ВРЕМЯ
В условиях космического полета привязка ко времени координат аппарата, траектор ных измерений, телеметрической информации, телевизионных снимков и других данных требует высокой точности. Необходимость использования различных шкал времени обусловлена существующими традициями, возможностями современной техники, приняты ми административными решениями, явления ми природы и физическими свойствами материи. Ниже описываются 5 наиболее важных для рассматриваемого круга вопросов шкал времени:
1. Барицентрическое динамическое время TDB (Barycentric Dynamical Time)
2. Земное время TT (Terrestrial Time)
3. Атомное время TAI (International Atomic Time).
4. Международное координированное время UTC (Coordinated Universal Time).
5. Всемирное время UT (Universal Time).
Барицентрическое динамическое время. В современном представлении время — понятие релятивистское. Шкалы времени различаются в точках пространства, движущихся с раз личными скоростями. TDB отнесено к инерциальной системе координат, теоретически ассоциированной с барицентром Солнечной системы. Шкала TDB используется в качестве аргумента дифференциальных уравнений движения тел Солнечной системы. Для привязки времени, измеренного расположенными на Земле приборами, к шкале TDB учитываются эффекты общей теории относительности, возникающие вследствие орбитального движения Земли и движения станции наблюдения относительно центра масс Земли.
Барицентрическое динамическое время определено в 1976 г. Международным астрономическим союзом (МАС) вместо нерелятивистского эфемеридного времени, которое использовалось с 1960 г. как аргумент в таблицах эфемерид тел Солнечной системы.
Земное время. Шкала земного времени определена МАС в 1976 г. как дополнение к шкале TDB, в качестве времени теоретически приближающего собственное (в терминологии общей теории относительности) время земного наблюдателя. До 1991 г. данное время называлось Земным динамическим временем TDT (Terrestrial Dynamical Time). В 1991 г. МАС принял решение изменить обозначение шкалы времени TDT на TT из- за несоответствия непосредственно динамике движения Земли или какого либо другого тела Солнечной системы.
Шкала TT отличается от шкалы динамического времени TDB на величину релятивистскихпо правок, которые носят периодический характер и имеют амплитуду, приблизительно равную 0,0016 с. Скорости изменения шкал времени TT и TDB определены таким образом, что данные поправки содержат только периодические члены, возникающие вследствие орбитального движения Земли относительно барицентра Солнечной системы. Приближенно, с учетом главных членов, содержащих годовой и полугодовой периоды, переход от шкалы времени TT к TDB можно выполнить по формуле
TDB = TT+0,001658 sin g + 0,000014sin 2g,
где g=357,53+0,9856003( jd — 2 451545);
jd —юлианская дата, соответствующая текущему моменту времени.
Юлианские даты. Юлианский счет суток или юлианские даты используются для подсчета числа суток, протекших между заданными датами и других расчетов, связанных с привязкой событий ко времени. Юлианские даты считаются непрерывно через годы, столетия и тысячелетия, начиная с 12 ч Гринвичского времени 1 января 4713 г. до н. э. Этот момент времени считается нулевым юлианским днем. Определить количество суток d между двумя календарными датами date1 и date2 можно по формуле
d=JD(date2)-JD(date1),
где JD(date1) и JD(date2)— юлианские даты, относящиеся к календарным датам date1 и date2 соответственно.
Атомное время. В отличие от теоретически определенных шкал времени TDB и TT между народная шкала атомного времени TAI базируется на измерениях очень точных приборов, расположенных на поверхности Земли. Шкала времени TAI построена на базе показаний около 300 атомных часов более 50 лабораторий различных стран. В 1967 г. 13я Генеральная конференция по мерам и весам установила длительность секунды шкалы времени TAI равной 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующим переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия 133. В настоящее время TAI служит наилучшим измеряемым приближением к шкале времени TT и обеспечивает связь наблюдаемых физическими приборами событий с динамической шкалой времени TDB. С другой стороны, TAI являютсяосновой для построения шкалы гражданского времени UTC. Нульпункт шкалы времени TAI сдвинут относительно шкалы времени TT на 32,184 с:
TT=TAI+32,184.
Международное координированное время.Шкала международного координированного времени UTC повсеместно используется как гражданское время.
До 1961 г. радиосигналы точного времени были синхронизированы с Гринвичским средним временем, определенным на основе астрометрических данных. В период с 1961 по 1971 г. решениями МАС длительность секунды UTC изменялась таким образом, чтобы обеспечить синхронность с вращением Земли.
На 1 января 1972 г. МАС определил величину сдвига шкалы ТАI относительно шкалы UTC на 10 с. Данная величина приблизительно соответствует разности между UT1 и UTC, накопленной с 1958 г., когда смещение шкалы TAI относительно UT1 было установлено равным нулю. Длительность секунды UTC начиная с 1 января 1972 г. установлена равной длительности секунды атомного времени TAI. Таким образом, современная шкала UTC отличается от TAI на целое число секунд.
Для согласования шкалы UTC с астрономическим временем UT1 (среднее солнечное время), базирующимся на измерениях осевого вращения Земли, в шкалу UTC периодически вносятся скачкообразные поправки, величиной в 1 с. Такие поправки вносят и реализуют между 30 июня и 1 июля текущего года или 31 декабря текущего года и 1 января следующего го да, когда разность UT1 UTC 0,9.
Всемирное время. Всемирное время UT (Universal Time) используют с 1 января 1925 г. вместо астрономического времени, отсчитывается от нижней кульминации среднего Солнца на меридиане Гринвича. Измерения всемирно го времени получают в результате обработки данных обсерваторий, в которые наибольший вклад вносят радиоинтерферометры со сверх длинной базой. С 1 января 1956 г. определены три шкалы всемирного времени:
UT0 — всемирное время, определяемое на основе непосредственных астрономических наблюдений, т.е. время мгновенного Гринвичского меридиана, положение плоскости которого характеризуется мгновенным положением полюсов Земли;
UT1 — среднее солнечное время, определяемое угловым положением среднего Гринвичского меридиана. Отличается от UT0 по правками на смещение географического полюса вследствие смещения тела Земли относительно оси ее вращения;
UT2 — «сглаженное» время UT1 с поправками на сезонные изменения угловой скорости вращения Земли.
Наиболее важна система UT1, отражающая действительное вращение Земли. Она определяет ориентацию среднего Гринвичского меридиана, т.е. оси X системы координат, связанной с фигурой Земли. Шкалы UT0 и UT2 в настоящее время практически не применяют. Шкалу времени UT1 используют для определения ориентации Земли в инерциальном пространстве. Переход от шкалы времени UT1 к шкале времени UTC осуществляют по специальным таблицам, которые публикует Международная служба вращения Земли IERS (International Earth Rotation Service).
На рисунке ниже графически представлена схема взаимозависимости шкал времени.
Источниками измерений времени (два прямо угольника, расположенные наверху схемы) являются атомные эталоны частоты, на которых базируется шкала времени TAI, и данные обсерваторий, обеспечивающие высокоточное определение шкалы времени UT1. На основе этих источников строят шкалу времени TT, наиболее точно приближающую равномерную шкалу собственного времени наблюдателя, шкалы динамического времени, ассоциированную с временем наблюдателя, расположенного в инерциальной системе координат (центр масс Солнечной системы) и времени UTC. Три прямоугольника, расположенные в нижней части схемы, указывают на области применения шкал времени TDB, UTC, UT1.
Источник