Efemerisz idő

Az efemeriszidő , az EV  egy egységes időskála , amely a második definícióján alapul , amelyet 1952 -ben vezettek be a Nemzetközi Csillagászati ​​Unió 8. kongresszusán , amely nem függ a Föld forgási sebességének változásától. 1956-ban a General Conference on Weights and Measures (CGPM) javasolta ezt a definíciót, 1960-ban pedig az efemerisz másodikat fogadták el az SI nemzetközi mértékegységrendszerében [1] az idő alapegységeként . 1967-ben az SI bevezette a második definícióját, amely az atomórákon alapul [2] . 1984-ben az ET efemerisz időskálát a csillagászatban felváltotta a TDT földi időskála, amelyet 2001-ben a TT földi időskála váltott fel .

ET = UT + ∆T,

ahol ΔT ( delta T ) a Föld forgásának szekuláris lassulásának korrekciója, amelyet korunkban a Föld extragalaktikus rádióforrásokhoz viszonyított helyzetének mérésével határoznak meg.

Első közelítésként az ET rendszer a Föld napi forgásán alapuló, de ennek a forgásnak az egyenetlenségei miatt korrigált rendszerként ábrázolható.

Mivel az efemerisz másodperc egy jól meghatározott év időtartamához van kötve, az ET szabvány nem reprodukálható – ez egy ideális konstrukció.

Kapcsolat az egyetemes idővel

Az efemerisz időt általában jelöli . És az univerzális idő használatával a következőképpen definiálható :

hol  van a csillagászati ​​naplókban táblázatos éves változás.

Az efemerisz idő története

Az 1952-ben szabványként bevezetett Ephemeris Time (ET) eredetileg a Föld szabálytalan forgásának hatásaitól mentes, egységes időskála közelítéseként került kifejlesztésre, „például a csillagászok és más tudósok kényelmére” használja a Nap, a Hold és a bolygók efemeriszeiben . 1948-ban javasolta J. M. Clemens [5] .

John Flamsteed (1646-1719) kora óta úgy gondolják, hogy a Föld napi forgása egyenletes. De a 19. század végén - a 20. század elején, a csillagászati ​​megfigyelések pontosságának növekedésével felfedezték, hogy a Föld forgási periódusa a tengelye körül (vagyis egy sziderális nap hossza ) ingadozik. rövid időközönként, de általában lassan növekszik (az árapály-fékezés miatt ). Ennek a ténynek a bizonyítékait de Sitter foglalta össze 1927-ben:

Ha elfogadjuk ezt a hipotézist, akkor a Föld forgása által adott és minden gyakorlati csillagászati ​​számításban használt "csillagászati ​​idő" eltér az "uniform" vagy "newtoni" időtől, amelyet a Föld egyenletek független változójaként határoznak meg. égi mechanika.

Eredeti szöveg  (angol)[ showelrejt] Ha elfogadjuk ezt a hipotézist, akkor a Föld forgása által adott, és minden gyakorlati csillagászati ​​számításban használt „csillagászati ​​idő” különbözik az „uniform” vagy „newtoni” időtől, amelyet az egyenletek független változójaként határozunk meg. égi mechanika. - [6]

De Sitter azt javasolta, hogy alkalmazzák a Föld forgása által adott átlagos szoláris idő korrekcióját, hogy egységes időt kapjanak.

G. S. Jones (1939) [7] eredményeit felhasználva J. M. Clemens 1948-ban [5] egy részletes sémát javasolt egy egységes skála felépítésére. Ebben a munkában Clemens kifejtette, hogy egy ilyen skála "csak a csillagászok és más tudósok kényelmét szolgálja", és hogy "polgári célokra logikus továbbra is az átlagos szoláris idő használata" [8] .

De Sitter és Clemens a javasolt időt "newtoni"-nak vagy "egyenruhának" nevezte. D. Brouwer javasolta az „efemeriszidő” elnevezést [9] .

Ezeket a javaslatokat követve a párizsi csillagászati ​​konferencia (1950) azt javasolta, hogy "minden olyan esetben, amikor az átlagos napmásodperc időegységként nem kielégítő a változékonysága miatt, az [idő] mértékegysége az 1900.0 sziderális év legyen. és], hogy az ezekben az egységekben mért időt „efemeriszidőnek” [10] nevezzük , és jóváhagyta a Clemens-képletet (lásd az efemeriszidő definícióját (1952) ) az átlagos szoláris időről az efemeriszre való átmenetre.

