Как мы измеряем время: от солнечных часов до атомных

Время – одна из самых фундаментальных и загадочных концепций, которые занимали умы философов и ученых на протяжении всей истории человечества. С давних времен люди стремились упорядочить хаотичный поток событий, измерить его течение и синхронизировать свои действия. В данной статье мы совершим увлекательное путешествие сквозь века в историю времени, чтобы проследить эволюцию наших представлений о времени, от древних методов измерения до современных высокоточных технологий, и узнать основы измерения времени.

Мы рассмотрим различные принцип работы часов, системы счета времени, используемые человечеством, и узнаем, как они связаны с движением небесных тел, географическими координатами и потребностями современного общества.

Время и принцип его измерения

Время и пространство – это две основные формы существования материи. Пространство – это статичная сцена, на которой разворачиваются события. Время же – это необратимый поток, в котором происходят все изменения. В отличие от трехмерного пространства, время имеет только одно измерение – от прошлого к будущему. Вопрос о том, почему время идет вперед – является одним из самых фундаментальных и загадочных в физике.

Как измеряли время раньше. Для измерения времени используются периодические явления природы, обладающие высоким постоянством периода. К таким явлениям относятся:

• вращение Земли вокруг своей оси;
• обращение Земли вокруг Солнца;
• собственные колебания атомов вещества;
• колебания пластинки кварца в электромагнитном поле.

Для измерения времени определяется событие или явление, которое послужит началом счета времени – эпоха (эра).

Эра – начальный момент системы летоисчисления:

• от «основания г. Рима»;
• от «года слона»;
• от «сотворения Мира»;
• от «рождества Христова» – христианская эра.

Календарь – система счета длительных промежутков времени, определяющая счет прошедших лет и количество прошедших дней в текущем году.

Календари различаются по своей основе: лунные, солнечные или сочетающие оба принципа. Их точность зависит от астрономических наблюдений и математических расчетов. Например, юлианский календарь, основанный на солнечном цикле, постепенно отставал от астрономической реальности, что привело к реформе и появлению григорианского календаря.

В основу систем счета времени положены астрономические методы его измерения, использующие в качестве эталонов:

• природный период вращения Земли вокруг своей оси – сутки;
• период обращения Земли вокруг Солнца – год.

Применение в качестве эталонов времени периодов колебаний атомов вещества выгодно для точного измерения интервалов времени («π-мезон» живет всего 10-15 с, «σ-частица» – 10-18 с), но не дает непрерывной шкалы измерения времени.

Природой созданы такие идеальные часы, которые неизменно отсчитывают время. Эти часы есть вращение Земли вокруг своей оси, или что одно и тоже, видимое вращение небесной сферы вокруг «условно неподвижной» Земли.

Читайте также: Ночное ориентирование по звездам

Длительность суток, то есть продолжительность одного оборота Земли вокруг своей оси, можно заметить по наблюдениям какой-либо звезды или Солнца, отсюда и наименование суток – звездные или солнечные и наименование времени – звездное или солнечное.

Звездное время

Принимая Землю «условно неподвижной», можно считать, что вращение небесной сферы с востока (E) на запад (W) совершается так же равномерно, как и реальное вращение Земли с запада (W) на восток (E).

В этом случае перемещение меридиана светила в ходе видимого суточного движения, начиная с момента кульминации светила на небесном меридиане наблюдателя, будет характеризовать течение времени, а в момент следующей одноименной кульминации – сутки закончатся (рис. 1).

Небесный меридиан светила можно уподобить указателю (часовой стрелке) протекшего времени, а небесный экватор «разделить» на соответствующие единицы и использовать как шкалу (циферблат часов) для отсчета времени.

Так как дуга экватора от полуденной части местного меридиана до меридиана светила измеряет часовой угол (t) светила, то между измерением часовых углов светил и измерением времени существует зависимость:

Основы измерения времени в астрономии это принятие за базу звездные сутки.

Продолжительность звездного периода вращения Земли определяется по суточному движению точки Овна – точки «весеннего равноденствия» (т. «♈»), которая занимает на небесной сфере вполне определенное положение и от нее ведется счет прямых восхождений (α) и звездных дополнений (τ*) светил.

