Броење време. Одредување географска должина. Календар. Поглавје шест. Чување и пренесување точни времиња Чување и пренесување точни времиња

Само првата задача на временската услуга е решена со добивање на поени на време. Следната задача е да се складира точното време во интервалите помеѓу неговите астрономски дефиниции. Оваа задача е решена со помош на астрономски часовник.

За да се добие висока точност на времето во производството на астрономски часовници, колку што е можно, се земаат предвид и се елиминираат сите извори на грешка и се создаваат најповолни услови за нивно работење.

Најсуштинскиот дел од часовникот е нишалото. Изворите и тркалата служат како механизам за пренос, стрели - покажуваат, а нишалото го мери времето. Затоа, во астрономскиот часовник, тие се обидуваат да создадат најдобри можни услови за неговата работа: да ја направат температурата во просторијата константна, да ги елиминираат ударите, да го ослабат отпорот на воздухот и, конечно, да го направат механичкото оптоварување што е можно пониско.

За да се обезбеди висока точност, астрономскиот часовник е сместен во длабок подрум, заштитен од удари.Собата се одржува на константна температура во текот на целата година. За да се намали отпорот на воздухот и да се елиминира влијанието на промените во атмосферскиот притисок, нишалото на часовникот се става во обвивка во која притисокот на воздухот е донекаде намален (слика 20).

Астрономските часовници со две нишалки (часовници на Шорт) имаат многу висока точност, од кои едниот - не е слободен или „роб“, е поврзан со механизми за пренос и укажување, а самиот е контролиран од друг - бесплатно нишало кое не е поврзано со никакви тркала и извори (слика 21).

Бесплатното нишало е сместено во длабок подрум во метална кутија. Во овој случај, постои намален притисок. Бесплатно нишало е поврзано со неслободно преку два мали електромагнети, во близина на кои се ниша. Бесплатното нишало го контролира нишалото „роб“, принудувајќи го да се заниша навреме со себе.

Може да се постигнат многу мали грешки на часовникот, но тие не можат целосно да се отстранат. Меѓутоа, ако часовникот работи неправилно, но однапред се знае дека се брза или заостанува со одреден број секунди дневно, тогаш не е тешко да се пресмета точното време од таков неточен часовник. За да го направите ова, доволно е да знаете што работи часовникот, односно колку секунди дневно брзаат или заостануваат. Табелите за корекција се составени за даден пример на астрономски часовник во текот на месеци и години. Стрелките на астрономскиот часовник речиси никогаш не го покажуваат времето точно, но со помош на табели за корекција, сосема е можно да се добијат временски печати со точност од илјадници делови од секундата.

За жал, стапката на часовник не останува константна. Кога се менуваат надворешните услови - собна температура и притисок на воздухот - поради секогаш постоечката неточност во производството на делови и работата на одделни делови, истиот часовник може да го промени својот тек со текот на времето. Промената или варијацијата во текот на часовникот е главниот показател за квалитетот на неговата работа. Колку е помала варијацијата во брзината на часовникот, толку е подобар часовникот.

Така, добриот астрономски часовник може да биде премногу избрзан и премногу бавен, може да работи напред или да заостанува дури и за десетини од секундата дневно, а сепак може да се искористи за да го чува времето сигурно и да добива разумно точни читања, ако само неговото однесување е константна, односно дневната варијација на курсот е мала.

Во астрономскиот часовник со нишало на Шорт, дневната варијација на ударот е 0,001-0,003 сек. Долго време, толку висока точност остана ненадмината. Во педесеттите години на нашиот век, инженерот Ф.М. Федченко ја подобри суспензијата на нишалото и ја подобри неговата термичка компензација. Ова му овозможи да дизајнира часовник во кој дневната варијација на ударот е намалена на 0,0002-0,0003 секунди.

В последните годиниизградбата на астрономски часовници веќе не беше окупирана од механика, туку од електричари и радио техничари. Тие направија часовник во кој се користеа еластични вибрации на кварцен кристал наместо осцилации на нишало за да се изброи времето.

Соодветно исечениот кварцен кристал има интересни својства. Ако таквата плоча, наречена пиезокварц, е компресирана или свиткана, тогаш на нејзините спротивни површини се појавуваат електрични полнежи со различни знаци. Ако наизменична електрична струја се нанесе на спротивните површини на пиезокварцната плоча, тогаш пиезоквартот вибрира. Колку е помала амортизацијата на осцилирачкиот уред, толку е поконстантна фреквенцијата на осцилација. Пиезокварц има исклучително добри својства во овој поглед, бидејќи амортизацијата на неговите осцилации е многу мала. Ова е широко користено во радио инженерството за одржување на постојана фреквенција на радио предаватели. Истото својство на пиезоелектричниот кварц - висока постојаност на фреквенцијата на вибрации - овозможи да се изгради многу точен астрономски кварцен часовник.

Кварцниот часовник (слика 22) се состои од радио-технички генератор стабилизиран со пиезоелектричен кварц, каскади за поделба на фреквенција, синхрони електричен мотор и бирање со стрелки со покажувачи.

Радио-техничкиот генератор генерира наизменична струја со висока фреквенција, а пиезоелектричниот кварц одржува константна фреквенција на своите осцилации со голема прецизност. Во каскадите на поделба на фреквенции, фреквенцијата на наизменичната струја е намалена од неколку стотици илјади на неколку стотици осцилации во секунда. Синхрони електричен мотор кој работи на наизменична струја со ниска фреквенција ги ротира стрелките на покажувачот, ги затвора релеите за временски сигнал итн.

Брзината на вртење на синхрони електричен мотор зависи од фреквенцијата на наизменичната струја со која се снабдува. Така, кај кварцните часовници, брзината на вртење на индикаторите за раце е конечно одредена од фреквенцијата на вибрации на пиезоелектричниот кварц. Високата постојаност на фреквенцијата на осцилации на кварцната плоча обезбедува униформност на текот и висока точност на индикациите на кварцниот астрономски часовник.

Во моментов се произведуваат кварцни часовници различни типовии состаноци со дневна варијација на ударот што не надминува стотинки, па дури и илјадити дел од секундата.

Првите дизајни на кварцни часовници беа прилично обемни. На крајот на краиштата, природната фреквенција на вибрации на кварцната плоча е релативно висока и за да се избројат секундите и минутите потребно е да се намали со помош на серија фреквентни поделби на каскади. Во меѓувреме, радио уредите за светилки што се користат за ова заземаат многу простор. Во последниве децении, полупроводничкиот радио инженеринг се разви брзо и на негова основа се разви минијатурна и микроминијатура радио опрема. Ова овозможи да се изгради мал преносен часовник од кварц за морска и воздушна навигација, како и за различни експедициски работи. Овие преносни кварцни хронометри не ја надминуваат големината и тежината на конвенционалните механички хронометри.

Меѓутоа, ако механичкиот морски хронометар од втора класа има дневна грешка не повеќе од 0,4 сек., А од прва класа - не повеќе од 0,2 сек., Тогаш модерните кварцни преносни хронометри имаат дневна варијација од 0,1 ±; ± 0,01, па дури и 00 0,001 сек.

На пример, Chronotom произведен во Швајцарија има димензии од 245X137X100 mm, а нестабилноста на неговиот удар дневно не надминува ± 0,02 сек. Стационарниот кварцен хронометар „Изотом“ има долгорочна релативна нестабилност не повеќе од 10 -8, односно дневната варијација има грешка од околу 0,001 ±.

Сепак, кварцните часовници не се без сериозни недостатоци, чие присуство е од суштинско значење за астрономски мерења со голема точност. Главните недостатоци на кварцните астрономски часовници се зависноста од фреквенцијата на вибрации на кварцот од температурата. околинатаи „стареење на кварц“, односно промена на неговата фреквенција на вибрации со текот на времето. Првиот недостаток беше надминат со внимателно термостатирање на делот од часовникот во кој се наоѓа кварцната плоча. Стареењето на кварцот, што доведе до бавно поместување на часовникот, с yet уште не е елиминирано.

"Молекуларен часовник"

Дали е можно да се создаде уред за мерење временски интервали со поголема точност од нишалото и кварцните астрономски часовници?

Во потрага по соодветни методи за ова, научниците се свртеа кон системи во кои се случуваат молекуларни вибрации. Таквиот избор, се разбира, не беше случаен и токму тој го предодреди понатамошниот успех. „Молекуларните часовници“ овозможија, на почетокот, да се зголеми точноста на мерењето на времето со фактор од илјадници, и заемот за стотици илјади. Сепак, патот од молекулата до индикаторот за време се покажа како тежок и многу тежок.

Зошто не беше можно да се подобри точноста на нишалото и кварцните астрономски часовници? Како молекулите се подобри од нишалото и кварцните плочи во однос на мерењето на времето? Кој е принципот на работа и структура на молекуларниот часовник?

Потсетете се дека секој часовник се состои од блок во кој се изведуваат периодични осцилации, механизам за броење за броење на нивниот број и уред во кој се складира енергијата неопходна за нивно одржување. Сепак, точноста на часовникот е претежно зависи од стабилноста на работата на тој елементшто го мери времето.

За да се зголеми точноста на астрономскиот часовник на нишалото, нивното нишало е направено од специјална легура со минимален коефициент на термичка експанзија, сместена во термостат, суспендирана на посебен начин, сместена во сад од кој се испумпува воздухот итн. астрономското нишало часовници до илјадници делови од секундата дневно. Меѓутоа, постепеното абење на подвижните делови и триењето, бавните и неповратни промени во структурните материјали, воопшто, „стареењето“ на таквите часовници не дозволи понатамошно подобрување на нивната точност.

Во астрономските кварцни часовници, времето се мери со генератор стабилизиран со кварц, а точноста на овие часовници се одредува со постојаноста на фреквенцијата на осцилација на кварцната плоча. Со текот на времето, се случуваат неповратни промени во кварцната плоча и електричните контакти поврзани со неа. Така, овој возач на часовници со кварц „старее“. Во овој случај, фреквенцијата на вибрации на кварцната плоча донекаде се менува. Ова е причината за нестабилноста на таквите часовници и става ограничување на понатамошното зголемување на нивната точност.

Молекуларните часовници се дизајнирани на таков начин што нивните читања на крајот се одредуваат со фреквенцијата на електромагнетните бранови апсорбирани и емитирани од молекулите. Во меѓувреме, атомите и молекулите апсорбираат и емитуваат енергија само наизменично, само во одредени делови, наречени енергетски кванти. Овие процеси во моментов се претставени на следниов начин: кога атомот е во нормална (невозбудена) состојба, тогаш неговите електрони ги заземаат пониските нивоа на енергија и се во исто време на најблиското растојание од јадрото. Ако атомите апсорбираат енергија, на пример светлосна енергија, тогаш нивните електрони скокаат во нови позиции и се наоѓаат нешто подалеку од нивните јадра.

Дозволете ни да ја означиме енергијата на атомот што одговара на најниската позиција на електронот преку Е и енергијата што одговара на нејзината подалечна локација од јадрото - преку Е 2. Кога атомите, емитувајќи електромагнетни осцилации (на пример, светлина), од возбудена состојба со енергија Е 2 преминуваат во невозбудена состојба со енергија Е 1, тогаш емитираниот дел од електромагнетната енергија е еднаков на ε = Е 2 -Е 1. Лесно е да се види дека горниот сооднос не е ништо друго туку еден од изразите на законот за зачувување на енергијата.

Во меѓувреме, познато е дека енергијата на квантната светлина е пропорционална со нејзината фреквенција: ε = hv, каде ε е енергијата на електромагнетните осцилации, v е нивната фреквенција, h = 6,62 * 10 -27 erg * sec е константа на Планк На Од овие два соодноси не е тешко да се најде фреквенцијата v на светлината што ја емитува атомот. Очигледно, v = (Е 2 - Е 1) / ч секунда -1

Секој атом од даден тип (на пример, водород, кислород, итн.) Има свои енергетски нивоа. Затоа, секој возбуден атом, кога преминува во пониските состојби, емитува електромагнетни осцилации со сосема одреден сет на фреквенции, односно дава луминисценција карактеристична само за него. Ситуацијата е иста со молекулите, со единствена разлика што тие имаат голем број дополнителни енергетски нивоа поврзани со различното распоредување на нивните составни честички и со нивното меѓусебно движење,

Така, атомите и молекулите се способни да апсорбираат и емитуваат електромагнетни вибрации со ограничена фреквенција. Стабилноста со која атомските системи го прават ова е исклучително висока. Тоа е милијарди пати повисока од стабилноста на сите макроскопски уреди што перципираат или емитуваат одредени видови вибрации, на пример, жици, вилушки за подесување, микрофони, итн., Силите што ја обезбедуваат нивната стабилност, во повеќето случаи, се само десетици или стотици пати поголема од надворешните сили. Затоа, со текот на времето и со промени во надворешните услови, својствата на таквите уреди донекаде се менуваат. Ова е причината зошто музичарите треба толку често да ги подесуваат своите виолини и пијана. Напротив, во микросистемите, на пример, атомите и молекулите, такви големи сили дејствуваат помеѓу честичките што ги сочинуваат, така што обичните надворешни влијанија се многу помали по големина. Затоа, обичните промени во надворешните услови - температурата, притисокот итн. - не предизвикуваат забележителни промени во овие микросистеми.

