Efemerisk tid

Ephemeris time , EV  är en enhetlig tidsskala baserad på definitionen av den andra , som introducerades 1952 vid den 8:e kongressen för International Astronomical Union , som inte beror på den ändrade hastigheten på jordens rotation. År 1956 rekommenderade General Conference on Weights and Measures (CGPM) denna definition för användning, och 1960 antogs ephemeris second som den grundläggande tidsenheten i International System of Units SI [1] . 1967 introducerade SI en annan definition av den andra, baserad på atomur [2]. 1984 ersattes ET ephemeris tidsskalan inom astronomi av TDT terrestrial tidsskalan, som ersattes av TT terrestrial tidsskalan 2001 .

ET = UT + ∆T,

där ΔT ( delta T ) är korrigeringen för den sekulära retardationen av jordens rotation, som i vår tid bestäms genom att mäta jordens position i förhållande till extragalaktiska radiokällor.

Som en första approximation kan ET-systemet representeras som ett system baserat på jordens dagliga rotation, men korrigeras på grund av ojämnheten i denna rotation.

Eftersom ephemeris seconden är knuten till varaktigheten av ett väldefinierat år, kan ET-standarden inte reproduceras - detta är en idealisk konstruktion.

Anslutning till universell tid

Ephemeris tid betecknas vanligtvis med . Och den definieras med universell tid enligt följande:

var  är den årliga förändringen tabellerad i astronomiska dagböcker.

Efemertidens historia

Ephemeris Time (ET) , som introducerades som standard 1952, utvecklades ursprungligen som en approximation till en enhetlig tidsskala, befriad från effekterna av jordens oregelbundna rotation, "för bekvämligheten för astronomer och andra forskare", t.ex. användning i solens, månens och planeternas efemeri . Det föreslogs 1948 av J. M. Clemens [5] .

Sedan John Flamsteeds tid (1646-1719) har man trott att jordens dagliga rotation är enhetlig. Men i slutet av 1800-talet - början av 1900-talet, med en ökning av noggrannheten i astronomiska observationer, upptäcktes det att rotationsperioden för jorden runt sin axel (det vill säga längden på en siderisk dag ) fluktuerar över korta tidsintervall, men ökar i allmänhet långsamt (på grund av tidvattenbromsning ). Bevisen för detta faktum sammanfattades av de Sitter 1927:

Om vi ​​accepterar denna hypotes, så skiljer sig den "astronomiska tiden" som ges av jordens rotation och används i alla praktiska astronomiska beräkningar från den "enhetliga" eller "Newtonska" tiden, som definieras som en oberoende variabel av ekvationerna för himmelsk mekanik.

Originaltext  (engelska)[ visaDölj] Om vi ​​accepterar denna hypotes, så skiljer sig den "astronomiska tiden", som ges av jordens rotation, och används i alla praktiska astronomiska beräkningar, från den "likformiga" eller "Newtonska" tiden, som definieras som den oberoende variabeln för ekvationerna för himmelsk mekanik. - [6]

De Sitter föreslog att man skulle korrigera medelsoltiden som ges av jordens rotation för att få en enhetlig tid.

Med hjälp av resultaten av G. S. Jones (1939) [7] föreslog J. M. Clemens 1948 [5] ett detaljerat schema för att konstruera en enhetlig skala. I detta arbete förklarade Clemens att en sådan skala "endast är till för att underlätta för astronomer och andra vetenskapsmän" och att "för civila ändamål är det logiskt att fortsätta att använda medelsoltid" [8] .

De Sitter och Clemens hänvisade till den föreslagna tiden som "newtonsk" eller "uniform". D. Brouwer föreslog namnet "ephemeris time" [9] .

Efter dessa förslag rekommenderade den astronomiska konferensen i Paris (1950) "att i alla fall där medelsolsekunden är otillfredsställande som en tidsenhet på grund av dess variabilitet, bör enheten [tid] som används vara det sideriska året 1900.0, [ och] att tiden, mätt i dessa enheter, kommer att hänvisas till som “efemertid” ” [10] och godkände Clemens formel (se Definition av efemertid (1952) ) för övergången från medelsoltid till efemeris.

Internationella astronomiska unionen bekräftade denna rekommendation vid VIII generalförsamlingen 1952 [9] [11] . Den praktiska introduktionen av skalan tog lite tid (se Användning av efemeritid i officiella almanackor och efemeri ), och sedan förblev ET efemeritid standarden tills den ersattes av mer exakta tidsskalor på 1970-talet (se Revision ).

Under användningen av ET som standard var efemeritiden föremål för mindre förändringar. Tidsenheten omdefinierades som tropiskt år 1900.0 istället för siderisk [9] , och standardsekunden definierades först som 1/31556925.975 av tropiskt år 1900.0 [9] [12] och sedan som 1/31556925.9747 [1967] / fram till 1967 8 har den inte omdefinierats via cesiumfrekvensstandarden (se nedan).

Även om ET för närvarande inte används direkt, har denna skala lämnat ett märkbart spår inom vetenskapen. Dess efterföljare, såsom TDT och TAI atomic time scale , designades för att ge kontinuitet med efemeris tid [14] . ET användes för att kalibrera atomur på 1950-talet. [15] Överensstämmelse mellan ephemeris second med SI- sekund bestämd med hjälp av cesium atomklockor har verifierats med en noggrannhet bättre än 1 på 10 10 [16] .

Således bestämde besluten från utvecklarna av efemeris-tidsskalan längden på den aktuella sekunden, vilket i sin tur påverkar antalet skottsekunder som infogas i moderna civila tidsskalor för att hålla dem nära medelsoltiden.

Definition av efemerisk tid (1952)

Efemertiden bestämdes i princip i termer av jordens omloppsrörelse runt solen [9] , men dess praktiska genomförande erhölls vanligtvis på ett annat sätt.

Den detaljerade definitionen av ET baserades på "Tabellerna över jordens rörelse på dess axel och runt solen" av S. Newcomb (1895) [3] , tolkad på ett nytt sätt för att ta hänsyn till några av de hittade avvikelserna från dem :

I inledningen till "Tabellerna" (s. 9) inkluderade de grundläggande formlerna värdet av solens medellängdgrad vid tidpunkten bestämd av intervallet T, mätt i julianska århundraden från 36525 medelsoldagar [17] räknat från Greenwich Mean noon 0- januari 1900:

. . . . . (ett)

1939 visade Spencer Jones [7] att de faktiska observerade positionerna för solen, jämfört med de som erhålls från Newcomb-formeln, visar systematiska avvikelser, uttryckta med formeln:

där "observationstiden är UT okorrigerad till Newtonsk tid", men är en oregelbunden fluktuation som bestäms från observationer av månen [18] .

Den villkorligt korrekta formeln borde alltså ha varit summan av dessa uttryck:

. . . . . (2)

Clemens (1948) förslag var att inte tillämpa en korrigering av denna typ baserat på medelsoltiden, utan tvärtom att bestämma en ny tidsskala E baserat på den ursprungliga Newcomb-formeln (1) och den faktiska positionen för solen:

. . . . . (3)

där nu tidsvariabeln E är tiden uppmätt i efemeriska sekler (av 36525 efemeriska dagar av 86400 efemeriska sekunder) från Greenwich Mean Noon den 0 januari 1900. Den officiella definitionen av 1961 lyder: "Ursprunget och flödeshastigheten för efemeritiden bestäms så att solens genomsnittliga longitud sammanfaller med Newcombs uttryck" [19] .

