Время и современная физика - Зайцева Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
Объяснение флуктуации не столь просто. В качестве возможной причины указывалось на внезапные изменения момента инерции Земли. Успехи, достигнутые в создании часов (сначала маятники при постоянных температуре и давлении, затем кварцевые часы и, наконец, атомные и молекулярные эталоны частоты), позволяют сравнивать земное время с наиболее равномерными эталонами времени и, как мы увидим в дальнейшем, дают
1 Речь идет о кажущемся ускорении движения других небесных тел, что объясняется в действительности замедлением вращения Земли.— Прим. ред.
60
возможность провести значительно более полный анализ возникающих неравномерностей.
Начатые в то время, когда меридианный круг был единственным инструментом для измерения астрономического времени, эти сравнения постепенно стали значительно более точными (рис. 2), в частности, благодаря
1900
то
Год
¦ сред-
1800 1*50
Рис. 2. Эволюция точности измерения земного времени; 0-
няя квадратичная ошибка в миллисекундах. 1— определение по Солнцу (1797 г.), меридиан фиксируется одной нитью; 2 — определение- по Солнцу (1855 г.), меридиан фиксируется 10 нитями; 3— определение по 10 звездам (1920 г.), микрометр с подвижной нитью, меридианный круг с фокусным расстоянием 2,4 м; 3'— определение по 10 звездам (1920 г.), микрометр с подвижной нитью, меридианный круг с фокусным расстоянием 0,75 м\ 4 — определение по 22 звездам (1955 г.), микрометр с двойным изображением, астролябия 00; 5 — определение по 28 звездам (1957 г.), микрометр с двойным изображением, астролябия ОРЬ 01; 5'— «исправленное»
значение 5.
использованию современных астрономических инструментов. Сравнение земного времени, измеренного с помощью меридианного круга, со временем, измеренным с помощью самых совершенных инструментов — маятниковых часов при постоянных температуре и давлении и первых кварцевых часов,— уже в 1937 году показало, что сезон-
61
ные, почти периодические флуктуации вращения Земли в среднем за год приводят к изменению продолжительности дня на 0,002 секунды. Сравнение земного времени (измеренного с помощью астролябии) с атомным временем позволило Данжону (1959) обнаружить слабые частые флуктуации угловой скорости вращения Земли, имеющие гравитационное происхождение. Некоторые астрономы полагают, что «большие» флуктуации, аналогичные введенным Хансеном и подтвержденным Ньюком-бом, могли бы возникнуть в результате сложения более слабых и частых флуктуации, возникновение которых имеет случайный характер.
Таким образом, невозможно построить эфемериду земного вращения с точностью, превышающей 10~7; это предельная точность, которая может быть достигнута при определении времени по земным часам.
Использование Солнца в качестве теоретических часов
С точки зрения потребностей современной метрологии земное время приводит к значительным неточностям. По этой причине в 1956 году Международное бюро мер и весов отказалось от старого определения единицы времени— секунды, которая определялась как 1/86 400 продолжительности среднего солнечного дня, то есть как определенная доля промежутка времени, связанного с вращением Земли. Решено было ввести единичный промежуток времени, определяемый по орбитальному движению. За основу был выбран тропический год1. Тропический год определяется периодом вращения центра тяжести системы Земля —Луна вокруг Солнца. Его продолжительность постепенно меняется из-за возмущений, оказываемых на рассматриваемое движение планетами, поэтому пришлось уточнить, для какого времени рассматривается тропический год, определяющий секунду.
Было принято следующее определение: секунда — это 1/31556925,9747 длительности тропического года для О января 1900 года, в 12 часов времени эфемерид. Здесь требуется несколько пояснений. Во-первых, знаменатель дроби, определяющий длительность секунды, может пока-
1 Период между двумя прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия. —• Прим. ред.
62
заться излишне сложным: фактически речь идет о числе, с которым часто приходится иметь дело в астрономии и которое желательно сохранить неизменным. Во-вторых, для неспециалиста неясно, почему именно тропический год берется в качестве эталона. Дело в том, что речь идет о моменте, близком началу тропического 1900 года, для которого средняя долгота Солнца равна 279°41'48",04; в календаре этот момент приходится на 31 декабря 1899 года и близок к 12 часам универсального времени. Поэтому условились, что в новом масштабе, названном масштабом времени эфемерид, это будет точно 12 часов.
Таким образом время эфемерид определяется годичным движением системы Земля — Луна вокруг Солнца, или, наоборот, кажущимся годичным движением Солнца вокруг Земли. Поэтому наблюдение за положением Солнца позволяет определить время по эфемериде. В действительности это наблюдение слишком неточно, чтобы служить практическим методом измерения времени, и его заменяют наблюдением за положением Луны на своей орбите, так как время эфемериды Луны связано с временем эфемериды Солнца. Однако точность измерения остается еще недостаточной, и новое определение секунды, хотя и удовлетворительное с теоретической точки зрения, остается пока в какой-то мере абстрактным.