Ова објаснува толку висока точност на спектрална анализа и многу други методи и уреди базирани на употреба на атомски и молекуларни вибрации. Ова го прави толку привлечно да се користат овие квантни системи како главен елемент во астрономските часовници. Впрочем, таквите микросистеми не ги менуваат своите својства со текот на времето, односно не "стареат".

Кога инженерите започнаа да дизајнираат молекуларни часовници, методите за возбудливи атомски и молекуларни вибрации веќе беа добро познати. Едно од нив е дека високофреквентните електромагнетни осцилации се снабдуваат со сад исполнет со еден или друг гас. Ако фреквенцијата на овие вибрации одговара на енергијата на побудување на овие честички, тогаш се јавува резонантна апсорпција на електромагнетна енергија. По некое време (помалку од милионти дел од секундата), возбудените честички (атоми и молекули) спонтано преминуваат од возбудена во нормална состојба, а во исто време тие самите емитуваат кванти електромагнетна енергија.

Се чини дека следниот чекор во дизајнирањето на таков часовник треба да биде броење на бројот на овие осцилации, бидејќи бројот на нишалки на нишалото се брои во часовникот на нишалото. Меѓутоа, таквата права, „фронтална“ патека беше премногу тешка. Факт е дека фреквенцијата на електромагнетни осцилации емитирани од молекулите е многу висока. На пример, во молекула на амонијак за еден од главните транзиции, тоа е 23.870.129.000 периоди во секунда. Фреквенцијата на електромагнетни вибрации емитирани од различни атоми е од ист редослед на големина или дури и повисока. Ниту еден механички уред не е соодветен за броење на бројот на такви вибрации со висока фреквенција. Покрај тоа, конвенционалните електронски уреди, исто така, се покажаа како несоодветни за ова.

Излез од оваа тешкотија беше пронајден со помош на оригинален начин за заобиколување. Амонијак гас беше ставен во долга метална цевка (брановод). За полесно ракување, оваа цевка е намотана. Електромагнетни осцилации со висока фреквенција се напојуваа од генераторот до едниот крај на оваа цевка, а на другиот крај беше инсталиран уред за мерење на нивниот интензитет. Генераторот овозможи, во одредени граници, да ја смени фреквенцијата на електромагнетните осцилации возбудени од него.

За транзиција на молекулите на амонијак од невозбудена во возбудена состојба, потребна е добро дефинирана енергија и, соодветно, добро дефинирана фреквенција на електромагнетни осцилации (ε = hv, каде ε е квантната енергија, v е фреквенцијата на електромагнетни осцилации, h е константа на Планк). С додека фреквенцијата на електромагнетните осцилации генерирани од генераторот е поголема или помала од оваа резонантна фреквенција, молекулите на амонијак не апсорбираат енергија. Кога овие фреквенции се совпаѓаат, значителен број молекули на амонијак апсорбираат електромагнетна енергија и преминуваат во возбудена состојба. Се разбира, во овој случај (врз основа на законот за зачувување на енергијата) на крајот од брановодот каде што е инсталиран мерниот уред, интензитетот на електромагнетните осцилации излегува дека е помал. Ако непречено ја промените фреквенцијата на генераторот и ги снимите отчитувањата на мерниот уред, тогаш при резонантна фреквенција се открива натопи во интензитетот на електромагнетните осцилации.

Следниот чекор во дизајнирањето молекуларен часовник е токму користењето на овој ефект. За ова, беше составен специјален уред (слика 23). Во него, генератор со висока фреквенција опремен со напојување генерира високофреквентни електромагнетни осцилации. За да се зголеми постојаноста на фреквенцијата на овие осцилации, генераторот се стабилизира со. користејќи пиезоелектричен кварц. Во постојните уреди од овој тип, фреквенцијата на осцилации на генераторот со висока фреквенција е избрана еднаква на неколку стотици илјади периоди во секунда, во согласност со природната фреквенција на осцилации на кварцните плочи што се користат во нив.

Ориз. 23. Шема на „молекуларен часовник“

Бидејќи оваа фреквенција е превисока за директно да се контролира секој механички уред, тогаш со помош на единицата за делење на фреквенција се намалува на неколку стотици осцилации во секунда и само после тоа се напојува со сигнали релеи и синхрони електричен мотор што ротира стрелките на покажувачот лоцирани на бирачот за часовници. Така, овој дел од молекуларниот часовник го следи моделот на претходно опишаниот кварцен часовник.

Со цел да се возбудат молекулите на амонијак, некои од електромагнетните осцилации генерирани од генераторот со висока фреквенција се хранат со мултипликатор на фреквенција со наизменична струја (види слика 23). Факторот на множење на фреквенција во него е избран така што ќе го доведе до резонанца. Од излезот на фреквентниот множител, електромагнетните осцилации се внесуваат во брановодот со гас амонијак. Уредот на излезот од брановодот - дискриминатор - го забележува интензитетот на електромагнетните осцилации поминати низ брановодот и делува на генераторот со висока фреквенција, менувајќи ја фреквенцијата на осцилациите што ги возбудува. Дискриминаторот е дизајниран така што кога осцилации со фреквенција помала од резонантната ќе пристигнат на влезот на брановодот, го прилагодува генераторот, зголемувајќи ја фреквенцијата на неговите осцилации. Ако осцилации со фреквенција поголема од резонантната фреквенција пристигнуваат на влезот на брановодот, тогаш ја намалува фреквенцијата на генераторот. Во овој случај, подесувањето на резонанцата е попрецизно, колку е пострмна кривата на апсорпција. Така, пожелно е натопувањето во интензитетот на електромагнетните осцилации, поради резонантната апсорпција на нивната енергија од молекулите, да биде што е можно потесно и длабоко.

Сите овие меѓусебно поврзани уреди - генераторот, множителот, брановодот за гас од амонијак и дискриминаторот - претставуваат коло повратни информации, во која молекулите на амонијак се возбудени од генератор и во исто време го контролираат, принудувајќи да произведе осцилации на саканата фреквенција. Така, на крајот, молекуларниот часовник користи молекули на амонијак како стандард за фреквенција и време. Во првиот молекуларен часовник со амонијак, развиен според овој принцип од Г. Лавови во 1953 година, нестабилноста на курсот беше околу 10 -7, односно промената на фреквенцијата не надминува десетмилионити дел. Потоа, нестабилноста беше намалена на 10 -8, што одговара на грешка во мерењето на временските интервали за 1 сек во текот на неколку години.

Во принцип, ова е, се разбира, одлична точност. Сепак, се покажа дека во конструираниот уред, кривата на апсорпција на електромагнетна енергија се покажа дека е далеку од остра како што се очекуваше, но донекаде „размачкана“. Соодветно на тоа, точноста на целиот уред се покажа како значително помала од очекуваното. Темелните студии за овој молекуларен часовник извршени во следните години овозможија да се открие дека нивните отчитувања до одреден степен зависат од дизајнот на брановодот, како и од температурата и притисокот на гасот во него. Откриено е дека токму овие ефекти се извори на нестабилност во работата на таквите часовници и ја ограничуваат нивната точност.

Потоа, овие дефекти на молекуларниот часовник не беа целосно отстранети. Сепак, беше можно да се излезе со други, понапредни типови на квантни временски метри.

Атомски часовник со цезиум

Постигнати се дополнителни подобрувања во стандардите за фреквенција и време врз основа на јасно разбирање на причините за недостатоците на молекуларниот часовник на амонијак. Да потсетиме дека главните недостатоци на молекуларните часовници на амонијак се некои „размачкувања“ на кривата на апсорпција на резонанца и зависноста на часовниците од температурата и притисокот на гасот во брановодот.

Кои се причините за овие дефекти? Дали можат да бидат елиминирани? Се испостави дека размачкувањето на резонанцата се јавува како резултат на термичко движење на честички од гас што го полнат брановодот. На крајот на краиштата, некои од честичките на гасот се движат кон електромагнетниот бран, и затоа фреквенцијата на осцилација за нив е малку повисока од онаа што ја дава генераторот. Други гасовити честички, напротив, се движат од влезниот електромагнетски бран, како да бегаат од него; за нив, фреквенцијата на електромагнетни осцилации е малку помала од номиналната. Само за релативно многу мал број стационарни честички на гас, фреквенцијата на електромагнетни осцилации перцепирани од нив е еднаква на номиналната, т.е. дадена од генераторот.

Опишаниот феномен е добро познатиот надолжен Доплер ефект. Тоа е тој што води до фактот дека кривата на резонанца е срамнета и размачкана и се открива зависноста на струјата на излезот од брановодот од брзината на движење на честичките на гасот, т.е. на температурата на гасот.

Тим научници од Американското биро за стандарди успеа да ги надмине овие тешкотии. Сепак, она што тие го правеа генерално се покажа како нов и многу попрецизен стандард на фреквенција и време, иако користеше некои од веќе познатите работи.

Овој уред повеќе не користи молекули, туку атоми. Овие атоми не само што го полнат садот, туку се движат во зрак. И така што насоката на нивното движење е нормална на правецот на ширење на електромагнетниот бран. Лесно е да се разбере дека во овој случај надолжниот Доплер ефект е отсутен. Уредот користи атоми на цезиум, чие побудување се случува со фреквенција на електромагнетни осцилации еднакви на 9 192 631 831 периоди во секунда.

Соодветниот уред е монтиран во цевка, од која на едниот крај има електрична печка 1, која загрева метален цезиум до испарување, а на другиот крај, детектор 6, кој го брои бројот на атоми на цезиум што стигнале до него ( Слика 24). Меѓу нив се: првиот магнет 2, брановодот 3, кој обезбедува електромагнетни осцилации со висока фреквенција, колиматорот 4 и вториот магнет 5. Кога печката е вклучена, метални пареи прснуваат во цевката низ процепот и тесен зрак атомите на цезиум летаат по својата оска, изложени на патот на влијанието на магнетните полиња создадени од постојани магнети и висока фреквенција електромагнетно полесе снабдува со помош на брановод од генераторот до цевката, така што насоката на ширење на брановите е нормална на правецот на летот на честичките.

Таквиот уред овозможува да се реши првиот дел од проблемот: да се возбудат атомите, односно да се пренесат од една во друга состојба, а во исто време да се избегне надолжниот Доплер ефект. Ако истражувачите се ограничат на ова подобрување, тогаш точноста на уредот, иако би се зголемила, но не многу. Навистина, во зрак на атоми емитирани од блескаво извор, секогаш има невозбудени и возбудени атоми. Така, кога атомите емитирани од изворот летаат низ електромагнетното поле и се возбудени, тогаш одреден број возбудени атоми се додаваат на веќе постоечките возбудени атоми. Затоа, промената на бројот на возбудени атоми е релативно не многу голема и, според тоа, ефектот на дејството на електромагнетните бранови врз зракот на честичките не е многу остар. Јасно е дека ако на почетокот воопшто немаше возбудени атоми, а потоа се појавија, тогаш целокупниот ефект ќе биде многу поконтрастентен.

Значи, се појавува дополнителен проблем: во делот од изворот до електромагнетното поле, нека поминат атомите во нормална состојба и отстранете ги возбудените. За да се реши, не требаше да се измисли ништо ново, бидејќи во четириесеттите години на нашиот век Рабин, а потоа и Ремзи ги развија соодветните методи за спектроскопски студии. Овие методи се базираат на фактот дека сите атоми и молекули имаат одредени електрични и магнетни својства, а овие својства се различни за возбудени и невозбудени честички. Затоа, во електрични и магнетни полиња, возбудените и невозбудени атоми и молекули се отклонуваат на различни начини.