Från jämförelsen av formlerna (2) och (3), som uttrycker samma rörelse av solen, men räknat i olika tidsskalor, fick Clemens ett implicit uttryck som uppskattar skillnaden i sekunder mellan efemertiden och medelsoltiden [18] :

. . . . . (fyra)

Clemens formel, nu ersatt av mer exakta uppskattningar, ingick i det ursprungliga konferensbeslutet om efemeritid. På grund av fluktuationstermen berodde den praktiska bestämningen av skillnaden mellan ET och UT på observationer. Jämförelse av formlerna ovan visar att den (idealiskt konstanta) enheten för efemertid, till exempel den efemeriska sekunden, har varit något kortare än motsvarande (men inte idealiskt konstanta) enhet för medelsoltid under hela 1900-talet (som i utöver oregelbundna fluktuationer, upplever en gradvis stadig ökning), vilket också överensstämmer med nyare resultat av Morrison och Stephenson [20] (se ΔT ).

Implementeringar

Sekundär realisering baserad på observationer av månen

Även om efemeritid i princip definieras i termer av jordens omloppsrörelse runt solen [21] , har den i praktiken vanligtvis mätts i termer av månens omloppsrörelse runt jorden [22] . Dessa mätningar, efter att ha kalibrerat Månens medelrörelse i förhållande till Solens medelrörelse, kan betraktas som en sekundär standard (i metrologisk mening ) av ET-skalan [23] .

Anledningen till att använda månens rörelse var praktisk bekvämlighet: eftersom hastigheten för månens rörelse mot stjärnornas bakgrund är cirka 13 gånger högre än solens hastighet, med samma noggrannhet vid mätning av månens position , fastställdes efemeristiden som mycket mer exakt.

När efemerisk tid först introducerades var tidsskalor fortfarande baserade på astronomiska observationer. Skalornas noggrannhet begränsades av noggrannheten hos optiska observationer, och tidskorrigeringar bestämdes i efterhand.

Sekundär implementering baserad på atomur

Några år efter uppfinningen av cesium-atomklockan uppstod ett alternativ till den astronomiska implementeringen av efemeris-tidsskalan. Efter kalibreringen av den atomära tidsskalan till ET (1958 [15] ), började cesiumklockor användas för att lagra efemertid. Atomklockor gav en ny sekundär implementering av nära-realtids-ET [23] som snart visade sin användbarhet och fördelar jämfört med den primära ET-standarden: inte bara större bekvämlighet, utan också bättre tidtagning i förhållande till efemeri. Sådana implementeringar har också använts och hänvisats till som 'ET', även om det antyddes att atomära tidsskalor inte är helt identiska med den primära standarden för efemertid, utan snarare representerar förbättrade versioner av den i betydelsen av större enhetlighet förstås [ 24] . Atomklockor gav sedan upphov till den atomära tidsskalan, och skalan kallades först "jordbunden dynamisk tid" och nu " jordisk tid ", definierad för att säkerställa kontinuitet med ET-skalan [14] .

Tillgången på atomklockor har tillsammans med den ökande noggrannheten i astronomiska observationer (som har kommit till en punkt där relativistiska korrigeringar inte längre är försumbara) [25] , lett till att tidsstandarden efemeris har ersatts med mer exakta tidsskalor, bl.a. terrestrisk tid och barycentrisk dynamisk tid , till vilken ET själv kan betraktas som en mindre exakt approximation.

Omdefinierar tidslinjer

I en resolution från 1976 noterade International Astronomical Union att den teoretiska grunden för den nuvarande implementeringen (1952) av efemeris-tidsstandarden var icke-relativistisk, och därför, från och med 1984, skulle efemeritiden ersättas av två relativistiska dynamiska tidsskalor : markbunden dynamisk tid TDT och barycentrisk dynamisk tid TDB [26] . De svårigheter som uppstod löstes i och med övergången på 1990-talet. till de nya jordtidsskalorna TT , Geocentric Coordinate Time GCT (TCG) och Barycentric Coordinate Time BCT (TCB) [14] .

