§ 3.07. Атомное время

Шкала атомного времени основана на применении высокостабильных молекулярных и атомных эталонов частоты для регулировки кварцевых часов. Она отличается почти совершенной равномерностью и не зависит от вращения Земли. Шкала Бремени, основанная на нескольких атомных часах, может считаться равномерной с точностью до тогда как единица времени, определяемая по гелиоцентрическому движению Земли, точна до . Начало шкалы атомного времени может быть принято произвольным.

За 1 атомную секунду принят промежуток времени, в течение которого происходит колебаний атома цезия; этот интервал соответствует одной эфемеридной секунде с точностью до Точнее, за величину атомной секунды принята продолжительность колебаний излучения, соответствующего резонансной частоте перехода между энергетическими уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущений от внешних полей.

В настоящее время с Международным Бюро времени сотрудничают около 30 научно-исследовательских институтов и лабораторий, располагающих атомными эталонами времени и частоты:

— Германский гидрографический институт (Гамбург,

— Национальная комиссия времени (Париж, Франция),

— Научно-исследовательский институт национальной обороны (Стокгольм, Швеция),

IEN — Национальный электротехнический институт (Турин, Италия),

IGMA — Военно-географический институт (Буэнос-Айрес, Аргентина)

— Международная широтная обсерватория (Мидзу-сава, Япония),

— Обсерватория Маунт-Стромло (Канберра, Австралия),

NBS — Национальное Бюро стандартов (Боулдер, США),

NIS — Национальный институт стандартов (Каир, ОАР, Египет),

NPL — Национальная физическая лаборатория (Теддинг-тон, Англия),

— Национальная лаборатория физических исследований (Претория,

— Национальный научно-исследовательский совет (Оттава, Канада),

— Морская обсерватория (Сан-Фернандо, Испания),

— Невшательская обсерватория (Невшатель, Швейцария),

— Морская обсерватория (Буэнос-Айрес, Аргентина), — Национальная обсерватория (Рио-де-Жанейро, Бразилия),

— Парижская обсерватория (Париж, Франция),

— Бельгийская обсерватория (Брюссель, Бельгия),

— Физико-технический институт (Брауншвейг, — Генеральная почтовая дирекция (Берн, Швейцария),

— Гриничская обсерватория (Херстмонсо, Англия),

— Научно-исследовательские радиолаборатории (Токио, Япония),

— Токиоская астрономическая обсерватория (Токио, Япония),

— Лаборатории телесвязи (остров Тайвань),

— Институт радиотехники и электроники (Прага,

— Государственная лаборатория эталона времени и частоты (Москва,

Морская обсерватория (Вашингтон, США),

ZIPE — Центральный институт физики Земли (Потсдам, ГДР).

Существует несколько независимых шкал системы атомного времени

Шкала — основная шкала США, определяемая осреднением показаний атомных часов, регулируемых 16 цезиевыми эталонами частоты, расположенными в Морской обсерватории США и Морской научно-исследовательской лаборатории (Вашингтон, Ричмонд), в Национальном Бюро стандартов США, в Национальной физической лаборатории (Теддингтон) и Лаборатории (Банье, Франция). Нуль-пункт шкалы совпадает с моментом

Шкала строится в Национальном Бюро стандартов

Шкала (старая) — основная шкала, созданная осреднением показаний атомных часов в Боулдере (США), Невшателе (Швейцария), Теддингтоне (Великобритания). За начало шкалы принят момент

Шкала — средняя шкала атомного времени, полученная осреднением всех функционирующих атомных часов.

Нуль-пункт шкалы совпадает с тем же моментом . В последнее время она больше не строится.

Шкала (новая) введена с 1 января как средневзвешенная шкала, вычисленная по показаниям всех атомных часов, связанных с при этом веса всех атомных часов приняты равными единице, кроме для которых вес принят равным пяти.

Шкала атомного времени принята в СССР и основана на двух кварцевых часах, регулируемых цезиевым эталоном частоты. Нуль-пункт шкалы совпадает с моментом т. е. в этот момент Разности шкал публикуются в Бюллетене «Эталонное время» с Необходимо отметить, что время отнесенное к системе советских служб времени, отличается от системы сводных моментов публикуемой Бюро на несколько мсек.

Шкала всемирного согласованного времени UTC введена для передачи несогласующихся между собой систем времени и при помощи одних и тех же радиосигналов времени. Выполнение соотношений

(В означает величину скачка в моментах подачи сигналов, — относительное изменение частоты атомного эталона) обеспечивает наиболее точное представление квазиравномерного времени шкалой

Шкала атомного времени со скачками (ступенчатая шкала) связана со шкалой атомного времени соотношением вида

где величина скачка В может быть кратной ±100 мсек и выбирается так, чтобы время шкалы было как можно ближе к времени

В соответствии с рекомендациями XIV Генеральной конференции мер и весов, принятыми в октябре в настоящее время введено Международное атомное время определяемое как координата временной ориентировки, установленная Международным Бюро времени на основе показаний часов атомных, функционирующих в различных учреждениях в соответствии с определением секунды — единицы времени Международной системы единиц».

Связь системы атомного времени IAT с системой эфемеридного времени определяется через посредство системы

всемирного времени соотношением

Числовые значения поправки даны в табл. 17—19. Здесь же приведены значения разности о коде передачи которой по радио см. ниже. Величина дает первое приближение к поправке за эфемеридное время, Отметим, что при необходимости отнесения положений Луны к системе фундаментального каталога следует до интерполирования лунной эфемериды, вычисленной на основе теории движения Луны уменьшить величину на

Естервинтер и Коген в работе, связанной с выводом новых элементов орбит больших планет и Луны, определили экстраполированные значения разностей — которые приводятся в табл. 20.

В соответствии с решениями Международного консультативного комитета по радиосвязи CCIR начиная с эпохи в системе координированного всемирного времени UTC в качестве единицы принята секунда т. е. секунда системы атомного времени При этом разность показаний часов, функционирующих в системах UTC и не должна превышать 700 мсек. В связи с важностью для целей навигации и геодезии системы времени комиссия на XIV Генеральной ассамблее MAC (август Брайтон, Англия) рекомендовала передавать поправки к радиосигналам времени в форме разности Таким образом, система UTC должна быть близкой к Если разность превосходит по абсолютной величине 0,7 сек, то в системе UTC делается скачок в 1 сек, т. е. пропускается или вводится лишняя секунда в серии секундных сигналов в зависимости от знака этой разности. Связь систем времени IAT и UTC определяется соотношением вида

где — числовые коэффициенты, — некоторая начальная эпоха. Например, для интервала

где счет юлианских суток ведется в системе

С целью получения разности до целых 10 сек в систему UTC был введен скачок в . Таким образом, до момента в старой системе UTC соотношение между системами IAT и UTC содержало

(кликните для просмотра скана)

Таблица 19 (см. скан)

Таблица 20 (см. скан)

смещение частоты (см. выше; например, а с момента в новой системе UTC разность между IAT и UTC выражается целым числом секунд (1 янв. 1973 г. она равна 123 в соответствии с Отчетом CCIR) [76, 63].

Как уже было сказано ранее, положительный знак разности (в случае превышения по абсолютной величине) определяет скачок в одну дополнительную (положительную) секунду, при отрицательном знаке этой разности делается пропуск в одну (отрицательную) секунду. Решения CCIR предусматривают

введение скачка (или пропуска) в в системе UTC в последнюю секунду 31 декабря или 30 июня (а в случае необходимости — в обе эти даты, как это было в 1972 г.). Таким образом, положительная секунда начинается в и оканчивается в первых суток следующего месяца. В случае отрицательной секунды после момента через одну секунду следует момент первых суток следующего месяца.

Поэтому если событие произошло в момент в системе то в случае «лишней» положительной секунды момент события, указанного стрелкой, есть (рис. 59, а), а в случае отрицательной секунды момент события есть 30 июня, (рис. 59, б).

Рис. 59. а) Положительная «дополнительная» секунда. б) Отрицательная «дополнительная» секунда.

Согласно рекомендациям CCIR радиосигналами времени в системе UTC сообщается также приближенная величина разности

как кратное

При этом величина и знак поправки определяются числом выделяемых «окрашенных» секундных сигналов и положением группы этих сигналов относительного минутного импульса, отсутствие «окраски» секундных сигналов означает, что Таким образом, положительное значение указывается выделением соответствующего числа последовательных секундных сигналов, следующих за минутным сигналом, где — целое, меняющееся от 1 до 7 (рис. 60, а):

Отрицательная поправка указывается «окраской» последовательных секундных сигналов, следующих за девятым секундным сигналом до секундного сигнала включительно (рис. 60, б),

Необходимо отметить, что советские радиостанции Службы времени в дополнение к информации, передаваемой иностранными

радиостанциями, работающими в системе координированного времени UTC, передают уточнения к величинам поправок DUT1, кратные посредством выделения секундных сигналов в интервале от 21-й до 24-й секунды для положительной поправки и секундных сигналов в интервале от 31-й до 34-й секунды для отрицательной поправки.

Рис. 60. а) «Окраска» радиосигналов времени при «Окраска» радиосигналов времени при