Что такое поясните время

Поясное время — что это и зачем нужно?

Поясное время — это время в пределах одного часового пояса. Другими словами, это система счета, где время считается одинаковым в пределах одного часового пояса и меняется на границе соседних поясов ровно на 1 час. При этом существуют зоны, где смещение времени составляет 30 минут. Как правило, это официальное время, которое действует на определенной территории. Также оно известно как административное или гражданское время.

Часто можно встретить обозначение «стандартное время». Его ввели в XIX веке из-за развития железнодорожного транспорта. Местное время изменяется при изменении географической долготы, и каждая станция жила по местному времени. При движении поездов с востока на запад нужно было постоянно переводить стрелки часов. Поясное время решило эту проблему.

Международное сообщество приняло решение разделить Землю на 24 часовых пояса. Счет поясов ведется с запада на восток. Они пронумерованы от 0 до 23. Каждый из них — по 15 градусов долготы (это приблизительная цифра с небольшой погрешностью). Начальный (он же средний) это гринвичский меридиан с долготой 0 градусов. По 180-му меридиану проходит линия перемены дат.

Нулевой пояс назвали западноевропейским, первый — среднеевропейским, а второй — восточноевропейским.

В 2011 году поясное время в России, можно сказать, вывели из официального употребления. На смену поясному пришло местное время. Во времена СССР (1930 год) ввели декретное время, чтобы рационально использовать светлое время суток. К существующему поясному времени добавили 1 час. После этого на территории России начали использовать время второго пояса.

С 2014 года Россия перешла на круглогодичное зимнее время. В этом случае московское время опережает поясное время второго часового пояса на 1 час.

Источник

Поясное время

Всего получено оценок: 483.

Всего получено оценок: 483.

На уроках географии 8 класса ученики знакомятся часовыми поясами, а также с понятиями местного и поясного времени. Что такое поясное время, когда и для чего его ввели, какое значение имеют часовые пояса – ответы на все вопросы найдутся в статье.

Историческая справка

В середине XIX века в Великобритании было введено поясное время. Так впервые был введен временной стандарт, который устанавливал единое время на всей территории страны.

Необходимость введения единого времени появилась в связи с интенсивным развитием железнодорожного транспорта. При составлении расписания движения поездов невозможно было опираться на местное время разных городов и регионов.

В 1884 году на Международной меридианной конференции был определен всемирный нулевой меридиан – Гринвичский. Одна из резолюций предлагала введение часовых поясов в соответствии с широтой местности.

Что такое поясное время?

Вращение Земли происходит со скоростью 15°/час. Исходя из этого, земной шар разделен на сектора в 15°, время в которых отличается на 1 час. Сектора называются часовыми поясами.

Дадим определение поясного времени: это международная система отсчета времени, созданная на принципе деления поверхности планеты на часовые пояса протяженностью в 15°.

В первом часовом поясе установлено Гринвичское время. При движении на восток в каждом поясе добавляется 1 час. При движении на запад 1 час отнимается.

Рис. 1. Карта поясного времени мира.

Часовые пояса России

В России с 2011 года вместо термина «поясное время» используется «местное время». Местное время соответствует часовому поясу, однако многие границы часовых поясов проведены в соответствии с административными границами субъектов РФ.

Единственный субъект, на территории которого помещаются три часовых пояса – Республика Саха (Якутия). Якутия занимает первое место в мире по площади, является самым холодным обитаемым регионом.

Границы часовых поясов страны изменялись много раз. Последний раз это произошло в 2018 году. Сегодня в России 11 часовых поясов, из них 3 представляют собой ограниченные площади вблизи южной границы. Когда в столице полночь, в Калининграде 23 часа, на Чукотке 9 часов.

Для определения местного времени необходима самая свежая карта часовых поясов страны. Только в этом случае ошибка исключена.

Рис. 3. Часовые пояса России, карта.

Что мы узнали?

Мы узнали, что такое поясное время, когда и где было введено впервые. Мы познакомились с часовыми поясами России, узнали, что определить местное время лучше всего по карте часовых поясов.

Источник

Время (местное, поясное, декретное)

Местное время

Измерение времени согласовано со сменой дня и ночи, то есть с вращением Земли вокруг своей оси. Земля осу­ществляет один оборот за сутки, то есть за 24 часа, в каждый час по 15°.

Поясное время

Для упорядочивания существующего в разных странах огромного разнообразия местного времени на Международ­ном астрономическом конгрессе в 1884 г. было решено принять пояс­ное время. За основу отсчёта был взят Гринвичский меридиан, время которого получило название всемирного.

Время в границах одного часового пояса называется поясным.

Весь земной шар был разделён меридианами на 24 часовых пояса по 15° долготы. Пояса нумеруются от 0 до 23 с запада на восток. В каждом поясе установлено время его центрального меридиана. Так, во всех точках нулевого пояса принято время его центрального Гринвичского меридиана.

Обратите внимание, что границы поясов проведены не строго по ме­ридианам, а с учётом близ расположенных административных границ, крупных рек, транспортных магистралей. В противном случае многие единые административные образования оказались бы в разных часо­вых поясах.

Поясное время легко рассчитать, зная, в каком поясе находится искомый пункт. Например, Москва находится во втором поясе, Калининград в первом, а Киров — в третьем. Разница поясного времени между ними состав­ляет один час.

В России поясное время было введено с 1 июля 1919 г.

Декретное время

С целью экономии электроэнергии и более эффективного использо­вания светового времени суток в 1930 г. стрелки часов в России были переведены на час вперёд. Так что мы живём по времени сосед­него восточного пояса. Москва, расположенная во втором поясе, живёт по времени третьего пояса, которое называется московским декретным временем. Данное постановление было принято декретом Совета на­родных комиссаров, поэтому называется декретным.

«Летнее» время

Переход на «летнее» время характерен для стран, расположенных в средних широтах, где летнее освещение существен­но отличается от зимнего (рис. 33). Ранний рассвет позволяет раньше начать деловую жизнь без излишнего энергопотребления.

Рис. 33. График освещённости на широте Москвы в разное время суток и в разное время года

Линия перемены дат

Линия перемены дат, как и границы часовых поясов, не полностью совпадает с меридиональным направлением.

Источник

Время (местное, поясное, декретное)

Местное время

Измерение времени согласовано со сменой дня и ночи, то есть с вращением Земли вокруг своей оси. Земля осу­ществляет один оборот за сутки, то есть за 24 часа, в каждый час по 15°.

Поясное время

Для упорядочивания существующего в разных странах огромного разнообразия местного времени на Международ­ном астрономическом конгрессе в 1884 г. было решено принять пояс­ное время. За основу отсчёта был взят Гринвичский меридиан, время которого получило название всемирного.

Время в границах одного часового пояса называется поясным.

Весь земной шар был разделён меридианами на 24 часовых пояса по 15° долготы. Пояса нумеруются от 0 до 23 с запада на восток. В каждом поясе установлено время его центрального меридиана. Так, во всех точках нулевого пояса принято время его центрального Гринвичского меридиана.

Обратите внимание, что границы поясов проведены не строго по ме­ридианам, а с учётом близ расположенных административных границ, крупных рек, транспортных магистралей. В противном случае многие единые административные образования оказались бы в разных часо­вых поясах.

Поясное время легко рассчитать, зная, в каком поясе находится искомый пункт. Например, Москва находится во втором поясе, Калининград в первом, а Киров — в третьем. Разница поясного времени между ними состав­ляет один час.

В России поясное время было введено с 1 июля 1919 г.

Декретное время

С целью экономии электроэнергии и более эффективного использо­вания светового времени суток в 1930 г. стрелки часов в России были переведены на час вперёд. Так что мы живём по времени сосед­него восточного пояса. Москва, расположенная во втором поясе, живёт по времени третьего пояса, которое называется московским декретным временем. Данное постановление было принято декретом Совета на­родных комиссаров, поэтому называется декретным.

«Летнее» время

Переход на «летнее» время характерен для стран, расположенных в средних широтах, где летнее освещение существен­но отличается от зимнего (рис. 33). Ранний рассвет позволяет раньше начать деловую жизнь без излишнего энергопотребления.

Рис. 33. График освещённости на широте Москвы в разное время суток и в разное время года

Линия перемены дат

Линия перемены дат, как и границы часовых поясов, не полностью совпадает с меридиональным направлением.

Источник

ВРЕМЯ

ВРЕМЯ, понятие, позволяющее установить, когда произошло то или иное событие по отношению к другим событиям, т.е. определить, на сколько секунд, минут, часов, дней, месяцев, лет или столетий одно из них случилось раньше или позже другого. Измерение времени подразумевает введение временнóй шкалы, пользуясь которой можно было бы соотносить эти события. Точное определение времени базируется на дефинициях, принятых в астрономии и отличающихся высокой точностью.

Сейчас используются три основные системы измерения времени. В основе каждой из них конкретный периодический процесс: вращение Земли вокруг своей оси – всемирное время UT; обращение Земли вокруг Солнца – эфемеридное время ЕТ; и излучение (или поглощение) электромагнитных волн атомами или молекулами некоторых веществ при определенных условиях – атомное время АТ, определяемое с помощью высокоточных атомных часов. Всемирное время, обычно обозначаемое как «гринвичское среднее время», представляет собой среднее солнечное время на нулевом меридиане (с долготой 0 ° ), который проходит через город Гринвич, входящий в конурбацию Большого Лондона. На основе всемирного времени определяется поясное время, используемое для счета гражданского времени. Эфемеридное время – временнáя шкала, используемая в небесной механике при исследовании движения небесных тел, где требуется высокая точность расчетов. Атомное время – физическая временнáя шкала, применяемая в тех случаях, когда требуется чрезвычайно точное измерение «временнх интервалов» для явлений, связанных с физическими процессами.

Поясное время.

В повседневной практике на местах используется поясное время, которое отличается от всемирного на целое число часов. Всемирное время используется для счета времени при решении гражданских и военных задач, в астронавигации, для точного определения долготы в геодезии, а также при определении положения искусственных спутников Земли относительно звезд. Поскольку скорость вращения Земли вокруг своей оси не является абсолютно постоянной величиной, всемирное время не является строго равномерным по сравнению с эфемеридным или атомным временем.

Системы счета времени.

Единицей используемого в повседневной практике «среднего солнечного времени» являются «средние солнечные сутки», которые, в свою очередь, делятся следующим образом: 1 средние солнечные сутки = 24 средним солнечным часам, 1 средний солнечный час = 60 средним солнечным минутам, 1 средняя солнечная минута = 60 средним солнечным секундам. Одни средние солнечные сутки содержат 86 400 средних солнечных секунд.

Принято, что сутки начинаются в полночь и продолжаются 24 часа. В США для гражданских нужд принято сутки делить на две равные части – до полудня и после полудня, и соответственно в этих рамках вести 12-часовой счет времени.

В вооруженных силах США, а также в большинстве стран континентальной Европы время указывается четырехзначными цифрами по 24-часовому циферблату. В этой системе полночь (начало суток) обозначается как 0000, следующий затем полдень – 1200, 3 ч пополудни – 1500, а следующая полночь (окончание суток) – 2400, 1 ч 25 мин после полуночи – 0125 и т.п.

Время и долгота местности.

Часовые пояса.

Чтобы не вводить местное время для каждого градуса (или каждой минуты) широты, поверхность Земли была условно поделена на 24 часовых пояса. При переходе из одного часового пояса в другой значения минут и секунд (времени) сохраняются, изменяется лишь значение часов.

Существуют некоторые районы, в которых местное время отличается от всемирного не только на целое количество часов, но еще дополнительно на 30, 40 или 45 мин. Правда, такие временные зоны не являются стандартными часовыми поясами.

На Северном и Южном полюсах меридианы сходятся в одной точке, и поэтому там понятие часовых поясов теряет смысл. По сложившейся традиции считается, что время на полюсах соответствует всемирному.

Теоретически все часовые пояса земного шара должны ограничиваться прямыми линиями, проходящими на 7,5 ° восточнее и западнее среднего меридиана каждого пояса, однако в реальности для сохранения единого времени внутри одной и той же административной или природной единицы их границы часто смещены относительно общепринятой.