Во опишаниот атомски часовник со цезиум на патеката на зракот на честичките помеѓу изворот и електромагнетното поле со висока фреквенција, постојаниот магнет 2 (види слика 24) беше инсталиран така што невозбудените честички беа фокусирани на процепот за колиматор, и возбудените беа отстранети од зракот. Вториот магнет 5, кој стои помеѓу високофреквентното електромагнетно поле и детекторот, напротив, беше инсталиран така што невозбудените честички беа отстранети од зракот, а само возбудените честички беа фокусирани на детекторот. Ова двојно одвојување води до фактот дека до детекторот се стигнува само од оние честички кои не биле возбудени пред да влезат во електромагнетното поле, а потоа поминале во возбудена состојба во ова поле. Во овој случај, зависноста на отчитувањата на детекторот од фреквенцијата на електромагнетни осцилации излегува дека е многу остра и, соодветно, кривата на резонанца на апсорпција на електромагнетна енергија излегува дека е многу тесна и стрмна.

Како резултат на опишаните мерки, погонската единица на атомскиот цезиум часовник се покажа како способна да одговори дури и на многу мало детонирање на генераторот со висока фреквенција, и со тоа беше постигната многу висока точност на стабилизација.

Остатокот од уредот, генерално, го повторува концептот на молекуларен часовник: генератор со висока фреквенција контролира електричен часовник и истовремено возбудува честички преку кола за множење на фреквенција. Дискриминатор поврзан со цезиумска цевка и генератор со висока фреквенција реагира на работата на цевката и го прилагодува генераторот така што фреквенцијата на осцилациите што ги генерира се совпаѓа со фреквенцијата на која се возбудуваат честичките.

Целиот овој уред во целина се нарекува атомски часовник со цезиум.

Во првите модели на часовници со цезиум (на пример, часовникот со цезиум во Националната физичка лабораторија во Англија) нестабилноста беше само 1-9. Во уредите од овој тип, развиени и изградени во последниве години, нестабилноста е намалена на 10 -12 -10 -13.

Претходно беше кажано дека дури и најдобрите механички астрономски часовници, поради абењето на нивните делови, донекаде го менуваат својот тек со текот на времето. Дури и кварцниот астрономски часовник не е без овој недостаток, бидејќи поради стареењето на кварцот има бавно поместување на нивните читања. Не е пронајдено поместување на фреквенцијата во атомските часовници со цезиум.

Кога се споредуваат различни копии на овие часовници едни со други, фреквенцијата на нивните осцилации се совпаѓа во рамките на ± 3 * 10 -12, што одговара на грешка од само 1 секунда во 10.000 години.

Сепак, овој уред не е без недостатоци: нарушувањата на обликот на електромагнетното поле и релативното кратко траење на неговиот ефект врз атомите на зракот го ограничуваат понатамошното зголемување на точноста на мерењето на временските интервали со помош на такви системи.

Астрономски часовник со квантен генератор

Уште еден чекор кон зголемување на точноста на мерењето на временските интервали беше направен со употреба молекуларни генератори- уреди во кои се користи емисија на електромагнетни бранови од молекули.

Ова откритие беше неочекувано и логично. Неочекувано - затоа што се чинеше дека можностите на старите методи се исцрпени, и немаше други. Природно - бидејќи голем број познати ефекти веќе ги сочинуваа речиси сите делови на новиот метод и остана само правилно да се комбинираат овие делови. Сепак, новата комбинација на познати работи е суштината на многу откритија. Секогаш е потребна голема храброст да се размисли за да се дојде до тоа. Мошне често, откако ќе се направи ова, с everything изгледа многу едноставно.

Уредите во кои молекуларното зрачење се користи за добивање стандард за фреквенција се нарекуваат масери; овој збор е формиран од почетните букви од изразот: засилување на микробранови со стимулирана емисија на зрачење, односно засилување на радио бранови во сантиметарски опсег со употреба на индуцирано зрачење. Во моментов, уредите од овој тип најчесто се нарекуваат квантни засилувачи или квантни генератори.

Што го подготви откритието на квантниот генератор? Кој е неговиот принцип на работа и структура?

Истражувачите знаеја дека кога возбудените молекули, како што е амонијак, се намалуваат на пониско ниво на енергија и емитуваат електромагнетно зрачење, тогаш природната ширина на овие емисиони линии е исклучително мала, во секој случај, многу пати помала од ширината на линијата за апсорпција што се користи во молекуларните часовници. Во меѓувреме, кога се споредува фреквенцијата на две осцилации, острината на кривата на резонанца зависи од ширината на спектралните линии, а достижната точност на стабилизацијата зависи од острината на кривата на резонанца.

Јасно е дека истражувачите беа исклучително заинтересирани за можноста да постигнат поголема точност во мерењето на временските интервали користејќи не само апсорпција, туку и зрачење на електромагнетни бранови од молекули. Се чини дека веќе има с everything за ова. Навистина, во брановодот на молекуларниот часовник, возбудените молекули на амонијак се спонтано осветлени, односно преминуваат на пониски нивоа на енергија и во исто време емитуваат електромагнетно зрачење со фреквенција од 23.870.129.000 периоди во секунда. Ширината на оваа емисија спектрална линија е навистина многу мала. Покрај тоа, бидејќи брановодот на молекуларниот часовник е исполнет со електромагнетни осцилации обезбедени од генераторот, а фреквенцијата на овие осцилации е еднаква на фреквенцијата на енергетски кванти емитирани од молекулите на амонијак, тогаш во брановодот се јавува предизвиканиемисија на возбудени молекули на амонијак, чија веројатност е многу поголема отколку спонтана. Така, овој процес го зголемува вкупниот број зрачечки настани.

Како и да е, системот од типот брановодни молекуларни часовници се покажа како целосно несоодветен за набvingудување и користење на молекуларно зрачење. Навистина, во таков брановод, има многу повеќе невозбудени честички од амонијак отколку возбудени, па дури и земајќи го предвид индуцираното зрачење, актите на апсорпција на електромагнетна енергија се случуваат многу почесто од делата на емисија. Покрај тоа, не е јасно како во таков брановод може да се одделат енергетски кванти емитирани од молекули кога истиот волумен е исполнет со електромагнетно зрачење од генератор, и ова зрачење има иста фреквенција и многу поголем интензитет.

Зарем не е вистина дека сите процеси се толку измешани што на прв поглед изгледа невозможно да се издвои потребниот? Сепак, не е така. На крајот на краиштата, познато е дека во нивните електрични и магнетни својства, возбудените молекули се разликуваат од оние што не се возбудени, и тоа овозможува да се разделат.

Во 1954-1955 година. овој проблем беше брилијантно решен од Н.Г. Басов и А.М. Прохоров во СССР и од Гордон, Зајгер и Таунес во САД *. Овие автори го искористија фактот дека електричната состојба на возбудени и невозбудени молекули на амонијак е нешто различна и, летајќи низ нехомогено електрично поле, тие отстапуваат на различни начини.

* (S. Сингер, Мазерс, И.Л., М., 1961 година; Басов Н.Г., Летохов В.С., Стандарди за оптичка фреквенција, Физ. 4, 1968 година.)

Потсетете се дека се создава еднообразно електрично поле помеѓу две електрично наполнети паралелни плочи, на пример, кондензаторски плочи; помеѓу наполнета плоча и точка или две наполнети точки - нехомогени. Ако се прикаже електрични полињасо помош на линии на сила, тогаш хомогените полиња се претставени со линии со иста густина, а нерамните полиња се претставени со линии со нееднаква густина, на пример, помалку во рамнината и поголеми на врвот, каде што линиите се спојуваат На Методите за добивање на нехомогени електрични полиња од една или друга форма се одамна познати.

Молекуларен генератор е комбинација од извор на молекули, електричен сепаратор и резонатор, сите собрани во цевка од која се испумпува воздухот. За длабоко ладење, оваа цевка се става во течен азот. Ова постигнува висока стабилност на целиот уред. Изворот на честички во молекуларниот генератор е балон со тесна дупка исполнет со гас од амонијак. Преку оваа дупка, тесен зрак на честички со одредена брзина влегува во цевката (слика 25, а).

Зракот секогаш содржи невозбудени и возбудени молекули на амонијак. Сепак, обично има многу повеќе невозбудени луѓе отколку возбудени. Во цевката, на патот на овие честички, има електрично наполнет кондензатор составен од четири прачки - таканаречениот четириполен кондензатор. Во него, електричното поле е нехомогено и има таква форма (слика 25, б) што, поминувајќи низ него, невозбудените молекули на амонијак се расфрлаат на страните, а возбудените се отклонуваат кон оската на цевката и на тој начин се фокусираат. Затоа, во таков кондензатор, се случува одвојување на честичките и само возбудените молекули на амонијак стигнуваат до другиот крај на цевката.

На овој друг крај на цевката има сад со одредена големина и форма - таканаречен резонатор. Еднаш во него, возбудени молекули на амонијак, по краток временски период, спонтано преминуваат од возбудена состојба во невозбудена состојба и, во исто време, емитуваат електромагнетни бранови со одредена фреквенција. Овој процес се вели дека е осветлен. Така, можно е не само да се добие молекуларно зрачење, туку и да се изолира.

Ајде да размислиме за понатамошниот развој на овие идеи. Електромагнетно зрачење со резонантна фреквенција, во интеракција со невозбудени молекули, ги пренесува во возбудена состојба. Истото зрачење, во интеракција со возбудени молекули, ги пренесува во невозбудена состојба, со што се стимулира нивното зрачење. Во зависност од тоа кои молекули има повеќе, невозбудени или возбудени, преовладува процесот на апсорпција или индуцирана емисија на електромагнетна енергија.

Создавајќи во одреден волумен, на пример, резонатор, значајна доминација на возбудени молекули на амонијак и снабдување со електромагнетни осцилации на фреквенцијата на резонанца, можно е да се засили ултрависоката фреквенција. Јасно е дека ова засилување се случува поради континуирано пумпање на возбудени молекули на амонијак во резонаторот.

Улогата на резонаторот не е ограничена само на фактот дека тоа е сад во кој се јавува емисија на возбудени молекули. Бидејќи електромагнетното зрачење со резонантна фреквенција ја стимулира емисијата на возбудени молекули, колку е поголема густината на ова зрачење, толку е поактивен овој процес на индуцирано зрачење.

Со избирање на димензиите на резонаторот во согласност со брановата должина на овие електромагнетни осцилации, на тој начин е можно да се создадат услови во него за појава на стоечки бранови (слично како и изборот на димензиите на органските цевки за појава на стоечки бранови на соодветни еластични звучни вибрации во нив). Со изработка на wallsидовите на резонантот од соодветен материјал, можно е да се осигура дека тие ги одразуваат електромагнетните осцилации со најмала можна загуба. И двете од овие мерки овозможуваат создавање висока густина на електромагнетна енергија во резонаторот и со тоа зголемување на ефикасноста на целиот уред во целина.

Сите други работи се еднакви, добивката во овој уред е поголема, толку е поголема густината на флуксот на возбудените молекули. Извонредно е што при доволно висока густина на флукс на возбудени молекули и соодветни параметри на резонаторот, интензитетот на зрачење на молекулите станува доволно висок за да покрие различни загуби на енергија, а засилувачот се претвора во молекуларен генератор на микробранови осцилации - т.н. наречен квантен генератор. Во овој случај, повеќе не е потребно да се снабдува со висока фреквенција електромагнетна енергија на резонаторот. Процесот на индуцирана емисија на некои возбудени честички е поддржан со емисија на други. Покрај тоа, под соодветни услови, процесот на генерирање електромагнетна енергија не е прекинат дури и во случај кога дел од него се пренасочува настрана.

Квантен генератор со многу висока стабилност Дава електромагнетни осцилации со висока фреквенција со строго дефинирана фреквенција и може да се користи за мерење временски интервали. Во овој случај, нема потреба да работи постојано. Доволно е периодично во редовни интервали да се споредува фреквенцијата на електричниот генератор на астрономскиот часовник со овој стандард на молекуларна фреквенција и, доколку е потребно, да се воведе корекција.

Астрономски часовник поправен со молекуларен амонијак генератор беше изграден во доцните 1950 -ти години. Нивната краткорочна нестабилност не надминуваше 10 -12 за 1 минута, а долгорочната нестабилност беше околу 10 -10, што одговара на нарушувања во броењето на временските интервали за само 1 секунда во текот на неколку стотици години.

Понатамошно подобрување на стандардите за фреквенција и време е постигнато врз основа на истите идеи и употребата на некои други честички како работен медиум, на пример, талиум и водород. Во исто време, квантен генератор кој работи на зрак од водородни атоми, развиен и изграден во раните шеесетти години од Голденберг, Клепнер и Ремзи, се покажа како особено ветувачки. Овој генератор, исто така, се состои од извор на честички, сепаратор и резонатор монтирани во цевка (слика 26) потопени во соодветно средство за ладење. Изворот емитува зрак од атоми на водород. Овој зрак содржи невозбудени и возбудени атоми на водород, и има многу повеќе невозбудени атоми отколку возбудени.

Бидејќи возбудените водородни атоми се разликуваат од невозбудените во нивната магнетна состојба (магнетен момент), тогаш за нивното одвојување се користи не електрично, туку магнетно поле создадено од пар магнети. Резонаторот на водородниот генератор исто така има значајни карактеристики. Направено е во форма на споена кварцна колба, чии внатрешни wallsидови се покриени со парафин. Поради повеќекратни (околу 10.000) еластични рефлексии на водородни атоми од парафинскиот слој, должината на летот на честичките и, соодветно, времето на нивниот престој во резонаторот, во споредба со молекуларниот генератор, се зголемува за фактор од илјадници. Така, можно е да се добијат многу тесни спектрални линии на емисија на атоми на водород и, во споредба со молекуларниот генератор, да се намали нестабилноста на целиот уред со фактор од илјадници.

Современите дизајни на астрономски часовници со водороден квантен генератор го надминаа стандардот на атомски зрак на цезиум во однос на нивната изведба. Систематско поместување не беше пронајдено во нив... Нивната краткорочна нестабилност е само 6 * 10 -14 во минута, и долгорочна -2 * 10 -14 дневно, што е десет пати помалку од онаа на цезиумскиот стандард. Репродуктивноста на часовникот со водороден квантен генератор е ± 5 * 10 -13, додека репродуктивноста на цезиумскиот стандард е ± 3 * 10 -12. Следствено, генераторот на водород е приближно десет пати подобар во овој поглед. Така, со помош на астрономски часовник со водород, можно е да се обезбеди точност на мерење на времето од редот на 1 секунда во интервал од околу сто илјади години.

Во меѓувреме, голем број студии во последниве години покажаа дека оваа висока точност во мерењето на временските интервали, постигната врз основа на генератори на атомски зраци, с yet уште не е ограничувачка и може да се зголеми.

Прецизен пренос на време

Задачата на временската услуга не е ограничена само на добивање и складирање на точното време. Подеднакво важен дел од тоа е таквата организација на пренос на точно време, во која оваа точност не би се изгубила.

Во старите денови, преносот на временските сигнали се изведуваше со употреба на механички, звучни или светлосни уреди. Во Петербург, точно на пладне, пукаше топ; исто така, беше можно да ги споредите вашите часовници со часовникот на кулата на Институтот за метрологија, сега именуван по ДИ Менделеев. Во пристаништата, топката што паѓаше се користеше како временски сигнал. Од бродовите закотвени во пристаништето, можеше да се види како точно на пладне топката падна од врвот на специјален јарбол и падна на нога.

За нормален тек на модерниот интензивен живот, многу важна задачапретставува обезбедување точно време железници, пошта, телеграф и големите градови... Не бара толку висока точност како во астрономската и географската работа, но неопходно е со точност од минута во сите делови на градот, во сите делови на нашата огромна земја, сите часовници да го покажуваат времето исто. Оваа задача обично се постигнува со електричен часовник.

Во индустријата за часовници на железници и комуникациски институции, во индустријата за часовници во модерен град, електричните часовници играат важна улога. Нивниот уред е многу едноставен, и покрај тоа, со точност од една минута, тие покажуваат исто време во сите точки на градот.

Електричните часовници се примарни и секундарни. Примарните електрични часовници имаат нишало, тркала, бегство и се мерачи во реално време. Секундарните електрични часовници се само показатели: во нив нема механизам за часовник, но има само релативно едноставен уред кој ги поместува стрелките еднаш во минута (слика 27). На секое отворање на струјата, електромагнетот ја ослободува арматурата, а „кучето“ прикачено на арматурата, потпирајќи се на тркалото за крцкалки, го врти за еден заб. Сигналите за електрична струја се внесуваат во секундарниот часовник или од централно поставување или од примарен електричен часовник. Во последниве години, се појавија часовници што зборуваат, дизајнирани по принципот на звучни филмови, кои не само што покажуваат, туку и го кажуваат времето.

За пренос точно времеденес главно се користат електрични сигнали испратени по телефон, телеграф и радио. Во текот на изминатите децении, техниката на нивно пренесување е подобрена и соодветно се зголемува точноста. Во 1904 година, Бигурдан пренесе ритмички временски сигнали од Париската опсерваторија, кои беа примени од опсерваторијата Монтсурис со точност од 0,02-0,03 секунди. Во 1905 година, морската опсерваторија во Вашингтон започна со редовен пренос на временски сигнали; во 1908 година, ритмичките временски сигнали почнаа да се пренесуваат од Ајфеловата кула, и од 1912 година од опсерваторијата Гринич.

Во моментов, преносот на точни временски сигнали се врши во многу земји. Во СССР, таквите преноси ги спроведува Државниот астрономски институт. P.K.Sternberg, како и голем број други организации. Во исто време, голем број различни програми се користат за пренос на просечното читање на сончевото време преку радио. На пример, програмата за сигнализација на времето за емитување се пренесува на крајот од секој час и се состои од шест кратки импулси. Почетокот на последниот од нив одговара на времето на овој или оној час и 00 мин 00 сек. Во морска и воздушна навигација, се користи програма од пет серии од 60 импулси и три серии од шест кратки сигнали одделени со подолги сигнали. Покрај тоа, постојат и голем број специјални програми за сигнализација на време. Информациите за различни програми за сигнализација на време се објавуваат во специјални изданија.

Грешката во пренесувањето временски сигнали за емитуваните програми е околу ± 0,01 -0,001 секунда, а за некои специјални ± 10 -4, па дури и ± 10 -5 сек. Така, во моментов, развиени се методи и уреди што овозможуваат примање, складирање и пренос на време со многу висок степен на точност.

Неодамна, суштински нови идеи се имплементирани во областа на складирање и пренесување прецизно време. Да претпоставиме дека е неопходно во голем број точки на која било територија точноста на отчитувањата на часовниците да стојат да не е полоша од seconds 30 секунди, под услов сите овие часовници да работат континуирано во текот на целата година. Таквите барања важат, на пример, за градските и железничките часовници. Барањата не се многу строги, сепак, за да се исполнат со помош на автономни часовници, потребно е дневната стапка на секој часовник да биде подобра од ± 0,1 сек., А за тоа се потребни прецизни кварцни хронометри.

Во меѓувреме, ако за решавање на овој проблем се користи универзален временски систем, составен од примарни часовници и голем број поврзани секундарни часовници, тогаш само примарните часовници треба да имаат висока точност. Следствено, дури и со зголемени трошоци за примарни часовници и, соодветно, ниски трошоци за секундарни часовници, можно е да се обезбеди добра точност во целиот систем по релативно ниска вкупна цена.

Се разбира, во овој случај потребно е да бидете сигурни дека самиот секундарен часовник не воведува грешки. Порано опишаните секундарни часовници со тркало за штракање и шепа, во кои раката се движи еднаш во минута на сигнал, понекогаш не успеваат. Покрај тоа, со текот на времето, грешката во нивните читања се акумулира. Во модерните секундарни часовници, се користат разни видови верификација и корекција на отчитувањата. Уште поголема точност обезбедуваат секундарните часовници, кои користат наизменична струја од индустриска фреквенција (50 Hz), чија фреквенција е строго стабилизирана. Главниот дел од овој часовник е синхрони електричен мотор, управуван од наизменична струја. Така, во овој часовник, наизменичната струја сама по себе е континуиран временски сигнал со период на повторување од 0,02 сек.

Во моментов, создадена е синхронизација на атомски часовници ширум светот (WOSAC; име составено од првите букви од зборовите: Синхронизација на атомски часовници низ целиот свет). Главниот примарен часовник на овој систем се наоѓа во Рим, Newујорк, САД, и се состои од три атомски хрони (атомски часовници со цезиум), чиишто читања се во просек. Така, се обезбедува точноста на времето, еднаква на (1-3) * 10 -11. Овој примарен часовник е поврзан со светска мрежа на секундарни часовници.

Тестот покажа дека при пренос на прецизни временски сигнали преку WOZAK од државата Newујорк (САД) до островот Оаху (Хаваи), односно приближно 30.000 км, отчитувањата на времето биле во согласност со точност од 3 микросекунди.

Високата точност на складирање и пренос на временски печати, постигната денес, овозможува да се решат сложени и нови проблеми на долготрајната вселенска навигација, како и, иако старите, но сепак важни и интересни прашања за движењето на земјината кора На

Каде пловат континентите?

Сега можеме да се вратиме на проблемот со движењето на континентите, опишан во претходното поглавје. Ова е уште поинтересно бидејќи во половина век што помина од појавувањето на делата на Вегенер до наше време, научната расправа околу овие идеи с yet уште не стивнува. На пример, В. Манк и Г. Мекдоналд напишаа во 1960 година: „Некои од податоците на Вегенер се непобитни, но повеќето од неговите аргументи се целосно засновани на произволни претпоставки“. И понатаму: „Големи поместувања на континентите се случија пред пронаоѓањето на телеграфот, средни смени - пред пронаоѓањето на радиото, а потоа практично не беа забележани поместувања“.

Овие каустични забелешки не се без основа, барем во нивниот прв дел. Навистина, надолжните мерења направени од Вегепер и неговите соработници на нивните експедиции на Гренланд (во една од нив Вегенер загина трагично) беа извршени со точност недоволна за ригорозно решавање на задачата што се поставува. Ова го забележаа неговите современици.

Еден од најубедните поддржувачи на теоријата за движење на континенти во неговата модерна верзија е П.Н.Кропоткин. Во 1962 година, тој напиша: „Палеомагнетните и геолошките податоци покажуваат дека за време на Мезозојскиот и Кенозоикот, лајтмотивот на движењето на земјината кора беше фрагментација на два антички континента - Лауразија и Гондвана и ширење на нивните делови настрана Пацификоти до геосинклиналниот појас Тетис. "Потсетете се дека Лаурасија ја опфаќа Северна Америка, Гренланд, Европа и целата северна половина на Азија, Гондвана - јужните континенти и Индија. Океанот Тетис се протегаше од Медитеранот преку Алпите, Кавказот и Хималаите до Индонезија.

Истиот автор понатаму напишал: „Единството на Гондвана сега се проследува од Прекамбриан до средината на креда, а неговата фрагментација сега изгледа како долг процес што започна во палеозојскиот период и достигна особено големи размери од средината на креда. . Поминаа 80 милиони години од тоа време. Следствено, растојанието помеѓу Африка и Јужна Америка се зголеми со стапка од 6 см годишно. Истата стапка се добива и од палеомагнетните податоци за движењето на Хиндустан од јужната хемисфера кон северната " На По реконструкцијата на локацијата на континентите во минатото со помош на палеомагнетни податоци, П.Н. Кропоткин дојде до заклучок дека „во тоа време континентите навистина беа удрени заедно во таков блок што личеше на прегледот на примарната континентална платформа Вегенерин“.

Значи, збирот на податоците добиени со различни методи покажува дека модерната локација на континентите и нивните контури се формирани во далечното минато како резултат на серија раседи и значајно движење на континентални блокови.

Прашањето за модерното движење на континентите се решава врз основа на резултатите од лонгитудиналните студии спроведени со доволна точност. Она што во овој случај значи доволна точност може да се види од фактот дека, на пример, на географската широчина во Вашингтон, промената на географската должина за една десет илјадити дел од секундата одговара на поместување од 0,3 см. Бидејќи проценетата брзина на движење е околу 1 m годишно, а модерните временски услуги веќе Бидејќи дефиницијата на точки во времето, складирањето и пренесувањето на точното време е достапно со точност од илјадити и десет илјадити секунди, тогаш за да се добијат убедливи резултати, доволно е да ги спроведе соодветните мерења со интервал од неколку години или неколку десетици години.

