ΔT (хронометраж) - ΔT (timekeeping)

Эта статья о долгосрочном дрейфе продолжительности дня. Для связанных более краткосрочных вариантов см. Колебания продолжительности дня. Для других значений математического обозначения ΔТ, видеть ΔT (значения).
ΔТ по сравнению со временем с 1657 по 2018 год[1][2]

В точном хронометраж, ΔТ (Дельта Т, дельта-Т, дельтаТ, или же DТ) является мерой кумулятивного эффекта отклонения периода вращения Земли от дня фиксированной длины атомное время.[3] Формально это разница во времени, полученная вычитанием Всемирное время (UT, определяется вращением Земли) от Земное время (TT, независимо от вращения Земли): ΔТ = TT - UT. Значение ΔT на начало 1902 г. было примерно равно нулю; для 2002 года это было около 64 секунд. Таким образом, вращение Земли за это столетие заняло примерно 64 секунды больше, чем нужно для дней атомного времени. Наряду с этим долгосрочным дрейфом продолжительности дня есть и краткосрочные колебания продолжительности дня (Δτ), которые рассматриваются отдельно.

Расчет

Скорость вращения Земли равна ν = 1/2π dθ/dt, а день соответствует одному периоду п = 1/ν. Вращательное ускорение dν/dt дает скорость изменения периода dP/dt = −1/ν2 dν/dt, который обычно выражается как α = ν dP/dt = −1/ν dν/dt. Единица измерения - 1 / время, и обычно указывается в миллисекундах в день за столетие (записывается как мс / день / цикл, понимается как (мс / день) / цикл). Интеграция α дает выражение для ΔТ против времени.

Всемирное время

Всемирное время - это шкала времени, основанная на Вращение Земли, которое является несколько нерегулярным в течение коротких периодов времени (дни до столетия), поэтому любое время, основанное на нем, не может иметь точность лучше, чем 1 из 108. Однако более значительный и последовательный эффект наблюдался на протяжении многих веков: скорость вращения Земли неумолимо замедляется. Это наблюдаемое изменение скорости вращения объясняется двумя первичными силами: одной уменьшающейся, а другой увеличивающей скорость вращения Земли. В долгосрочной перспективе доминирующей силой является приливное трение, который замедляет скорость вращения, внося около α = +2.3 мс / день / цикл или dP/dt = +2.3 мс / цикл, что равно очень маленькому дробному изменению +7.3×10−13 день / день. Считается, что наиболее важная сила, действующая в противоположном направлении, ускоряющая скорость, является результатом таяния континентальных ледяных щитов в конце пролива. последний ледниковый период. Это сняло их огромный вес, позволив земле под ними начать отскакивать вверх в полярных регионах, эффект, который все еще имеет место сегодня и будет продолжаться до тех пор, пока не будет достигнуто изостатическое равновесие. Этот "послеледниковый отскок "приближает массу к оси вращения Земли, что заставляет Землю вращаться быстрее, согласно закону сохранение углового момента, как фигурист, тянущий руки, чтобы вращаться быстрее. По оценкам моделей, вклад этого эффекта составляет около -0,6 мс / день / цикл. Комбинируя эти два эффекта, чистое ускорение (фактически замедление) вращения Земли или изменение продолжительности среднего солнечного дня (LOD) составляет +1,7 мс / день / с или +62 с / с.2 или +46,5 нс / сутки2. Это соответствует средней скорости, полученной из астрономических записей за последние 27 веков.[4]

Земное время

Земное время - это теоретическая единообразная шкала времени, определенная для обеспечения преемственности с первой шкалой. Эфемеридное время (ET). ET был независимой временной переменной, предложенной (и согласованной) в период 1948–1952 годов.[5] с целью формирования гравитационно-однородной шкалы времени, насколько это было возможно в то время, и в зависимости от ее определения от Саймон Ньюкомб с Таблицы Солнца (1895), интерпретированный по-новому, чтобы учесть некоторые наблюдаемые расхождения.[6] Таблицы Ньюкома легли в основу всех астрономических эфемерид Солнца с 1900 по 1983 год: они были первоначально выражены (и опубликованы) в терминах среднего времени по Гринвичу и средних солнечных суток,[7][8] но позже, в отношении периода 1960–1983 гг., они рассматривались как выраженные в терминах ET,[9] в соответствии с принятым предложением ET 1948–1952 гг. ET, в свою очередь, теперь можно увидеть (в свете современных результатов)[10] как можно ближе к среднему среднему солнечному времени между 1750 и 1890 годами (с центром в 1820 году), потому что это был период, в течение которого проводились наблюдения, на которых были основаны таблицы Ньюкома. В то время как TT строго единообразный (основанный на SI второй, каждая секунда такая же, как и каждая вторая секунда), на практике это реализуется Международное атомное время (TAI) с точностью около 1 части из 1014.

Скорость вращения Земли

Скорость вращения Земли необходимо интегрировать, чтобы получить время, которое является угловым положением Земли (в частности, ориентацией меридиана Гринвича относительно фиктивного среднее солнце ). Интегрирование +1,7 мс / день / цикл и центрирование полученной параболы на 1820 году дает (в первом приближении) 32 × (год - 1820/100)2
 - 20 секунд для ΔТ.[11][12] Сглаженные исторические измерения ΔТ с использованием всего солнечные затмения составляют около +17190 с в году −500 (501до н.э ), +10580 с в 0 (1 г. до н.э.), +5710 с в 500, +1570 с в 1000 и +200 с в 1500. После изобретения телескопа измерения проводились путем наблюдения затмений звезд с помощью Луна, что позволило получить более близко расположенные и более точные значения для ΔТ. ΔТ продолжал уменьшаться, пока не достиг плато +11 ± 6 с между 1680 и 1866 годами. В течение примерно трех десятилетий непосредственно перед 1902 он был отрицательным, достигнув -6,64 с. Затем оно увеличилось до +63,83 с в январе 2000 г. и до +68,97 с в январе 2018 г. [13] и +69,361 с в январе 2020 года после даже небольшого снижения с 69,358 с в июле 2019 года до 69,338 с в сентябре и октябре 2019 года и нового увеличения в ноябре и декабре 2019 года. Это потребует добавления все большего количества високосные секунды к универсальное глобальное время пока UTC отслеживает UT1 с корректировкой в ​​одну секунду. (Секунда в системе СИ, используемая сейчас для UTC, когда она принята, была уже немного короче, чем текущее значение секунды среднего солнечного времени.[14]) Физически меридиан Гринвича во всемирном времени почти всегда находится к востоку от меридиана земного времени, как в прошлом, так и в будущем. +17190 с или около4 3⁄4 h соответствует 71,625 ° в.д. Это означает, что в году −500 (501до н.э ), Более быстрое вращение Земли привело бы к полному солнечному затмению на 71,625 ° к востоку от местоположения, рассчитанного с использованием однородного TT.

Ценности до 1955 г.

Все значения ΔТ до 1955 г. зависели от наблюдений за Луной либо через затмения, либо через затмения. Момент импульса, потерянный Землей из-за трения, вызванного приливным эффектом Луны, передается Луне, увеличивая ее угловой момент, что означает, что ее плечо момента (приблизительно расстояние от Земли, то есть точно большая полуось Орбита Луны) увеличена (пока около +3,8 см / год), что через Законы движения планет Кеплера заставляет Луну вращаться вокруг Земли с более медленной скоростью. Приведенные значения ΔТ предположим, что лунное ускорение (фактически замедление, то есть отрицательное ускорение) из-за этого эффекта равно dп/dt = −26 ″ / cy2, куда п - среднее звездное угловое движение Луны. Это близко к наилучшей оценке для dп/dt по состоянию на 2002 год −25,858 ± 0,003 ″ / с2[15], поэтому ΔТ не нужно пересчитывать с учетом неопределенностей и сглаживания, примененных к его текущим значениям. В настоящее время UT - это наблюдаемая ориентация Земли относительно инерциальной системы отсчета, образованной внегалактическими радиоисточниками, модифицированная принятым соотношением между звездное время и солнечное время. Его измерения несколькими обсерваториями координируются Международная служба вращения Земли и систем отсчета (IERS).

Геологические свидетельства

Приливное замедление ставки менялись на протяжении истории системы Земля-Луна. Анализ расслоения в ископаемых раковины моллюсков 70 миллионов лет назад, в Поздний мел период, показывает, что в году было 372 дня, и, таким образом, длина дня тогда составляла около 23,5 часов.[16][17] На основании геологических исследований приливные ритмы, 620 миллионов лет назад день длился 21,9 ± 0,4 часа, и было 13,1 ± 0,1 синодических месяцев в году и 400 ± 7 солнечных дней в году. Средняя скорость удаления Луны с тех пор и сейчас составляла 2,17 ± 0,31 см / год, что примерно вдвое меньше нынешней скорости. Текущий высокий показатель может быть связан с резонанс между естественными частотами океана и частотами приливов.[18]

Примечания

  1. ^ Центр быстрого обслуживания / прогнозирования IERS (ок. 1986 г.). Историческая дельта T и LOD. Источник приписывает данные Маккарти и Бэбкоку (1986). Проверено в декабре 2009 года.
  2. ^ IERS Rapid Service / Центр прогнозирования. Ежемесячные определения Delta T. Проверено май 2018.
  3. ^ «День атомного времени» в этой статье относится к дню в 86 400 атомных секунд или, более формально, 86 400 секунд Земное время.
  4. ^ Маккарти и Зайдельманн 2009, 88–89.
  5. ^ Пояснительное приложение к астрономическим эфемеридам и американским эфемеридам и морскому альманаху, Офисы морских альманахов Великобритании и США (1961 г.), стр. 9 и 71.
  6. ^ См. Предложение Г. М. Клеманса от 1948 г., содержащееся в его статье: "О системе астрономических констант ", Астрономический журнал (1948) том 53 (6), выпуск № 1170, стр 169–179; также Г. М. Клеменс (1971) "Понятие эфемеридного времени ", в Журнал истории астрономии v2 (1971), pp. 73–79 (подробное описание происхождения и принятия предложения по эфемеридному времени); также статья Эфемеридное время и ссылки в нем.
  7. ^ Ньюкомба Таблицы Солнца (Вашингтон, 1895 г.), Введение, I. Основа таблиц, стр. 9 и 20, где указаны единицы времени: средний полдень по Гринвичу, среднее время по Гринвичу и средний солнечный день.
  8. ^ W de Sitter, на стр. 38 из Бюллетень астрономических институтов Нидерландов, v4 (1927), pp.21–38, "О вековых ускорениях и колебаниях Луны, Солнца, Меркурия и Венеры «, который относится к« астрономическому времени », определяемому вращением Земли и используемому во всех практических астрономических вычислениях», и заявляет, что оно «отличается от« однородного »или« ньютоновского »времени».
  9. ^ См. Стр. 612 дюйм Пояснительное приложение к астрономическому альманаху, изд. П. К. Зайдельманн, 1992 г., подтверждающий введение ЕТ в выпуск эфемерид 1960 г.
  10. ^ См. Особенно FR Stephenson (1997) и Stephenson & Morrison (1995), книги и статьи, цитируемые ниже.
  11. ^ Аналогичная парабола изображена на стр. 54 из McCarthy & Seidelmann (2009).
  12. ^ https://eclipse.gsfc.nasa.gov/SEhelp/deltat2004.html
  13. ^ «Долгосрочный портал морской океанографии Delta T». c. 2018 г.. Получено 29 сентября, 2018.
  14. ^ : (1) В «Физической основе дополнительной секунды», Д. Д. Маккарти, К. Хакман и Р. А. Нельсон, в Астрономический журнал, vol.136 (2008), pages 1906–1908, утверждается (page 1908), что «секунда в системе СИ эквивалентна старому такту секунды UT1, который был слишком мал, чтобы начинать с него и далее, поскольку длительность UT1 секунды увеличивается, расхождение увеличивается ». : (2) В конце 1950-х годов цезиевый стандарт использовался для измерения как текущей средней продолжительности секунды среднего солнечного времени (UT2) (результат: 9192631830 циклов), так и секунды эфемеридного времени (ET) (результат: 9192631770 ± 20 циклов), см. «Шкала времени» Л. Эссена, в Метрология, vol.4 (1968), pp.161–165, on p.162. Как известно, цифра 9192631770 была выбрана для SI второй. Л. Эссен в той же статье 1968 года (стр. 162) заявил, что это «казалось разумным с учетом вариаций в UT2».
  15. ^ Ж. Шапрон, М. Шапрон-Тузе, Ж. Франку (2002): "Новое определение параметров лунной орбиты, постоянной прецессии и приливного ускорения на основе измерений LLR. " (также в PDF ). Астрономия и астрофизика 387, 700–709.
  16. ^ «Древние ракушки показывают, что дни были на полчаса короче 70 миллионов лет назад: дальний родственник современных моллюсков в форме пивной кружки сделал снимки жарких дней в конце мелового периода». ScienceDaily. Получено 14 марта, 2020.
  17. ^ Винтер, Нильс Дж. Де; Годерис, Стивен; Мальдерен, Стейн Дж. М. Ван; Синнесаэль, Матиас; Ванстенберге, Стеф; Снок, Кристоф; Белза, Шутка; Vanhaecke, Франк; Клэйс, Филипп (2020). «Субдневная химическая изменчивость в рудистской оболочке Torreites Sanchezi: последствия для рудистской палеобиологии и мелового цикла день-ночь». Палеокеанография и палеоклиматология. 35 (2): e2019PA003723. Дои:10.1029 / 2019PA003723. ISSN  2572-4525.
  18. ^ Уильямс, Джордж Э. (2000). «Геологические ограничения докембрийской истории вращения Земли и орбиты Луны». Обзоры геофизики. 38 (1): 37–60. Bibcode:2000RvGeo..38 ... 37Вт. CiteSeerX  10.1.1.597.6421. Дои:10.1029 / 1999RG900016.

Рекомендации

  • Маккарти, Д. И Зайдельманн, П. ВРЕМЯ: От вращения Земли к атомной физике. Вайнхайм: Wiley-VCH. (2009). ISBN  978-3-527-40780-4
  • Моррисон, Л. И Стивенсон, Ф. Р. "Исторические значения погрешности часов Земли ΔТ и расчет затмений "(pdf, 862 КБ), Журнал истории астрономии 35 (2004) 327–336.
  • Стивенсон, Ф. Исторические затмения и вращение Земли. Издательство Кембриджского университета, 1997. ISBN  0-521-46194-4
  • Стефенсон, Ф. Р., Моррисон, Л. В. «Долговременные колебания вращения Земли: с 700 г. до н.э. до 1990 г. н.э.». Философские труды Лондонского королевского общества, Серия А 351 (1995) 165–202. Ссылка JSTOR. Включает свидетельства того, что «рост» Delta-T видоизменяется колебанием с длиной волны около 1500 лет; если это правда, то в течение следующих нескольких столетий значения Delta-T будут увеличиваться медленнее, чем предполагалось.

внешняя ссылка