Летнее время

было введено в период Первой мировой войны с целью экономии электроэнергии. С введением летнего времени часы переводятся на час вперед, таким образом, на конец рабочего дня приходится больше светлого времени. Во время Второй мировой войны в США часы оставались переведенными на час вперед как летом, так и зимой. В Англии использовалось «удвоенное летнее время» – часы устанавливались на два часа вперед летом и на час зимой.

Линия перемены даты.

При пересечении границы часового пояса мы переводим часы на 1 ч. На Земле также существует условная граница, при пересечении которой календарная дата меняется на одни сутки. Эта граница называется Линией перемены даты и проходит в Тихом океане по 180-му меридиану.

Чтобы понять, зачем нужна такая линия, рассмотрим следующий пример. Пусть на Гринвичском меридиане в данный момент будет 0300, 10 июня. Тогда на 165 ° в.д. по местному времени будет на 11 ч позже (165 ° = 11 ґ 15 ° ), т.е. 1400, 10 июня. На 165 ° з.д. местное время будет отставать на 11 ч по сравнению с гринвичским, и, следовательно, там будет еще только 1600 предыдущего дня, т.е. 9 июня. На 180-м меридиане будет 1500 – 10 июня или 9 июня в зависимости от того, как рассматривать этот меридиан – западной или восточной долготы. Чтобы выйти из такого затруднения, для часового пояса со средним меридианом 180 ° было принято: в той части, которая находится к востоку от Линии перемены даты, календарная дата будет на сутки меньше, чем в той которая расположена к западу от этой линии. В некоторых районах, чтобы избежать изменения даты в пределах одной и той же группы островов, Линия перемены даты проводится не строго по 180-му меридиану.

Если человек пересекает эту линию, следуя на запад, например, из Сан-Франциско в Токио, календарная дата изменяется на более позднюю (на сутки позже), и таким образом путешественник как бы теряет день. При пересечении этой линии с запада на восток дата изменяется на более раннюю, и он еще раз проживает предыдущие календарные сутки. На кораблях практикуется изменение календарной даты в полночь, что аналогично пересечению именно в это время Линии перемены даты.

Поправки к всемирному времени.

Сигналы точного времени по радио передаются в системе координированного времени (UTC), аналогичного среднему гринвичскому времени. Однако в системе UTC ход времени не вполне равномерен, там возникают отклонения с периодом ок. 1 года. В соответствии с международным соглашением в передаваемые сигналы вводится поправка, учитывающая эти отклонения.

На станциях службы времени определяется местное звездное время, по которому вычисляется местное среднее солнечное время. Последнее преобразуется в единое всемирное время (UT0) путем прибавления соответствующего значения, принятого для долготы, на которой расположена станция (к западу от Гринвичского меридиана). Таким образом устанавливается координированное всемирное время.

С 1892 известно, что ось земного эллипсоида испытывает колебания по отношению к оси вращения Земли с периодом примерно 14 мес. Расстояние между этими осями, измеренное на любом полюсе, составляет ок. 9 м. Следовательно, долгота и широта любой точки на Земле испытывают периодические вариации. Для получения более однородной шкалы времени в вычисленную для конкретной станции величину UT0 вводится поправка за изменение долготы, которая может достигать 30 мс (в зависимости от положения станции); таким образом получается время UT1.

Скорость вращения Земли подвержена сезонным изменениям, вследствие которых время, измеряемое вращением планеты, оказывается то «впереди», то «позади» звездного (эфемеридного) времени, причем отклонения в течение года могут достигать 30 мс. UT1, в которое внесена поправка, учитывающая сезонные изменения, обозначается UT2 (предварительное равномерное, или квазиравномерное, всемирное время). Время UT2 определяется на основе средней скорости вращения Земли, но на нем сказываются долгопериодные изменения этой скорости. Поправки, позволяющие рассчитать время UT1 и UT2 по UТ0, вводятся в унифицированной форме Международным бюро времени, находящимся в Париже.

АСТРОНОМИЧЕСКОЕ ВРЕМЯ

Звездное время и солнечное время.

Для определения среднего солнечного времени астрономы используют наблюдения не самого солнечного диска, а звезд. По звездам же определяется т.н. звездное, или сидерическое (от лат. siderius – звезда или созвездие), время. С помощью математических формул по звездному времени рассчитывается среднее солнечное время.

Если воображаемую линию земной оси продлить в обе стороны, она пересечется с небесной сферой в точках т.н. полюсов мира – Северного и Южного (рис. 1). На угловом расстоянии 90 ° от этих точек проходит большой круг, называемый небесным экватором, который является продолжением плоскости земного экватора. Видимый путь движения Солнца называется эклиптикой. Плоскости экватора и эклиптики пересекаются под углом ок. 23,5 ° ; точки пересечения носят название точек равноденствия. Ежегодно, примерно 20–21 марта, Солнце пересекает экватор при движении с юга на север в точке весеннего равноденствия. Эта точка почти неподвижна по отношению к звездам и используется в качестве репера для определения положения звезд в системе астрономических координат, а также звездного времени. Последнее измеряется величиной часового угла, т.е. угла между меридианом, на котором находится объект, и точкой равноденствия (отсчет производится на запад от меридиана). В пересчете на время один час соответствует 15 дуговым градусам. По отношению к наблюдателю, находящемуся на определенном меридиане, точка весеннего равноденствия ежедневно описывает на небосводе замкнутую траекторию. Промежуток времени между двумя последовательными пересечениями этого меридиана называется звездными сутками.

Среднее солнечное время.

Появление в 17 в. механических часов привело к необходимости введения среднего солнечного времени. «Среднее (или среднее эклиптическое) солнце» – это фиктивная точка, равномерно движущаяся по небесному экватору со скоростью, равной средней за год скорости движения истинного Солнца по эклиптике. Среднее солнечное время (т.е. время, протекшее от нижней кульминации среднего солнца) в любой момент на данном меридиане численно равно часовому углу среднего солнца (выраженному в часовой мере) минус 12 ч. Разность между истинным и средним солнечным временем, которая может достигать 16 мин, называется уравнением времени (хотя фактически уравнением не является).

Как отмечалось выше, среднее солнечное время устанавливается с помощью наблюдений за звездами, а не за Солнцем. Среднее солнечное время строго определяется угловым положением Земли относительно ее оси, вне зависимости от того, постоянна или переменна скорость ее вращения. Но именно потому, что среднее солнечное время является мерой вращения Земли, оно используется для определения долготы местности, а также во всех других случаях, когда требуются точные данные о положении Земли в пространстве.

Эфемеридное время.

Движение небесных тел описывается математически уравнениями небесной механики. Решение этих уравнений позволяет установить координаты тела в виде функции времени. Время, входящее в эти уравнения, по определению, принятому в небесной механике, является равномерным, или эфемеридным. Существуют специальные таблицы эфемеридных (теоретически вычисленных) координат, которые дают расчетное положение небесного тела через определенные (обычно одинаковые) промежутки времени. Эфемеридное время может быть установлено по движению любой планеты или ее спутников в Солнечной системе. Астрономы определяют его по движению Земли по орбите вокруг Солнца. Оно может быть найдено путем наблюдений за положением Солнца по отношению к звездам, но обычно для этого следят за движением Луны вокруг Земли. Видимый путь, который Луна проходит в течение месяца среди звезд, может рассматриваться как своеобразные часы, в которых звезды образуют циферблат, а Луна служит часовой стрелкой. При этом эфемеридные координаты Луны должны быть вычислены с высокой степенью точности, и столь же точно должно быть определено ее наблюдаемое положение.

Положение Луны обычно определялось по времени прохождения через меридиан и покрытию звезд лунным диском. Наиболее современный метод представляет собой фотографирование Луны среди звезд с помощью специальной фотокамеры. В этой камере используется плоскопараллельный светофильтр из темного стекла, которому во время 20-секундной экспозиции придается наклон; вследствие этого изображение Луны смещается, и это искусственное смещение как бы компенсирует действительное движение Луны по отношению к звездам. Таким образом, Луна сохраняет строго фиксированное положение относительно звезд, и все элементы на снимке получаются отчетливыми. Поскольку положение звезд известно, измерения по снимку позволяют точно определить координаты Луны. Эти данные сводятся в виде эфемеридных таблиц Луны и позволяют рассчитать эфемеридное время.

Определение времени с помощью наблюдений за вращением Земли.

В результате вращения Земли вокруг оси происходит кажущееся движение звезд с востока на запад. В современных методах определения точного времени используются астрономические наблюдения, заключающиеся в регистрации моментов прохождения звезд через небесный меридиан, положение которого строго определено по отношению к астрономической станции. Для этих целей обычно использовался т.н. «малый пассажный инструмент» – телескоп, смонтированный таким образом, что его горизонтальная ось ориентирована по широте (с востока на запад). Труба телескопа может быть направлена в любую точку небесного меридиана. Для наблюдения прохождения звезды через меридиан в фокальной плоскости телескопа помещается крестообразная тонкая нить. Время прохождения звезды фиксируется с помощью хронографа (устройства, регистрирующего одновременно сигналы точного времени и импульсы, возникающие внутри самого телескопа). Таким образом определяется точное время прохождения каждой звезды через данный меридиан.

Значительно бóльшую точность измерения времени вращения Земли дает использование фотографической зенитной трубы (ФЗТ). ФЗТ представляет собой телескоп с фокусным расстоянием 4,6 м и входным отверстием диаметром 20 см, обращенным прямо в зенит. Небольшая фотографическая пластинка размещается под линзой на расстоянии ок. 1,3 см. Еще ниже, на расстоянии, равном половине фокусного, расположена ванна с ртутью (ртутный горизонт); ртуть отражает свет звезд, фокусирующийся на фотопластинке. И линза, и фотопластинка могут поворачиваться как единый блок на 180 ° вокруг вертикальной оси. При фотографировании звезды делается четыре 20-секундных экспозиции при различных положениях линзы. Пластинка перемещается с помощью механического привода таким образом, чтобы компенсировать видимое суточное движение звезды, удерживая ее в поле зрения. При движении каретки с фотокассетой автоматически регистрируются моменты прохождения ее через определенную точку (например, путем замыкания контакта часов). Отснятая фотопластинка проявляется, и полученное на ней изображение измеряется. Данные измерений сопоставляются с показаниями хронографа, что дает возможность установить точное время прохождения звезды через небесный меридиан.

В другом инструменте для определения звездного времени – призменной астролябии (не следует путать этот прибор со средневековым угломерным инструментом того же названия), 60-градусная (равносторонняя) призма и ртутный горизонт помещаются перед линзой телескопа. В призменной астролябии получаются два изображения наблюдаемой звезды, которые совпадают в момент, когда звезда находится на высоте 60 ° над горизонтом. При этом автоматически регистрируется показание часов.

Во всех этих инструментах используется один и тот же принцип – для звезды, координаты которой известны, определяется время (звездное или среднее) прохождения через определенную линию, например небесный меридиан. При наблюдениях специальными часами фиксируется время прохождения. Разность между вычисленным временем и показаниями часов дает поправку. Величина поправки показывает, сколько минут или секунд нужно прибавить к показаниям часов, чтобы получить точное время. Например, если расчетное время 3 ч 15 мин 26,785 с, а на часах 3 ч 15 мин 26,773 с, то часы отстают на 0,012 с и поправка составляет 0,012 с.

Обычно за ночь проводится наблюдение за 10–20 звездами, и по ним вычисляется средняя поправка. Последовательная серия поправок позволяет определить точность хода часов. При помощи таких инструментов, как ФЗТ и астролябия, за одну ночь устанавливается время с точностью ок. 0,006 с.

Все эти инструменты предназначены для определения звездного времени, по которому устанавливается среднее солнечное время, а последнее переводится в поясное время.

Чтобы следить за течением времени, необходим простой способ его определения. В древности для этого использовались водяные или песочные часы. Точное определение времени стало возможным после того, как Галилей в 1581 установил, что период колебаний маятника почти не зависит от их амплитуды. Однако практическое использование этого принципа в маятниковых часах началось лишь спустя сто лет. Самые совершенные маятниковые часы сейчас имеют точность хода ок. 0,001–0,002 с в сутки. Начиная с 1950-х годов, маятниковые часы перестали использоваться для точных измерений времени и уступили место кварцевым и атомным часам. См. также ЧАСЫ.

Кварцевые часы.

Кварц обладает т.н. «пьезоэлектрическими» свойствами: при деформации кристалла возникает электрический заряд, и наоборот под действием электрического поля происходит деформация кристалла. Контроль, осуществляемый с помощью кристалла кварца, позволяет получить почти постоянную частоту электромагнитных колебаний в электрическом контуре. Пьезокварцевый генератор обычно создает колебания с частотой 100 000 Гц и выше. Специальное электронное устройство, известное под названием «делитель частоты», позволяет снизить частоту до 1000 Гц. Сигнал, полученный на выходе, усиливается и приводит в действие синхронный электромотор часов. Фактически, работа электромотора синхронизирована с колебаниями пьезокристалла. С помощью системы зубчатых передач мотор может быть соединен со стрелками, показывающими часы, минуты и секунды. По существу, кварцевые часы представляют собой сочетание пьезокварцевого генератора, делителя частоты и синхронного электромотора. Точность хода лучших кварцевых часов достигает нескольких миллионных долей секунды в сутки.

Атомные часы.

Для отсчета времени могут быть использованы также процессы поглощения (или излучения) электромагнитных волн атомами или молекулами некоторых веществ. Для этого применяется сочетание атомного генератора колебаний, делителя частоты и синхронного мотора. Согласно квантовой теории, атом может находиться в различных состояниях, каждое из которых соответствует определенному энергетическому уровню Е, представляющему дискретную величину. При переходе с более высокого энергетического уровня на более низкий возникает электромагнитное излучение, и наоборот, при переходе на более высокий уровень излучение поглощается. Частота излучения, т.е. число колебаний в секунду, определяется формулой:

где E₂ – начальная энергия, E₁ – конечная энергия и h – постоянная Планка.

Многие квантовые переходы дают очень высокую частоту, примерно 5 ґ 10 14 Гц, и возникающее излучение находится в диапазоне видимого света. Для создания атомного (квантового) генератора необходимо было найти такой атомный (или молекулярный) переход, частота которого могла бы быть воспроизведена с помощью электронной техники. Микроволновые устройства, подобные используемым в радиолокаторе, способны генерировать частоты порядка 10 10 (10 млрд.) Гц.

Первые точные атомные часы, в которых использовался цезий, были разработаны Л.Эссеном и Дж.В.Л.Парри в Национальной физической лаборатории в Теддингтоне (Великобритания) в июне 1955. Атом цезия может существовать в двух состояниях, причем в каждом из них он притягивается или одним, или другим полюсом магнита. Атомы, выходящие из нагревательной установки, проходят по трубке, расположенной между полюсами магнита «А». Атомы, находящиеся в состоянии, условно обозначаемом 1, отклоняются магнитом и ударяются о стенки трубки, тогда как атомы, находящиеся в состоянии 2, отклоняются в другую сторону таким образом, что проходят вдоль трубки через электромагнитное поле, частота колебаний которого соответствует радиочастоте, и затем направляются ко второму магниту «В». Если радиочастота подобрана правильно, то атомы, переходя в состояние 1, отклоняются магнитом «В» и улавливаются детектором. В противном случае атомы сохраняют состояние 2 и отклоняются в сторону от детектора. Частота электромагнитного поля изменяется до тех пор, пока счетчик, присоединенный к детектору, не покажет, что генерируется нужная частота. Резонансная частота, генерируемая атомом цезия ( 133 Cs), составляет 9 192 631 770 ± 20 колебаний в секунду (эфемеридного времени). Эта величина называется цезиевым эталоном.

Преимущество атомного генератора перед кварцевым пьезоэлектрическим заключается в том, что его частота не меняется со временем. Однако он не может непрерывно функционировать столь же долго, как кварцевые часы. Поэтому принято комбинировать в одних часах пьезоэлектрический кварцевый генератор с атомным; частота кварцевого генератора время от времени проверяется по атомному генератору.

Для создания генератора используется также изменение состояния молекул аммиака NH₃. В устройстве, называемом «мазер» (микроволновом квантовом генераторе), внутри полого резонатора генерируются колебания в радиодиапазоне с почти постоянной частотой. Молекулы аммиака могут находиться в одном из двух энергетических состояний, различно реагирующих на электрический заряд определенного знака. Пучок молекул проходит в поле электрически заряженной пластины; при этом те из них, которые находятся на более высоком энергетическом уровне, под воздействием поля направляются в небольшое входное отверстие, ведущее в полый резонатор, а молекулы, находящиеся на более низком уровне, отклоняются в сторону. Часть молекул, попавших в резонатор, переходит на более низкий энергетический уровень, испуская при этом излучение, на частоту которого оказывает воздействие конструкция резонатора. По результатам экспериментов в Невшательской обсерватории в Швейцарии, полученная частота составила 22 789 421 730 Гц (в качестве эталона при этом использовалась резонансная частота цезия). Проводившееся в международных масштабах с помощью радио сопоставление частот колебаний, измеренных для пучка атомов цезия показало, что величина расхождений частот, получаемых в установках различной конструкции, составляет примерно две миллиардных. Квантовый генератор, в котором используется цезий или рубидий, известен под названием газонаполненного фотоэлемента. В качестве квантового генератора частот (мазера) применяется также водород. Изобретение (квантовых) атомных часов в значительной степени способствовало исследованиям изменений скорости вращения Земли и разработке общей теории относительности.

Секунда.

Использование атомной секунды в качестве эталонной единицы времени было принято 12-й Международной конференцией по мерам и весам в Париже в 1964. Она определяется на основе цезиевого эталона. С помощью электронных устройств осуществляется подсчет колебаний цезиевого генератора, и время, за которое происходит 9 192 631 770 колебаний, принимается за эталон секунды.

Гравитационное (или эфемеридное) время и атомное время.

Эфемеридное время устанавливается по данным астрономических наблюдений и подчиняется законам гравитационного взаимодействия небесных тел. Определение времени с помощью квантовых стандартов частоты основано на электрических и ядерных взаимодействиях внутри атома. Вполне возможно несовпадение масштабов атомного и гравитационного времени. В таком случае частота колебаний, генерируемых атомом цезия, будет изменяться по отношению к секунде эфемеридного времени в течение года, и это изменение нельзя отнести за счет ошибки наблюдения.

Радиоактивный распад.

Хорошо известно, что атомы некоторых, т.н. радиоактивных, элементов самопроизвольно распадаются. В качестве показателя скорости распада используется «период полураспада» – промежуток времени, за который число радиоактивных атомов данного вещества уменьшается вдвое. Радиоактивный распад также может служить мерой времени – для этого достаточно подсчитать, какая часть от общего числа атомов подверглась распаду. По содержанию радиоактивных изотопов урана оценивается возраст горных пород в пределах нескольких миллиардов лет. Большое значение имеет радиоактивный изотоп углерода 14 С, образующийся под воздействием космического излучения. По содержанию этого изотопа, имеющего период полураспада 5568 лет, можно датировать образцы возрастом несколько более 10 тыс. лет. В частности, его используют для определения возраста объектов, связанных с деятельностью человека, как в историческое, так и в доисторическое время.

Вращение Земли.

Как предполагали астрономы, период вращения Земли вокруг своей оси изменяется во времени. Поэтому оказалось, что течение времени, отсчет которого ведется на основе вращения Земли, иногда бывает ускоренным, а иногда – замедленным по сравнению с тем, которое определяется по орбитальному движению Земли, Луны и других планет. За последние 200 лет ошибка в отсчете времени на основе суточного вращения Земли по сравнению с «идеальными часами» достигала 30 с.

За сутки отклонение составляет несколько тысячных долей секунды, однако за год накапливается ошибка в 1–2 с. Различают три типа изменения скорости вращения Земли: вековые, являющиеся следствием приливов под воздействием лунного притяжения и приводящие к увеличению продолжительности суток примерно на 0,001 с в столетие; малые скачкообразные изменения продолжительности суток, причины которых точно не установлены, удлиняющие или укорачивающие сутки на несколько тысячных долей секунды, причем такая аномальная продолжительность может сохраняться на протяжении 5–10 лет; наконец, отмечаются периодические изменения, главным образом с периодом в один год.

Бакунин П.И., Блинов Н.С. Служба точного времени. М., 1977
Физика космоса. М., 1986
Завельский Ф.С. Время и его измерение от биллионных долей секунды до миллиардов лет. М., 1987

Источник