Användning av ephemeris time i officiella almanackor och ephemeris

1952 års standard ephemeris tid användes i Astronomical Ephemeris (UK) och i American Ephemeris and Nautical Almanac , och ersatte UT i den huvudsakliga ephemeris med början 1960 [27] . (Efemeriet i Nautical Almanac, sedan dess en separat publikation för navigatörer, fortsätter dock att uttryckas i UT.) år, JPL .

Redan före övergången till ET 1960 omvandlades almanackorna "Improved Lunar Ephemeris" till ET för perioden 1952-1959. [28] W. J. Eckert baserad på Browns teori om månens rörelse med modifikationer som rekommenderas av Clemens (1948).

Omdefinierar den andra

Successiva omdefinitioner av den efemeriska tidsenheten beskrivs i avsnittet Historik . Värdet på standard tvåan 1956/1960:

1/31 556 925.9747 för det tropiska året för 0 januari 1900 klockan 12 efemerisk tid,

erhölls från den tidslinjära delen av Newcomb-formeln (1) (tagen i betydelsen formel (3)). Sambandet med Newcomb-koefficienten kan ses från uttrycket:

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

Övervakning av cesium -atomklockor sedan 1955 visade snabbt att jordens rotationshastighet fluktuerade. Detta bekräftade att den genomsnittliga solsekunden av universell tid UT var oacceptabel som en måttenhet för de mest exakta mätningarna. Efter tre år av att jämföra den atomära tidsskalan med månobservationer , W. Markowitz et al. (1958) fastställde att ephemeris seconden motsvarar 9 192 631 770 ± 20 perioder av strålningsoscillationer för den cesiumatom som valts som klockövergång [15] .

Efter dessa mätningar, 1967/68. Generalkonferensen om vikter och mått ersatte definitionen av SI -antalet med följande:

En andra är lika med 9 192 631 770 strålningsperioder motsvarande övergången mellan två hyperfina nivåer av grundtillståndet för cesium-133- atomen .

Även om denna definition är helt oberoende av definitionen av den efemeriska sekunden, definierar den en sekund som är omöjlig att skilja i storlek från en efemerisk sekund (uppmätt 1958 med atomur). Senare, 1988, genomfördes ytterligare en jämförelse av sekunder (Markowitz, 1988 [16] ) och det visade sig att skillnaden mellan atomärt cesium och efemerisk sekund (bestämd från observationer av månen) inte överstiger 1 till 10 10 .

För praktiska tillämpningar kan längden av efemerissekunden tas lika med varaktigheten av sekunden av barycentrisk dynamisk tid (TDB) , markbunden tid (TT) eller föregående TT - markbunden dynamisk tid (TDT).

Skillnaden mellan ET och UT kallas ΔT . Det varierar oregelbundet, men den långsiktiga trenden är parabolisk på grund av en ökning av soldygnets längd med i genomsnitt 1,7 ms per århundrade: detta är ett sjunkande värde från antiken till slutet av 1800-talet [20] , och har ökat sedan dess (se andra samordningen ).

International Atomic Time TAI sattes lika med UT2 klockan 00:00:00 den 1 januari 1958. Vid denna tidpunkt var ΔT cirka 32,18 sekunder. Senare bestämdes skillnaden mellan jordisk tid TT (efterföljare till efemertid) och atomtid TAI av:

1977 januari 1,0003725 TT = 1977 januari 1,0000000 TAI, eller TT − TAI = 32.184 s.

Denna skillnad kan betraktas som konstant, eftersom hastigheterna för TT och TAI, enligt deras definition, är desamma.

Se även

Anteckningar

  1. ↑ För en exakt definition, inklusive den historiska aspekten, se 'ESAE 1961': 'Explanatory Supplement (1961) , esp. 69 och 87.
  2. ↑ F. Rile. frekvensstandarder. Principer och tillämpningar. M.: Fizmatlit, 1989, sid. 384.
  3. ↑ 1 2 S. Newcomb, "Tables of the Motion of the Earth on its Axis and Around the Sun", i "Tables of the Four Inre Planets", vol. 6, del 1, av Astronomical Papers förberedda för användning av American Ephemeris and Nautical Almanac (1895), på sidorna 1-169.
  4. ↑ d.v.s. 31 december 1899
  5. ↑ 1 2 G. M. Clemence (1948) .
  6. ↑ W de Sitter (1927) .
  7. ↑ 1 2 H Spencer Jones (1939) .
  8. ↑ Clemence (1948) , på s.171.
  9. ↑ 1 2 3 4 5 ESAA (1992) , se sidan 79 .
  10. ↑ "...att i alla fall där medelsolsekunden är otillfredsställande som tidsenhet på grund av dess variabilitet, bör den antagna enheten vara det sideriska året vid 1900.0, att tiden som räknas i denna enhet betecknas efemerisk tid "
  11. ↑ Vid IAU: s generalförsamling i Rom 1952, se ESAE (1961) , avsnitt 1C, s.9; och även Clemence (1971) .
  12. ↑ ESAA 1992, s.79: med hänvisning till beslutet från Internationella kommittén för vikter och mått (CIPM), september 1954.
  13. ↑ ESAA (1992) , se sidan 80 , med hänvisning till CIPM-rekommendationen från oktober 1956 som godkändes 1960 av General Conference on Weights and Measures (GCPM).
  14. ↑ 1 2 3 ESAA (1992) , på sidan 42 .
  15. ↑ 1 2 3 W Markowitz, R. G. Hall, L Essen, J. V. L. Parry (1958)
  16. ↑ 12 Wm Markowitz (1988) .
  17. ↑ Längden på medelsoldygnet bestäms inte på sid. 9, men uttryckt på sid. 20 "Tabell" (1895) .
  18. ↑ 1 2 Clemence (1948) , s.172, efter Spencer Jones (1939) .
  19. ↑ "Ursprunget och hastigheten för efemertid definieras för att få solens medellängd att överensstämma med Newcombs uttryck". ESAE (1961) , sid. 70.
  20. ↑ 1 2 L V Morrison & F. R. Stephenson (2004) ; även FR Stephenson, LV Morrison (1984) och FR Stephenson, LV Morrison (1995) .
  21. ↑ Clemence (1948) , på s. 171-3.
  22. ↑ W Markowitz & others (1955) ; W Markowitz ( 1959) även W Markowitz, R.G. Hall, L Essen, J.V.L. Parry (1958) .
  23. ↑ 1 2 B Guinot & P.K. Seidelmann (1988) , på s.305.
  24. ↑ WG Melbourne & others, 1968 , avsnitt II.E.4-5, sid. 15-16, inklusive fotnot 7, noterade att US Jet Propulsion Laboratory (JPL) program för bearbetning och spårning av rymdfarkoster (inklusive programmet för bestämning av en enda precision omloppsbana) använde som ET det nuvarande värdet på den amerikanska atomklockan A.1 med en offset på 32 .25 sekunder. Diskussionen noterar också att denna användning var "slarvig" (det angivna skiftvärdet matchade inte någon av de andra ET-implementeringarna som ET0 och ET1), och medan A.1 gav "definitivt en bättre approximation till enhetlig tid än ET1" gjorde det. Det fanns inte anledning att tro att atomur eller andra implementeringar av ET är (perfekt) homogena. Som följer av avsnitt II.F, sid. 18-19, den förbättrade tidsmätningen (A.1 + 32.15 sekunder) som användes av JPL i dubbelprecisionsomloppsprogrammet kallades också ET.
  25. ↑ G.M.R. Winkler och T.C. van Flandern (1977) .
  26. ↑ IAU resolutioner (1976) ; se även ESAA (1992) på s.41 .
  27. ↑ ESAA 1992 , på s.612 .
  28. ↑ "Förbättrad Lunar Ephemeris", US Government Printing Office, 1954.

Bibliografi

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk