugojimo metodai buvo Pasaulio laiko tarnyba. Laikrodžio tikslumas buvo kontroliuojamas astronominiais stebėjimais. Šiuo metu, plėtojant fiziką, buvo sukurti tikslesni laiko nustatymo metodai ir standartai, kuriuos astronomai pradėjo naudoti tyrinėdami reiškinius, kuriais grindžiami ankstesni laiko matavimo metodai.

Medžiaga pateikiama paskaitos forma, kartu su įvairių tipų laikrodžių veikimo principo ir vidinės struktūros demonstravimu.

2. Laiko matavimo ir saugojimo prietaisai

Net Senovės Babilone saulės dienos buvo suskirstytos į 24 valandas (360њ: 24 = 15њ). Vėliau kiekviena valanda buvo padalinta iš 60 minučių, o kiekviena minutė - į 60 sekundžių.

Pirmieji laiko matavimo prietaisai buvo saulės laikrodis. Paprasčiausias saulės laikrodis - gnomonas- pavaizduoti vertikalų polių horizontalios platformos su padalomis centre (34 pav.). Šešėlis iš gnomono apibūdina sudėtingą kreivę, priklausomai nuo Saulės aukščio ir kintančios kiekvieną dieną, priklausomai nuo Saulės padėties ekliptikoje, keičiasi ir šešėlio judėjimo greitis. Saulės laikrodis nereikalauja apvijų, nesustoja ir visada veikia teisingai. pakreipus platformą taip, kad polius nuo gnomono būtų nukreiptas į pasaulio polių, gauname pusiaujo saulės laikrodį, kuriame šešėlio greitis yra vienodas (35 pav.).

Ryžiai. 34. Horizontalus saulės laikrodis. Kiekvieną valandą atitinkantys kampai turi skirtingą vertę ir yra apskaičiuojami pagal formulę: , kur a yra kampas tarp vidurdienio linijos (dangaus dienovidinio projekcija ant horizontalaus paviršiaus) ir krypties į skaičius 6, 8, 10 ... nurodančias valandas; j yra vietos platuma; h - Saulės valandinis kampas (15њ, 30њ, 45њ)

Ryžiai. 35. Pusiaujo saulės laikrodis. Kiekviena valanda ant ratuko atitinka 15њ kampą

Smėlio laikrodis, ugnies ir vandens laikrodžiai buvo išrasti, kad būtų galima matuoti laiką naktį ir esant blogam orui.

Smėlio laikrodis išsiskiria savo dizaino paprastumu ir tikslumu, tačiau jis yra sudėtingas ir „susisuka“ tik trumpam.

Priešgaisrinis laikrodis yra spiralė arba lazda, pagaminta iš degios medžiagos su pažymėtomis dalimis. Senovės Kinijoje buvo sukurti mišiniai, kurie dega mėnesius be nuolatinės priežiūros. Šių laikrodžių trūkumai: mažas tikslumas (degimo greičio priklausomybė nuo medžiagos sudėties ir oro sąlygų) ir gamybos sudėtingumas (36 pav.).

Vandens laikrodžiai (clepsydras) buvo naudojami visose Senovės pasaulio šalyse (37 a, b pav.).

Mechaniniai laikrodžiai su svoriais ir ratais buvo išrastas X-XI a. Rusijoje pirmąjį mechaninį bokšto laikrodį 1404 m. Maskvos Kremliuje įrengė vienuolis Lazaras Sorbinas. Švytuoklinis laikrodis 1657 metais išrado olandų fizikas ir astronomas H. Huygensas. Mechaniniai laikrodžiai su spyruokle buvo išrasti XVIII a. 30 -ajame dešimtmetyje buvo išrasti kvarciniai laikrodžiai. 1954 m. SSRS idėja sukurti atominis laikrodis- „Pirminis būsenos laiko ir dažnumo standartas“. Jie buvo įrengti netoli Maskvos esančiame tyrimų institute ir kas 500 000 metų davė atsitiktinę 1 sekundės paklaidą.

Dar tikslesnis atominis (optinis) laiko standartas buvo sukurtas SSRS 1978 m. 1 sekundės klaida įvyksta kartą per 10 000 000 metų!

Šių ir daugelio kitų šiuolaikinių fizinių prietaisų pagalba buvo galima labai tiksliai nustatyti pagrindinių ir išvestinių laiko matavimo vienetų vertes. Buvo išaiškintos daug matomo ir tikro kosminių kūnų judėjimo charakteristikų, atrasti nauji kosminiai reiškiniai, įskaitant Žemės sukimosi aplink savo ašį greičio pokyčius 0,01–1 sekunde per metus.

3. Kalendoriai. Chronologija

Kalendorius yra tęstinė skaičių sistema ilgą laiką, pagrįsta gamtos reiškinių periodiškumu, kuris ypač aiškiai pasireiškia dangaus reiškiniuose (dangaus kūnų judėjime). Visa šimtmečių žmonių kultūros istorija yra neatsiejamai susijusi su kalendoriumi.

Kalendorių poreikis atsirado tokioje gilioje senovėje, kai žmogus dar nemokėjo skaityti ir rašyti. Kalendoriai nustatė pavasario, vasaros, rudens ir žiemos pradžią, žydinčių augalų laikotarpius, vaisių nokinimą, vaistinių žolelių rinkimą, gyvūnų elgesio ir gyvenimo pokyčius, orų pokyčius, žemės ūkio darbų laiką ir daug daugiau. Kalendoriai atsako į klausimus: „Kokia data šiandien?“, „Kokia savaitės diena?“, „Kada įvyko tas ar kitas įvykis?“. ir leidžia reguliuoti bei planuoti žmonių gyvenimą ir ekonominę veiklą.

Yra trys pagrindiniai kalendorių tipai:

1. Mėnulis kalendorius, kuris yra pagrįstas sinodiniu Mėnulio mėnesiu, kurio trukmė vidutiniškai yra 29,5 saulės dienų. Jis atsirado daugiau nei prieš 30 000 metų. Mėnulio kalendoriaus metus sudaro 354 (355) dienos (11,25 dienos trumpesnės už saulės) ir yra padalintas į 12 mėnesių po 30 (nelyginių) ir 29 (lyginių) dienų kiekvienoje (musulmonų kalendoriuje jos vadinamos: muharram) , safar, rabi al- Awval, Rabi As-Sani, Jumada Al-Ula, Jumada Al-Akhira, Rajab, Sha'ban, Ramadan, Shawal, Zul-Qaada, Zul-Hijjra). Kadangi kalendorinis mėnuo yra 0,0306 dienos trumpesnis už sinodinį, o per 30 metų skirtumas tarp jų siekia 11 dienų, arabiškas Mėnulio kalendorius kiekviename 30 metų cikle yra 19 „paprastų“ 354 dienų metų ir 11 „šuolinių“ 355 dienų metų (2, 5, 7, 10, 13, 16, 18, 21, 24, 26, 29 kiekvieno ciklo metų). Turkų Mėnulio kalendorius yra mažiau tikslus: per 8 metų ciklą yra 5 „paprasti“ ir 3 „keliamieji“ metai. Naujųjų metų data nėra fiksuota (ji lėtai pereina iš metų į metus): pavyzdžiui, 1421 m. „Hijjra“ metai prasidėjo 2000 m. Balandžio 6 d. Ir baigsis 2001 m. Kovo 25 d. Mėnulio kalendorius yra priimtas kaip religinis ir valstybinis kalendorius musulmoniškose Afganistano, Irako, Irano, Pakistano, Jungtinės Arabų Respublikos ir kt. Ekonominės veiklos planavimui ir reguliavimui lygiagrečiai naudojami saulės ir lunisoliniai kalendoriai.

2.Saulės kalendorius remiantis tropiniais metais. Jis atsirado daugiau nei prieš 6000 metų. Šiuo metu jis priimtas kaip pasaulinis kalendorius.

„Senojo stiliaus“ Julijaus saulės kalendoriuje yra 365,25 dienos. Sukūrė Aleksandrijos astronomas Sozigenesas, pristatytas imperatoriaus Julijaus Cezario Senovės Romoje 46 m. o paskui išplito po visą pasaulį. Rusijoje jis buvo priimtas 988 m. Julijaus kalendoriuje metų trukmė nustatyta 365,25 dienos; trys „paprasti“ metai turi 365 dienas, vieni keliamieji metai - 366 dienas. Metuose yra 12 mėnesių, po 30 ir 31 dieną (išskyrus vasarį). Julijaus metai nuo atogrąžų metų atsilieka 11 minučių 13,9 sekundės. Per 1500 jo taikymo metų buvo sukaupta 10 dienų klaida.

V Grigališkasis saulės kalendorius „naujas stilius“ - metų ilgis yra 365, 242500 dienų. 1582 m. Julijaus kalendorių pagal italų matematiko Luigi Lilio Garalli (1520-1576) projektą reformavo popiežius Grigalius XIII. Dienų skaičius buvo perkeltas 10 dienų į priekį ir buvo sutarta, kad kiekvienas šimtmetis, nesidalijantis iš 4 be likučio: 1700, 1800, 1900, 2100 ir tt, neturėtų būti laikomas šuoliu. Tai ištaiso 3 dienų klaidą kas 400 metų. Klaida įvyksta per 1 dieną 2735 metus. Naujieji šimtmečiai ir tūkstantmečiai prasideda šio amžiaus ir tūkstantmečio „pirmųjų“ metų sausio 1 d.: Pavyzdžiui, XXI amžius ir III mūsų eros tūkstantmetis (mūsų eros metai) prasidės 2001 m. Sausio 1 d. Pagal Grigaliaus kalendorių.

Mūsų šalyje prieš revoliuciją buvo naudojamas „senojo stiliaus“ Julijaus kalendorius, kurio klaida iki 1917 m. Buvo 13 dienų. 1918 m. Šalyje buvo pristatytas visame pasaulyje priimtas „naujojo stiliaus“ grigališkasis kalendorius, o visos datos buvo perkeltos 13 dienų į priekį.

Julijaus kalendoriaus datų vertimas į Grigaliaus kalendorių atliekamas pagal formulę: kur T. G ir t NS- datos pagal Grigaliaus ir Julijaus kalendorių; n yra sveikas skaičius dienų, SU- praėjusių šimtmečių skaičius, SU 1 - artimiausias šimtmečių skaičius, keturių kartotinis.

Kitos saulės kalendorių rūšys yra šios:

Persų kalendorius, kuris nustatė atogrąžų metų trukmę 365,24242 dienas; Į 33 metų ciklą įeina 25 „paprasti“ ir 8 „keliamieji“ metai. Daug tiksliau nei grigališkasis: 1 metų klaida „įsibėgėja“ 4500 metų. Sukūrė Omaras Khayyamas 1079 m. buvo naudojamas Persijos ir daugelio kitų valstybių teritorijoje iki XIX amžiaus vidurio.

Koptų kalendorius yra panašus į Julijaus kalendorių: per metus yra 12 mėnesių 30 dienų; po 12 mėnesių „paprastais“ metais pridedami 5, „šuoliu“ - 6 papildomos dienos. Jis naudojamas Etiopijoje ir kai kuriose kitose valstijose (Egipte, Sudane, Turkijoje ir kt.) Koptų teritorijoje.

3.Mėnulio ir saulės kalendorius, kuriame mėnulio judėjimas atitinka metinį saulės judėjimą. Metus sudaro 12 mėnulio mėnesių, kurių kiekviena yra 29 ir 30 dienų, prie kurių periodiškai pridedami „keliamieji“ metai, kad būtų atsižvelgta į Saulės judėjimą, įskaitant papildomą 13 mėnesį. Dėl to „paprasti“ metai trunka 353, 354, 355 dienas, o „šuolis“ - 383, 384 ar 385 dienas. Jis atsirado I tūkstantmečio prieš Kristų pradžioje, buvo naudojamas Senovės Kinijoje, Indijoje, Babilone, Judėjoje, Graikijoje, Romoje. Šiuo metu jis priimtas Izraelyje (metų pradžia patenka į skirtingas dienas nuo rugsėjo 6 d. Iki spalio 5 d.) Ir yra naudojamas kartu su valstybe Pietryčių Azijos šalyse (Vietname, Kinijoje ir kt.).

Be aukščiau aprašytų pagrindinių kalendorių tipų, buvo sukurti ir vis dar naudojami kai kuriuose Žemės regionuose kalendoriai, atsižvelgiant į tariamą planetų judėjimą dangaus sferoje.

Rytų Mėnulio-Saulės planetos 60 metų kalendorius remiantis Saulės, Mėnulio ir Jupiterio bei Saturno planetų judėjimo periodiškumu. Ji atsirado II tūkstantmečio pr. Rytų ir Pietryčių Azijoje. Šiuo metu naudojamas Kinijoje, Korėjoje, Mongolijoje, Japonijoje ir kai kuriose kitose regiono šalyse.

Šiuolaikinio rytinio kalendoriaus 60 metų cikle yra 21 912 dienų (per pirmuosius 12 metų - 4371 diena; antrąjį ir ketvirtąjį - 4400 ir 4401 diena; trečiąjį ir penktąjį - 4370 dienų). Per šį laikotarpį tinka du 30 metų Saturno ciklai (prilygsta šalutiniams jo revoliucijos laikotarpiams) T Saturnas = 29,46 colio 30 metų), maždaug trys 19 metų lunisoliniai ciklai, penki 12 metų Jupiterio ciklai (lygus šalutiniams jo revoliucijos laikotarpiams) T Jupiteris= 11,86 "12 metų) ir penki 12 metų mėnulio ciklai. Dienų skaičius per metus nėra pastovus ir „paprastais“ metais gali būti 353, 354, 355 dienos, keliamaisiais metais - 383, 384, 385 dienos. Metų pradžia skirtingose ​​valstijose patenka į skirtingas datas nuo sausio 13 iki vasario 24 dienos. Dabartinis 60 metų ciklas prasidėjo 1984 m. Duomenys apie Rytų kalendoriaus simbolių derinį pateikiami priede.

Centrinės Amerikos majų ir actekų kultūrų kalendorius buvo naudojamas maždaug 300–1530 m. REKLAMA Remiantis Saulės, Mėnulio judėjimo periodiškumu ir sinodiniais Veneros (584 d) ir Marso (780 d) planetų revoliucijos laikotarpiais. „Ilgus“ metus, trunkančius 360 (365) dienas, sudarė 18 mėnesių po 20 dienų ir 5 atostogos. Tuo pat metu „trumpi metai“, 260 dienų (1/3 sinodinio Marso cirkuliacijos laikotarpio), buvo panaudoti kultūriniams ir religiniams tikslams; jie buvo suskirstyti į 13 mėnesių, po 20 dienų; „suskaičiuotas“ savaites sudarė 13 dienų, turinčių savo numerį ir pavadinimą. Atogrąžų metų trukmė buvo nustatyta didžiausiu tikslumu 365,2420 d (1 dienos klaida nesikaupia per 5000 metų!); mėnulio sinodinis mėnuo - 29.53059 d.

Pradžioje, išaugus tarptautiniams moksliniams, techniniams, kultūriniams ir ekonominiams ryšiams, reikėjo sukurti vieną paprastą ir tikslų Pasaulio kalendorių. Esami kalendoriai turi daugybę trūkumų, tokių kaip: nepakankamas atogrąžų metų trukmės ir astronominių reiškinių, susijusių su Saulės judėjimu dangaus sferoje, datų atitikimas, nevienodas ir nenuoseklus mėnesių ilgis, nesuderinami skaičiai. mėnuo ir savaitės dienos, jų vardų nesuderinamumas su vieta kalendoriuje ir kt. Atskleidžiami šiuolaikinio kalendoriaus netikslumai

Idealus amžinas kalendorius turi nekintamą struktūrą, leidžiančią greitai ir nedviprasmiškai nustatyti bet kurios kalendorinės datos savaitės dienas. Vieną geriausių amžinųjų kalendorių projektų 1954 m. Rekomendavo apsvarstyti JT Generalinė Asamblėja: nors jis buvo panašus į Grigaliaus kalendorių, jis buvo paprastesnis ir patogesnis. Tropiniai metai yra suskirstyti į 4 ketvirčius 91 dienos (13 savaičių). Kiekvienas ketvirtis prasideda sekmadienį ir baigiasi šeštadienį; sudaro 3 mėnesiai, pirmąjį mėnesį - 31 diena, antrąjį ir trečiąjį - 30 dienų. Kiekvieną mėnesį yra 26 darbo dienos. Pirmoji metų diena visada yra sekmadienis. Šio projekto duomenys pateikti priede. Jis nebuvo įgyvendintas dėl religinių priežasčių. Vieno pasaulinio amžinojo kalendoriaus įvedimas išlieka viena iš mūsų laikų problemų.

Vadinama pradžios data ir vėlesnė chronologijos sistema eros... Epochos pradžios taškas vadinamas eros.

Nuo senų laikų tam tikros eros pradžia (įvairiose Žemės regionų valstybėse žinoma daugiau nei 1000 epochų, įskaitant 350 Kinijoje ir 250 Japonijoje) ir visa chronologijos eiga siejama su svarbiais legendiniais, religiniais arba (rečiau) tikri įvykiai: tam tikrų dinastijų ir atskirų imperatorių valdymo laikas, karai, revoliucijos, olimpiados, miestų ir valstybių įkūrimas, dievo (pranašo) „gimimas“ arba „pasaulio sukūrimas“. . "

Kinijos 60 metų ciklo eros pradžiai imama imperatoriaus Huangdi pirmųjų valdymo metų data - 2697 m.

Romos imperijoje grafas buvo skaičiuojamas nuo „Romos įkūrimo“ nuo 753 m. ir nuo imperatoriaus Diokletiano įstojimo dienos 284 m. rugpjūčio 29 d.

Bizantijos imperijoje ir vėliau, pagal tradiciją, Rusijoje - nuo kunigaikščio Vladimiro Svjatoslavovičiaus (988 m.) Priėmimo iki krikščionybės iki Petro I dekreto (1700 m.) Buvo skaičiuojami metai „nuo pasaulio sukūrimo“: pradžios taškas buvo 5508 m. pr. Kr. rugsėjo 1 d. (pirmieji „Bizantijos eros“ metai). Senovės Izraelyje (Palestinoje) „pasaulio sukūrimas“ įvyko vėliau: 3761 m. Pr. Kr. (Pirmieji „žydų eros“ metai). Buvo ir kitų, kitokių nei dažniausiai minėtos epochos „nuo pasaulio sukūrimo“.

Kultūrinių ir ekonominių ryšių augimas ir plati krikščionių religijos paplitimas Vakarų ir Rytų Europos teritorijoje sukėlė poreikį suvienyti chronologiją, matavimo vienetus ir laiko skaičiavimą.

Šiuolaikinė chronologija - " mūsų erą", "nauja era"(Mūsų eros metais)," era nuo Kristaus gimimo "( R.H.), Anno Domeni ( REKLAMA.- „Viešpaties metai“) - atliekamas nuo savavališkai pasirinktos Jėzaus Kristaus gimimo datos. Kadangi joks istorinis dokumentas nenurodytas, o evangelijos prieštarauja viena kitai, mokytasis vienuolis Dionisijus Mažasis Diokletiano eros 278 metais nusprendė „moksliškai“, remdamasis astronominiais duomenimis, apskaičiuoti epochos datą. Skaičiavimas buvo pagrįstas: 28 metų „Saulės ratas“ - laikotarpis, per kurį mėnesių skaičius patenka į tas pačias savaitės dienas, ir 19 metų „Mėnulio ratas“ - laikotarpis, per kurį tos pačios mėnulio fazės patenka tomis pačiomis mėnesio dienomis. „Saulės“ ir „mėnulio“ apskritimo ciklų sandauga, pritaikyta 30 metų Kristaus gyvenimo laikotarpiui (28 ´ 19S + 30 = 572), buvo šiuolaikinės chronologijos pradžios data. Metų skaičiavimas pagal erą „nuo Kristaus gimimo“ „įsišaknijo“ labai lėtai: iki XV a. (t. y. net po 1000 metų) oficialiuose Vakarų Europos dokumentuose buvo nurodytos 2 datos: nuo pasaulio sukūrimo ir nuo Kristaus gimimo (A.D.).

Musulmonų pasaulyje 622 m. Liepos 16 d. Laikoma chronologijos pradžia - „hijjra“ diena (pranašo Mahometo perkėlimas iš Mekos į Mediną).

Datų vertimas iš „musulmoniškos“ chronologijos sistemos T Mį „krikščionį“ (grigališkąjį) T. G galima padaryti pagal formulę: (metų).

Astronominių ir chronologinių skaičiavimų patogumui J. Scaliger pasiūlyta chronologija buvo taikoma nuo XVI a. Julijaus laikotarpis(J. D.). Nuo 4713 m. Pr. Kr. Sausio 1 d. Buvo nuolat skaičiuojamos dienos.

Kaip ir ankstesnėse pamokose, mokiniai turėtų būti mokomi savarankiškai užpildyti lentelę. 6 informacija apie pamokoje ištirtą erdvę ir dangaus reiškinius. Tam skiriama ne daugiau kaip 3 minutės, tada mokytojas tikrina ir pataiso mokinių darbą. 6 lentelė papildyta informacija:

Medžiaga konsoliduojama sprendžiant problemas:

4 pratimas:

1. Sausio 1 d., Saulės laikrodis rodo 10 valandą ryto. Kokį laiką šiuo metu rodo jūsų laikrodis?

2. Nustatykite tikslaus laikrodžio ir chronometro rodmenų skirtumą, veikiantį per šoninį laiką, praėjus vieneriems metams nuo jų paleidimo pradžios.

3. Nustatykite visiško Mėnulio užtemimo fazės pradžios momentus 1996 m. Balandžio 4 d. Čeliabinske ir Novosibirske, jei pagal universalų laiką reiškinys įvyko 23 val. 36 m.

4. Nustatykite, ar Vladivostoke galima pastebėti Jupiterio užtemimą (uždengimą) Mėnuliu, jei jis įvyks 1 h 50 m UT, o Mėnulis leidžiasi Vladivostoke 0 h 30 m vietos dienos metu.

5. Kiek dienų 1918 m. Buvo RSFSR?

6. Koks yra didžiausias vasario sekmadienių skaičius?

7. Kiek kartų per metus kyla Saulė?

8. Kodėl Mėnulis visada pasuktas į Žemę ta pačia puse?

9. Laivo kapitonas išmatavo tikrąjį gruodžio 22 d. Vidurdienį, Saulės zenito atstumą, ir nustatė, kad jis lygus 66њ 33 ". Chronometras, veikiantis Grinvičo laiku, rodė 11 val. 54 m ryte. Nustatykite laivo koordinates ir jo padėtį pasaulio žemėlapyje.

10. Kokios yra geografinės koordinatės toje vietoje, kur ašigalio žvaigždė yra 64њ 12 ", o žvaigždės a Lyrae kulminacija įvyksta 4 h 18 m vėliau nei Grinvičo observatorijoje?

11. Nustatykite geografines koordinates tos vietos, kurioje yra viršutinė žvaigždės kulminacija a - - didaktika - testai - užduotis

Taip pat žiūrėkite: Visi leidiniai ta pačia tema >>

Observatorijose yra prietaisų, kuriais jie tiksliausiai nustato laiką - tikrina laikrodį. Laikas nustatomas pagal padėtį, kurią užima šviestuvai virš horizonto. Kad observatorijos laikrodžiai kuo tiksliau ir tolygiau važiuotų intervalu tarp vakarų, kai jie tikrinami pagal žvaigždžių padėtį, laikrodžiai dedami į gilius rūsius. Tokiuose rūsiuose temperatūra yra pastovi ištisus metus. Tai labai svarbu, nes temperatūros pokyčiai turi įtakos laikrodžio veikimui.

Kad radijuje būtų galima perduoti tikslius laiko signalus, observatorija turi specialų įmantrų laikrodį, elektros ir radijo įrangą. Tikslūs laiko signalai, perduodami iš Maskvos, yra vieni tiksliausių pasaulyje. Nustatyti tikslų laiką pagal žvaigždes, išsaugoti laiką tiksliu laikrodžiu ir perduoti jį radiju - visa tai sudaro laiko tarnybą.

KUR DIRBIA ASTRONOMAI

Astronomai atlieka mokslinį darbą observatorijose ir astronomijos institutuose.

Pastarieji daugiausia užsiima teoriniais tyrimais.

Po Didžiosios Spalio socialistinės revoliucijos Leningrado teorinės astronomijos institutas, Astronomijos institutas, pavadintas V. I. PK Sternberg Maskvoje, astrofizikos observatorijos Armėnijoje, Gruzijoje ir nemažai kitų astronominių institucijų.

Astronomų mokymas ir ugdymas vyksta universitetuose mechanikos ir matematikos arba fizikos ir matematikos katedrose.

Pagrindinė mūsų šalies observatorija yra Pulkovskaja. Jis buvo pastatytas 1839 m. Netoli Sankt Peterburgo, vadovaujamas žymaus rusų mokslininko. Daugelyje šalių ji teisingai vadinama pasaulio astronomijos sostine.

Po Didžiojo Tėvynės karo Simeizo observatorija Kryme buvo visiškai atkurta, o netoli jos buvo pastatyta nauja observatorija Partizanskoye kaime netoli Bakhchisarai, kur yra didžiausias teleskopas-reflektorius SSRS su 1 ¼ m skersmens veidrodžiu. dabar sumontuotas, o netrukus atšvaitas su veidrodžiu, kurio skersmuo 2,6 m - trečias pagal dydį pasaulyje. Abi observatorijos dabar sudaro vieną instituciją - TSRS mokslų akademijos Krymo astrofizikos observatoriją. Kazanėje, Taškente, Kijeve, Charkove ir kitose vietose yra astronomijos observatorijų.

Visose observatorijose mokslinį darbą atliekame pagal sutartą planą. Mūsų šalies astronomijos mokslo pasiekimai padeda daugeliui dirbančių žmonių sluoksnių ugdyti teisingą, mokslinį supančio pasaulio supratimą.

Kitose šalyse taip pat yra daug astronominių observatorijų. Iš jų garsiausi yra seniausi iš esamų - Paryžius ir Grinvičas, iš kurių dienovidinio skaičiuojamos geografinės žemės ilgumos (neseniai ši observatorija buvo perkelta į naują vietą, toliau nuo Londono, kur yra daug kliūtys naktinio dangaus stebėjimams). Didžiausi pasaulyje teleskopai įrengti Kalifornijoje, prie Palomaro kalno, Vilsono kalno ir Liko observatorijų. Paskutinis iš jų buvo pastatytas XIX amžiaus pabaigoje, o pirmieji du - jau XX a.

Jei radote klaidą, pasirinkite teksto dalį ir paspauskite Ctrl + Enter.