Tidsstandard

Ej att förväxla med standardtid .
Tid
Aktuell tid
16:07, 17 mars 2023 ( UTC )
Huvudkoncept
Studiefält
Filosofi
Relaterade ämnen

En tidsstandard är en specifikation för att mäta tid : antingen hastigheten med vilken tiden går eller tidpunkter eller båda. I modern tid har flera tidsspecifikationer officiellt erkänts som standarder , där de tidigare handlade om sed och praxis. Ett exempel på en slags tidsstandard kan vara en tidsskala, som anger en metod för att mäta tidsdelningar. En standard för civil tid kan ange både tidsintervall och tid på dagen.

Standardiserade tidsmätningar görs med hjälp av en klocka för att räkna perioder av vissa periodförändringar, vilka kan vara antingen förändringar av ett naturfenomen eller av en konstgjord maskin.

Historiskt sett var tidsstandarder ofta baserade på jordens rotationsperiod. Från slutet av 1700-talet till 1800-talet antogs det att jordens dagliga rotationshastighet var konstant. Astronomiska observationer av flera slag, inklusive förmörkelserekord, som studerades på 1800-talet, väckte misstankar om att hastigheten med vilken jorden roterar gradvis avtar och även visar småskaliga oregelbundenheter, och detta bekräftades i början av 1900-talet. Tidsstandarder baserade på jordens rotation ersattes (eller kompletterades initialt) för astronomiskt bruk från 1952 och framåt av en efemerisk tidsstandard baserad på jordens omloppsperiod och i praktiken på månens rörelse. Uppfinningen 1955 av cesium- atomklockan har lett till att äldre och rent astronomiska tidsstandarder, för de flesta praktiska ändamål, ersatts av nyare tidsstandarder som helt eller delvis bygger på atomtid.

Olika typer av sekund och dag används som grundtidsintervall för de flesta tidsskalor. Andra tidsintervall (minuter, timmar och år) definieras vanligtvis i termer av dessa två.

Terminologi

Termen "tid" används vanligtvis för många nära men olika begrepp, inklusive:

  • ögonblick som ett objekt – en punkt på tidsaxlarna. Eftersom det är ett objekt har det inget värde;
    • datum som en kvantitet som kännetecknar ett ögonblick. Som kvantitet har den ett värde som kan uttryckas på en mängd olika sätt, till exempel "2014-04-26T09:42:36,75" i ISO-standardformat , eller mer allmänt som "idag, 09:42 ";
  • tidsintervall som objekt – en del av tidsaxlarna begränsat av två ögonblick. Eftersom det är ett objekt har det inget värde;
    • varaktighet som en storhet som kännetecknar ett tidsintervall. Som en kvantitet har den ett värde, till exempel ett antal minuter, eller kan beskrivas i termer av kvantiteter (som tider och datum) för dess början och slut.
  • kronologi , en ordnad händelseförlopp i det förflutna . Kronologier kan sättas in i kronologiska grupper ( periodisering ). Ett av de viktigaste systemen för periodisering är den geologiska tidsskalan , som är ett system för periodisering av händelserna som formade jorden och dess liv. Kronologi, periodisering och tolkning av det förflutna kallas tillsammans för studien av historia .

Definitioner av den andra

Huvudartikel: Andra § Definitionens historia

Det har bara någonsin funnits tre definitioner av den andra: som en bråkdel av dagen, som en bråkdel av ett extrapolerat år och som mikrovågsfrekvensen för en cesiumatomklocka.

I tidig historia var klockorna inte tillräckligt exakta för att spåra sekunder. Efter uppfinningen av mekaniska klockor definierade både CGS-systemet och MKS-systemet av enheter den andra som 1 ⁄ 86 400 av en genomsnittlig soldag . MKS antogs internationellt under 1940-talet.

I slutet av 1940-talet kunde kvartskristalloscillatorklockor mäta tiden mer exakt än jordens rotation. Metrologer visste också att jordens bana runt solen (ett år) var mycket stabilare än jordens rotation. Detta ledde till definitionen av ephemeris tid och det tropiska året , och ephemeris second definierades som "bråkdelen 1 ⁄ 31 556 925,9747 av det tropiska året för 1900 januari 0 vid 12 timmar ephemeris tid". Denna definition antogs som en del av International System of Units 1960.

