Міжнародний атомний час (фр. Temps Atomique International; TAI) — шкала часу, яку визначає Міжнародне бюро мір і ваг на основі інтеграції деякої кількості атомних годинників різних лабораторій світу.
Офіційно шкалу запроваджено 1972 року, хоча фактично атомний час відлічують з 1955 року.
Фундаментальною одиницею TAI обрано секунду системи SI на рівні геоїда, який обертається. Окремі еталони мають дещо різний хід, але в цілому шкала доволі стабільна (5× 10-15).
За рішенням XII Генеральної конференції мір і ваг 1967 року[джерело?] одиниця TAI — 1 атомна секунда — дорівнює тривалості 9 192 631 770 періодів випромінювання, відповідного переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133.
Нульпункт шкали TAI обрано таким чином, щоб атомний час на 1 січня 1958 року якомога точніше збігався з Всесвітнім часом UT2.
Ефемеридний час (ET) пов'язаний з атомним часом (TAI) таким співвідношенням: ET = TAI + 32,184 c.
Вимірювання
TAI - це середньозважене значення часу, який показують понад 450 атомних годинників у більш ніж 80 національних лабораторіях по всьому світу.[3] Більшість годинників, що беруть участь у дослідженні, є цезієвими; визначення секунди в Міжнародній системі одиниць (СІ) базується на цезію.[5] Годинники порівнюються за допомогою сигналів GPS і двосторонньої супутникової передачі часу і частоти.[6] Завдяки усередненню сигналів TAI на порядок стабільніший за найкращий годинник, що входить до його складу.
Кожна з установ-учасниць транслює в режимі реального часу частотний сигнал з часовими кодами, що є їхньою оцінкою TAI. Часові коди зазвичай публікуються у формі UTC, яка відрізняється від TAI на відому цілу кількість секунд. Ці часові шкали позначаються у вигляді UTC(NPL) у формі UTC, де NPL тут позначає Національну фізичну лабораторію, Велика Британія. Форма TAI може позначатися як TAI(NPL). Останнє не слід плутати з TA(NPL), яке позначає незалежну атомну шкалу часу, не синхронізовану з TAI або з чимось іншим.
Годинники в різних установах регулярно звіряють один з одним. Міжнародне бюро мір і ваг (BIPM, Франція) об'єднує ці вимірювання для ретроспективного обчислення середньозваженого значення, яке формує найбільш стабільну шкалу часу.[3] Ця комбінована шкала часу публікується щомісяця в "Circular T",[7] і є канонічною TAI. Ця шкала часу виражається у вигляді таблиць різниць UTC - UTC(k) (що дорівнює TAI - TAI(k)) для кожної установи-учасниці k. У тому ж циркулярі також наводяться таблиці TAI - TA(k), для різних несинхронізованих атомних шкал часу.
Помилки в публікації можуть бути виправлені шляхом видання перевидання помилкового Циркуляра Т або шляхом виправлення помилок у наступному Циркулярі Т. Крім того, після публікації в Циркулярі Т шкала TAI не переглядається. Озираючись назад, можна виявити помилки в TAI і зробити кращі оцінки справжньої правильної шкали часу. Оскільки опубліковані циркуляри є остаточними, кращі оцінки не створюють ще одну версію TAI; натомість вважається, що вони створюють кращу реалізацію земного часу (TT).
Історія
Перші атомні шкали часу складалися з кварцових годинників, частота яких калібрувалася одним атомним годинником; атомні годинники не працювали безперервно. Атомні служби хронометражу почали експериментально працювати в 1955 році з використанням першого атомного годинника на основі цезію в Національній фізичній лабораторії, Велика Британія (NPL). Він був використаний як основа для калібрування кварцових годинників у Гринвіцькій королівській обсерваторії і для встановлення часової шкали, яка отримала назву "Гринвіцький атомний час" (Greenwich Atomic, GA). Військово-морська обсерваторія США почала використовувати шкалу A.1 13 вересня 1956 року, використовуючи комерційний атомний годинник Атоміхрон, після чого 9 жовтня 1957 року в Національному бюро стандартів у Боулдері, штат Колорадо, була введена шкала NBS-A.
У липні 1955 року Міжнародне бюро часу (BIH) започаткувало шкалу часу Tm або AM, використовуючи як місцеві цезієві годинники, так і порівняння з віддаленими годинниками за допомогою фази радіосигналів НВЧ-діапазону. Шкала BIH, A.1, і NBS-A були визначені епохою на початку 1958 року[a] Процедури, що використовуються BIH, розвивалися, і назва шкали часу змінювалася: A3 у 1964 році[10] та TA(BIH) у 1969 році[11].
Секунда СІ була визначена в термінах атома цезію в 1967 році. У 1971-1975 роках Генеральна конференція з мір і ваг та Міжнародний комітет з мір і ваг прийняли низку рішень, які позначили шкалу часу BIPM як Міжнародний атомний час (TAI)[12].
У 1970-х роках стало зрозуміло, що годинники, які беруть участь у TAI, цокають з різною швидкістю через гравітаційне сповільнення часу, а об'єднана шкала TAI, таким чином, відповідає середньому значенню висот різних годинників. Починаючи з юліанської дати 2443144.5 (1 січня 1977 року 00:00:00), до показань усіх годинників, що брали участь у дослідженні, були застосовані поправки, щоб TAI відповідав правильному часу на геоїді (середньому рівні моря). Оскільки годинники в середньому знаходилися значно вище рівня моря, це означало, що TAI сповільнився приблизно на одну частину від трильйона. Колишня невиправлена шкала часу продовжує публікуватися під назвою EAL (Échelle Atomique Libre, що означає Вільна атомна шкала)[13].
Момент, коли почала застосовуватися гравітаційна поправка, слугує епохою для барицентричного координатного часу (TCB), геоцентричного координатного часу (TCG) і земного часу (TT), які представляють три фундаментальні часові шкали в Сонячній системі. [14] Всі три шкали часу були визначені як JD 2443144.5003725 (1 січня 1977 року 00:00:32.184) саме в той момент.[b] TAI відтепер був реалізацією TT, з рівнянням TT(TAI) = TAI + 32.184 с.[15].
Подальше існування TAI було поставлено під сумнів у листі 2007 року від BIPM до ITU-R, в якому зазначалося: "У разі перевизначення UTC без високосних секунд, CCTF розгляне можливість обговорення можливості придушення TAI, оскільки він залишиться паралельним до безперервного UTC"[16].
Відношення до UTC
На відміну від TAI, UTC є переривчастою шкалою часу. Вона час від часу коригується високосними секундами. Між цими коригуваннями вона складається з сегментів, які зіставляються з атомним часом за допомогою постійного зсуву. Від початку свого існування у 1961 році до грудня 1971 року коригування здійснювалися регулярно з точністю до частки високосної секунди, так що UTC наближалося до UT2. Згодом ці поправки робилися тільки в цілих секундах, щоб наблизити UT1. Це було компромісним рішенням для того, щоб уможливити публічну трансляцію часової шкали. Менш часті цілосекундні коригування означали, що часова шкала буде більш стабільною і її буде легше синхронізувати на міжнародному рівні. Той факт, що вона продовжує наближатися до UT1, означає, що такі завдання, як навігація, які потребують джерела всесвітнього часу, продовжують добре обслуговуватися публічною трансляцією UTC[17].
Див. також
Примітки
- до 1988 року шкалу атомного часу визначало Міжнародне бюро часу, яке потім було реорганізоване.
- зауваження щодо розташування годинника («на поверхні геоїда, який обертається»), обумовлене потребою враховувати явища релятивістського та гравітаційного сповільнення часу, що якоюсь мірою впливають на хід годинника.
Джерела
- ↑ Міжнародний атомний час // Астрономічний енциклопедичний словник / за заг. ред. І. А. Климишина та А. О. Корсунь. — Львів : Голов. астроном. обсерваторія НАН України : Львів. нац. ун-т ім. Івана Франка, 2003. — С. 292. — ISBN 966-613-263-X.
- Ефемеридний час // Астрономічний енциклопедичний словник / за заг. ред. І. А. Климишина та А. О. Корсунь. — Львів : Голов. астроном. обсерваторія НАН України : Львів. нац. ун-т ім. Івана Франка, 2003. — С. 156. — ISBN 966-613-263-X.