Звездное местное время (S_М) – интервал времени от момента верхней кульминации точки «♈» на местном меридиане до данного момента в звездных величинах (рис. 2).

Каждому географическому меридиану соответствует свое звездное местное время.

Звездное местное время на Гринвичском меридиане называется гринвичским звездным временем

Звездное местное время на один и тот же момент для наблюдателей, находящихся на разных меридианах (М₁ и М₂), отличается на величину их разности долгот Δλ.

Звездное время гринвичского меридиана (S_ГР) и местное звездное время наблюдателя отличаются на величину долготы (рис. 2):

или

Звездное время даты не имеет, так как применяется для измерения небольших интервалов времени.

По своей величине звездное время равно западному (W) часовому углу точки «♈», то есть:

Если при вычислениях получается, что t♈_М > 360°, то 360° «отбрасывают».

Из рис. 3 следует, что: …звездное местное время (S_М) равно западному (вестовому) часовому углу любого светила «плюс» прямое восхождение того же светила, то есть:

или

а это и есть основная формула времени – связывающая координаты светил со временем.

В момент прохождения светила через меридиан наблюдателя t♈_W = α*.

Часовой угол, которым выражается звездное время, можно заменить единицами времени (1 ч = 15°; 1 мин. = 15′ и т. д.).

В повседневной жизни пользоваться звездным временем неудобно, так как начало звездных суток приходится на различные моменты дня и ночи (с каждым днем звездные сутки начинаются на ~ 4 мин. раньше по причине перемещения Солнца по эклиптике примерно на 1° в сутки навстречу своему видимому движению).

• 20 марта – звездные сутки начинаются в полдень, так как Солнце и точка «♈» кульминируют одновременно.
• 21 июня – начало звездных суток придется уже на 6 часов по солнечному времени, а через 3 месяца (23 сентября) – на полночь и т. д.

Солнечное время

В повседневной жизни удобнее пользоваться солнечным временем. Так, как же определить время со солнцу?

Истинные солнечные сутки – интервал времени между двумя последовательными верхними кульминациями центра видимого диска Солнца на одном и том же меридиане.

Солнечное время представляет собой часть солнечных суток и измеряется западным (вестовым) часовым углом Солнца (t_W⊙) → рис. 4.

Солнечные сутки «длиннее» звездных на величину суточного изменения прямого восхождения Солнца (Δα⊙), значение которой не постоянно:

• 22 декабря – Δα⊙_max = 66,6′(4 м 26,4 с);
• 18 сентября – Δα⊙_min = 53,8′(3 м 35,2 с);

то есть:

Пользоваться переменной единицей времени неудобно.

Чтобы получить постоянную единицу времени введены понятия среднего Солнца ⊕ и средних солнечных суток.

Среднее Солнце – это фиктивная точка, движущаяся по небесному экватору (а не по эклиптике) с постоянной скоростью Δα⊙ = 59,14′. Δα⊙ = 3 м 56,6 с зв. ед.

Средние солнечные сутки → интервал времени между двумя последовательными нижними кульминациями среднего Солнца на одном и том же местном меридиане.

Средние солнечные сутки «длиннее» звездных на 3 м 56,56 с и короче истинных ~ на 8 с.

Среднее время (T) – время, измеряемое средними солнечными сутками, или их долями. Среднее время (T) имеет дату и рассчитывается по формуле:

За начало счета среднего солнечного времени принята полночь. Счет среднего солнечного времени от полуночи в астрономии введен лишь в 1925 году.

До 1 января 1925 г. астрономические средние сутки начинались в полдень, а гражданские средние сутки – в предшествующую полночь.

Меридиан истинного Солнца «опережает» или «отстает» от меридиана среднего Солнца. Четыре раза в году (η = 0 → 15,4; 14,6; 1,9; 24,12) они совпадают и дважды расходятся на максимальные углы (11 февраля ≈ +14 м 16 с – среднее время впереди истинного; 2 ноября ≈ -16 м 24 с – среднее время позади истинного).

Величина

называется уравнением времени. Значение этой величины приводится на правой странице ET MAE на каждый день текущего года.

формула, связывающая среднее и истинное солнечное время.

Средние сутки служат основой измерения времени в повседневной жизни.

Средним солнечным временем в данный физический момент называется число средних часов, минут и секунд, протекших от начала средних суток до данного физического момента.

В 1959 г. швейцарская фирма «Нардэн» изготовила хронометр, одновременно показывающий среднее солнечное время (часы, минуты, секунды) и звездное гринвичское время (десятки градусов, градусы, минуты и десятки угловых секунд). Синхронизация солнечного и звездного времени обеспечивалась с точностью до 1,4 с в год.

Средними солнечными сутками ведется календарный счет дней в году: по прошествии 24 часов (одних суток) календарная дата увеличивается на единицу, а счет среднего времени начинается с начала от 0 до 24 ч.

Единицы измерения времени

1 средние сутки = 24 ср. часам; 1 ср. час = 60 ср. мин; 1 ср. мин = 60 ср. с; 1 ср. с = 103 мс = 106 мкс.

В одних средних сутках 86.400 секунд, то есть 24 ср. часа × 60 ср. мин. × 60 ср. с. = 86 400 с.

Так определялась длительность «1 с» до принятия эфемеридного времени, то есть до 1955 г.

Вариации длительности средних суток, получаемой на основе периода вращения Земли, хотя и невелики, но нерегулярны и их нельзя предсказать. Именно поэтому определение единицы измерения времени секунды как 1/86 400 части средних суток оказалось совершенно недостаточным по точности при современном развитии науки и техники.

С 1955 года за основу для определения длительности «1 с» берется уже не длительность средних суток, а длительность тропического года.

Тропический год → промежуток времени между двумя последовательными прохождениями среднего Солнца через точку «♈». За 1 000 лет, вследствие замедления вращения Земли, продолжительность тропического года уменьшается ~ на 5,3 с.

В тропическом году звездных суток содержится ровно на одни больше, чем средних суток, так как, двигаясь по своей орбите, Земля совершает в течении года один дополнительный оборот относительно звезд.

В системе эфемеридного времени эфемеридные сутки определяются как: 1/365.24219878177 часть тропического года эпохи 1900,0, а длительность секунды как 1/31.556.925,975 часть тропического года, в момент 1990, января, 0,12 ч эфемеридного времени.

Принятая в качестве эталона длительность тропического года взамен длительности средних суток позволила повысить точность определения единиц времени почти в 1 000 раз.

В 1960 г. на XI Генеральной конференции по мерам и весам была принята единая международная система единиц «СИ» и уточнена средняя секунда, как:

часть тропического года отнесенная к дате 1900 г. января 0,12 ч эфемеридного времени (полдень 31 декабря 1899 г. по календарю).

Введение эфемеридного времени дало эталон времени, отвечающий основному требованию метрологии – постоянству самой единицы измерения во времени.

Переход от всемирного времени (UT) к эфемеридному времени (ET) осуществляется с помощью поправки, публикуемой в Астрономических Ежегодниках (в эпоху 1970,5 ΔUT = +39,7 с).

Наилучшее приближение к ходу абсолютно равномерного времени достигается применением атомных и молекулярных эталонов частоты и времени.

С помощью атомных эталонов можно с высокой точностью воспроизводить длительность эфемеридной секунды в любой период времени.

В 1964 г. XIII Генеральная конференция по мерам и весам дала определение атомного эталона времени → секунды, как интервала времени, в течение которого совершается 9.192.631.770 колебаний, соответствующих резонансной частоте энергетического перехода между уровнями сверхтонкой структуры основного состояния, атома цезия · 133 при отсутствии возмущений внешними полями.

Атомные эталоны воспроизводят длительность эфемеридной секунды с погрешностью 1 · 10^-11c.

Как работают атомные часы? Основа работы атомных часов – это стабильность электромагнитного излучения, испускаемого атомами при переходе с одного энергетического уровня на другой. Атомная система измерения времени не дает непрерывного и независящего от деятельности человека измерения времени. В AT постоянна только сама единица – атомная секунда.

Астрономическая и атомная системы измерения времени применяются совместно.

Предлагается к прочтению: Характеристика планеты Земля: краткий обзор и влияние на навигацию

До изготовления молекулярных (атомных) часов эталоном времени служили кварцевые часы, работающие в 10 раз более равномерно, чем вращение Земли вокруг своей оси (в 1943 г. первой на кварцевые часы перешла Гринвичская обсерватория).

Новые (атомные) хранители времени работают в 100 раз равномернее вращения Земли. Первые в мире молекулярные часы были изготовлены в 1948 г. в Швейцарии.

АТ1 – международное атомное время.

UTC (SU) – всемирное координированное время → это равномерное время, шкала которого при необходимости сдвигается ровно на 1 с относительно международной атомной шкалы времени AT1 так, чтобы рассогласование UTC и UT1 оставалось незначительным
(не > 0,7 с).

Расхождение шкал времени UT1 (T_ГР) и UTC более 1 с не допускается.

Корректура заключается в введении дополнительной положительной или отрицательной секунды (1 января, 1 апреля, 1 июля, 1 октября):

• «+1 с» – последние сути прошедшего месяца удлиняются на 1 с;
• «-1 с» – последние сути прошедшего месяца укорачиваются на 1 с.

Информация о знаке и величине ΔTK сообщается ежедневно. Точность определения ΔTK по радиосигналам отечественных станций → до 0,02 с.

Сигналы точного времени ведущих радиостанций:

• РБУ (ДВ),
• РВМ,
• РАТ (КВ),

не отклоняются от шкалы государственного эталона времени и частоты более чем на 0,00003 с (других радиостанций – не более чем на 0,0001 с).

Вещательные сигналы проверки времени в виде 6 импульсов дают погрешность от 0,1 с до 0,5 с (начало последнего шестого сигнала соответствует 00 м 00 с очередного часа).

Государственная служба времени и частоты определяет эталонное время, хранит его, передает информацию о точном времени и эталонных частотах с помощью радиосигналов времени и частоты, контролирует прохождение этих сигналов и сообщает их поправки.

Деятельность Государственной службы времени и частоты координируется Международным Бюро времени, которое вырабатывает обобщенную информацию о международном атомном времени AT1.

Системы счета времени

Местное (меридианное) время

Началом счета среднего времени (началом средних солнечных суток) считается момент пересечения средним Солнцем полуночной части меридиана наблюдателя.

Следовательно, если несколько наблюдателей на Земле будут находиться на одной какой-то части одного и того же меридиана, то время для каждого из них будет одинаково.

Местное среднее время (TM) – это промежуток времени от момента нижней кульминации среднего Солнца на местном меридиане до данного момента, выраженный в средних солнечных единицах.

Другими словами: местное время – время отсчитываемое от меридиана данного места (рис. 6).

Для первого наблюдателя, находящегося на меридиане Q₁Q₁^′, местное время – T_М1.

Для второго наблюдателя, находящегося на меридиане Q₂Q₂^′, местное время – T_М2.

Из рисунка 6 следует, что местное время первого наблюдателя, находящегося восточнее второго наблюдателя → больше, то есть «к востоку время старше». Для каждого меридиана местное время «свое» и его еще называют меридианным.

Местное время 2-х наблюдателей, отстоящих друг от друга на 1° по долготе отличается на 4 минуты.

Местное (меридианное) время наблюдателей отличается на величину разности их долгот (Δλ).

Для I-го наблюдателя, находящегося восточнее II-го наблюдателя:

Для II-го наблюдателя, находящегося западнее I-го наблюдателя:

На Краткая история ВМФ Россиикораблях российского флота местное среднее время использовалось до 1 мая 1918 г. При плавании в составе эскадры единство счета местного времени на всех кораблях достигалось сигналом флагмана «Адмирал показывает полдень».

Всемирное (гринвичское) время

Исторически сложилось так, что с 1884 г. за начальный (нулевой) меридиан принят меридиан Гринвича – меридиан проходивший через ось одного из телескопов прежней Гринвичской обсерватории, основанной в 1675 г. и находившейся в предместье Лондона (Англия).

Всемирное (гринвичское) время – это промежуток времени от момента нижней кульминации среднего Солнца на гринвичском (нулевом) меридиане до данного момента, выраженный в средних солнечных единицах.

Другими словами: всемирное (гринвичское) время → время, отсчитываемое от полуночной части нулевого (гринвичского) меридиана (рис. 7).

• T_ГР – это среднее время нулевого меридиана.

Для первого наблюдателя, находящегося восточнее гринвичского (нулевого) меридиана (меридиан Q₁Q₁^′), его местное время (T_M1) будет больше гринвичского на величину долготы места, выраженной в единицах времени:

Для второго наблюдателя, находящегося западнее гринвичского (нулевого) меридиана (меридиан Q₂Q₂^′), его местное время (T_M2) будет меньше гринвичского на величину долготы места, выраженной в единицах времени:

Таким образом, всемирное (гринвичское) время и местное время наблюдателя связаны соотношениями:

Поясное время

Пользоваться в повседневной жизни местным временем неудобно. При перемещении наблюдателя по параллели на 1° долготы на восток необходимо «передвинуть» минутную стрелку часов на 4 минуты вперед, а при перемещении на ту же величину (на 1° долготы) на запад – на 4 минуты назад.

Особенно много неудобств при местной системе счета времени появилось при развитии железнодорожного транспорта. Достаточно отметить, что к 1883 г. на железных дорогах США образовалось 75 различных систем счета местного времени, что вызвало большую путаницу в расписаниях движения поездов.

Читайте также: Легендарные «Миры», история научно-исследовательских ГОА

В 1879 г. канадский инженер-железнодорожник Сандфорд Флеминг предложил идею о введении поясного времени и с 1883 г. эта идея была принята в США и Канаде, а с 1884 г. официально утверждена.

По системе поясного времени вся поверхность Земли разделена на 24 часовых пояса по 15° долготы каждый (11 – восточных, 11 – западных, 1 – нулевой и 1 – двенадцатый). Нулевой и двенадцатый часовые пояса включают в себя по 7,5° (7°30′) восточной и западной долготы. Ось нулевого пояса совпадает с меридианом Гринвича (рис. 8).

Сущность поясного времени заключается в том, что у всех наблюдателей, находящихся в одном часовом поясе, часы устанавливаются по местному времени осевого (центрального) меридиана данного пояса.

Поясное время (T_N) – это местное среднее время осевого меридиана пояса, распространенное на территории всего пояса.

Таким образом, все измерители времени на Земле в один и тот же момент должны показывать одинаковое число минут и секунд, а число часов – в зависимости от номера часового пояса «№» → см. табл. 1.

Для определения номера часового пояса (№E/W) необходимо географическую долготу наблюдателя разделить на 15°. Целое частное и укажет номер часового пояса; если остаток от деления будет больше, чем 7°30′, к частному от деления нужно прибавить 1.

Например:

и так как

На территории РСФСР поясное время начало действовать с 1 июля 1919 г. и было определено специальным декретом Совета Народных Комиссаров от 8 февраля 1919 г.

… В целях установления однообразного со всем цивилизованным миром счета времени в течении суток, обусловливающего на всем земном шаре одни и те же показания часов в минутах и секундах и значительно упрощающего регистрацию взаимоотношений народов, общественных событий и большинства явлений природы во времени…

С 17 января 1924 г. поясное время начало действовать на всей территории бывшего СССР. С 1 марта 1957 г. для территории бывшего СССР были установлены новые границы часовых поясов.

В целях удобства границы часовых поясов не проводят строго по меридианам, а совмещают с границами государств, административными границами, водными рубежами, горными хребтами и пр.

Например:

Европейская часть бывшего СССР живет по времени II часового пояса:

• (западноевропейское время → время «0» часового пояса;
• среднеевропейское время → время «1E» часового пояса;
• восточноевропейское время → время «2E» часового пояса;
• московское время → время «3Е» часового пояса).

Переход от местного времени к поясному и наоборот осуществляется по формуле:

Декретное, летнее и судовое время

Англичане живут по Лондонскому времени, которое больше Гринвичского ровно на 1 час. В 1974 г. в США введено декретное круглогодичное время.

В СССР декретом Совета Народных Комиссаров от 16 июня 1930 г. все часы переведены на 1 час вперед.

Изменяемое таким образом поясное время называется декретным временем (T_Д).

Введение декретного часа сделано для более рационального использования светлого времени суток и экономии электроэнергии.

Декретное время второго восточного часового пояса «2E», в котором находится г. Москва, называется московским временем, которое отличается от гринвичского на 3 часа больше.

Для более рационального использования естественного света в течение суток и перераспределения электроэнергии между бытовыми объектами и промышленными предприятиями в ряде стран, по решению их правительств, на летние месяцы часы переводятся вперед на 1 час (иногда на 2 часа). Такое время называют летним временем.

Летнее время на территории бывшего СССР начинало действовать с 2-х часов ночи последнего воскресенья марта месяца (стрелки всех часов переводятся ровно на 1 час вперед) и заканчивалось в 2 часа ночи последнего воскресенья сентября (а в настоящее время октября) месяца (стрелки часов переводятся ровно на 1 час назад).

Суммарная экономия электроэнергии от введения летнего времени составляла для бывшего СССР примерно 7 миллиардов киловатт часов.

По состоянию на 2024 год и ранее, в России больше не практикуется перевод часов на летнее и зимнее время. Это означает, что в любой день года время в России устанавливается в соответствии с выбранным часовым поясом и не изменяется в течение года.

Летнее московское время отличается от гринвичского на 4 часа, то есть:

Украина зимой живет по поясному времени «2E» часового пояса и отличается от Всемирного (гринвичского) времени на «+2 часа», а летом → на «+3 часа».

Мореплаватели используют судовое время → поясное время того часового пояса, по которому установлены часы на судне.

Для расчета судового времени по заданному Гринвичскому (всемирному) времени применяется формула:

где:

• N E/W – номер часового пояса, поясное время которого принято за судовое.

Судовое время может не соответствовать поясному времени, отвечающему долготе места.

При переходе из одного часового пояса в другой стрелки всех часов переводятся, как правило, в ближайшую полночь на 1 час:

При перестановке часов делается запись в судовом (вахтенном) и навигационном журналах. Неверно избранный счет судового времени приводит к физиологическому и Социально-психологические аспекты управления судовым экипажемпсихологическому перенапряжению экипажа.

Хорошей морской практикой установлено при переходе из одного часового пояса в другой стрелки часов переводить:

• на один час вперед → в ночное время (при следовании на восток), сокращая тем самым длительность ночных вахт;
• на один час назад → после полудня (при следовании на запад), увеличивая тем самым послеобеденный отдых команды. Неизбежное при этом увеличение длительности дневной вахты не столь обременительно, как ночной.

Демаркационная линия времени

Экспедиция Магеллана, совершившая первое кругосветное путешествие, столкнулась с необычным феноменом: после трех лет плавания, моряки обнаружили, что у них пропали одни сутки. Причина кроется в том, что, двигаясь вокруг Земли с запада на восток, они, по сути, “догнали” один день.

В своем плавании Плавание вокруг светаэкспедиция Магеллана пересекла меридиан 180° с востока (E) на запад (W), а дату не изменила. Чтобы избавиться от путаницы в календарных датах астрономы установили строгую линию перемены дат.

Эта линия проходит по Тихому океану в пределах двенадцатого часового пояса. По решению Международной меридианной конференции 1884 года именно здесь начинается новый день. Только здесь и нигде больше на земном шаре можно, образно говоря, сделав один шаг, перебраться «из сегодня во вчера» (рис. 9).

Пусть в нулевом (гринвичском) часовом поясе часы показывают 10⁰⁰ 25 февраля. Тогда, в двенадцатом восточном часовом поясе (N = 12E) на 12 часов больше и часы покажут 22⁰⁰ 25 февраля («время к востоку старше»), а в двенадцатом западном часовом поясе (N = 12W) в тот же момент будет на 12 часов меньше чем на гринвичском меридиане и часы покажут 22⁰⁰ 24 февраля.

Разница составит одни сутки.

Судно С₁, пересекающее меридиан 180° восточным курсом, переходя в западное полушарие, попадает как бы «во вчерашний» день; а судно С₂, следующее западным курсом, переходя в восточное полушарие, попадет как бы «в завтрашний» день.

Установленная линия смены дат → демаркационная линия → проходит по меридиану 180°, огибая при этом Чукотский полуостров, Алеутские острова и некоторые острова Тихого океана.

Судно С₂, пересекающее эту линию с востока (E) на запад (W), должно изменить календарную дату на следующую (22⁰⁰ 24.2 считать 22⁰⁰ 25.2), то есть исключить целые сутки.