A Nemzetközi Csillagászati ​​Unió ezt az ajánlást 1952-ben a VIII. Közgyűlésen megerősítette [9] [11] . A skála gyakorlati bevezetése eltartott egy ideig (lásd Az efemeriszidő használata a hivatalos almanachokban és az efemeriszekben ), majd az ET efemeriszidő maradt a standard, amíg az 1970-es években fel nem váltották pontosabb időskálákkal (lásd Revízió ).

Az ET szabványként történő alkalmazása során az efemeriszidő kisebb változásokon ment keresztül. Az időegységet sziderális helyett 1900.0 trópusi évként határozták meg [9] , és a standard másodpercet először az 1900.0 trópusi év 1/31556925.975-eként [9] [12] , majd 1/31556925.9747 -ként [13] /1967-ig határozták meg. 8 nem került újradefiniálásra a cézium frekvenciaszabványon keresztül (lásd alább).

Bár az ET jelenleg nem használatos közvetlenül, ez a skála észrevehető nyomot hagyott a tudományban. Utódai, mint például a TDT és a TAI atomi időskála , úgy lettek kialakítva, hogy folytonosságot biztosítsanak az efemeriszidővel [14] . Az ET-t az 1950-es években használták atomórák kalibrálására. [15] Az efemeriszmásodpercnek a cézium-atomórákkal meghatározott SI - másodpercnek való megfelelését 1:1010-nél jobb pontossággal igazolták [ 16 ] .

Így az efemerisz időskála kidolgozóinak döntései meghatározták az aktuális másodperc hosszát, ami viszont befolyásolja a szökőmásodpercek számát, amelyeket a modern polgári időskálákba beillesztenek, hogy azok az átlagos szoláris idő közelében maradjanak.

Az efemerisz idő meghatározása (1952)

Az efemeriszidőt elvileg a Föld Nap körüli keringési mozgása alapján határozták meg [9] , de gyakorlati megvalósítását általában más módon sikerült elérni.

Az ET részletes definíciója S. Newcomb (1895) [3] "A Föld tengelyén és a Nap körüli mozgásának táblázatain" alapult, amelyeket új módon értelmeztek, hogy figyelembe vegyék az azoktól talált eltéréseket. :

A "Táblázatok" bevezetőjében (9. o.) az alapképletek tartalmazták a Nap átlagos hosszúságának értékét a T intervallumban meghatározott időpontban, Julian-századokban mérve 36525 átlagos szoláris naptól [17] . Greenwich Mean 1900. január 0.:

. . . . . (egy)

1939-ben Spencer Jones [7] kimutatta, hogy a Nap tényleges megfigyelt helyzete a Newcomb-képletből kapottakkal összehasonlítva szisztematikus eltéréseket mutat, a következő képlettel kifejezve:

ahol „a megfigyelési idő UT nem korrigált newtoni időre”, hanem a Hold megfigyelései alapján meghatározott szabálytalan ingadozás [18] .

Így a feltételesen helyes képletnek a következő kifejezések összegének kellett volna lennie:

. . . . . (2)

Clemens (1948) javaslata az volt, hogy ne az átlagos szoláris idő alapján alkalmazzanak egy ilyen típusú korrekciót, hanem éppen ellenkezőleg, határozzanak meg egy új E időskálát az eredeti Newcomb-képlet (1) és a nap tényleges helyzete alapján. a nap:

. . . . . (3)

ahol most az E időváltozó az 1900. január 0-án, Greenwich Mean Noon-tól számított efemerisz századokban mért idő (36525 efemerisz napból 86400 efemerisz másodpercből). Az 1961-es hivatalos meghatározás így hangzik: "Az efemeriszidő eredetét és áramlási sebességét úgy határozzák meg, hogy a Nap átlagos hosszúsága egybeessen Newcomb kifejezésével" [19] .

A (2) és (3) képlet összehasonlításából, amelyek a Nap ugyanazt a mozgását fejezték ki, de különböző időskálákban számolták, Clemens kapott egy implicit kifejezést, amely megbecsüli az efemeriszidő és az átlagos napidő közötti különbséget másodpercben [18]. :

. . . . . (négy)

Clemens formulája, amelyet most pontosabb becslések váltottak fel, bekerült az efemeriszidőről szóló eredeti konferenciahatározatba. A fluktuációs tag miatt az ET és az UT közötti különbség gyakorlati meghatározása a megfigyeléseken múlott. A fenti képletek összehasonlítása azt mutatja, hogy az efemeridiás idő (ideális esetben állandó) egysége, például az efemerisz másodperce valamivel rövidebb volt, mint az átlagos szoláris idő megfelelő (de ideális esetben nem állandó) egysége a 20. század során (ami a a szabálytalan ingadozások mellett fokozatos, folyamatos növekedést tapasztal), összhangban Morrison és Stephenson újabb eredményeivel [20] (lásd ΔT ).

Megvalósítások

Másodlagos megvalósítás a Hold megfigyelései alapján

Bár az efemerisz időt elvileg a Föld Nap körüli keringési mozgása alapján határozzák meg [21] , a gyakorlatban általában a Hold Föld körüli keringési mozgása alapján mérték [22] . Ezek a mérések a Hold átlagos mozgásának a Nap átlagos mozgásához viszonyított kalibrálása után az ET skála másodlagos ( metrológiai értelemben vett ) etalonjának tekinthetők [23] .

A Hold mozgásának használatának oka a praktikus kényelem volt: mivel a Hold mozgásának sebessége a csillagok hátterében körülbelül 13-szor nagyobb, mint a Nap sebessége, ugyanolyan pontossággal mérjük a Hold helyzetét , az efemeriszidőt sokkal pontosabban határozták meg.

Amikor először vezették be az efemeriszidőt, az időskálák még csillagászati ​​megfigyeléseken alapultak. A skálák pontosságát az optikai megfigyelések pontossága korlátozta, az időkorrekciókat utólag határoztuk meg.

Atomórákon alapuló másodlagos megvalósítás

Néhány évvel a cézium atomóra feltalálása után megjelent egy alternatíva az efemerisz időskála csillagászati ​​megvalósítására. Az atomi időskála ET-re való kalibrálása után (1958 [15] ) céziumórákat kezdtek használni az efemeriszidő tárolására. Az atomórák a közel valós idejű ET új másodlagos megvalósítását jelentették [23] , amely hamarosan bebizonyította hasznosságát és előnyeit az elsődleges ET szabvánnyal szemben: nemcsak nagyobb kényelem, hanem jobb időzítés is az efemeriszhez képest. Az ilyen megvalósításokat „ET”-ként is használták, bár arra utaltak, hogy az atomi időskálák nem teljesen azonosak az efemeriszidő elsődleges standardjával, hanem annak továbbfejlesztett változatait képviselik, természetesen a nagyobb egységesség jegyében . 24] . Az atomórák aztán létrehozták az atomi időskálát, amelyet először "földi dinamikus időnek", most pedig " földi időnek " neveztek, és az ET skálával való folytonosság biztosítására határozták meg [14] .

Az atomórák elérhetősége a csillagászati ​​megfigyelések pontosabbá válásával együtt (amely elérte azt a pontot, ahol a relativisztikus korrekciók már nem elhanyagolhatóak) [25] oda vezetett, hogy az efemerisz időszabványt pontosabb időskálákkal cserélték fel, pl. földi idő és baricentrikus dinamikus idő , amelyekhez maga az ET kevésbé pontos közelítésnek tekinthető.

Idővonalak újradefiniálása

Egy 1976-os határozatában a Nemzetközi Csillagászati ​​Unió megjegyezte, hogy az efemerisz időszabvány jelenlegi megvalósításának (1952) elméleti alapja nem relativisztikus, ezért 1984-től az efemerisz időt két relativisztikus dinamikus időskála váltja fel : földi dinamikus idő TDT és baricentrikus dinamikus idő TDB [26] . A felmerülő nehézségeket az 1990-es évek átmenete oldotta meg. az új földi időskálákhoz: TT , Geocentric Coordinate Time GCT (TCG) és Barycentric Coordinate Time BCT (TCB) [14] .

Az efemeridi idő használata a hivatalos almanachokban és az efemeridiákban

Az 1952-es standard efemerisz időt használták az Astronomical Ephemerisben (Egyesült Királyság), valamint az amerikai efemerisz és tengeri almanachban , 1960-tól kezdve az UT helyett a fő efemeriszben [27] . (A Nautical Almanachban, amely azóta a navigátorok számára külön kiadvány, az efemeriszt azonban továbbra is UT-ban fejezik ki.) évben a JPL .

Még az 1960-as ET-re való áttérés előtt az "Improved Lunar Ephemeris" almanachokat az 1952-1959-es időszak ET-re alakították át. [28] W. J. Eckert Brown holdmozgás-elméletén alapul , Clemens (1948) által javasolt módosításokkal.

A második újradefiniálása

Az efemerisz időegységének egymást követő újradefiniálásait a Történelem részben ismertetjük. A standard másodperc értéke 1956/1960:

1/31 556 925,9747 a trópusi évből 1900. január 0-án, efemerisz idő szerint 12 órakor,

az (1) Newcomb-képlet idő-lineáris részéből kaptuk (a (3) képlet értelmében). A Newcomb-együtthatóval való kapcsolat a következő kifejezésből látható:

1/31 556 925,9747 = 129 602 768,13 / (360x60x60x36525x86400).

A cézium atomórák 1955 óta tartó megfigyelése gyorsan kimutatta, hogy a Föld forgási sebessége ingadozott. Ez megerősítette az univerzális idő UT átlagos szoláris másodpercének elfogadhatatlanságát a legpontosabb mérések mértékegységeként. Miután három éven keresztül összehasonlították az atomi időskálát a holdi megfigyelésekkel , W. Markowitz et al. (1958) megállapították, hogy az óraátmenetként kiválasztott céziumatom esetében az efemeriszszekundum 9 192 631 770 ± 20 periódusú sugárzási oszcillációnak felel meg [15] .

E méréseket követően az 1967/68. Az Általános Súly- és Mértékkonferencia az SI második meghatározását a következőre cserélte:

Egy másodperc 9 192 631 770 sugárzási periódusnak felel meg, amely a cézium-133 atom alapállapotának két hiperfinom szintje közötti átmenetnek felel meg .

Bár ez a meghatározás teljesen független az efemeriszmásodperc definíciójától, egy olyan másodpercet határoz meg, amely nagyságrendileg megkülönböztethetetlen az efemeriszszekundumtól (1958-ban atomórákkal mérve). Később, 1988-ban egy újabb másodperc-összehasonlítást végeztek (Markowitz, 1988 [16] ), és kiderült, hogy az atomi cézium és efemerisz másodpercek közötti különbség (a Hold megfigyelései alapján) nem haladja meg az 1-10 10 értéket .

Gyakorlati alkalmazásokhoz az efemerisz másodperc hosszát egyenlőnek tekinthetjük a baricentrikus dinamikus idő (TDB) , a földi idő (TT) vagy az azt megelőző TT - földi dinamikus idő (TDT) másodpercének időtartamával.

Az ET és az UT közötti különbséget ΔT -nek nevezzük . Szabálytalanul változik, de a hosszú távú trend parabolikus a naphosszúság átlagosan 1,7 ms/százados növekedése miatt: ez az ókortól a 19. század végéig csökkenő érték [20]. , és azóta növekszik (lásd a második koordinációt ).

A TAI nemzetközi atomidőt 1958. január 1-jén 00:00:00-kor UT2-vel állították be. Ezen a ponton a ΔT körülbelül 32,18 másodperc volt. Később a TT földi idő (az efemeriszidő utódja) és a TAI atomi idő közötti különbséget a következők határozták meg:

1977. január 1.0003725 TT = 1977. január 1.0000000 TAI, vagy TT − TAI = 32,184 s.

Ez a különbség állandónak tekinthető, mivel a TT és a TAI sebessége definíciójuk szerint azonos.

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ A pontos meghatározást, beleértve a történelmi vonatkozást is, lásd: „ESAE 1961”: „Explanatory Supplement (1961) , pl. 69 és 87.
  2. ↑ F. Rile. frekvencia szabványok. Alapelvek és alkalmazások. M.: Fizmatlit, 1989, p. 384.
  3. ↑ 1 2 S. Newcomb, "Tables of the Motion of the Motion of the Earth on its Axis and Around the Sun", in "Tables of the Four Inner Planets", vol. Az American Ephemeris and Nautical Almanach (1895) felhasználására készített Astronomical Papers (1895) 6. 1. része, 1-169. oldal.
  4. ↑ azaz 1899. december 31
  5. ↑ 1 2 G. M. Clemence (1948) .
  6. ↑ W de Sitter (1927) .
  7. ↑ 1 2 H Spencer Jones (1939) .
  8. ↑ Clemence (1948) , 171. o.
  9. ↑ 1 2 3 4 5 ESAA (1992) , lásd 79. oldal .
  10. ↑ "...hogy minden olyan esetben, amikor az átlagos napmásodperc időegységként nem kielégítő a változékonysága miatt, az átvett mértékegység az 1900.0-s sziderális év legyen, hogy az ebben a mértékegységben számított időt efemeriszidőnek nevezzük . "
  11. ↑ Az IAU 1952-es római közgyűlésén lásd: ESAE (1961) , 1C szakasz, 9. oldal; és Clemence (1971) is .
  12. ↑ ESAA 1992, 79. o.: hivatkozással a Nemzetközi Súly- és Mértékügyi Bizottság (CIPM) 1954. szeptemberi határozatára.
  13. ↑ ESAA (1992) , lásd a 80. oldalt , utalva az 1956. októberi CIPM ajánlásra, amelyet 1960-ban hagyott jóvá a Súlyok és Mértékek Általános Konferenciája (GCPM).
  14. ↑ 1 2 3 ESAA (1992) , 42. oldal .
  15. ↑ 1 2 3 W Markowitz, R. G. Hall, L Essen, J. V. L. Parry (1958)
  16. ↑ 12 Wm Markowitz (1988) .
  17. ↑ Az átlagos szoláris nap időtartama nincs meghatározva a p. 9. o. 20 "Táblázatok" (1895) .
  18. ↑ 1 2 Clemence (1948) , 172. o., Spencer Jones (1939) nyomán .
  19. ↑ "Az efemeriszidő eredetét és sebességét úgy határozták meg, hogy a Nap átlagos hosszúsága megegyezzen Newcomb kifejezésével." ESAE (1961) , p. 70.
  20. ↑ 1 2 L V Morrison & F. R. Stephenson (2004) ; továbbá FR Stephenson, LV Morrison (1984) és FR Stephenson, LV Morrison (1995) .
  21. ↑ Clemence (1948) , pp.171-3.
  22. ↑ W Markowitz és mások (1955) ; W Markowitz ( 1959) továbbá W Markowitz, R. G. Hall, L Essen, J. V. L. Parry (1958) .
  23. ↑ 1 2 B Guinot & P. ​​​​K. Seidelmann (1988) , 305. o.
  24. ↑ WG Melbourne és mások, 1968 , II.E.4-5. szakasz, p. 15-16., beleértve a 7. lábjegyzetet, megjegyezte, hogy az US Jet Propulsion Laboratory (JPL) űrhajó-feldolgozó és nyomkövető programjai (beleértve az egyetlen precíziós pályameghatározó programot is) az amerikai atomóra A.1 aktuális értékét használták ET-ként 32-es eltolás mellett. .25 másodperc. A megbeszélés azt is megjegyzi, hogy ez a használat „hanyag” volt (a megadott eltolási érték nem egyezik a többi ET-megvalósítással, mint például az ET0 és ET1), és bár az A.1 „határozottan jobb közelítést adott az egyenletes időre, mint az ET1” nem volt okunk azt hinni, hogy az atomórák vagy az ET egyéb megvalósításai (tökéletesen) homogének. Amint a II.F. szakaszból következik, 18-19., a JPL által a kettős pontosságú pályaprogramban használt javított időmérés (A.1 + 32,15 másodperc) ET-nek is nevezték.
  25. ↑ G.M.R. Winkler és T.C. van Flandern (1977) .
  26. ↑ IAU határozatok (1976) ; lásd még ESAA (1992) , 41. oldal .
  27. ↑ ESAA 1992 , p.612 .
  28. ↑ "Improved Lunar Ephemeris", Amerikai Kormányzati Nyomda, 1954.

Bibliográfia

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák