Dinamikus idő
A dinamikus idő a Naprendszer testeinek mozgási egyenleteinek független változója, és a test megfigyelésével határozható meg. Különféle változatok léteznek, amelyek különböznek egymástól az alkalmazott referenciarendszer és a méretezés tekintetében. Általában, de nem mindig, dinamikus időnek tekintik az efemerisz idő mellett , amelyet ma már nem használnak
- a geocentrikus koordinátaidő TCG (a francia Temps Coordonné Geocentrique -ből , az angol Geocentric Coordinate Time -ból ) az SI másodperc egységgel ; 1991 -ben vezették be.
- a baricentrikus koordinátaidő TCB (a francia Temps Coordonné Barycentrique -ből , angol Barycentric Coordinate Time ) azonos időegységgel; 1991 -ben is bevezették.
- A földi idő TT (a francia Temps Terrestrique , angol Földi Idő ), amely különbözik a TCG csak egy skála, és megfelel nagyon pontosan TAI + 32,184 s az geoid ; 1976 -ban vezették be, 1979 -ben földi dinamikus időnek ( TDT ) nevezték el, 1991 -ben átnevezték TT -re , és 2000 -ben határozták meg utoljára. A TDB -vel együtt 1984 -ben felváltotta az Ephemeris Era -t.
- a baricentrikus dinamikus idő TDB (a francia Temps Dynamique Barycentrique -ből , angol Barycentric Dynamical Time ), amely csak egy skálával tér el a TCB -től, és a geoidon átlagosan TT -nek felel meg ; 1976 -ban is bevezették, 1979 -ben TDB -ként emlegették, és utoljára 2006 -ban határozták meg újra.
háttér
A csillagászati események megbízható számításához több évszázadon vagy évezreden keresztül a csillagászat egységes időskálát igényel . Az 1967 -ig változó föld forgáson és pályán ( trópusi év ) alapuló időmérések nem feleltek meg ennek a követelménynek. Ezért 1960 -ban a csillagászati számítások alapjaként egységes efemeriszidőt (ET) vezettek be. A második efemerisz a trópusi év 31.556.925,9477. Része volt 1900. január 0 -án (= 1899. december 31.) 12:00 UT .
Miután az atomórák elérhetővé váltak nagy pontosságú időmérőkkel, figyelembe kellett venni, hogy nincs olyan , hogy egyszer , mert a relativisztikus hatások az atomórákkal való tényleges időmérést is befolyásolják: A mozgó órák lassabban futnak , ahogy az gravitációs mező hatása alatt álló órák, mint a hasonló órák, amelyek nyugalomban vannak vagy távol vannak egy nagy tömeg gravitációjától . Az IAU ezért 1976 -tól két, később négy időskálát vezetett be; Legutóbb 2006 -ban módosította a szabályokat.
A négy időskálából kettő a Föld középpontjához, a másik kettő a Naprendszer baricentrumához kapcsolódik . A két geocentrikus időskála alkalmas földközeli térben végzett vizsgálatokra, a barycentrikus időskálák a Naprendszer dinamikájának leírására és a bolygóközi szondák pályájának kiszámítására. E két pár mindegyikének egy időskála egy koordinátaidő , azaz az időszerű koordináta a megfelelő tér-idő koordináta-rendszerben, amelyet nem lehet közvetlenül mérni, mivel a Naprendszer minden órája követi a koordinátaidőt, amely az SI második , a gravitációs idő tágulása miatt . A párból származó másik időskála csak a lineáris leképezésben tér el a koordináta -időtől, amelyet úgy választunk meg, hogy a lehető legpontosabban megfeleljen a földön, vagy csak 2 ms -nál kisebb eltérésekkel, TAI + 32,184 s esetén.
A baricentrikus és a geocentrikus koordinátaidő
A baricentrikus koordinátaidő TCB és a geocentrikus koordinátaidő TCG a Barycentric Celestial Reference System (BCRS) és a Geocentric Celestial Reference System (GCRS) időszerű koordinátái. A BCRS megegyezik a Nemzetközi Égi Referenciarendszerrel (ICRS) az űrszerű tengelyek eredetében (= a naprendszer baricentrumában ) és irányában, és kiegészíti azt egy mutatóval. A GCRS tengelyei párhuzamosak a BCRS tengelyeivel, de a föld középpontjában helyezkedik el, és a másik eredethez igazított mutatóval rendelkezik.
A BCR-ek, a t = TCB és elhanyagolja magasabb hatáskörét, a vonal elem
- .
A fizikai geodézia szokás szerint a potenciált itt és a továbbiakban is pozitívan számítják ki (egy pont tömeg gravitációs potenciálja + GM / r ). Két összefoglalóból áll: a Naprendszer összes testének newtoni gravitációs potenciáljából és a rajta kívüli testek által generált árapálypotenciálból . Az első hozzájárulás eltűnik , a második az eredetiben. Hasonló összefüggés vonatkozik a GCRS -re, ahol t = TCG . Ez a Föld gravitációs potenciáljából és az összes többi test által generált árapálypotenciálból áll.
Mindkét időskálán az egység az SI második ; a nulla pont a két skála úgy van beállítva, hogy az esemény január 1., 1977, 00: 00: 00,000 TAI a GeoCenter megfelel január 1., 1977, 00: 00: 32.184 engedély TCB TCG. A 32,184 s különbség miatt a két alkalom zökkenőmentesen követi az efemerisz időt.
Megfelelő idő és koordinált idő
Egy óra nem a (bary- vagy geocentrikus) koordinátaidőt mutatja , hanem a megfelelő időt , amely a kapcsolaton keresztül kapcsolódik a koordináta-időhöz . A fenti vonalelemmel akkor
- .
A gyökerek meghúzása és Taylor bővítése után ez lesz
- .
A kifejezés a gravitáció miatti idő tágulását írja le , a mozgás miatti idő tágulást, amely a speciális relativitáselméletből már ismert ("a mozgó órák lassabban mennek").
Megfelelő idő a forgó földön
A forgó földön mindkét hozzájárulás az idő tágulásához fontos. Az álló óra rögzített pozícióval rendelkezik a földhöz rögzített koordinátarendszerben, amely a szögsebességgel (a föld forgásával) forog a GCRS-ben. Az óra sebessége a nem forgó GCRS-ben akkor
- .
A következő ekkor az óra megfelelő idejére vonatkozik a GCRS -ben, azaz t = TCG esetén
- ,
ezáltal
a Föld gravitációs potenciálja, az úgynevezett geopotenciál . A gravitációs és árapályos komponensek mellett a második összefoglaló a centrifugális potenciál , amely a forgó földre kifejtett centrifugális erőt okozza. A Földdel forgó óra megfelelő idején nem a geopotenciál értéke, hanem a geopotenciál értéke számít , vagyis az azonos geopotenciális magasságú (azonos dinamikus magasságú ) órák azonos sebességgel mozognak a TCG -hez képest . Különösen az álló órák futnak azonos sebességgel a forgó geoidon . Ez azonban csak addig érvényes, amíg nem veszik figyelembe az árapály okozta geopotenciál időbeli változását, ami nagyon kicsi: Az árapálypotenciál fő kifejezése (98%) csak legfeljebb ± 3,8 m² / s², ami ± 0,39 m magasságváltozás, ezen ingadozások némelyikét (31%körül) kompenzálja a föld testének dagály okozta deformációja. Ez azt jelenti, hogy az óra megfelelő időaránya a föld felszínén legfeljebb ± 3 · 10 −17 ingadozik . A korlátozott időtartam miatt a geoid két órája közötti eltérés 1 ps alatt marad.
Átalakítás TCB → TCG
Annak érdekében , hogy ki lehessen számítani a geocentrikus koordináta idő TCG egy esemény ( , ) a BCR, a teljes pályáját a GeoCenter ismerni kell a BCR-ek óta (január 1977). Ezért a számítás nagyon időigényes, ha magasak a pontossági követelmények. A zárt kifejezés TCG jelentése
- .
Itt található a newtoni gravitációs potenciál, amelyet a Föld kivételével a Naprendszer összes teste teremtett. Az integrál hozzáteszi a gravitáció és a relatív mozgás miatti felhalmozott idő tágulást, a második összegzés figyelembe veszi, hogy két esemény, amelyek egyidejűek a BCRS -ben, általában nem egyezik meg az erre áthelyezett GCRS -ben; lásd Lorentz transzformáció meg . A földfelszíni események esetében ez a második kifejezés a földrajzi elhelyezkedéstől és a föld Naphoz viszonyított aktuális forgási szögétől, azaz az UT1 -től függ , mivel ez a két mennyiség a Föld helyzetével együtt a pályája közötti szög és meghatározzák. Korlátozott
- .
Földi idő
Az óra megfelelő ideje a Föld gravitációs potenciáljában a gravitációs idő tágulása miatt lassabban telik , mint a TCG geocentrikus koordinátaidő, vagy fordítva: A TCG gyorsabban halad, mint az óra által mért megfelelő idő. A TT földi idő a TCG módosítása , amelyben ezt a magasabb arányt kompenzálják,
- ,
vagy átalakították
- .
Ismét itt az idő, 1977. január 1., 00: 00: 32,184, ahol a TT és a TCG folyamatosan követi a korábban használt efemerisz időt. A relatív járási arány eltérése 1 -től
- .
1977 óta a TT körülbelül 1 másodperccel maradt el a TCG -től . Az L G értéke megfelel a geopotenciál gravitációs idő tágulásának
- ,
amely a legjobb érték a geoid geopotenciáljára vonatkozóan, amely az IAU határozat 2000 -es elfogadásakor ismert . Ezzel elértük, hogy egyrészt a TT meghatározása független lesz „ a geoid meghatározásának és megvalósításának velejáró bonyolultságától és időbeli változásaitól ”, másrészt a forgó geoid TT második másodperce továbbra is az SI második nagyfokú pontosságot és TT -t még mindig nagyon jól közelít a TAI + 32,184 s. További részletek a különbség TT és TAI valamint jobb végrehajtását TT megtalálható az a „International Atomic Time” .
Baricentrikus dinamikus idő
A baricentrikus dinamikus idő TDB hasonlóan különbözik a TCB koordinátaidőtől, mint a TT a TCG -től ,
ugyanazzal, mint a TT és
- .
Az értékét úgy választottuk meg, hogy a TDB és a TT azonos átlagos járási rátával rendelkezzen a geocentrumban , így a különbség korlátozott marad. A föld felszínén több évezreden keresztül a mai nap előtt és után
- .
A konstans offset 65,5 us, amelyre nincs megfelelője a meghatározása TT , vezették be úgy, hogy a sokat használt sorozat fejlődését Fairhead és Bretagnon 1990 átalakítására TT , hogy a TDB változatlan marad. A 127 táblázatos sorozatelemmel a TDB 0,1 µs pontossággal számítható ki, ahogyan ez az ezredmásodperces pulzusok megfigyeléséhez kívánatos, több évezredig a mai nap előtt és után. Ha csak a messze domináns kifejezést vesszük figyelembe, az eredmény az
- ,
ahol J2000.0 az alapértelmezett korszak 2000. január 1., 12:00:00 DD. A fennmaradó 126 sorozattag hozzájárulása kevesebb, mint 0,08 ms az 1900 és 2100 közötti években (0,18 ms az 1000 és 3000 közötti években).
Más időrendszerek
Nemzetközi atomi idő
A nemzetközi atomidő TAI , akárcsak a földi idő TT, az SI másodpercen alapul, ugyanazzal a geopotenciállal U geo = U geo, 0 . Mindazonáltal a két időpont árfolyamai eltérőek lehetnek, mivel a TAI a TT -vel ellentétben egy tényleges időmérésen alapul, amelyben véletlenszerű és szisztematikus hibák fordulhatnak elő. Az iteratív átlagolás és a világszerte elosztott több mint 600 atomóra leolvasásának skálázásával jön létre. A Nemzetközi Súly- és Mérőiroda (BIPM) az eredményt havonta közzéteszi a T körlevélben. A TAI ezért nem valós időben, hanem csak utána érhető el.
A nemzetközi atomidő az alapja a TT gyakran használt megvalósításának ,
- .
Mivel a TAI nem érhető el valós időben, először az egyes intézmények UTC (k) időjelét kell használni időméréshez, például a Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) időméréséhez . Ezt az értéket csak az új T körlevél közzététele után lehet UTC -re, majd TAI -ra konvertálni .
Az olyan nagyon igényes alkalmazásokhoz, mint a milliszekundumos pulzusok megfigyelése , a BIPM minden évben pontosabb megvalósítást tesz közzé; legkésőbb (2020 februárjában)
- ,
ahol a δ táblázatban szerepel 10 naponta, 1975. június 26 -tól kezdődően. A táblázatot extrapolációs képlet egészíti ki . Jelenleg (2020 február), azaz
- .
Itt MJD - 58839 a napok számát óta eltelt 22 december 2019, 00:00 UTC (MJD: Módosított Julian dátuma ).
Egyetemes idő és koordinált világidő
Az UT1 egyetemes idő nem szigorúan egységes idő, mivel a Föld forgásán alapul, és ez lelassul, és szabálytalan is; UT1 követi a TT -t . A TT - UT1 különbséget Δ T ( Delta T ) néven említik . Az 1900 eleji -2,7 s -ról (a TT -t a múltba extrapolálva ) a 2000 eleji 63,8 s -ról a jelenlegi (2019 április eleje) 69,3 s -ra nőtt .
A koordinált univerzális idő UTC Bár 1972 óta használják, szemben az egyetemes idővel, mint a földi idő az SI másodperccel , de az időről időre beállított szökőmásodpercek beillesztésével az egyetemes időre. Ez biztosítja, hogy (a) az eltérés | UTC - UT1 | A maradék <0,9 s és (b) UTC egész számú SI másodperccel különbözik a TAI -tól .
példa
Az alábbi táblázat benyomást kelt az itt tárgyalt időmérések közötti különbségek nagyságáról. Minden időpont az eseményre vonatkozik, 2006. január 15, 21: 24: 37 500 000 UTC a Hawaii Beach -en ( 19 ° 28 ′ 52,5 ″ É , 155 ° 55 ′ 59,6 ″ W ); a hely fontos a TCG -ből TCB -re és TDB -re való átalakításhoz .
skála | leírás | Idő | Különbség az UTC -vel [s] |
---|---|---|---|
UTC | UTC | 2006. január 15., 21:24: 37 500 000 | 0,000000 |
UT1 | Egyetemes idő | 2006. január 15., 21:24: 37.834055 | 0,334055 |
TAI | Nemzetközi atomi idő | 2006. január 15., 21:25: 10 500 000 | 33.000000 |
TT | földi idő | 2006. január 15., 21:25: 42,684000 | 65.184000 |
TCG | geocentrikus koordinátaidő | 2006. január 15., 21:25: 43,322690 | 65,822690 |
TDB | baricentrikus dinamikus idő | 2006. január 15., 21:25: 42,684373 | 65,184373 |
TCB | baricentrikus koordinátaidő | 2006. január 15., 21:25: 56,893952 | 79,393952 |
Egyéni bizonyíték
- ↑ a b c d Dennis D. McCarthy, P. Kenneth Seidelmann: Time - From Earth Rotation to Atomic Physics . 2. kiadás. Cambridge University Press, 2018, ISBN 978-1-107-19728-2 , fejezet. 9 „Dinamikus és koordinált időkeret” (angol nyelven, korlátozott előnézet a Google Könyvkeresőben).
- ↑ Idő / dinamikus idő. In: Encyclopædia Britannica . Letöltve: 2019. május 10 .
- ↑ a b SOFA Time Scale és Calendar Tools. (PDF) Standards Of Fundamental Astronomy, hozzáférés: 2019. május 10 .
- ↑ Dinamikus idő. In: Encyclopædia Britannica . Letöltve: 2019. május 10 .
- ↑ a b c d e f g h A4. Felbontás: A referenciarendszerekkel foglalkozó munkacsoport ajánlásai. (PDF) In: XXIst General Assembly, Buenos Aires, 1991. IAU, 12–22. O. , Hozzáférés 2019. május 10 -én (angol, francia, beleértve az I (ds²), III. Ajánlást (TCB, TCG), IV (TT) )).
- ↑ a b 4., 19. és 31. bizottsági határozat 5. határozata a dinamikus idők kijelöléséről. (PDF) In: XVII. Közgyűlés, Montreal, 1979. IAU, 16. o. , Hozzáférés: 2019. május 10 .
- ↑ a b c d e B1.9. Felbontás: A földi idő TT újradefiniálása. (PDF) In: XXIVth General Assembly, Manchester, 2000. IAU, 25–26. Oldal , hozzáférés 2020. január 10 -én (angol, francia).
- ↑ P. Kenneth Seidelmann (szerk.): A csillagászati almanach magyarázó melléklete . Egyetemi Tudományos Könyvek, 2006, ISBN 1-891389-45-9 , pp. 691 f . (Angol, korlátozott előnézet a Google Book Search): „[A kiegészítésében csillagászati évkönyv 1984] ad a különböző felbontásokban ... és a kapott egyenleteket, amelyek bevezetik a IAU (1976) rendszere állandók, a FK5 referencia keret J2000.0 , és a TDT és TDB időrendszerek. "
- ↑ a b c d e 3. felbontás: A baricentrikus dinamikus idő újbóli meghatározása, TDB. (PDF) In: XXVI. Közgyűlés, Prága, 2006. IAU, 5–6. O. , Hozzáférés: 2019. április 11 .
