Время и современная физика - Зайцева Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
Время эфемерид
Если известна теория, которая, как мы только что видели, является существенно приближенной, то для ряда значений переменной і в соответствующем масштабе можно вычислить значения величин, определяющих положение движущегося тела; результат такого вычисле-
1 Релятивистской называется механика теории относительности, справедливая при сколь угодно больших скоростях. В предельном случае скоростей, малых в сравнении со скоростью света, она переходит в классическую механику Ньютона. Отклонения от последней, происходящие от того, что отношение скорости движения к скорости света не бесконечно мало, дают релятивистские поправки.—Прим. ред.
55
ния называется эфемеридой движения рассматриваемого объекта. Измерение значения одной из этих величин в определенный момент позволяет с помощью обратной интерполяции для эфемериды узнать значение переменной I в этот момент. Так как теория лишь приближенная, то эта величина не совпадает точно с механическим временем для данного момента — назовем ее эфемерид-ным временем наблюдаемого небесного тела.
Если рассматривать одновременно несколько планетных движений, то в идеальном случае, когда учитываются все действующие силы, каждое из этих движений дало бы способ измерения единого механического времени, но фактически оно определяет время своей собственной эфемериды. Различные масштабы времени, определяемые таким путем, оказываются несогласованными. Однако изучение отклонений при переходе от одной эфемериды к другой способствует улучшению теорий, а наиболее разработанные теории в конечном счете должны определять масштабы времени, которые в пределах достигаемой точности соответствуют друг другу. Каждая из эфемерид характеризует свой масштаб, который можно назвать временем эфемериды; совокупность эфемеридных времен дает наилучшее для данной эпохи приближение к механическому времени.
Введенное таким образом понятие времени эфемерид остается весьма абстрактным: оно не удовлетворяет практическим нуждам метрологии. Необходим единый эталон движения. По этой причине эфемеридное время условно определяется через эфемериду Солнца; впрочем, все, что мы сейчас сказали, хорошо иллюстрируется тем, что на практике эфемеридное время измеряется по движению Луны, поскольку только так можно достигнуть наибольшей точности.
Земля как пример нерегулярно идущих часов
До сих пор мы рассматривали лишь орбитальные движения. Так как теория движения тела вокруг своего центра тяжести может быть получена в рамках основных законов механики, то a priori для нахождения механического времени можно использовать суточное враще-
56
ние Земли. Обычно определяемое таким путем время называют земным; говоря более точно, универсальное время при соответствующем выборе масштаба выражается через земное время.
Механическое время впервые было определено по земному времени. Земное время было принято за основу, поскольку считалось, что Земля равномерно вращается вокруг своей оси. Постоянство угловой скорости вращения Земли сначала рассматривалось как постулат, но затем было доказано применением к Земле теории Эйлера, позволяющей изучить вращение твердого тела вокруг своего центра тяжести. В результате было установлено, что мгновенная ось вращения движется одновременно относительно фиксированной пространственной системы отсчета (прецессия и нутация) и системы отсчета, связанной с Землей (движение полюса), но абсолютная величина угловой скорости вращения с течением времени не меняется.
Применение теории Эйлера к Земле неявно основывается на двух гипотезах: 1) силы, с которыми Солнце и Луна действуют на Землю, чисто гравитационные; 2) Земля рассматривается как твердое тело.
Очевидно, вторая из этих гипотез может быть лишь приближенной: Земля покрыта водой (океаны) и газом (атмосфера), движения которых легко заметны. Более того, та часть, которая нам кажется твердой и в которой сосредоточена основная масса, в действительности обладает упругостью (ее упругость сравнима с упругостью стали), а в сферических слоях земной коры, возможно, существуют перемещения масс, влекущие за собой изменения .общего момента инерции. Реальные условия, таким образом, далеки' от гипотез Эйлера: движения мгновенной оси, предсказываемые Эйл'ером, на самом деле оказываются измененными и, более того, постоянство угловой скорости вращения также всего лишь приближенное.
Если бы была создана достаточно точная теория изменений скорости вращения Земли и движений мгновенной оси, то можно было бы подсчитать эфемериды земного вращения, но в большинстве случаев строго проанализировать причины этих явлений не удается. Сравнение земного времени со временем эфемерид позволяет выявить подобные изменения, а сравнение с атомным вре-
57
мен ем дает возможность продолжить их изучение со все возрастающей точностью.
Изменения угловой скорости вращения Земли бывают трех видов: монотонно изменяющиеся, периодические или почти периодические и случайные. Монотонные изменения происходят очень медленно; периодические или почти периодические, как и случайные колебания, имеют малую амплитуду. Не удивительно, что гипотеза равномерного вращения Земли существовала долгое время, не мешая развитию небесной механики.