Senast har atomklockor utvecklats som erbjuder förbättrad noggrannhet. Sedan 1967 är SI-basenheten för tid SI- sekunden, definierad som exakt "varaktigheten av 9 192 631 770 perioder av strålningen som motsvarar övergången mellan de två hyperfina nivåerna i grundtillståndet för cesium-133 -atomen" (vid en temperatur på 0 K och vid medelhavsnivå ). SI-sekunden är grunden för alla atomära tidsskalor, t.ex. koordinerad universell tid, GPS-tid, internationell atomtid, etc.

Aktuella tidsstandarder

Geocentric Coordinate Time (TCG) är en koordinattid som har sitt rumsliga ursprung i mitten av jordens massa. TCG är ett teoretiskt ideal, och varje särskild realisering kommer att ha mätfel .

International Atomic Time (TAI) är den primära fysiskt realiserade tidsstandarden. TAI produceras av International Bureau of Weights and Measures (BIPM), och är baserat på den kombinerade inmatningen från många atomur runt om i världen, var och en korrigerad för miljömässiga och relativistiska effekter (både gravitation och på grund av hastighet, som i GNSS ). TAI är inte direkt relaterat till TCG utan är snarare en realisering av terrestrisk tid (TT), en teoretisk tidsskala som är en omskalning av TCG så att tidshastigheten ungefär matchar rätt tid vid medelhavsnivå .

Universal Time (UT1) är jordens rotationsvinkel (ERA) linjärt skalad för att matcha historiska definitioner av medelsoltid vid 0° longitud. Vid hög precision är jordens rotation oregelbunden och bestäms utifrån positionerna för avlägsna kvasarer med hjälp av lång baslinjeinterferometri, laseravstånd från månen och artificiella satelliter, såväl som GPS-satellitbanor.

Coordinated Universal Time (UTC) är en atomär tidsskala utformad för att approximera UT1. UTC skiljer sig från TAI med ett helt antal sekunder. UTC hålls inom 0,9 sekunder efter UT1 genom införandet av steg på en sekund till UTC, "skottsekunden " . Hittills har dessa steg (och skillnaden "TAI-UTC") alltid varit positiva.

Global Positioning System sänder en mycket exakt tidssignal över hela världen, tillsammans med instruktioner för att konvertera GPS-tid (GPST) till UTC. Den definierades med en konstant offset från TAI: GPST = TAI - 19 s. GPS-tidsstandarden upprätthålls oberoende men synkroniseras regelbundet med eller från UTC-tid.

Standardtid eller civil tid i en tidszon avviker ett fast, runt belopp, vanligtvis ett helt antal timmar, från någon form av Universal Time , vanligtvis UTC. Förskjutningen väljs så att en ny dag börjar ungefär medan solen korsar nadirmeridianen . Alternativt är skillnaden inte riktigt fixerad, utan den ändras två gånger om året en runda mängd, vanligtvis en timme, se Sommartid .

Julianskt dagnummer är en räkning av dagar som förflutit sedan Greenwich medeltid på dagen den 1 januari 4713 f.Kr., juliansk proleptisk kalender. Det julianska datumet är det julianska dagstalet följt av bråkdelen av dagen som förflutit sedan föregående middagstid. Bekvämt för astronomer undviker detta datumhopp under en observationsnatt. Modifierad juliansk dag (MJD) definieras som MJD = JD - 2400000,5. En MJD-dag börjar alltså vid midnatt, civilt datum. Julianska datum kan uttryckas i UT1, TAI, TT, etc., så för exakta tillämpningar bör tidsskalan anges, t.ex. MJD 49135.3824 TAI.

Barycentric Coordinate Time (TCB) är en koordinattid som har sitt rumsliga ursprung i solsystemets masscentrum, som kallas barycentrum.

Konverteringar

Omvandlingar mellan atomära tidssystem (TAI, GPST och UTC) är för det mesta exakta. GPS-tid är dock ett uppmätt värde i motsats till en beräknad "pappersskala". Som sådan kan den skilja sig från UTC(USNO) med några hundra nanosekunder, vilket i sin tur kan skilja sig från officiell UTC med så mycket som 26 nanosekunder. Omvandlingar för UT1 och TT förlitar sig på publicerade skillnadstabeller som från 2022 är specificerade till 10 mikrosekunder respektive 0,1 nanosekunder.

Systemet Beskrivning UT1 UTC TT TAI GPS
UT1 Medelsoltid UT1 UTC = UT1 – DUT1 TT = UT1 – DUT1 + LS + 32.184 s + DTT TAI = UT1 – DUT1 + LS GPS = UT1 – DUT1 + LS – 19 s
UTC Civil tid UT1 = UTC + DUT1 UTC TT = UTC + LS + 32,184 s + DTT TAI = UTC + LS GPS = UTC + LS – 19 s
TT Jordisk (Ephemeris) tid UT1 = TT – 32.184 s - DTT – LS + DUT1 UTC = TT – 32.184 s - DTT – LS TT TAI = TT – 32.184 s - DTT GPS = TT – 51.184 s - DTT
TAI Atomic Time UT1 = TAI – LS + DUT1 UTC = TAI – LS TT = TAI + 32,184 s + DTT TAI GPS = TAI – 19 s
GPS GPS-tid UT1 = GPS + 19 s – LS + DUT1 UTC = GPS + 19 s – LS TT = GPS + 51.184 s + DTT TAI = GPS + 19 s GPS

Definitioner:

  1. LS = TAI – UTC = skottsekunder från USNO-tabell över skottsekunder
  2. DUT1 = UT1 – UTC publicerad i IERS Bulletins eller US Naval Observatory EO
  3. DTT = TT - TAI - 32.184 s publicerade i BIPM :s TT(BIPM)-tabeller .

TCG är linjärt relaterat till TT som: TCG - TT = L G * (JD -2443144.5) * 86400 sekunder, med skalskillnaden L G definierad som 6,969290134e-10 exakt.

TCB är en linjär transformation av TDB och TDB skiljer sig från TT i små, mestadels periodiska termer. Om man försummar dessa termer (i storleksordningen 2 millisekunder under flera årtusenden runt den nuvarande epok), är TCB relaterad till TT med: TCB - TT = L B * (JD -2443144.5) * 86400 sekunder. Skalskillnaden L B har definierats av IAU till att vara 1,550519768e-08 exakt.

Tidsstandarder baserade på jordens rotation

Skenbar soltid eller sann soltid baseras på soldagen, vilket är perioden mellan en solmiddag (den verkliga solens passage över meridianen) och nästa. Ett soldygn är ungefär 24 timmars medeltid. Eftersom jordens omloppsbana runt solen är elliptisk, och på grund av snedheten hos jordens axel i förhållande till planet för omloppsbanan (ekliptikan), varierar det skenbara soldygnet några dussin sekunder över eller under medelvärdet på 24 timmar. Eftersom variationen ackumuleras under några veckor finns det skillnader så stora som 16 minuter mellan skenbar soltid och medelsoltid (se tidsekvation ) . Dessa variationer upphör dock under ett år. Det finns också andra störningar som jordens vinkling, men dessa är mindre än en sekund per år.

Siderisk tid är tid vid stjärnorna. En siderisk rotation är den tid det tar för jorden att göra ett varv med rotation till stjärnorna, ungefär 23 timmar 56 minuter 4 sekunder. En genomsnittlig soldag är cirka 3 minuter 56 sekunder längre än en genomsnittlig siderisk dag, eller 1 ⁄ 366 mer än en genomsnittlig siderisk dag. Inom astronomi används siderisk tid för att förutsäga när en stjärna kommer att nå sin högsta punkt på himlen. För korrekt astronomiskt arbete på land var det vanligt att observera siderisk tid snarare än soltid för att mäta medelsoltiden, eftersom observationerna av "fasta" stjärnor kunde mätas och reduceras mer exakt än observationer av solen (trots behovet att göra olika små kompensationer, för refraktion, aberration, precession, nutation och proper motion). Det är välkänt att observationer av solen utgör betydande hinder för att uppnå mätnoggrannhet. Förr, före distributionen av exakta tidssignaler, var det en del av rutinarbetet vid varje observatorium att observera de sideriska tiderna för meridiantransitering av utvalda "klockstjärnor" (med välkänd position och rörelse), och att använda dessa att korrigera observatoriets klockor som kör lokal genomsnittlig siderisk tid; men nuförtiden genereras lokal siderisk tid vanligtvis av dator, baserat på tidssignaler.

Medelsoltid var en tidsstandard som användes speciellt till sjöss för navigationsändamål, beräknad genom att observera skenbar soltid och sedan lägga till en korrigering, tidsekvationen , som kompenserade för två kända oregelbundenheter i dygnets längd, orsakade av ellipticiteten för jordens omloppsbana och snedställningen av jordens ekvator och polära axel mot ekliptikan ( som är planet för jordens omloppsbana runt solen). Den har ersatts av Universal Time .

Greenwich Mean Time var ursprungligen medeltid härledd från meridianobservationer gjorda vid Royal Greenwich Observatory ( RGO). Den huvudsakliga meridianen för det observatoriet valdes 1884 av den internationella meridiankonferensen till att vara den primära meridianen . GMT antingen med det namnet eller som "medeltid i Greenwich" brukade vara en internationell tidsstandard, men är det inte längre; det döptes ursprungligen om 1928 till Universal Time (UT) (delvis som ett resultat av oklarheter som uppstod från den ändrade praxisen att starta den astronomiska dagen vid midnatt istället för vid middagstid, antagen från 1 januari 1925). UT1 är fortfarande i verkligheten genomsnittlig tid i Greenwich. Idag är GMT en tidszon men är fortfarande den lagliga tiden i Storbritannien på vintern (och justerat med en timme för sommartid). Men Coordinated Universal Time (UTC) (en atombaserad tidsskala som alltid hålls inom 0,9 sekunder från UT1) är vanligt förekommande i Storbritannien, och namnet GMT används ofta för att referera till det. (Se artiklarna Greenwich Mean Time , Universal Time , Coordinated Universal Time och källorna de citerar.)

Versioner av Universal Time som UT0 och UT2 har definierats men används inte längre.

Tidsstandarder för planetrörelseberäkningar

Ephemeris-tid (ET) och dess efterföljande tidsskalor som beskrivs nedan har alla varit avsedda för astronomisk användning, t.ex. i planetariska rörelseberäkningar, med syften inklusive enhetlighet, i synnerhet frihet från oregelbundenheter i jordens rotation. Några av dessa standarder är exempel på dynamiska tidsskalor och/eller på koordinattidsskalor . Ephemeris Time var från 1952 till 1976 en officiell tidsskalastandard för International Astronomical Union ; det var en dynamisk tidsskala baserad på jordens omloppsrörelse runt solen, från vilken ephemeris seconden härleddes som en definierad del av det tropiska året. Denna efemeriska sekund var standarden för SI- sekunden från 1956 till 1967, och den var också källan för kalibrering av cesiumatomklockan ; dess längd har duplicerats nära, till inom 1 del av 10 10 , i storleken av den aktuella SI-sekunden refererad till atomtid. Denna Ephemeris Time-standard var icke-relativistisk och uppfyllde inte växande behov av relativistiska koordinattidsskalor . Den användes för de officiella almanackorna och planetariska efemeriderna från 1960 till 1983, och ersattes i officiella almanackor för 1984 och efter, av numeriskt integrerad Jet Propulsion Laboratory Development Ephemeris DE200 (baserat på JPL relativistiska koordinattidsskalan T eph ).

För applikationer på jordens yta var ET:s officiella ersättare Terrestrial Dynamical Time (TDT), som bibehöll kontinuiteten med den. TDT är en enhetlig atomär tidsskala, vars enhet är SI-sekunden. TDT är i sin takt bunden till SI-sekunden, liksom International Atomic Time (TAI), men eftersom TAI var något godtyckligt definierad vid starten 1958 för att initialt vara lika med en förfinad version av UT, kompenserades TDT från TAI, med konstanta 32,184 sekunder. Offseten gav en kontinuitet från Ephemeris Time till TDT. TDT har sedan dess omdefinierats till jordisk tid (TT).

För beräkningen av efemerider rekommenderades Barycentric Dynamical Time (TDB) officiellt att ersätta ET. TDB liknar TDT men inkluderar relativistiska korrigeringar som flyttar origo till barycenter, därför är det en dynamisk tid vid barycenter. TDB skiljer sig från TT endast i periodiska termer. Skillnaden är högst 2 millisekunder. Brister hittades i definitionen av TDB (även om de inte påverkar T eph ), och TDB har ersatts av Barycentric Coordinate Time (TCB) och Geocentric Coordinate Time (TCG), och omdefinierats till att vara JPL ephemeris time argument T eph , ett specifikt fastställt linjär transformation av TCB. Enligt definitionen har TCB (som observerats från jordens yta) en divergerande hastighet i förhållande till alla ET, T eph och TDT/TT; och detsamma gäller, i mindre utsträckning, för TCG. Efemeriderna av solen, månen och planeterna i nuvarande utbredd och officiell användning fortsätter att vara de som beräknas vid Jet Propulsion Laboratory (uppdaterat från 2003 till DE405 ) med T eph som argument .

Se även

Anteckningar

Citat

Källor

  • Urban, Sean; Seidelmann, P. Kenneth, red. (2013). Förklarande tillägg till den astronomiska almanackan (3:e upplagan). Mill Valley, Kalifornien: University Science Books.
  •   Förklarande tillägg till den astronomiska almanackan, PK Seidelmann, red., University Science Books, 1992, ISBN 0-935702-68-7 .

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Time_standard&oldid=1144546867 "