- ↑ B. Guinot, P. K. Seidelmann: Időskálák: történetük, meghatározásuk és értelmezésük . In: Csillagászat és asztrofizika . szalag 194 , 1988, pp. 304-308 , bibcode : 1988a & A ... 194..304G (angol nyelven).
- ↑ a b Gérard Petit, Brian Luzum (szerk.): IERS -egyezmények (2010) (= IERS Technical Note . No. 36 ). A Szövetségi Térképészeti és Geodéziai Ügynökség kiadója, 2010, ch. 10 („Általános relativisztikus modellek a tér -idő koordinátákhoz és mozgásegyenletekhez”) - (angol, teljes szöveg ).
- ↑ Nemzetközi Égi Referencia Rendszer (ICRS). USNO , 2017, hozzáférés: 2019. április 10 („Standard algoritmusok” szakasz).
- ↑ a b B1.3. Határozat: A baricentrikus égi referenciarendszer és a geocentrikus égi referenciarendszer meghatározása. (PDF) In: XXIVth General Assembly, Manchester, 2000. IAU, 5–11. O. , Hozzáférés: 2019. április 10 (angol, Francia).
- ↑ a b 2.2. Felbontás: A Barycentric Celestial Reference System (BCRS) és a Geocentric Celestial Reference System (GCRS) alapértelmezett tájolása. (PDF) In: XXVI. Közgyűlés, Prága, 2006. IAU, 4. o. , Hozzáférés: 2019. április 10 .
- ↑ Martin Vermeer: Fizikai geodézia . Mérnöki Iskola, Aalto Egyetem, 2020, ISBN 978-952-60-8872-3 , pp. 10 (angol, teljes szöveg [PDF]): "A fizikai geodéziában - a fizikával ellentétben - a potenciál mindig pozitívnak számít ..."
- ↑ a b Michael Soffel: Csillagászati-geodéziai referenciarendszerek. (PDF) 2016, 38–41. Oldal , hozzáférés: 2019. április 12 .
- ↑ Wolfgang Torge : Geodézia . 2. kiadás. de Gruyter, 2003, ISBN 3-11-017545-2 , p. 76 f., 332–334 ( korlátozott előnézet a Google Könyvkeresőben).
- ↑ A W 0 geoid referenciapotenciál hagyományos értéke . (PDF) In: Unified Analysis Workshop 2017. Német Geodéziai Kutatóintézet , 5–7. O. , Hozzáférés 2020. január 10 -én (angol nyelven).
- ↑ L. Fairhead, P. Bretagnon: A TB - TT időátalakítás analitikai képlete . In: Csillagászat és asztrofizika . szalag 229 , 1990, pp. 240–247 , irányítószám : 1990A & A ... 229..240F (angolul a címben szereplő „TB” jelentése TDB).
- ↑ Ezek az értékek az amplitúdók összegzéséből származnak.
- ^ A 26. CGPM -en elfogadott határozatok. BIPM, 2018. november, hozzáférés: 2020. február 1. (angol, francia, 2. állásfoglalás: Az időskálák meghatározásáról ).
- ↑ Az időskála TAI és EAL. PTB , hozzáférés: 2019. május 17 .
- ↑ a b BIPM (szerk.): A BIPM éves jelentése az időtevékenységekről 2017 . 2018, ISBN 978-92-822-2268-3 , pp. 10–14 (angol, teljes szöveg [PDF]).
- ↑ A TAI statisztikákban részt vevő atomórák. In: BIPM Időosztály Adatbázis. BIPM, hozzáférés: 2019. május 17 .
- ↑ Circular T. BIPM, hozzáférés: 2019. május 17 .
- ↑ TT (BIPM19). BIPM, hozzáférés: 2020. február 4 .
- ^ Történelmi Delta T és LOD. USNO, hozzáférés: 2019. május 14 .
- ↑ A Delta T. USNO havi meghatározása , hozzáférés: 2019. május 14 .
- ↑ TAI - UTC (1972. január 1. - 2021. június 28.). IERS , hozzáférés 2020. július 24 .
- ↑ Időskálák. IERS , hozzáférés: 2019. április 19 (angol, lekérdezés az UT1 - UTC -től).
irodalom
- Dennis D. McCarthy, P. Kenneth Seidelmann: Idő - a Föld forgásától az atomfizikáig . 2. kiadás. Cambridge University Press, 2018, ISBN 978-1-107-19728-2 , fejezet. 9 „Dinamikus és koordinált időkeret” (angol nyelven, korlátozott előnézet a Google Könyvkeresőben).