Читать интересную книгу Курс общей астрономии - неизвестен Автор

Чтобы регистрировать моменты времени на практике, необходимо создать колебания с частотой значительно меньшей, чем у мазеров и даже кварцевых генераторов. Для этого кварцевые и атомные часы снабжают электронными делителями частоты, позволяющими на выходе получать импульсы различной длительности, вплоть до секундных, которые используются для приведения в движение секундной стрелки часов. Атомные часы могут также работать в паре с кварцевыми, регулярно подправляя частоту их колебания. Возможен и другой принцип использования молекулярного генератора, когда для его возбуждения используется умноженная в соответствующее число раз частота кварцевого генератора. В этом случае квантовый генератор служит индикатором, контролирующим частоту колебаний кварца. Так работает наиболее распространенный в настоящее время эталон частоты - цезиевый стандарт, с точностью около 10 -12 воспроизводящий основную единицу измерения времени - атомную секунду (см. §75).

§ 84. Задачи практической астрономии

Практическая астрономия есть та часть астрономии, в которой рассматриваются методы наблюдений и соответствующие инструменты, используемые при решении задач, выдвигаемых производственной жизнью человеческого общества. Наиболее важные из них следующие: определение времени, определение географических координат (широты j и долготы l ) и определение азимутов земных предметов. Трудно найти такую область человеческой деятельности, где знание времени не имело бы существенного значения. Знать время с той или иной степенью точности необходимо и для решения проблем научного характера, и для решения целого ряда народнохозяйственных задач и, наконец, в быту, в повседневной жизни каждого человека. Для удовлетворения бытовых нужд широковещательные радиостанции Советского Союза в конце каждого часа передачи посылают в эфир шесть сигналов точного времени. Для обеспечения запросов науки и техники радиостанции разных стран передают ежедневно, и в общей сложности почти круглосуточно, специальные сигналы точного времени, принимая которые можно знать время с точностью до десятитысячной доли секунды. Передача сигналов точного времени осуществляется научными лабораториями, носящими название “служб времени”. Для этой цели каждая служба времени имеет точные (прецизионные) астрономические часы, которые в моменты передач должны показывать точное время соответствующего часового пояса. Последнее достигается тем, что астрономы служб времени по возможности каждую ясную ночь определяют точное время из астрономических наблюдений (см. § 85), устанавливая показания часов, автоматически подающих сигналы точного времени (подающие часы), в соответствии с результатами этих наблюдений. Знание точного времени необходимо и при определении географических координат пунктов на поверхности Земли и прежде всего при определении географической долготы l (см. § 24). Определения же географических координат и азимутов земных предметов необходимо для изучения размеров и формы Земли методом триангуляции (см. § 61). В этой области практическая астрономия тесно связана с такими науками, как геодезия и гравиметрия и имеет большое значение для народного хозяйства. Координаты пунктов триангуляции служат опорными при топографических съемках различных масштабов, на основе которых составляются карты и планы местности, совершенно необходимые для правильного, научного развития производительных сил и экономики страны. Изменения географических широт, обнаруженные в конце XIX в. (см. § 74), требуют систематического их изучения и учета. Поэтому специальные научные станции службы широты регулярно определяют географическую широту мест своего расположения. Наконец, астрономические методы ориентировки (определение географических координат и азимутов направлений), несмотря на развитие других методов и наличие различных приборов, используемых для этой цели, до сих пор являются наиболее надежными методами при далеких плаваниях морских кораблей и дальних перелетах на современных “воздушных кораблях”. Особое значение астрономические способы ориентировки имеют при космических полетах. Поэтому в следующих параграфах мы рассмотрим принципы, лежащие в основе этих методов, и кратко опишем важнейшие инструменты.

§ 85. Определение времени и географической долготы l

а) Определение точного времени. Разность между точным временем Т в какой-либо момент и показаниями часов Т' в этот момент называется поправкой часов и, т.е.

u = T ¾ T ’.(6.1)

Отсюда

Т = Т ' + и.(6.2)

Иными словами, поправка часов и есть величина, которую нужно прибавить к показанию часов Т ', чтобы получить точное время Т. Следовательно, определение точного времени сводится к определению поправки часов или хронометра. Поправка часов и может быть положительной (показания часов Т ' меньше точного времени Т - часы “отстали”) и отрицательной (показания часов Т ' больше точного времени Т - часы “ушли вперед”). Поправка часов и = 0, если Т ' = Т , т.е. часы показывают точное время. Из-за технического несовершенства часов и влияния внешней среды их поправка не остается постоянной. Изменение поправки часов за определенный промежуток времени называется ходом часов w, т.е. . Ход часов считается положительным, если их поправка с течением времени увеличивается (часы “отстают”) и отрицательным, если она уменьшается (часы “спешат”). Из астрономических наблюдений обычно определяется местное звездное время s того меридиана, на котором эти наблюдения производятся, а по нему находится местное среднее солнечное время Тm , которое затем может быть выражено в любой другой системе счета времени (см. § 24). Звездное время s = a + t (см. § 19). На основании (6.2) имеем s = Т ' + и = a + t, откуда

u = a + T ’.(6.3)

Таким образом, чтобы определить поправку часов и (точное время), необходимо измерить часовой угол t какого-либо светила с известным прямым восхождением a и в момент измерения угла отметить показания часов T ’. Если отметить показания часов Т ' в момент верхней кульминации светила (t = 0), то поправка часов будет

u = а - Т '.(6.4)

Определение точного времени из наблюдений звезд в моменты их кульминаций наиболее распространенный метод решения этой задачи. б) Определение географической долготы l . Решение этой задачи основано на том, что разность местных времен на двух меридианах в один и тот же момент равна разности долгот этих меридианов, выраженной в часовой мере (см. § 24). В настоящее время географические долготы отсчитываются от гринвичского меридиана, долгота которого принята равной нулю. Следовательно, если Tm - местное время какого-либо меридиана с восточной долготой l от Гринвича, а Т0 - гринвичское время, то

l = Tm - T0 .(6.5)

Таким образом, определение долготы какого-либо пункта сводится к одновременному определению местного времени в данном пункте и местного времени на начальном меридиане. До изобретения радио решение такой задачи представляло значительные трудности. Главная из них заключалась в определении гринвичского времени Т0 . Старые методы определения долгот были и приближенными (гринвичское время определялось из наблюдений затмений Луны, покрытий звезд Луной, из наблюдений явлений в системе галилеевых спутников Юпитера) и очень трудоемкими (способ “перевозки хронометров”). Изобретение телеграфа несколько облегчило задачу, но и оно не сняло всех трудностей в этом вопросе. В современных методах определения долгот гринвичское время получается из приема сигналов точного времени по радио (см. § 84). Из приема радиосигналов до и после астрономических наблюдений вычисляется поправка часов и0 относительно гринвичского меридиана для того же момента, для которого из наблюдений получена поправка часов и0 относительно меридиана данного пункта. Тогда долгота пункта на основании соотношений (6.2) и (6.5) получится из уравнения

l = u - u0(6.6)

так как Тт = T ’ + u, а Т0 = T ' + u0 .

§ 86. Определение географической широты j и поправки часов и

а) Определение j и и по измеренным зенитным расстояниям светил. Решение этих двух задач основано на применении формулы (1.37) параллактического треугольника

cos z = sin j sin d + cos j cos d cos t,(6.7)

где t = s - a , или на основании (6.3):

t = T ' + u - a .(6.8)

Если измерено зенитное расстояние светила z или его высота h = 90° - z, и в момент измерения отмечен момент Т ' по звездным часам, а a и d светила взяты из Астрономического Ежегодника на момент наблюдения, то в уравнении (6.7) неизвестными остаются две величины: j и и. Следовательно, для их определения надо иметь второе такое же, но независимое уравнение, т.е. надо измерить зенитное расстояние по крайней мере еще одного светила и считать, что и за время наблюдения этих светил не меняется. Обычно так и поступают, когда производится совместное определение широты и поправки часов. При этом наблюдается не две, а несколько звезд, и полученные уравнения решают методом наименьших квадратов или методом последовательных приближений. Если же известна одна из этих величин, то вторую легко вычислить из уравнений (6.7) и (6.8). Пусть будет известна географическая широта j места наблюдения. Тогда из уравнения (6.7) получим откуда вычисляем t, а из уравнения (6.8) находим u = t - Т + a . Если известна поправка часов и, то из уравнения (6.7) вычисляется географическая широта j . Принципиально, для решения этих задач можно измерять зенитное расстояние любого светила, находящегося в любой точке неба над горизонтом. Однако для определения поправки часов и выгоднее измерять зенитные расстояния тех светил, которые в момент наблюдения находятся вблизи первого вертикала, т.е. у которых азимут близок к 90° или к 270°. В этом случае зенитные расстояния светил изменяются быстрее всего, и следовательно, момент наблюдения Т ' отмечается с большей точностью. Для определения географической широты j , наоборот, выгоднее измерять зенитные расстояния светил, находящихся вблизи меридиана. В этом случае их зенитные расстояния изменяются сравнительно медленно и тем самым возможная ошибка в отмеченном моменте Т ' мало повлияет на окончательный результат. С этой точки зрения очень выгодно наблюдать Полярную звезду, так как она всегда близка к меридиану и во всякое время удобна для точного определения широты места. Кроме того, ее высота над горизонтом всегда мало отличается от широты места наблюдения и может быть принята за приближенное значение этой величины с ошибкой, не превосходящей ±1°. б) Определение j и и из наблюдений в момент кульминации светил. Если светило находится в кульминации, то его часовой угол t равен 0 или 180° (12h). Тогда из формулы (6.7) следует: