Всемирное время

Стандарт времени, основанный на замедлении вращения Земли

Всемирное время ( UT или UT1 ) — это стандарт времени, основанный на вращении Земли . ^[1] Хотя изначально это было среднее солнечное время на долготе 0°, точные измерения Солнца затруднены. Поэтому UT1 вычисляется из измерения угла Земли по отношению к Международной небесной системе отсчета (ICRF), называемого углом вращения Земли (ERA, который служит заменой среднему звездному времени по Гринвичу ). UT1 одинаково везде на Земле. UT1 требуется для соблюдения соотношения

ERA = 2π(0,7790572732640 + 1,00273781191135448  · T _u ) радиан

где T _u = ( юлианская дата UT1 − 2451545.0). ^[2]

История

До введения стандартного времени каждый муниципалитет во всем мире, использующем часы, устанавливал свои официальные часы, если таковые имелись, в соответствии с местным положением Солнца (см. солнечное время ). Этого хватало до появления железнодорожного транспорта в Британии , который позволил достаточно быстро перемещаться на большие расстояния, чтобы требовалась непрерывная переустановка часов по мере того, как поезд продвигался в своем ежедневном рейсе через несколько городов. Начиная с 1847 года, Британия установила среднее время по Гринвичу , среднее солнечное время на нулевом меридиане в Гринвиче, Англия , чтобы решить эту проблему: все часы в Британии были установлены на это время независимо от местного солнечного полдня. ^[a] С помощью телескопов GMT было откалибровано по среднему солнечному времени в Королевской обсерватории в Гринвиче в Великобритании. Для синхронизации этих часов использовались хронометры или телеграф . ^[4]

Стандартные часовые пояса мира. Число внизу каждого пояса указывает количество часов, которое нужно добавить к UTC, чтобы преобразовать его в местное время.

По мере роста международной торговли возникла необходимость в международном стандарте измерения времени. Несколько авторов предложили «универсальное» или «космическое» время (см. Часовой пояс § Всемирные часовые пояса ). Разработка всемирного времени началась на Международной конференции по меридианам . В конце этой конференции, 22 октября 1884 года, ^[b] рекомендуемой базовой точкой отсчета для всемирного времени, «универсальными сутками», было объявлено местное среднее солнечное время в Королевской обсерватории в Гринвиче , отсчитываемое от 0 часов в среднюю полночь по Гринвичу. ^[5] Это соответствовало гражданскому среднему времени по Гринвичу, используемому на острове Великобритания с 1847 года. Напротив, астрономическое время по Гринвичу начиналось в средний полдень, т. е. астрономический день X начинался в полдень гражданского дня X . Целью этого было сохранение наблюдений одной ночи в рамках одной даты. Гражданская система была принята с 0 часов (гражданского) 1 января 1925 года. Морское время по Гринвичу началось на 24 часа раньше астрономического времени по Гринвичу, по крайней мере до 1805 года в Королевском флоте , но сохранялось гораздо позже в других местах, поскольку было упомянуто на конференции 1884 года. Гринвич был выбран, потому что к 1884 году две трети всех морских карт и схем уже использовали его в качестве нулевого меридиана . ^[6]

В период с 1848 по 1972 год все основные страны приняли часовые пояса, основанные на Гринвичском меридиане . ^[7]

В 1928 году Международный астрономический союз ввел термин Всемирное время ( UT ) для обозначения GMT, при этом день начинался в полночь. ^[8] Термин был рекомендован как более точный, чем среднее время по Гринвичу , поскольку GMT мог относиться как к астрономическим суткам, начинающимся в полдень, так и к гражданским суткам, начинающимся в полночь. ^[9] Поскольку для широкой публики день всегда начинался в полночь, шкала времени продолжала представляться им как среднее время по Гринвичу. ^{[ требуется ссылка ]}

При введении сигналы вещательного времени основывались на UT, и, следовательно, на вращении Земли. В 1955 году BIH принял предложение Уильяма Марковица, вступившее в силу 1 января 1956 года, разделив UT на UT0 (UT, как он вычислялся ранее), UT1 (UT0, скорректированный с учетом движения полюсов) и UT2 (UT0, скорректированный с учетом движения полюсов и сезонных колебаний). Версия UT1 была достаточной для «многих астрономических и геодезических приложений», в то время как UT2 должен был транслироваться по радио для общественности. ^{[10] [11]}

UT0 и UT2 вскоре стали неактуальными из-за введения всемирного координированного времени (UTC). Начиная с 1956 года, WWV транслировал сигнал атомных часов с шагом 20 мс, чтобы согласовать его с UT1. ^[12] Погрешность до 20 мс от UT1 имеет тот же порядок величины, что и различия между UT0, UT1 и UT2. К 1960 году Военно-морская обсерватория США, Королевская Гринвичская обсерватория и Национальная физическая лаборатория Великобритании разработали UTC с аналогичным подходом к шагам. На встрече URSI 1960 года было рекомендовано, чтобы все службы времени следовали примеру Великобритании и США и транслировали координированное время с использованием частотного смещения от цезия, направленного на соответствие прогнозируемому ходу UT2 с периодическими шагами по мере необходимости. ^[13] Начиная с 1 января 1972 года, было определено, что UTC следует за UT1 в пределах 0,9 секунды, а не за UT2, что ознаменовало упадок UT2. ^[14]

Современное гражданское время обычно следует UTC. В некоторых странах термин «среднее время по Гринвичу» по сей день используется в отношении UT1, в гражданском хронометрировании , а также в астрономических альманахах и других справочниках. Всякий раз, когда уровень точности лучше одной секунды не требуется, UTC может использоваться как приближение к UT1. Разница между UT1 и UTC известна как DUT1 . ^[14]

Усыновление в разных странах

В таблице приведены даты принятия часовых поясов на основе Гринвичского меридиана, включая получасовые пояса.

За исключением Непальского стандартного времени (UTC+05:45), часового пояса Чатема (UTC+12:45), используемого на новозеландских островах Чатем ^[17] , и официально несанкционированного Центрально-Западного часового пояса (UTC+8:45), используемого в Эвкле, Западной Австралии и прилегающих районах, все используемые часовые пояса определяются смещением от UTC, кратным получасу, а в большинстве случаев — кратным часу. ^{[ необходима ссылка ]}

Измерение

Исторически всемирное время вычислялось путем наблюдения за положением Солнца на небе. Но астрономы обнаружили, что точнее измерять вращение Земли, наблюдая за звездами, пересекающими меридиан каждый день. В настоящее время всемирное время по отношению к международному атомному времени (TAI) определяется с помощью наблюдений интерферометрии со сверхдлинной базой (VLBI) за положениями далеких небесных объектов ( звезд и квазаров ), метода, который может определять всемирное время с точностью до 15 микросекунд или лучше. ^{[18] [19]}

«Универсальный циферблат» 1853 года, показывающий относительное время «всех стран» до принятия всемирного времени.

Вращение Земли и всемирное время отслеживаются Международной службой вращения Земли и систем отсчета (IERS). Международный астрономический союз также участвует в установлении стандартов, но окончательным арбитром стандартов вещания является Международный союз электросвязи или МСЭ. ^[20]

Вращение Земли несколько нерегулярно и также очень постепенно замедляется из-за приливного ускорения . Кроме того, длина секунды была определена по наблюдениям за Луной между 1750 и 1890 годами. Все эти факторы приводят к тому, что современные средние солнечные сутки в среднем немного длиннее номинальных 86 400 секунд СИ , традиционного числа секунд в сутках. ^[f] Поскольку UT, таким образом, немного нерегулярно по своей скорости, астрономы ввели Эфемеридное время , которое с тех пор было заменено Земным временем (TT). Поскольку Всемирное время определяется вращением Земли, которое отдаляется от более точных атомно-частотных стандартов, необходима корректировка (называемая секундой координации ) этого атомного времени, поскольку (по состоянию на 2019 год ^{[обновлять]}) «трансляционное время» остается в целом синхронизированным с солнечным временем. ^[g] Таким образом, гражданский стандарт вещания по времени и частоте обычно близко следует международному атомному времени, но иногда делает шаг (или «скачок»), чтобы не допустить слишком большого отклонения от среднего солнечного времени. ^{[ необходима ссылка ]}

Барицентрическое динамическое время (TDB), форма атомного времени, теперь используется при построении эфемерид планет и других объектов солнечной системы по двум основным причинам. ^[21] Во-первых, эти эфемериды привязаны к оптическим и радиолокационным наблюдениям за движением планет, а шкала времени TDB подобрана так, чтобы соблюдались законы движения Ньютона с поправками на общую теорию относительности . Далее, шкалы времени, основанные на вращении Земли, не являются однородными и, следовательно, не подходят для прогнозирования движения тел в нашей солнечной системе. ^{[ требуется цитата ]}

Альтернативные версии

UT1 является основной формой всемирного времени. ^[1] Однако существует также несколько других редко используемых стандартов времени, которые называются всемирным временем и которые совпадают с UT1 в пределах 0,03 секунды: ^[22]

• UT0 — всемирное время, определяемое в обсерватории путем наблюдения за суточным движением звезд или внегалактических радиоисточников, а также путем наблюдений за Луной и искусственными спутниками Земли. Местоположение обсерватории считается имеющим фиксированные координаты в земной системе отсчета (например, в Международной земной системе отсчета ), но положение оси вращения Земли блуждает по поверхности Земли; это известно как движение полюсов . UT0 не содержит никаких поправок на движение полюсов, в то время как UT1 их включает. Разница между UT0 и UT1 составляет порядка нескольких десятков миллисекунд. Обозначение UT0 больше не используется. ^[23]
• UT1R — это сглаженная версия UT1, отфильтровывающая периодические изменения, вызванные приливами. Она включает 62 сглаживающих члена с периодами от 5,6 дней до 18,6 лет. ^[24] UT1R все еще используется в технической литературе, но редко используется в других местах. ^[25]
• UT2 — это сглаженная версия UT1, отфильтровывающая периодические сезонные колебания. Она в основном представляет исторический интерес и редко используется. Она определяется как

${\displaystyle UT2=UT1+0.022\cdot \sin(2\pi t)-0.012\cdot \cos(2\pi t)-0.006\cdot \sin(4\pi t)+0.007\cdot \cos(4\pi t)\;{\mbox{seconds}}}$

где t — время как часть бесселевского года . ^[26]

Смотрите также

• Всемирный портал

• Среднее время Эйри на Марсе
• Параметры ориентации Земли
• Список международных единых стандартов
• время Unix

Примечания

1. Несмотря на его обязательное использование на железнодорожных станциях Great Western с 1847 года и, следовательно, широкое неформальное принятие, только с принятием Закона о статутах (определение времени) 1880 года он стал законом. ^[3]
2. Голосование состоялось 13 октября.
3. легализован в 1918 году ( Закон о стандартном времени )
4. Официальное время возвращено к амстердамскому времени 1909 года; к центральноевропейскому времени 1940 года.
5. кроме Натала
6. 24 часа 60 минут 60 секунд
7. Продолжение этого принципа активно обсуждается в органах по стандартизации. См. Високосная секунда#Будущее високосных секунд

Цитаты

1. Seago, John H.; Seidelmann, P. Kenneth; Allen, Steve (5–7 октября 2011 г.). «Законодательные спецификации для координации со всемирным временем» (PDF) . Отделение гражданского хронометража от вращения Земли: материалы коллоквиума, посвященного изучению последствий переопределения всемирного координированного времени (UTC) . Analytical Graphics, Inc., Экстон, Пенсильвания: Американское астронавтическое общество. ISBN 978-0877035763. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г.
2. Маккарти и Зайдельманн 2009, стр. 15–17, 62–64, 68–69, 76.
3. Harry Rosehill (31 мая 2017 г.). «Почему Британия переводит часы на Лондон». Londonist.com . Получено 25 ноября 2019 г. .
4. Хаус 1997, гл. 4.
5. Хаус 1997, стр. 12, 137.
6. Хаус 1997, стр. 133–137.
7. Хаус 1997, гл. 6.
8. Маккарти и Зайдельманн 2009, стр. 10–11.
9. Маккарти и Зайдельманн 2009, стр. 14.
10. Дик, Стивен; Маккарти, Деннис (15 декабря 2018 г.). «Некролог Уильяма Марковица». Военно-морская обсерватория США . Архивировано из оригинала 15 декабря 2018 г.
11. «Об определении всемирного времени службами времени согласно решениям Генеральной ассамблеи МАС в Дублине» (PDF) . Bulletin Horaire. Июль–август 1955 г. Архивировано (PDF) из оригинала 15 декабря 2021 г.
12. Ариас, Гино и Куинн 2003.
13. Аллен, Стив. «Сезонные изменения вращения Земли». ucolick.org .
14. McCarthy & Seidelmann 2009, гл. 14.
15. Howse 1980, стр. 154–5. Имена не были обновлены.
16. Стаффорд, Э. У. (30 октября 1868 г.). «The New Zealand Gazette» (PDF) .
17. Управление морского альманаха Ее Величества 2015.
18. Маккарти и Зайдельманн 2009, стр. 68–9.
19. Урбан и Зайдельманн 2013, стр. 175.
20. Маккарти и Зайдельманн 2009, Гл. 18.
21. Urban & Seidelmann 2013, стр. 7. Строго говоря, крупный производитель эфемерид, Лаборатория реактивного движения , использует выведенную ими шкалу времени T _eph , которая функционально эквивалентна TDB.
22. Шлайтер, Пол. «Шкалы времени: UT1, UTC, TAI, ET, TT, время GPS». stjarnhimlen.se . Проверено 24 мая 2022 г.
23. Урбан и Зайдельманн 2013, стр. 81.
24. IERS nd
25. "Краткая заметка о системах времени". Кафедра астрономии, Университет штата Огайо . Получено 24 мая 2022 г. Есть еще две формы Всемирного времени, с которыми вы вряд ли столкнетесь, если только не углубитесь в очень техническую литературу. UT1R [...]
26. «Общие единицы и преобразования в земной ориентации». IERS Rapid Service / Prediction Center, US Naval Observatory .

Ссылки

• «Общие единицы и преобразования в земной ориентации». IERS Rapid Service / Prediction Center, US Naval Observatory . Получено 16 июня 2022 г.
• Ариас, Э.Ф.; Гино, Б.; Куинн, Т.Дж. (29 мая 2003 г.). Вращение Земли и шкалы времени (PDF) . Коллоквиум Специальной группы докладчиков МСЭ-Р по шкале времени UTC.
• «Изменения вращения Земли из-за зональных приливов». Париж: Центр ориентации Земли . Получено 2 октября 2011 г.
• Галисон, Питер (2003). Часы Эйнштейна, карты Пуанкаре: Империи времени. Нью-Йорк: WW Norton & Co. ISBN 0-393-02001-0.Обсуждается история стандартизации времени.
• Guinot, Bernard (июль 2011 г.). «Солнечное время, законное время, используемое время». Metrologia . 48 (4): S181–S185. Bibcode : 2011Metro..48S.181G. doi : 10.1088/0026-1394/48/4/S08. S2CID  121852011.
• HM Nautical Almanac Office (апрель 2015 г.). «Карта часовых поясов мира».
• Хаус, Дерек (1980). Гринвичское время и открытие долготы . Oxford Univ Press. С. 154–5.. Имена не были обновлены.
• Хаус, Дерек (1997). Гринвичское время и долгота . Филлип Уилсон. ISBN 0-85667-468-0.
• Маккарти, Деннис Д. (июль 1991 г.). «Астрономическое время» (PDF) . Труды IEEE . 79 (7): 915–920. doi :10.1109/5.84967. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г.
• Маккарти, Деннис; Зайдельманн, П. Кеннет (2009). TIME—From Earth Rotation to Atomic Physics . Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. ISBN 978-3-527-40780-4.
• О'Мэлли, Майкл (1996). Keeping watch: A history of American time. Вашингтон, округ Колумбия: Смитсоновский институт. ISBN 1-56098-672-7.
• Seidelmann, P. Kenneth (1992). Пояснительное дополнение к Astronomical Almanac . Mill Valley, California: University Science Books. ISBN 0-935702-68-7.
• Урбан, Шон; Зайдельман, П. Кеннет, ред. (2013). Пояснительное приложение к Астрономическому альманаху (3-е изд.). Милл-Вэлли, Калифорния: University Science Books.
• "UT1R". Международная служба вращения Земли и системы отсчета . Получено 6 марта 2013 г.
• «Terrestrial Time (TT)». Astronomical Applications Department . United States Naval Observatory . Получено 16 июня 2022 г.

 В этой статье использованы материалы из общедоступного Федерального стандарта 1037C. Администрация общих служб . Архивировано из оригинала 22 января 2022 г.

Внешние ссылки

• «Повелитель времени» Кларка Блейза: биография Сэнфорда Флеминга и идея стандартного времени