Судно С₁, пересекающее эту линию с запада (W) на восток (E), должно изменить календарную дату на предыдущую (22⁰⁰ 25.2 считать 22⁰⁰ 24.2), то есть прожить прошедшие сутки еще раз.

Дату принято менять не в момент пересечения демаркационной линии, а в ближайшую полночь. При смене даты делается запись в судовом (вахтенном) и навигационном журналах.

При пересечении демаркационной линии в западном направлении (судно С₂), в ближайшую полночь меняет дату сразу на двое суток (с 24.2 на 26.2) и одно число выпадает из календаря вообще. Именно этого не учли участники кругосветного плавания Ф. Магеллана.

При пересечении демаркационной линии в восточном направлении (судно С₁), в ближайшую полночь начинают считать прежнюю дату (не 00⁰⁰ 26.2 а 00⁰⁰ 25.2), то есть одно и тоже число (25.2) длится 2 суток подряд.

Поправки измерителей времени

Поправка измерителя времени → это разность (часы, минуты, секунды) между Всемирным (гринвичским) временем (T_ГР) и показанием данного измерителя времени (T) в один и тот же момент.

Как определить поправку часов на корабле? В качестве измерителей времени могут быть использованы хронометр и палубные часы, а при их отсутствии и другие высокоточные измерители → т. н. «рабочие часы»; к которым можно отнести:

• электронные наручные часы (постоянно высвечиваются и секунды);
• высокоточные механические (кварцевые) часы с центральной секундной стрелкой.

При решении задач мореходной астрономии всемирное (гринвичское) время должно быть известно с погрешностью не превышающей «±0,5 c». Для выполнения такого условия необходимо знать поправку хронометра (часов) на любой момент времени. Морская хронометрия – это наука и практика точного измерения времени на борту судна, прежде всего, для целей навигации. Она играет ключевую роль в определении географической долготы, что в прошлом было одной из самых сложных задач мореплавания.

Поправкой хронометра (часов) называется разность между Всемирным (гринвичским) временем и показанием хронометра (часов) в один и тот же момент, то есть:

или

Поправка хронометра (часов) определяется по радиосигналам времени, которые передаются в виде:

• сигналов точного времени, в том числе и ритмических сигналов;
• сигналов проверки времени (шесть точек), передаваемых через широковещательные радиостанции (навигационные приборы).

Сигналы точного времени передаются отечественной длинноволновой радиостанцией РБУ и коротковолновыми радиостанциями РВМ и РАТ.

Сигналы проверки времени в виде шести секундных импульсов длительностью 0,1 с каждый передаются в системе координированного времени TUC в конце каждого часа.

Момент начала передачи первого сигнала соответствует 59 м 55 с текущего часа, момент начала передачи шестого (чуть удлиненного) сигнала → 00 м 00 с, то есть началу очередного часа.

Читайте также: Современные технологии в навигации судов

Радиостанции ПВ/КВ диапазона с ЦИВ и УБПЧНастроив радиоприемник на радиостанцию, передающую сигналы времени и, зная какому всемирному (гринвичскому) времени соответствуют эти сигналы, сняв показания хронометра (часов) на момент передачи (последнего из шести) сигнала, рассчитывается поправка хронометра (часов) по формуле.

Поправка хронометра определяется ежедневно, а поправку часов желательно дополнительно определить перед астрономическими наблюдениями или сразу после их выполнения.

Рассчитанные значения поправок хронометра (часов) записываются в «Журнал хронометров и часов».

или

По истечении 7-10 (как правило 10) суток можно определить суточный ход измерителя времени, но при двух условиях:

• измеритель времени не останавливался в течение этого периода;
• его поправка определялась ежедневно.

Суточный ход хронометра (часов) – это величина изменения поправки хронометра (часов) ровно за одни сутки:

или

где:

• U_ХР (U_Ч1) – поправка хронометра (часов) в первый день;
• U_ХР2 (U_Ч2) – поправка хронометра (часов) через ΔT суток (ровно 10 суток);
• ΔT – число суток (целые и десятые и не менее семи) между первым днем и днем определения суточного хода.

Для перевода числа часов в доли суток имеется специальная таблица ниже:

Зная суточный ход измерителя времени и не имея возможности определить его поправку по радиосигналам времени можно вычислить поправку измерителя времени по его суточному ходу на любой момент времени по формуле:

где:

• U_ХР2 (U_Ч2) – значение последней поправки измерителя времени, определенной по радиосигналам времени;
• ω_ХР (ω_Ч) – значение суточного хода хронометра (часов);
• (T₃ – T₂) – разность времени (сутки и их доли) между временем, на которое рассчитывается поправка и временем, на которое была определена эта поправка (U_ХР2 или U_Ч2) по радиосигналам времени.

Такой прием должен применяться и при каждом определении места астрономическим способом, если не было возможности определить поправку измерителя времени по радиосигналам времени непосредственно перед астрономическими наблюдениями или сразу после их выполнения.

Например:

• В 10⁰⁰ 10 июня U_ХР1 (U_Ч1) = + 0,5 с.
• В 10⁰⁰ 20 июня U_ХР2 (U_Ч2) = + 5,5 с.

Рассчитать U_ХР3 (U_Ч3) по суточному ходу на 18⁰⁰ 21 июня.

Решение:

цифра Рассчитываем суточный ход хронометра (часов):

2 Рассчитываем поправку хронометра (часов) по суточному ходу на 18⁰⁰ 21 июня.

Моменты измерения высот светил навигационным секстантом замечаются, как правило, по обыкновенным (наручным) часам, поправка которых неизвестна.

Поправка этих часов может быть определена «по сличению» с тем измерителем времени, поправка которого известна.

То есть:

или

– поправка первых часов (U_Ч1) известна.

Имея значение «сличения» можно определить и поправку рабочих часов (U_Ч2):

где:

• U_ХР (U_Ч1) – известное значение поправки хронометра (часов).

Как определить поправку хронометра (сличение времени)

А Одним наблюдателем

1. Открыть обе крышки ящика хронометра и записать время, кратное следующей за текущей, минуте (T_ХР = 09 ч 05 м 00 с).
2. Настроиться на счет секундных «ударов» хронометра и за 10 с до записанного времени (09 ч 04 м 50 с) начать счет этих «ударов»: «ноль – один» (51 с), «ноль – два» (52 с), «ноль – три» (53 с), и т. д., наблюдая при этом за секундной стрелкой хронометра.
3. При счете «ноль – пять» (55 с), перевести взгляд на секундную стрелку рабочих часов и, слушая «удары» хронометра, продолжать их счет: «ноль – шесть» (56 с), «ноль – семь» (57с), и т. д., наблюдая при этом за секундной стрелкой часов.
4. При счете «ноль – десять» (60 с) – записать показания рабочих часов (T_Ч = 12 ч 10 м 15 с).
5. Рассчитать значение сличения: СЛ = T_ХР – T_Ч = 09 ч 05 м 00 с – 12 ч 10 м 15 с = -3 ч 05 м 15 с.
6. Из «Журнала хронометра и часов» выбрать значение поправки данного хронометра на текущие сутки, или уточнить ее значение по суточному ходу хронометра (U_ХР = +3 м 25 с).
7. Рассчитать поправку рабочих часов:

Ответ: U_Ч = -3 ч 01 м 50 с.

Б Синхронизация времени двумя наблюдателями

1 По команде первого наблюдателя «Товсь! Ноль!»:

• второй наблюдатель замечает время по рабочим часам (T_Ч = 12 ч 11 м 25 с);
• первый наблюдатель замечает время по хронометру (T_ХР = 09 ч 06 м 10 с).

2 Далее см. п. п. 5, 6, 7 раздела А (одним наблюдателем).

Задачи на вычисление суточного хода хронометра (ω_ХР) и его поправки (u_ХР3) на заданное время (T_З).

Автор

Ольга Несветайлова

Фрилансер

Литература

1. Астрономический календарь. Постоянная часть. Изд. 7-е. М.: Наука, 1981, 704 с.
2. Бакулин П. И. и др. Курс общей астрономии. – М., Госфизматиздат, 1983 г., 558 с.
3. Морской астрономический ежегодник («МАЕ») текущего года. – ГУНиО МО (№ 9002), 320 с.
4. Морской энциклопедический словарь т. 3 Р-Я. СПб.: Судостроение, 1994, 488 с.
5. Генри Джи – Очень краткая история жизни на Земле: 4,6 миллиарда лет в 12 лаконичных главах, 2023.