Международное атомное время (сокращенно TAI , от французского названия tempsatomique International [1] ) — это высокоточный стандарт времени в атомных координатах , основанный на воображаемом прохождении собственного времени на геоиде Земли . [2] TAI представляет собой средневзвешенное значение времени, измеряемого более чем 450 атомными часами в более чем 80 национальных лабораториях по всему миру. [3] Это непрерывная шкала времени, без дополнительных секунд , и это основная реализация земного времени (с фиксированным смещением эпохи ). Это основа всемирного координированного времени (UTC), которое используется для гражданского времени на всей поверхности Земли и имеет дополнительные секунды.
UTC отклоняется от TAI на несколько целых секунд. По состоянию на 1 января 2017 года [обновлять], когда была введена в силу еще одна дополнительная секунда , [4] UTC в настоящее время отстает от TAI ровно на 37 секунд. 37 секунд являются результатом первоначальной разницы в 10 секунд в начале 1972 года плюс 27 дополнительных секунд по всемирному координированному времени с 1972 года.
TAI можно сообщать с использованием традиционных средств указания дней, перенесенных из неоднородных стандартов времени, основанных на вращении Земли. В частности, используются как юлианские дни , так и григорианский календарь . TAI в этой форме был синхронизирован со Всемирным временем в начале 1958 года, и с тех пор они разошлись, главным образом из-за замедления вращения Земли.
TAI представляет собой средневзвешенное значение времени, измеряемого более чем 450 атомными часами в более чем 80 национальных лабораториях по всему миру. [3] Большинство задействованных часов являются цезиевыми часами ; Определение секунды в Международной системе единиц (СИ) основано на цезии . [5] Часы сравниваются с использованием сигналов GPS и двусторонней спутниковой передачи времени и частоты . [6] Благодаря усреднению сигнала TAI на порядок стабильнее своих лучших составляющих тактовых импульсов.
Каждое из участвующих учреждений транслирует в режиме реального времени частотный сигнал с тайм-кодами , что соответствует их оценке TAI. Тайм-коды обычно публикуются в формате UTC, который отличается от TAI на известное целое число секунд. Эти временные шкалы обозначаются в формате UTC(NPL) в формате UTC, где NPL здесь обозначает Национальную физическую лабораторию Великобритании . Форма TAI может обозначаться TAI(NPL) . Последний не следует путать с TA(NPL) , который обозначает независимую атомарную шкалу времени, не синхронизированную с TAI или чем-либо еще.
Часы в разных учреждениях регулярно сверяют друг с другом. Международное бюро мер и весов (BIPM, Франция) объединяет эти измерения для ретроспективного расчета средневзвешенного значения, которое формирует наиболее стабильную шкалу времени. [3] Эта комбинированная временная шкала ежемесячно публикуется в «Circular T», [7] и является каноническим TAI. Эта временная шкала выражается в виде таблиц разностей UTC − UTC( k ) (равных TAI − TAI( k )) для каждого участвующего учреждения k . В том же циркуляре также приведены таблицы TAI − TA( k ) для различных несинхронизированных атомных временных шкал.
Ошибки в публикации могут быть исправлены путем выпуска пересмотренной версии ошибочного Циркуляра Т или внесения опечаток в последующий Циркуляр Т. Помимо этого, после публикации в Циркуляре Т шкала TAI не пересматривается. Оглядываясь назад, можно обнаружить ошибки в TAI и лучше оценить истинную собственную временную шкалу. Поскольку опубликованные циркуляры являются окончательными, более точные оценки не создают новую версию TAI; вместо этого считается, что он обеспечивает лучшую реализацию земного времени (TT).
Ранние атомные шкалы времени состояли из кварцевых часов с частотами, откалиброванными с помощью одних атомных часов; атомные часы не работали непрерывно. Службы атомного хронометража начались экспериментально в 1955 году с использованием первых атомных часов на основе цезия в Национальной физической лаборатории Великобритании (NPL) . Он использовался в качестве основы для калибровки кварцевых часов в Королевской Гринвичской обсерватории и для создания шкалы времени, названной Гринвичской атомной (GA). 13 сентября 1956 года Военно -морская обсерватория США начала использовать шкалу A.1, используя коммерческие атомные часы Atomichron , а 9 октября 1957 года — шкалу NBS-A в Национальном бюро стандартов в Боулдере, штат Колорадо .
Международное бюро времени (BIH) начало использовать шкалу времени T m или AM в июле 1955 года, используя как местные цезиевые часы, так и сравнивая их с удаленными часами с использованием фазы ОНЧ- радиосигналов. Шкала BIH, A.1 и NBS-A были определены эпохой в начале 1958 года. [a] Процедуры, используемые BIH, развивались, и название шкалы времени менялось: A3 в 1964 году [10] и TA (БиГ) в 1969 году. [11]
Секунда СИ была определена в единицах атома цезия в 1967 году. С 1971 по 1975 год Генеральная конференция по мерам и весам и Международный комитет мер и весов приняли ряд решений, которые обозначили шкалу времени BIPM — Международное атомное время (TAI). . [12]
В 1970-х годах стало ясно, что часы, участвующие в TAI, тикали с разной скоростью из-за гравитационного замедления времени , и поэтому объединенная шкала TAI соответствовала среднему значению высот различных часов. Начиная с юлианской даты 2443144.5 (1 января 1977 г., 00:00:00), к выходным данным всех участвующих часов были применены поправки, чтобы TAI соответствовал собственному времени на геоиде ( средний уровень моря ). Поскольку часы в среднем находились значительно выше уровня моря, это означало, что TAI замедлился примерно на одну триллионную долю. Прежняя неисправленная шкала времени продолжает публиковаться под названием EAL ( Échelle Atomique Libre , что означает «свободная атомная шкала »). [13]
Момент начала применения гравитационной поправки служит эпохой для барицентрического координатного времени (TCB), геоцентрического координатного времени (TCG) и земного времени (TT), которые представляют три фундаментальные шкалы времени в Солнечной системе. [14] Все три временные шкалы были определены как JD 2443144.5003725 (1 января 1977 г., 00:00:32.184) точно в этот момент. [b] Отныне TAI был реализацией TT с уравнением TT (TAI) = TAI + 32,184 с. [15]
Дальнейшее существование TAI было поставлено под сомнение в письме BIPM в ITU-R в 2007 году, в котором говорилось: «В случае переопределения UTC без дополнительных секунд CCTF рассмотрит возможность обсуждения возможности подавления TAI, поскольку это останется параллельно непрерывному UTC». [16]
В отличие от TAI, UTC представляет собой прерывистую шкалу времени. Иногда его корректируют на дополнительные секунды. Между этими корректировками он состоит из сегментов, которые сопоставлены с атомным временем постоянным смещением. С начала своего существования в 1961 году по декабрь 1971 года корректировки производились регулярно с долями дополнительных секунд, так что UTC приближалось к UT2 . Впоследствии эти корректировки производились только за целые секунды, чтобы приблизиться к UT1 . Это было компромиссное соглашение, позволяющее обеспечить публичную трансляцию временной шкалы. Менее частые корректировки с точностью до целой секунды означали, что шкала времени будет более стабильной и ее будет легче синхронизировать на международном уровне. Тот факт, что он продолжает приближаться к UT1, означает, что такие задачи, как навигация , требующие источника всемирного времени, по-прежнему хорошо выполняются общественным вещанием UTC. [17]
К 1964 году BIH осознало, что некоторые атомные хронометры намного лучше других, и сконструировали А3 на основе трех лучших.