За таа цел, во 1926 година, беше создадена мрежа од 32 набудувачки точки и беа спроведени астрономски лонгитудинални студии. Во 1933 година, беа спроведени повторени астрономски лонгитудинални студии, а веќе 71 опсерватории беа вклучени во работата. Овие мерења, извршени на добро модерно ниво, иако не за многу долг временски интервал (7 години), покажаа, особено, дека Америка не се оддалечува од Европа за 1 м годишно, како што мислеше Вегенер, туку се приближува тоа приближно со брзина од 60 см годишно.

Така, со помош на многу точни надолжни мерења, беше потврдено присуството на модерното движење на големи континентални камења. Покрај тоа, беше можно да се открие дека одделни делови од овие континентални блокови имаат малку различни движења.

Секое астрономско набудување мора да биде придружено со податоци за моментот на неговото извршување. Точноста на моментот во времето може да биде различна, во зависност од барањата и својствата на набудуваниот феномен. Така, на пример, при обични набудувања на метеори и променливи starsвезди, сосема е доволно да се знае моментот со точност од една минута. Набудувањата на затемнувањата на Сонцето, покривањето на starsвездите од Месечината и особено набудувањето на движењето на вештачките сателити на Земјата, бараат означување на моментите со точност не помала од една десетина секунда. Точните астрометриски набудувања на дневната ротација на небесната сфера прават да се користат специјални методи за регистрирање временски моменти со точност од 0,01, па дури и 0,005 секунди!

Затоа, една од главните задачи на практичната астрономија е да се добие точно време од набудувањата, да се складира и да се соопштат податоците за времето на потрошувачите.

За да го задржат времето, астрономите имаат многу точни часовници, кои редовно се проверуваат, одредувајќи ги моментите на кулминација на theвездите со помош на специјални инструменти. Преносот на прецизни временски сигнали преку радио им овозможи да организираат светска временска услуга, односно да ги поврзат сите опсерватории вклучени во набationsудувања од овој вид во еден систем.

Одговорноста на Временските услуги, покрај емитување прецизни временски сигнали, вклучува и пренос на поедноставени сигнали, кои се добро познати на сите радио слушатели. Ова се шест кратки сигнали, „точки“, кои се даваат пред почетокот на новиот час. Моментот на последната „точка“, со точност од стоти дел од секундата, се совпаѓа со почетокот на новиот час. На enthusiубителот на астрономијата му се советува да ги користи овие сигнали за да го провери својот часовник. При проверка на часовникот, не треба да го преведуваме, бидејќи во овој случај го расипувам механизмот, а астрономот мора да се грижи за својот часовник, бидејќи ова е еден од неговите главни инструменти. Тој мора да ја одреди „корекцијата на часовникот“ - разликата помеѓу точното време и нивните читања. Овие корекции треба систематски да се одредат и да се евидентираат во дневникот на набудувачот; нивното понатамошно проучување ќе овозможи да се одреди текот на часовникот и добро да се проучат.

Се разбира, пожелно е да имате на располагање најдобар можен часовник. Што треба да се разбере со терминот „добар часовник“?

Неопходно е тие да го задржат својот потег што е можно попрецизно. Ајде да споредиме два примери на обични џебни часовници:

Позитивен знак за корекција значи дека за да се добие точното време, потребно е да се додаде корекција на отчитувањето на часовникот.

Во две половини од плочата има записи за корекции на часовникот. Одземајќи ја горната корекција од долната и поделена со бројот на денови што поминале помеѓу дефинициите, ја добиваме дневната стапка на часовникот. Податоците за напредокот се прикажани во истата табела.

Зошто некои часовници ги нарековме лоши, а други добри? Во првите часови, корекцијата е близу до нула, но нивниот тек се менува нередовно. За второто, корекцијата е голема, но курсот е униформен. Првите часови се погодни за такви набудувања кои не бараат временски печат поточен од една минута. Невозможно е да се интерполираат нивните читања, но тие мора да се проверуваат неколку пати во текот на ноќта.

Вториот, „добар часовник“, е погоден за правење посложени набудувања. Се разбира, корисно е да ги проверувате почесто, но можете да ги интерполирате нивните читања за средни моменти. Ајде да го покажеме ова со пример. Да претпоставиме дека набудувањето е направено на 5 ноември во 23 часот и 32 часа и 46 секунди. според нашиот часовник. Проверката на часовникот, извршена во 17:00 часот на 4 ноември, даде амандман од +2 м. 15 с. Дневната стапка, како што може да се види од табелата, е + 5,7 секунди. 1 ден и 6,5 часа или 1,27 дена поминаа од 17:00 часот на 4 ноември до моментот на набудување. Помножувајќи го овој број со дневна стапка, добиваме +7,2 с. Затоа, корекцијата на часовникот во времето на набудување не беше еднаква на 2 м. 15 с, но +2 м. 22 с. Го додаваме на моментот на набудување. Значи, набудувањето беше направено на 5 ноември во 23 часот и 35 часа и 8 секунди.

Одредување на точното време, чување и пренесување преку радио на целото население е задача на прецизната временска услуга, која постои во многу земји.

Прецизни временски сигнали на радиото ги примаат навигатори на морската и воздушната флота, многу научни и индустриски организации кои треба да го знаат точното време. Потребно е особено да се знае точното време и да се одреди географската

нивните должини во различни точки на површината на земјата.

Броење време. Одредување географска должина. Календар

Од текот на физичката географија на СССР, ги знаете концептите за броење на локално, зонско и породилно време, а исто така и дека разликата во географските должини од две точки е одредена од разликата во локалното време на овие точки. Овој проблем е решен со астрономски методи користејќи набудувања на везди. Врз основа на одредувањето на точните координати на одделни точки, се мапира површината на земјата.

Од античките времиња, луѓето го користеле времетраењето на лунарниот месец или сончевата година за да пресметаат големи временски периоди, т.е. времетраењето на Сончевата револуција долж еклиптиката. Годината ја одредува фреквенцијата на сезонски промени. Сончевата година трае 365 сончеви денови 5 часа 48 минути 46 секунди. Практично е неспоредливо со деновите и со должината на лунарниот месец - периодот на промена на лунарната фаза (околу 29,5 дена). Ова го отежнува создавањето едноставен и удобен календар. Во текот на вековната историја на човештвото, многу различни календарски системи се создадени и користени. Но, сите тие можат да се поделат на три вида: сончеви, лунарни и лунисоларни. Јужните пастири обично ги користеа месечевите месеци. Година од 12 лунарни месеци содржеше 355 сончеви денови. За да се помири со броењето на времето според Месечината и Сонцето, потребно беше да се постават 12 или 13 месеци во годината и да се внесат дополнителни денови во годината. Поедноставен и поудобен беше соларниот календар, кој се користеше во древниот Египет. Во моментов, во повеќето земји во светот, се усвојува и сончевиот календар, но на посовршен уред, наречен Грегоријан, за што се дискутира подолу.

При составување на календарот, неопходно е да се земе предвид дека времетраењето на календарската година треба да биде што е можно поблиску до времетраењето на Сончевата револуција по еклиптиката и дека календарската година треба да содржи цел број сончеви денови, бидејќи незгодно е да се започне годината во различни периоди од денот.

Овие услови беа исполнети со календарот развиен од Александрискиот астроном Созигенес и воведен во 46 година п.н.е. во Рим од Јулиј Цезар. Потоа, како што знаете, од текот на физичката географија, тој го доби името на Јулијански или стар стил. Во овој календар, годините се бројат три пати по ред за 365 дена и се нарекуваат едноставни, годината што следи по нив е 366 дена. Се нарекува престапна година. Престапни години во Јулијанскиот календар се оние години чии броеви се рамномерно деливи со 4.

Просечната должина на годината според овој календар е 365 дена 6 часа, т.е. тоа е околу 11 минути подолго од вистинското. Поради ова, стариот стил заостанува зад вистинскиот тек на времето за околу 3 дена на секои 400 години.

Во Грегоријанскиот календар (нов стил), воведен во СССР во 1918 година и уште порано усвоен во повеќето земји, годините завршуваат на две нули, со исклучок на 1600, 2000, 2400, итн. (т.е. оние во кои бројот на стотици е делив со 4 без остаток) не се сметаат за скок. Така се коригира грешката од 3 дена, акумулирана преку 400 години. Така, просечната должина на една година во нов стил излегува дека е многу близу до периодот на Земјината револуција околу Сонцето.

До XX век. разликата помеѓу новиот стил и стариот (јулијански) стил достигна 13 дена. Бидејќи новиот стил беше воведен во нашата земја само во 1918 година, Октомвриската револуција, извршена во 1917 година на 25 октомври (според стариот стил), се слави на 7 ноември (според новиот стил).

Разликата помеѓу стариот и новиот стил од 13 дена ќе остане во XXI век, и во XXII век. ќе се зголеми на 14 дена.

Новиот стил, се разбира, не е целосно точен, но грешка од 1 ден ќе се акумулира на него само по 3300 години.

Методологија за изведување лекција 5
„Време и календар“

Целта на часот: формирање систем на концепти за практична астрометрија за методи и инструменти за мерење, броење и складирање на време.

Цели на учење:
Општо образование: формирање на концепти:

Практична астрометрија за: 1) астрономски методи, инструменти и единици за мерење, броење и чување време, календари и хронологија; 2) одредување на географските координати (должина) на областа според астрометриски набудувања;

За космичките феномени: револуцијата на Земјата околу Сонцето, револуцијата на Месечината околу Земјата и ротацијата на Земјата околу нејзината оска и за нивните последици - небесни феномени: изгревање, заоѓање, дневно и годишно видливо движење и кулминации на светилките (Сонцето, Месечината и starsвездите), промената во фазите на Месечината ...

Едукативно: формирање на научен поглед на светот и атеистичко образование во текот на запознавањето со историјата на човечкото знаење, со главните типови календари и хронолошки системи; разоткривање на суеверија поврзани со концептот на „престапна година“ и превод на датумите на Јулијанскиот и Грегоријанскиот календар; политехничко и работно образование во презентација на материјал за уреди за мерење и складирање време (часовници), календари и хронолошки системи и за практични начини на примена на астрометриско знаење.

Развивање: формирање вештини: решавање проблеми за пресметување на времето и датумите на хронологија и пренесување време од еден систем за чување и сметка на друг; изведува вежби за примена на основните формули за практична астрометрија; користете подвижна мапа на theвезденото небо, референтни книги и астрономски календар за да ја одредите положбата и условите за видливост на небесните тела и текот на небесните феномени; ги одредуваат географските координати (должина) на областа според астрономски набудувања.

Студентите треба знај:

1) причините за секојдневните набудувани небесни појави генерирани од револуцијата на Месечината околу Земјата (промена во фазите на Месечината, очигледно движење на Месечината по небесната сфера);
2) поврзаноста на времетраењето на индивидуалните космички и небесни појави со единиците и методите за мерење, броење и складирање на времето и календарите;
3) единици на временско мерење: ефемерис второ; ден (elвезден, вистински и просечен сончев); недела; месец (синодичен и страничен); година (ryвездена и тропска);
4) формули што ја изразуваат врската помеѓу времињата: свет, породилно, локално, лето;
5) инструменти и методи за мерење на времето: главните видови часовници (соларни, вода, оган, механички, кварцни, електронски) и правилата за нивна употреба за мерење и складирање време;
6) главните видови календари: лунарен, лунисоларен, соларен (јулијански и грегоријански) и основа на хронологија;
7) основните концепти на практична астрометрија: принципите за одредување на времето и географските координати на областа според астрономски набудувања.
8) астрономски вредности: географски координати на родниот град; временски единици: ефемероид секунда; ден (elвездено и просечно сончево); месец (синодичен и страничен); година (тропска) и должина на годината во главните видови календари (лунарна, лунисоларна, сончева Јулијанска и Грегоријанска); броеви на временски зони во Москва и родниот град.

Студентите треба да може:

1) Користете генерализиран план за проучување на космичките и небесните феномени.
2) Одете по теренот по Месечината.
3) Решавање проблеми поврзани со конверзија на временски единици од еден систем на броење во друг според формули кои ја изразуваат врската: а) помеѓу странично и средно сончево време; б) Универзално, породилно, локално, летно сметање на времето и користење карта на временски зони; в) помеѓу различни хронолошки системи.
4) Решавање задачи за одредување на географските координати на местото и времето на набудување.

Визуелни помагала и демо:

Фрагменти од филмот „Практични апликации на астрономијата“.

Фрагменти од филмски ленти „Видливо движење на небесните тела“; "Развој на идеи за Универзумот"; „Како астрономијата ги отфрли верските идеи на универзумот“.

Уреди и инструменти: географски глобус; карта на временска зона; гномон и екваторијален сончев часовник, песочен часовник, часовник со вода (со униформа и нерамна скала); дипломирана свеќа како модел на огнен часовник, механички, кварцни и електронски часовници.

Цртежи, дијаграми, фотографии: промени во фазите на Месечината, внатрешна структура и принцип на работа на механиката (нишало и пролет), кварцни и електронски часовници, атомски временски стандард.

Домашна задача:

1. Да го проучува материјалот на учебниците:
Б.А. Воронцов-Веelyаминова: §§ 6 (1), 7.
Е.П. Левитан: § 6; задачи 1, 4, 7
А.В. Засова, Е.В. Кононович: §§ 4 (1); 6; Вежба 6.6 (2.3)

2. Заврши задачи од збирката проблеми Воронцов-Веelyаминов БА. : 113; 115; 124; 125.

План за лекција

Чекори на лекцијата		Методи на презентација	Време, мин
	Тестирање и ажурирање на знаење	Фронтална анкета, разговор
	Формирање концепти за време, единици за мерење и броење на времето врз основа на времетраењето на феномените во просторот, односот помеѓу различните „времиња“ и временските зони	Предавање	7-10
	Запознавање на учениците со методи за одредување на географската должина на локација од астрономски набудувања	Разговор, предавање	10-12
	Формирање концепти за инструменти за мерење, броење и складирање на време - часовници и атомски стандард за време	Предавање	7-10
	Формирање концепти за главните типови календари и хронолошки системи	Предавање, разговор	7-10
	Решавање проблеми	Работа на табла, независно решавање проблеми во тетратка
	Сумирање на опфатениот материјал, сумирање на лекцијата, домашна задача

Метод на презентација на материјалот

На почетокот на часот, треба да се тестира знаењето стекнато во трите претходни часови, ажурирање на материјалот наменет за проучување со прашања и задачи за време на фронтална анкета и разговор со учениците. Некои ученици извршуваат програмирани задачи, решаваат проблеми поврзани со употребата на подвижна карта на ryвезденото небо (слично на задачите 1-3).

Голем број прашања за причините за небесните феномени, главните линии и точки на небесната сфера, соelвездија, услови за видливост на светилниците, итн. се совпаѓа со прашањата поставени на почетокот на претходните часови. Тие се дополнети со прашања:

1. Дефинирајте ги концептите за „сјајност“ и „големина“. Што знаете за скалата на големината? Што ја одредува брилијантноста на вездите? Напишете ја формулата на Погсон на таблата.

2. Што знаете за хоризонталниот систем небесни координати? За што се користи? Кои рамнини и линии се главните во овој систем? Што е: висината на светилката? Зенитско растојание на вездата? Азимутот на вездата? Кои се предностите и недостатоците на овој небесен координатен систем?

3. Што знаете за I екваторијалниот систем на небесни координати? За што се користи? Кои рамнини и линии се главните во овој систем? Што е тоа: деклинација на светилка? Поларно растојание? Агол на сончевиот час? Кои се предностите и недостатоците на овој небесен координатен систем?

4. Што знаете за II екваторијален систем на небесни координати? За што се користи? Кои рамнини и линии се главните во овој систем? Што е правилно вознесение на везда? Кои се предностите и недостатоците на овој небесен координатен систем?

1) Како да се движите по теренот од Сонцето? Од Полската Starвезда?
2) Како да се одреди географската широчина на областа од астрономски набудувања?

Соодветни програмибилни задачи:

1) Збирка проблеми од Г.П. Субботин, задачи NN 46-47; 54-56; 71-72.
2) Собирање проблеми од Е.П. Скршен, задачи NN 4-1; 5-1; 5-6; 5-7.
3) Страут Е.К. : тест трудови НН 1-2 теми „Практични основи на астрономијата“ (претворени во програмибилни како резултат на работата на наставникот).

Во првата фаза од лекцијата во форма на предавање, се формира концепти за времето, единици за мерење и броење на времето, врз основа на времетраењето на космичките феномени (ротација на Земјата околу својата оска, ротација на Месечината околу Земјата и ротацијата на Месечината околу Сонцето), односот помеѓу различни „времиња“ и часовни појаси. Сметаме дека е неопходно да им се даде на студентите општ концептза странично време.

Треба да обрнете внимание на учениците:

1. Должината на еден ден и една година зависи од референтната рамка во која се разгледува движењето на Земјата (дали е поврзано со фиксни starsвезди, Сонце, итн.). Изборот на референтниот систем се рефлектира во името на временската единица.

2. Времетраењето на временските единици е поврзано со условите за видливост (кулминации) на небесните тела.

3. Воведувањето на стандардот за атомско време во науката се должи на нерамномерноста на ротацијата на Земјата, која беше откриена со зголемување на точноста на часовниците.

4. Воведувањето стандардно време се должи на потребата за координирање на економските активности на територијата дефинирана со границите на временските зони. Широко распространета грешка во домаќинството е идентификувањето на локалното време со летното сметање на времето.

1. Време. Единици за мерење и броење време

Времето е главната физичка количина што ја карактеризира последователната промена на појавите и состојбите на материјата, времетраењето на нивното постоење.

Историски гледано, сите основни и изведени единици за мерење на времето се одредуваат врз основа на астрономски набудувања на текот на небесните феномени предизвикани од: ротација на Земјата околу својата оска, ротација на Месечината околу Земјата и ротација на Земјата околу Сонцето. За мерење и броење на времето во астрометријата, се користат различни референтни системи, поврзани со одредени небесни тела или одредени точки од небесната сфера. Најраспространетите се:

1. "Ѕвезда"време поврзано со движењето на starsвездите во небесната сфера. Измерено според часовниот агол на пролетната рамноденица: S = t ^; t = S - a

2. "Сончево„времето поврзано со: очигледното движење на центарот на дискот на Сонцето по еклиптиката (вистинско сончево време) или движењето на„ просечното Сонце “- имагинарна точка што се движи рамномерно по небесниот екватор за истиот временски период како и вистинско Сонце (просечно сончево време).

Со воведувањето во 1967 година на атомскиот временски стандард и Меѓународниот SI систем, атомскиот втор се користи во физиката.

Втората е физичка количина, нумерички еднаква на 9192631770 периоди на зрачење што одговара на преминот помеѓу хиперфините нивоа на основната состојба на атомот цезиум-133.

Сите горенаведени „времиња“ се конзистентни едни со други со посебни пресметки. Просечното сончево време се користи во секојдневниот живот.

Одредувањето на точното време, неговото складирање и пренос преку радио ја сочинуваат работата на Временската услуга, која постои во сите развиени земји во светот, вклучително и Русија.

Главната единица на странично, вистинско и средно сончево време е денот. Ги добиваме страничните, средните сончеви и други секунди со делење на соодветниот ден со 86400 (24 часа 60 м 60 секунди).

Денот стана првата единица за време пред повеќе од 50.000 години.

Денот е временски период во кој Земјата прави целосна револуција околу својата оска во однос на која било знаменитост.

Сидереален ден - периодот на вртење на Земјата околу својата оска во однос на фиксните starsвезди, се дефинира како временски интервал помеѓу две последователни горни кулминации на пролетната рамноденица.

Вистинскиот сончев ден е периодот на ротација на Земјата околу својата оска во однос на центарот на Сончевиот диск, дефиниран како временски интервал помеѓу две последователни кулминации со исто име на центарот на Сончевиот диск.

Поради фактот што еклиптиката е навалена кон небесниот екватор под агол од 23 26 26 ¢, а Земјата се врти околу Сонцето во елиптична (малку издолжена) орбита, брзината на очигледното движење на Сонцето во небесната сфера и, затоа, времетраењето на вистинските сончеви денови постојано ќе се менува во текот на целата година: најбрзо во близина на точките на рамноденица (март, септември), најбавно во близина на точките на краткоденица (јуни, јануари).

За да се поедностават пресметките на времето во астрономијата, се воведува концептот на просечен сончев ден - период на ротација на Земјата околу својата оска во однос на „просечното Сонце“.

Просечниот сончев ден е дефиниран како временски интервал помеѓу две последователни хомонимни кулминации на „просечното сонце“.

Просечниот сончев ден е 3 метри 55.009 секунди пократок од еден сидерален ден.

24 часа 00 м 00 с странично време се еднакви на 23 часа 56 м 4,09 секунди средно сончево време.

За дефинитивноста на теоретските пресметки, ефемерис (табеларно)второ, еднакво на просечната сончева секунда на 0 јануари 1900 година во 12 часот од тековното време, не е поврзано со ротацијата на Земјата. Пред околу 35.000 години, луѓето забележаа периодична промена во изгледот на Месечината - промена во месечевите фази. Фаза Фнебесно тело (Месечина, планета, итн.) Се одредува со односот на најголемата ширина на осветлениот дел од дискот гдо неговиот дијаметар Г:. Линија терминаторги одделува темните и светлите делови на луминалниот диск.

Ориз. 32. Промена на фазата на Месечината

Месечината се движи околу земјата во иста насока во која земјата се врти околу својата оска: од запад кон исток. Одраз на ова движење е очигледното движење на месечината против позадината на starsвездите кон ротацијата на небото. Секој ден Месечината се префрла на исток за 13 relative во однос на starsвездите и го комплетира целиот круг за 27,3 дена. Така, втората мерка на време по денот беше воспоставена - месец(сл. 32).

Сидеален (elвезден) лунарен месец- временски период во кој Месечината прави една целосна револуција околу Земјата во однос на фиксните starsвезди. Еднакво на 27 д 07 ч 43 м 11,47 с.

Синодски (календарски) лунарен месец е временски период помеѓу две последователни фази со исто име (обично нови месечини) на Месечината. Еднаква на 29 д 12 ч 44 м 2,78 с.

Ориз. 33. Методи на таргетирање терен на Месечината

Целосноста на феномените на очигледното движење на Месечината наспроти позадината на starsвездите и промената во фазите на Месечината овозможува да се движите по Месечината на теренот (слика 33). Месечината се појавува како тесна полумесечина на запад и исчезнува во зраците на зората со истата тесна полумесечина на исток. Дозволете ментално да закачиме права линија на лунарната полумесечина лево. Можеме да читаме на небото или буквата „П“ - „расте“, „роговите“ од месецот се свртени налево - месецот е видлив на запад; или буквата "Ц" - "стареење", "роговите" на месецот се свртени надесно - месецот е видлив на исток. На полна месечина, месечината е видлива на југ на полноќ.

Како резултат на набудувањето на промената на положбата на Сонцето над хоризонтот многу месеци, се појави трета мерка на време - година.

Година е период на време во кој Земјата прави една целосна револуција околу Сонцето во однос на која било знаменитост (точка).

Стралична година е страничен (elвезден) период на Земјината револуција околу Сонцето, еднаков на 365.256320 ... просечни сончеви денови.

Аномална година - временскиот интервал помеѓу два последователни премини на просечното Сонце низ точката на неговата орбита (обично, перихелион), е еднаков на 365.259641 ... просечни сончеви денови.

Тропска година е временскиот интервал помеѓу два последователни премини на просечното Сонце низ пролетната рамноденица, еднаков на 365.2422 ... просечни сончеви денови или 365 г 05 ч 48 м 46.1 с.

UTC е дефиниран како локално средно сончево време на првиот (Гринич) меридијан.

Површината на Земјата е поделена на 24 области ограничени со меридијани - Временски зони... Нулта временска зона се наоѓа симетрично во однос на нула (Гринич) меридијан. Ремените се нумерирани од 0 до 23 од запад кон исток. Вистинските граници на појасите се усогласени со административните граници на области, региони или држави. Централните меридијани на временските зони се точно 15 ((1 час) едни од други, затоа, кога се движите од една временска зона во друга, времето се менува за цел број часови, но бројот на минути и секунди не се менува. Новиот календарски ден (и Новата година) започнува на датум линии(линија за разграничување), минувајќи главно по меридијанот 180њ источна географска должина во близина на североисточната граница Руска Федерација... Западно од линијата за датуми, денот во месецот е секогаш еден повеќе отколку источно од него. Кога оваа линија се преминува од запад кон исток, бројот на календарот се намалува за еден, а кога линијата се преминува од исток кон запад, бројот на календарот се зголемува за еден, што ја елиминира грешката во броењето на времето кога патувате низ светот и преместувате луѓе од источната до западната хемисфера на Земјата.

Времето на зоната се одредува со формулата:
T n = T 0 + n , каде Т 0 - универзално време; н- број на временска зона.

Летно сметање на времето - стандардно време, изменето со цел број часови со владина уредба. За Русија, тоа е еднакво на половината, плус 1 час.

Московско време - стандардно време на втората временска зона (плус 1 час):
Tm = T 0 + 3 (часови).

Летното сметање на времето е летно сметање на времето, кое дополнително се менува за плус 1 час по налог на владата за периодот на летното сметање на времето, со цел да се заштедат енергетски ресурси.

Поради ротацијата на Земјата, разликата помеѓу моментите на почетокот на половина ден или кулминацијата на starsвездите со познати екваторијални координати на 2 точки е еднаква на разликата во географските должини на точките, што овозможува да се одреди географска должина на дадена точка од астрономски набудувања на Сонцето и други светилки и, обратно, локално време во која било точка со позната географска должина ...

Географската должина на областа се мери источно од меридијанот „нула“ (Гринич) и е нумерички еднаков со временскиот интервал помеѓу истите кулминации на истата starвезда на меридијанот Гринич и на набудувачката точка: каде С- странично време во точка со дадена географска географска широчина, С 0 - странично време на главниот меридијан. Изразено во степени или часови, минути и секунди.

За да се одреди географската должина на областа, неопходно е да се одреди моментот на кулминација на светилка (обично Сонцето) со познати екваторијални координати. Преведувајќи со помош на специјални табели или калкулатор времето на набудување од средно сончево во stвездено и знаејќи го времето на кулминација на оваа starвезда на меридијанот Гринич од референтната книга, лесно можеме да ја одредиме географската должина на областа. Единствената тешкотија во пресметките е точната конверзија на единици време од еден систем во друг. Моментот на кулминација не може да се „гледа“: доволно е да се одреди висината (зенитната оддалеченост) на вездата во секој точно одреден момент во времето, но пресметките ќе бидат прилично комплицирани.

Во втората фаза од часот, учениците се запознаваат со уреди за мерење, чување и броење време - часовници. Читањата на часовникот служат како референца според која временските интервали може да се споредат. Студентите треба да обрнат внимание на фактот дека потребата точно да се одредат моментите и интервалите на времето го стимулира развојот на астрономијата и физиката: до средината на дваесеттиот век, астрономските методи за мерење, складирање на стандардите за време и време беа основа на светска услуга за време. Точноста на часовникот беше контролирана со астрономски набудувања. Во моментов, развојот на физиката доведе до создавање на поточни методи за одредување и стандарди на времето, кои астрономите почнаа да ги користат за проучување на феномените што се во основата на претходните методи за мерење на времето.

Материјалот е претставен во форма на предавање, придружено со демонстрации за принципот на работа и внатрешната структура на часовници од разни видови.

2. Инструменти за мерење и складирање на време

Дури и во Антички Вавилон, сончевите денови беа поделени на 24 часа (360 °: 24 = 15њ). Подоцна, секој час беше поделен на 60 минути, и секоја минута на 60 секунди.

Првите инструменти за мерење на времето беа сончевите часови. Наједноставниот сончев часовник - гномон- претставуваат вертикален пол во центарот на хоризонтална платформа со поделби (слика 34). Сенката на гномонот опишува сложена крива, во зависност од висината на Сонцето и се менува од ден на ден во зависност од положбата на Сонцето на еклиптиката, се менува и брзината на сенката. Сончевиот часовник не бара намотување, не запира и секогаш работи правилно. навалување на платформата така што столбот од гномонот е насочен кон столбот на светот, добиваме екваторијален сончев часовник во кој брзината на сенката е униформа (слика 35).

Ориз. 34. Хоризонтално сончево сонце. Аглите што одговараат на секој час имаат различна вредност и се пресметуваат со формулата: , каде што a е аголот помеѓу пладневната линија (проекцијата на небесниот меридијан кон хоризонталната површина) и насоката кон броевите 6, 8, 10 ..., што укажува на часовите; j е географската широчина на локацијата; h - час агол на Сонцето (15њ, 30њ, 45њ)

Ориз. 35. Екваторијален сончев часовник. Секој час на бирање одговара на агол од 15

Часовници, оган и вода беа измислени за мерење на времето ноќе и во лоши временски услови.

Песочниот часовник се одликува со едноставноста на дизајнот и точноста, но е тежок и „ветар“ само за кратко време.

Огнениот часовник е спирала или стап направен од запалива супстанција со означени поделби. Во древна Кина, беа создадени мешавини што горат со месеци без постојан надзор. Недостатоци на овие часовници: ниска точност (зависност од стапката на горење од составот на материјата и времето) и сложеноста на производството (слика 36).

Водни часовници (клепсидра) се користеа во сите земји на Античкиот свет (слика 37 а, б).

Механички часовницисо тегови и тркала биле измислени во X-XI век. Во Русија, првиот механички часовник -кула беше инсталиран во Московскиот Кремlin во 1404 година од монахот Лазар Сорбин. Часовник со нишалоизмислен во 1657 година од холандскиот физичар и астроном Х. Хајгенс. Механички часовници со пролет беа измислени во 18 век. Во 30 -тите години на нашиот век, беа измислени кварцни часовници. Во 1954 година во СССР идејата за создавање атомски часовник- „Државен примарен стандард за време и фреквенција“. Тие беа инсталирани во истражувачки институт во близина на Москва и даваа случајна грешка од 1 секунда на секои 500.000 години.

Уште попрецизен атомски (оптички) стандард за време беше создаден во СССР во 1978 година. Грешка од 1 секунда се случува еднаш на секои 10.000.000 години!

Со помош на овие и многу други модерни физички уреди, беше можно со многу висока точност да се одредат вредностите на основните и изведените единици за мерење на времето. Се разјаснија многу карактеристики на видливото и вистинското движење на космичките тела, беа откриени нови космички феномени, вклучително и промените во брзината на ротација на Земјата околу својата оска за 0,01-1 секунда во текот на годината.

3. Календари. Хронологија

Календарот е континуиран броен систем за големи временски периоди, базиран на периодичноста на природните појави, што е особено јасно манифестирано во небесните феномени (движење на небесните тела). Целата вековна историја на човечката култура е неразделно поврзана со календарот.

Потребата за календари се појави во таква длабока антика, кога едно лице с yet уште не знаеше да чита и пишува. Календарите го одредуваат почетокот на пролетта, летото, есента и зимата, периодите на цветни растенија, зреење на овошјето, собирање лековити билки, промени во однесувањето и животот на животните, промени во времето, времето на земјоделска работа и многу повеќе. Календарите одговараат на прашањата: "Кој датум е денес?", "Кој ден во неделата?", "Кога се случи овој или оној настан?" и ви дозволуваат да ги регулирате и планирате животот и економските активности на луѓето.

Постојат три главни типа на календари:

1. Лунарниот календар, која се базира на синодичен лунарен месец со времетраење од 29,5 просечни сончеви денови. Се појави пред повеќе од 30.000 години. Лунарната година од календарот содржи 354 (355) дена (11,25 дена пократка од сончевата) и е поделена на 12 месеци од 30 (непарни) и 29 (парни) дена во секој (во муслиманскиот календар тие се нарекуваат: мухарам) , сафар, раби ал-Авал, Раби Ас-Сани, umумада Ал-Ула, umумада Ал-Ахира, Раџаб, Шабан, Рамазан, Шавал, Зул-Каада, Зул-Хиџра). Бидејќи календарскиот месец е 0.0306 дена пократок од синодичниот и за 30 години разликата меѓу нив достигнува 11 дена, во Арапскилунарен календар во секој 30-годишен циклус, има 19 „едноставни“ години од 354 дена и 11 „престапни“ години од 355 дена (2-ри, 5-ти, 7-ми, 10-ти, 13-ти, 16-ти, 18-ти, 21-ви, 24-ти, 26-ти, 29-ти години од секој циклус). Турскилунарниот календар е помалку точен: во неговиот 8-годишен циклус има 5 „едноставни“ и 3 „престапни“ години. Новогодишниот датум не е фиксиран (полека се движи од година во година): на пример, 1421 година Хиџра започнала на 6 април 2000 година и ќе заврши на 25 март 2001 година. Лунарниот календар е усвоен како верски и државен календар во муслиманските држави Авганистан, Ирак, Иран, Пакистан, Обединетата Арапска Република и други. За планирање и регулирање на економските активности, паралелно се користат сончеви и лунисоларни календари.

2.Сончев календарврз основа на тропска година. Се појави пред повеќе од 6.000 години. Во моментов е усвоен како светски календар.

Јулијанскиот соларен календар во „стар стил“ содржи 365,25 дена. Развиен од Александрискиот астроном Созигенес, воведен од императорот Јулиј Цезар во Антички Рим во 46 п.н.е. а потоа се шири низ целиот свет. Во Русија беше усвоен во 988 година н.е. Во Јулијанскиот календар, должината на годината е одредена на 365,25 дена; три „едноставни“ години имаат 365 дена, една престапна година - 366 дена. Има 12 месеци во годината, по 30 и 31 ден (освен февруари). Јулијанската година е 11 минути 13,9 секунди зад тропската година. За 1500 години од неговата примена, се акумулира грешка од 10 дена.

В Грегоријансоларен календар "нов стил" должината на годината е 365, 242500 дена. Во 1582 година, Јулијанскиот календар беше реформиран со декрет на папата Григориј XIII во согласност со проектот на италијанскиот математичар Луиџи Лилио Гарали (1520-1576). Бројот на денови беше поместен 10 дена напред и беше договорено секој век, не делив со 4 без остаток: 1700, 1800, 1900, 2100, итн., Не треба да се смета за скок. Со ова се поправа грешка од 3 дена на секои 400 години. Грешка се јавува за 1 ден во текот на 2735 години. Новите векови и милениуми започнуваат на 1 јануари од „првата“ година на овој век и милениум: на пример, 21 век и 3 милениум од нашата ера (н.е.) ќе започнат на 1 јануари 2001 година според Грегоријанскиот календар.

Во нашата земја, пред револуцијата, се користеше јулијанскиот календар од „стар стил“, чија грешка до 1917 година беше 13 дена. Во 1918 година, во земјата беше воведен Грегоријанскиот календар за „новиот стил“ усвоен низ целиот свет, и сите датуми се поместија 13 дена напред.

Претворањето на датумите на Јулијанскиот календар во Грегоријанскиот календар се врши според формулата: каде Т Ги Т НС- датуми според Грегоријанскиот и Јулијанскиот календар; n е цел број на денови, СО- бројот на целосни минати векови, СО 1 - најблискиот број на векови, повеќекратно од четири.

Други сорти на сончеви календари се:

Персискиот календар, кој го определил времетраењето на тропската година на 365.24242 дена; Циклусот од 33 години вклучува 25 „едноставни“ и 8 „престапни“ години. Многу попрецизно од Грегоријан: грешка од 1 година „се зголемува“ 4500 години. Дизајнирано од Омар Кајам во 1079 година; се користеше на територијата на Персија и голем број други држави до средината на 19 век.

Коптскиот календар е сличен на Јулијанскиот календар: има 12 месеци од 30 дена во годината; по 12 месеци во „едноставна“ година, се додаваат 5, во „скок“ - 6 дополнителни дена. Се користи во Етиопија и некои други држави (Египет, Судан, Турција, итн.) На територијата на Коптите.

3.Лунарно-сончев календар, во која движењето на месечината е во согласност со годишното движење на сонцето. Годината се состои од 12 лунарни месеци од по 29 и по 30 дена, на кои периодично се додаваат „престапни“ години за да се земе предвид движењето на Сонцето, што содржи дополнителен 13 -ти месец. Како резултат на тоа, „едноставните“ години траат 353, 354, 355 дена и „скок“ - 383, 384 или 385 дена. Се појави на почетокот на 1 милениум п.н.е., се користеше во Античка Кина, Индија, Вавилон, Јудеја, Грција, Рим. Во моментов е усвоен во Израел (почетокот на годината паѓа во различни денови помеѓу 6 септември и 5 октомври) и се користи, заедно со државата, во земјите од Југоисточна Азија (Виетнам, Кина, итн.).

Покрај горенаведените основни типови на календари, календарите беа создадени и с still уште се користат во некои региони на Земјата, земајќи го предвид очигледното движење на планетите по небесната сфера.

Источна лунарно-сончево-планетарна Стар 60 години календарврз основа на периодичноста на движењето на Сонцето, Месечината и планетите Јупитер и Сатурн. Се појави на почетокот на 2 милениум п.н.е. во Источна и Југоисточна Азија. Во моментов се користи во Кина, Кореја, Монголија, Јапонија и некои други земји во регионот.

Во 60 -годишниот циклус на модерниот источен календар, има 21.912 дена (во првите 12 години има 4371 ден; во втората и четвртата - 4400 и 4401 дена; во третиот и петтиот - 4370 дена). Во овој временски период, се вклопуваа два 30-годишни циклуси на Сатурн (еднакви на страничните периоди на неговата револуција ТСатурн = 29,46 "30 години), приближно три 19-годишни лунисоларни циклуси, пет 12-годишни циклуси на Јупитер (еднакви на страничните периоди на неговата револуција ТЈупитер= 11,86 "12 години) и пет 12-годишни лунарни циклуси. Бројот на денови во годината не е константен и може да биде 353, 354, 355 дена во „едноставни“ години, 383, 384, 385 дена во престапна година. Почетокот на годината во различни држави паѓа на различни датуми од 13 јануари до 24 февруари. Тековниот 60-годишен циклус започна во 1984 година. Податоците за комбинацијата на знаци од источниот календар се дадени во Додатокот.

Централноамериканскиот календар за културите на Маите и Ацтеките се користел од околу 300-1530 година. Н.е Врз основа на периодичноста на движењето на Сонцето, Месечината и синодичните периоди на револуција на планетите Венера (584 г) и Марс (780 г). „Долга“ година со времетраење од 360 (365) дена се состоеше од 18 месеци од по 20 дена и 5 празници. Во исто време, „кратка година“ од 260 дена (1/3 од синодичниот период на циркулација на Марс) беше искористена за културни и верски цели; таа беше поделена на 13 месеци, по 20 дена; „нумерирани“ недели се состоеја од 13 дена кои имаа свој број и име. Времетраењето на тропската година беше одредено со најголема точност од 365.2420 г (грешка од 1 ден не се акумулира во текот на 5000 години!); лунарен синодичен месец - 29.53059 г.

До почетокот на дваесеттиот век, растот на меѓународните научни, технички, културни и економски врски го натера да се создаде единствен, едноставен и точен Светски календар. Постојните календари имаат бројни недостатоци во форма на: недоволна кореспонденција помеѓу времетраењето на тропската година и датумите на астрономски феномени поврзани со движењето на Сонцето низ небесната сфера, нееднаква и неконзистентна должина на месеци, недоследност на бројот на месецот и деновите во неделата, недоследност на нивните имиња со позицијата во календарот итн. Откриени се неточностите на модерниот календар

Идеален веченкалендарот има непроменлива структура која ви овозможува брзо и недвосмислено да ги одредите деновите во неделата за секој датум на календарот. Еден од најдобрите проекти на вечни календари беше препорачан за разгледување од Генералното собрание на ОН во 1954 година: иако беше сличен на Грегоријанскиот календар, беше поедноставен и поудобен. Тропската година е поделена на 4 четвртини од 91 ден (13 недели). Секој квартал започнува во недела и завршува во сабота; се состои од 3 месеци, во првиот месец 31 ден, во вториот и третиот - 30 дена. Секој месец има 26 работни дена. Првиот ден од годината е секогаш недела. Податоците за овој проект се дадени во Додатокот. Не беше имплементиран од верски причини. Воведувањето на единствен Светски вечен календар останува еден од проблемите на нашето време.

Се нарекуваат датумот на започнување и последователниот систем за хронологија ера... Појдовната точка на ерата се нарекува ера.

Од античките времиња, почетокот на одредена ера (повеќе од 1000 епохи се познати во различни држави од различни региони на Земјата, вклучувајќи 350 во Кина и 250 во Јапонија) и целиот тек на хронологијата е поврзан со важни легендарни, верски или (поретко) вистински настани: времето на владеењето на одредени династии и индивидуални императори, војни, револуции, олимпијади, основање градови и држави, „раѓање“ на бог (пророк) или „создавање на светот "

За почетокот на кинеската 60 -годишна ера на циклус, се зема датумот на првата година од владеењето на императорот Хуангди - 2697 п.н.е.

Во Римската Империја, пребројувањето беше спроведено од „основањето на Рим“ од 21 април 753 година п.н.е. и од денот на приемот на царот Диоклецијан на 29 август 284 година н.е.

В Византиска империјаа подоцна, според традицијата, во Русија - од усвојувањето на христијанството од принцот Владимир Свјатославич (988 н.е.) до декретот на Петар I (1700 н.е.), годините се сметаа „од создавањето на светот“: датумот на усвојување септември 1, 5508 п.н.е. (прва година од „византиската ера“). Во Антички Израел (Палестина), „создавањето на светот“ се случи подоцна: 7 октомври 3761 година п.н.е. (првата година од „еврејската ера“). Имаше и други, различни од најчестите гореспоменати епохи „од создавањето на светот“.

Растот на културните и економските врски и широкото распространување на христијанската религија во Западна и Источна Европа покрена потреба за обединување на хронологијата, мерните единици и броењето на времето.

Модерна хронологија - " нашата ера", "нова ера"(Н.е.)," ера од Рождеството Христово "( Р.Х.), Ано Домени ( А.Д.- „година Господова“) - се спроведува од произволно избраниот датум на раѓање на Исус Христос. Бидејќи тоа не е наведено во ниту еден историски документ, а Евангелијата се контрадикторни едни со други, учениот монах Дионисиј Малиот во 278 година од ерата на Диоклецијан одлучил „научно“, врз основа на астрономски податоци, да го пресмета датумот на епохата. Пресметката се базираше на: 28 -годишен „соларен круг“ - временски период во кој бројот на месеци паѓа во истите денови во неделата, и 19 -годишниот „лунарен круг“ - временски период во текот на кој истите фази на месечината паѓаат во истите исти денови од месецот. Производот од циклусите на „соларниот“ и „лунарниот“ круг коригиран за 30-годишното време на животот на Христос (28 ´ 19С + 30 = 572) го даде датумот на започнување на модерната хронологија. Броењето на годините според ерата „од Рождеството Христово“ „се вкорени“ многу бавно: до 15 век н.е. (т.е. дури и 1000 години подоцна) во официјалните документи на Западна Европа, беа наведени 2 датуми: од создавањето на светот и од Рождеството Христово (н.е.).

Во муслиманскиот свет, почетокот на хронологијата се смета за 16 јули 622 година - денот на „хиџра“ (преселување на пророкот Мухамед од Мека во Медина).

Превод на датуми од „муслиманскиот“ хронолошки систем Т Мво „христијански“ (грегоријански) Т Гможе да се направи според формулата: (години).

За погодност на астрономски и хронолошки пресметки, хронологијата предложена од Ј.Скалигер се применува од крајот на 16 век Јулијански период(Ј.Д.). Континуирано се брои денови од 1 јануари 4713 година п.н.е.

Како и во претходните часови, на учениците треба да им се даде инструкција сами да ја пополнат табелата. 6 информации за просторот и небесните појави што се изучуваат на часот. Ова се дава не повеќе од 3 минути, потоа наставникот ја проверува и поправа работата на учениците. Табела 6 е дополнета со информации:

Материјалот се консолидира при решавање проблеми:

Вежба 4:

1. 1 јануари, сончевиот часовник покажува 10 часот наутро. Во колку часот се прикажува вашиот часовник во овој момент?

2. Определете ја разликата во отчитувањата на прецизниот часовник и хронометарот, кои работат во сидереално време, 1 година откако истовремено беа вклучени.

3. Определете ги моментите на почетокот на вкупната фаза на затемнување на Месечината на 4 април 1996 година во Чеlyабинск и Новосибирск, ако според универзално време феноменот се случил на 23 часа 36 метри.

4. Определете дали може да се забележи затемнување (покривање) на Јупитер од страна на Месечината во Владивосток, ако се случи на 1 час и 50 метри, а Месечината заоѓа во Владивосток на 0 часот и 30 метри по локално време.

5. Колку дена содржеше 1918 година во РСФСР?

6. Кој е најголемиот број недели во февруари?

7. Колку пати годишно изгрева Сонцето?

8. Зошто Месечината секогаш е свртена кон Земјата од иста страна?

9. Капетанот на бродот го измери вистинското пладне на 22 декември зенитната оддалеченост на Сонцето и ја пронајде еднаква на 66 33 33 ". Хронометарот, кој работи во времето на Гринич, покажа во времето на набудување 11 часа 54 метри наутро Определете ги координатите на бродот и неговата позиција на мапата на светот.

10. Кои се географските координати на местото каде што висината на Северната Starвезда е 64 12 12 ", а кулминацијата на starвездата Лира се случува 4 часа 18 метри подоцна отколку во опсерваторијата Гринич?

11. Определете ги географските координати на местото во кое горниот врв на theвездата а - - дидактика - тестови - задача

Исто така види:Сите публикации на иста тема >>

Во опсерваториите постојат инструменти со кои тие го одредуваат времето на најточен начин - го проверуваат часовникот. Времето е поставено според позицијата што ја заземаат светилките над хоризонтот. Со цел часовниците на опсерваторијата да работат што е можно попрецизно и рамномерно во интервалот помеѓу вечерите, кога тие се проверуваат според положбата на starsвездите, часовниците се поставуваат во длабоки подруми. Во такви подруми, температурата е константна преку целата година. Ова е многу важно бидејќи промените во температурата влијаат врз работата на часовникот.

За пренос на прецизни временски сигнали преку радио, опсерваторијата има специјален софистициран часовник, електрична и радио опрема. Точните временски сигнали што се пренесуваат од Москва се едни од најточните во светот. Одредување на точното време од theвездите, складирање на времето со точен часовник и негово пренесување преку радио - сето ова претставува временска услуга.

КАДЕ РАБОТААТ АСТРОНОМИТЕ

Астрономите вршат научна работа во опсерватории и астрономски институти.

Вторите главно се занимаваат со теоретски истражувања.

По Великиот Октомври социјалистичка револуцијакај нас, Институтот за теоретска астрономија во Ленинград, Астрономскиот институт именуван по В.И. ПК Стернберг во Москва, астрофизички опсерватории во Ерменија, Грузија и голем број други астрономски институции.

Обуката и образованието на астрономи се одвива на универзитети на механичко -математички или физичко -математички факултети.

Главната опсерваторија во нашата земја е Пулковскаја. Изградена е во 1839 година во близина на Санкт Петербург под водство на истакнат руски научник. Во многу земји со право се нарекува астрономски главен град на светот.

Опсерваторијата Симеиз на Крим по Велики Патриотска војнабеше целосно обновен, и недалеку од него беше изградена нова опсерваторија во селото Партизанскоје кај Бахчисарај, каде што сега е инсталиран најголемиот рефлекторски телескоп во СССР со огледало со дијаметар од 1 ¼ m, и рефлектор со огледало со дијаметар од 2,6 m наскоро ќе биде инсталиран - трет во најголемиот во светот. Двете опсерватории сега претставуваат една институција - Кримската астрофизичка опсерваторија на Академијата на науките на СССР. Постојат астрономски опсерватории во Казан, Ташкент, Киев, Харков и други места.

На сите опсерватории што ги имаме научна работаспоред договорениот план. Постигнувањата на астрономската наука во нашата земја им помагаат на широките слоеви на работни луѓе да развијат правилно, научно разбирање за светот околу нас.

Постојат многу астрономски опсерватории и во други земји. Од нив, најпознатите се најстарите од постојните - Париз и Гринич, од чиј меридијан се бројат географските должини на земјината топка (неодамна, оваа опсерваторија беше преместена на ново место, подалеку од Лондон, каде што има многу пречки за набудувања на ноќното небо). Најголемите телескопи во светот се инсталирани во Калифорнија на планината Паломар, планината Вилсон и опсерваториите Лик. Последниот е вграден доцна XIXвек, а првите два - веќе во XX век.

Ако најдете грешка, изберете парче текст и притиснете Ctrl + Enter.