GEODETSKA ASTRONOMIJA - Gimnazija Požega€¢ NAJSTARIJA PISANA RIJE Č 732. g. pr. Kr., (u Bibliji u 20. poglavlju Knjige o kraljevima, sunčane ure u obliku obeliska

GEODETSKA ASTRONOMIJAGEODETSKA ASTRONOMIJA

3. 3. VRIJEME, VREMENVRIJEME, VREMENSKE SKALE ISKE SKALE IUREĐAJI ZA MJERENJE VREMENAUREĐAJI ZA MJERENJE VREMENA

3.3 3.3 UREĐAJI ZA MJERENJEUREĐAJI ZA MJERENJE/ODR/ODRŽŽAVANJEAVANJEVREMENA I PRIJENOS VREMENAVREMENA I PRIJENOS VREMENA

predavanja, VI. semestar

MITOLOMITOLOŠŠKO, KO, FILOZOFSKOFILOZOFSKO--TEOLOTEOLOŠŠKOKO

ŠŠ Š TO

JE

VR

IJEM

E TO

JE

VR

IJEM

E TO

JE

VR

IJEM

E …… …

?? ?

ASTRONOMIJSKOASTRONOMIJSKO I I FENOMENOLOFENOMENOLOŠŠKOKO

ZEMLJINA ROTACIJA ZEMLJINA ROTACIJA

ZEMLJINA REVOLUCIJA ZEMLJINA REVOLUCIJA

MJESEMJESEČČEVA REVOLUCIJAEVA REVOLUCIJA

SUNCE, SUNCE, ZVIJEZDEZVIJEZDE

METRIMETRIČČKO I KO I NORMATIVNONORMATIVNO

NAPRAVE ZA NAPRAVE ZA POKAZIVANJE POKAZIVANJE /MJERENJE VREMEN/MJERENJE VREMENAA

VREMENSKE SKALE I VREMENSKE SKALE I KALENDARIKALENDARI

JEDINICE VREMENAJEDINICE VREMENA

FIZIKALNO I FIZIKALNO I RELATIVISTIRELATIVISTIČČKOKO

ASTRONOMIJSKO, FIZIKALNO, ASTRONOMIJSKO, FIZIKALNO, ASTRONOMIJSKO, FIZIKALNO, METRIMETRIMETRIČČČKO I NORMATIVNO ... KO I NORMATIVNO ... KO I NORMATIVNO ...

NAPRAVE ZA POKAZIVANJE/MJERENJE VREMENA- od gnomona do atomske ure

VREMENSKI SUSTAVI I SKALE- sunčevo i zvjezdano vrijeme- dinamičko i koordinatno vrijeme- atomsko vrijeme

VREMENSKA JEDINICA/NORMALA- sekunda srednjeg sunčevog dana- efemeridna sekunda- atomska sekunda

STONEHENGESTONEHENGE

oko 3000. g. pr. Kr.NAJSTARIJI NAČINI MJERENJA VREMENA (PRECIZNIJE: ODREĐIVANJA DOBA SOLSTICIJA, MOTRENJA POMRČINA I DRUGO) OBAVLJANA SU NA PRVIM “ASTRONOMSKIM OPSERVATORIJIMA”(SVETIŠTA, KULTNA MJESTA ...)

NAPRAVE/UREĐAJI ZA MJERENJE/ODREĐIVANJEVREMENA

oko 2000. g. pr. Kr.NAJSTARIJE NAPRAVE/UREĐAJI ZA MJERENJE VREMENA

GNOMON → SUNČANE URE

ISKONSKA MJERILA VREMENA: sunčane, zvjezdane, vodene,pješčane ure ...

GNOMON (sjenopokazivač, grč. gnomonem – onaj koji zna, znalac)• oko 2000. g. pr. Kr.

GNOMON/SUNČANE URE

TOČNO VRIJEME NASTANKA SUNČANIH URA NEPOZNATO

• NAJSTARIJI TRAG SUNČANIH URA oko 1100. g. pr. Kr.(izvještaj u rukopisu Kineza Čin-Pia, kineskiastronomi odredili visinu Sunca – ljetni i zimskisolsticij, te iz toga odredili priklon ekliptike)

• NAJSTARIJA PISANA RIJEČ 732. g. pr. Kr., (u Bibliji u 20. poglavlju Knjige o kraljevima,sunčane ure u obliku obeliska)

VRSTE SUNČANIH URA:HORIZONTALNE, VERTIKALNE i EKVATORSKE

SUNČANE URE• prije 16. st. pr. Kr., Egipat

• vertikalne

• horizontalne

• DULJINA SATA OVISI O GODIŠNJEM DOBU (PROMJENJLJIVOJ VISINI SUNCA)!• NJIHOVA RAZVOJNA FAZA ZAVRŠAVA U PRVIM STOLJEĆIMA POSLIJEKRISTA, A MNOGA STOLJEĆA POSLIJE OSTAJU U UPORABI

DOBA MODERNIH EKVATORSKIH SUNČANIH URA• 1431.

• BROJČANIK URE POSTAVLJEN PARALELNOS RAVNINOM NEBESKOG EKVATORA A ŠILJKOM (GNOMONOM) U SMJERU NEBESKOG POLA

• «JEDNOLIKO» VRIJEME TIJEKOM GODINE S JEDNAKO DUGIM SATNIM INTERVALIMA, BEZ OBZIRA NA GODIŠNJE DOBA (PROMJENJLJIVU VISINU SUNCA)

• RENESANSNI NAPREDAK ODRAZIO SE I NA USAVRŠAVANJE SUNČANIH URA:POVEZIVANJE KOMPASA SA SUNČANIMURAMA

VODENE URE – KLEPSIDRE• najmanje 15. st. pr. Kr., Egipat i neki narodi dalekog istoka

PJEŠČANE URE• znatno pr. Kr.

URE SVIJEĆE, ULJNE URE• 9. st., Kina

• (+) NE OVISE O SUNCU• (−) STVORITI ETALON – UMJETNU JEDINICU VREMENA

izvor crteža: http://www.britannica.com/clockworks/

• određivanja doba noći iz položaja i kretanja Kasiopeje (posebice zvijezde β)oko Sjevernjače

ZVJEZDANE URE• određivanja doba noći iz položaja

Velikih Kola u 21 sat u različito doba godine

ASTROLAB

HIPARH, II. st. pr. Kr.- astrolabom određivao položaj Sunca, njegovu visinu iznad obzora,

duljinu dana i noći, - iz mjerenja visina zvijezda određivao vrijeme


- astrolab su na temelju Hiparhova Almagesta usavršili Arapi u 2. st.

DOBA MEHANIČKIH URA

XIII. st.• VRIJEME URA SA ZUPČANICIMA

I UTEZIMA («NA KOTAČE») • PRVI MEHANIČKI SATOVI IMAJU

SAMO JEDNU KAZALJKU (NAVIJANI 2X DNEVNO)

• KONSTRUKCIJA SATOVA ZASNIVA SE NA NEKOM NEPROMJENJLJIVOMPERIODIČKOM PROCESU

MEHANIČKE URE

USTROJSTVO MEHANIČKIH URA

IZVORPOGONSKEENERGIJE

POKAZIVALOVREMENA

PRIJENOSNIUREĐAJ

ZAPREČNIČKIUREĐAJ

OSCILATOR(IZVOR VREM.NORMALE)

• TOČNOST OVISI O NEPROMJENJLJIVOSTI (STABILNOSTI) PERIODIČKOG PROCESA

URE S UTEGOM (VAGASTE URE, URE S FOLIOTOM - DVOKRAKOM VAGOM)13. st. gradnje toranjskih ura


foliot

kotva spaletama

GRADNJA TORANJSKIH SATOVA1288. Westminster, 1292. ure crkve u Canterbury, 1300. ure crkve u Firenci, 1352. sat na katedrali u Strasbourgu, 1356. toranjske ure u Nürnbergu, 1370. u Parizu

...

• dnevna točnost od 15 do 60 min.

URE S OPRUGOMna prijelazu 15. na 16. st.,• utezi zamijenjeni spiralnom oprugom u obliku trake

URE NJIHALICE

1581(3). g.• Galileo otkriva osobine njihala

1656(7). g.• Huygens, prva ura njihalica

glt π= matematičkom formulom povezano

vrijeme i duljina njihala


zaprečničkikotačić

njihalo

zaprečnica


URE S OPRUGOMrano 16. st., (1510.) Europa• prva prijenosna mehanička ura, utezi zamijenjeni spiralnom oprugom

u obliku trake

zaprečničkikotačić

nemirnica

zaprečnica

opruganemirnice

1735. H1 KRONOMETAR(34 kg, 120x120x120 cm)

1741., 1759. g.,

1761/62. g. H4 KRONOMETAR• testiranje na brodu koji je plovio Portsmouth – Jamaica• za 81 dan plovidbe kronometar H4 kasnio manje od 5 sekundi• ukupna pogreška pri plovidbi bila je manja od 2 minute

• prvi zapisi koji upućuju na poznavanje karakteristika igle kompasa(pokazuje magnetski smjer svever-jug) iz početka XI. st. (Kina)

SUVREMENE (MODERNE) URE NJIHALICE(za laboratorijska i astrometrijska mjerenja vremena)

prijelaz 19./20. st., REIFLEROVA URA- najprikladnija za laboratorijsko

mjerenje vremena- dnevna točnost bolja od 0,01s

1921., SHORTTOVA URA- između dva svjetska rata osnovne ure

svih velikih astronomskih opservatorija - dnevna točnost od 0,002 s do 0,003 s

(≈ 1s na godinu)- danas zamijenjene kvarcnim i atomskim

urama

ELEKTRONIČKI OSCILATORNI SKLOPKVARCNI OSCILATOR = KRISTAL KVARCA + ELEKTRONIČKI DIO komad kristala kvarca između elektroda u kojima naizmjenično mjenjamo el. napon počinje titrati u jednakom ritmu promjene el. naboj na elektrodama

ukoliko dovoljno brzo izmjenjujemo napon (tako da se broj titraja približi broju titraja vlastite frekvencije kvarca) intenzitet titraja jako poraste, javlja se rezonancija i kristal nameće titraje svoje vlastite frekvencije koja je vrlo postojanaako je temperatura kvarca dovoljno konstantna

KVARCNE URE

1921. g. , J. Horton, W. Marrison- započinju istraživati i razvijati kvarcnu uru

1928. g.- konstruiran prvi kvarcni oscilator

1944. g.- grupa od 3 kvarcne ure na

Greenwichkom opservatoriju

1937. g.- kvarcne ure uvodi

Greenwichki opservatorij

oscilator

djeliteljfrekvencije

cezijev atomski snop

cezijevizvor

magneti

detektor

servomehanizam


REZONANTNA FREKVENCIJA (FREKVENCIJA TITRANJA) ATOMA NIJE IZRAVNOIZVOR FREKVENCIJE VEĆ SE POSREDSTVOM ELEKTRONIČKIH SERVOKRUGOVA UPOTREBLJAVA SAMO ZA KONTROLU I ISPRAVLJANJE FREKVENCIJE VRLO PRECIZNOG KVARCNOG OSCILATORA KOJI SLUŽI KAO NORMALA

ATOMSKE URE1948.-49. g. National Bureau of Standards, Washington1955. g. Essen- konstruira atomsku uru- Essen i Parry počinju mjeriti vrijeme sa cezijevom atomskom urom

kristal kvarca

baterija

mikroprocesor

sinkronimotor

SUVREMENE RUČNE KVARCNE URE(ne upotrebljavaju se za laboratorijska i astrometrijskamjerenja vremena)

• razvitak elektronike (u prvom redu integriranih krugova)omogućio je uporabu kristala kvarca za upravljanje oscilatorai kod ručnih ura

• raznolika izvedba i primjena


BROJABROJAČČ//POKAZIVAPOKAZIVAČČOSCILATOROSCILATOR ŠŠTO JE URA (SAT, DOBNIK)?TO JE URA (SAT, DOBNIK)?

ZEMLJA KAO URAOSCILATOR:Zemljina rotacijaIZVOR NAPAJANJA:inercija

MEHANIČKE UREOSCILATOR:titranje njihala, nemirnice ...IZVOR NAPAJANJA:gravitacija, opruga, el. struja

KVARCNE UREOSCILATOR:elektromagnetsko titranje ugeneratoru stabiliziranom kvarcomIZVOR NAPAJANJA:el. struja

ATOMSKE UREOSCILATOR:emisija/apsorpcija elektro-magnetskih valova atoma/molekulaIZVOR NAPAJANJA:el. struja

DNEVNO ODSTUPANJE I TOČNOST URA

mehaničke ure

kvarcne ure

atomske ure

DN

EVN

O O

DST

UPA

NJE

U S

EKU

ND

AM

A

VRIJ

EME

U G

OD

INA

MA

PO

TREB

NO

DA

BI

OD

STU

PAN

JE B

ILO

1 S

EKU

ND

A

DNEVNO ODSTUPANJE/NESIGURNOSTI TOČNOST NEKIH MJERENJA/ODREĐIVANJA VREMENA

KLASIČNE ASTRONOMSKE METODE ODREĐIVANJA TOČNOG VREMENA• metode se oslanjaju na određivanje Zemljine rotacije s obzirom na zvijezde i Mjesec

• CARLSBERG MERIDIJANSKI TELESKOP(automatizirani meridijanski krug)premješten iz Brorfelda (Danska) na La Palmu (Kanari)Institute of Astronomy, Cambridge (Velika Britanija)Copenhagen University Observatory (Danska)Real Instituto y Observatorio de la Armada en San Fernando (Španjolska)

• MERIDIJANSKI KRUG (1689. O. Römer), moguća točnost određivanja UT nekoliko ms

• FOTOGRAFSKA ZENITNA CIJEV (1909.), sofisticiraniji i precizniji instrument

http://www.roa.es/Astronomia/Astromeridiana.html

KLASIČNE ASTRONOMSKE METODE ODREĐIVANJA TOČNOG VREMENA

• DANJONOV ASTROLAB (1951., A. Danjon)impersonalni astrolab s Wollastonovom prizmom

• FOTOELEKTRIČNI ASTROLAB MARK II i IIIimpersonalni mikrometrički vijak zamijenjen fotomultiplikatorom, u cijelosti automatiziranopažački postupak (fotoelektrična i CCD mjerenja)

http://www.hioptic.com/telescopes/astronomical-instruments/astrometric/

• sve do 80-ih godina XX. st. određivanje UT-a temeljilo se na mjerenju vremena prolazaneke zvijezde poznate rektascenzije preko stajališnog meridijana

SATELITSKE I SVEMIRSKE ISTRAŽIVAČKO-MJERNE TEHNIKEU GEODETSKOJ ASTOROMETRIJI

• metode se oslanjaju na određivanje Zemljine orijentacije (rotacije) s obzirom na galaktike, zvijezde i Zemljine umjetne satelite

• danas je moguće odrediti dnevne vrijednosti UT1-UTC i duljinu dana s točnošćuod nekoliko mikrosekundi (ms)

UNIVERSAL TIME, UT1(do 2006.)GAST = α + tG (tG = 0h) GAST = αUT1 = GAST – GAST0 + (GAST – GAST0) × 0,997269566 + (UT1 – UT0)

GAST – Greenwichko prividno zvjezdano vrijemeα, t – rektascenzija, satni kut zvijezde

ZEMLJIN ROTACIJSKI KUT(od 2006.)

Zemljin rotacijski kut mjeren je u Celestial Intermediate Reference System(CIRS) uzduž njegovog ekvatora (pravi ekvator za datum) između terestričkog(TIO) i nebeskog (CIO) ishodišta. To je proporcionalno, srazmjerno UT1 i to izvedeno vrijeme je Zemljina kutna brzina, i definirano je sljedećom jednadžbom (AA 2006, str. B10)

( ) ( )( )1mod11354480027378119,06407790572732,0360

11354480027378119,16407790572732,020

UU

UU

DD

radianaDD

++=

+= πθ

DU – interval vremena u danima i dijelovima dana, protekao od epohe J2000,0DU mod1 – decimalni ostatak preostao nakon uklanjanja svih cjelobrojnih dana

MEĐUNARODNE SLUŽBE (SERVISI) ZA PRIKUPLJANJE, OBRADU, ANALIZU I DISTRIBUCIJU ZEMLJINIH ORIJENTACIJSKIH PARAMETARA I REALIZACIJU I RAZGLAŠAVANJE SVJETSKOG USKLAĐENOG VREMENA KAO MEĐUNARODNE VREMENSKE SKALE

1988. g., dvije službe

IERSInternational Earth Rotation and Reference Systems Service

BIPM Time SectionInternational Bureau of Weights and Measures Time Section(nekad: BIH – Bureau International de l‘Heure)

BIPMBureau International des Poids et Mesures/International Bureau of Weights and MeasuresMEĐUNARODNI URED ZA UTEGE I MJERENJA(međunarodna organizacija sa sjedištem u Parizu pod upravom francuske vlade)

BIPM Time Sectionhttp://www1.bipm.org/en/scientific/tai/

DANAS TAI I UTC ODREĐUJEMO IZ PODATAKA OKO 250 ATOMSKIHSATOVA IZ 65 LABORATORIJA

UTC JE REALIZIRAN/ODRŽAVAN MNOGOBROJNIM PRECIZNIMATOMSKIM SATOVIMA NACIONALNIH VREMENSKIH LABORATORIJA

UTC JE DISTRIBUIRAN S POMOĆU RADIO STANICA, SATELITSKIMTEHNIKA I PUTEM INTERNET SERVISA

The NIST Reference on Constants, Units and Uncertaintyhttp://physics.nist.gov/cuu/Units/introduction.html

Bureau International des Poids et Mesures (BIPM)Pavillon de Breteuil, F-92312 Sevres Cedexhttp://www.bipm.org/en/si/

BIPM Time Section (vremenska sekcija BIPM)(nekad: BIH – Bureau International de l‘Heure)

http://physics.nist.gov/cuu/Units/introduction.html

http://www.bipm.org/en/si/

MREŽA MEĐUSOBNO POVEZANIH NACIONALNIH VREMENSKIH LABORATORIJA KOJE IZMJENJUJU I ODRŽAVAJU LOKALNU APROKSIMACIJU UTC(k)

UTC RAČUNAMO IZ LOKALNIH SKALA UTC(k), ODREĐENIH IZ MJERENJA OKO 250 ATOMSKIH SATOVA 65 NACIONALNIH VREMENSKIH LABORATORIJA

ORGANIZATION OF THE INTERNATIONAL TIME LINKS

Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)http://www.ptb.de/en/index.html

http://www.ptb.de/en/index.html

NIST-F1Atomic Fountain Clock at the National Institute of Standards and Technology, Boulder, SAD

• mlazni (snopni) cezijev atomski sat (“atomska fontana”)

• primarni frekvencijski standard, nesigurnost 3-4 × 10-16

http://tf.nist.gov/cesium/fountain.htm

SLUŽBA TOČNOG VREMENA U HRVATSKOJGeofizički odsjek PMF-a utemeljen 1861.

SLUŽBA TOČNOG VREMENA• oglašavanjem podneva pucnjem gričkog topa (od 1876.)• označavanjem punog sata putem radija "... na treći znak Geofizičkog zavoda bilo je točno..." (od 1926.)

URE ZA ODRŽAVANJE TOČNOG VREMENA• ure njihalice (najstarija ura tipa Riefler iz 1905.) • danas: kvarcna ura Patek Philippe (u pogonu od 1984.)

RAZGLAŠAVANJA TOČNOG VREMENA

• javno oglašavanja točnog vremena počinje s dobom mehaničkih (toranjskih) ura izbijanjem ili zvonjenjem u pune sate dana i noći,a takvo oglašavanje sačuvalo se stoljećima

• izvor točnog vremena za usklađenje ura bili su astronomskiopservatoriji, koji su obično označavali podne mahanjem zastave ili topovskim pucnjem (XVIII. I XIX. st.)

• pronalaskom telegrafije i radija počinje doba bežičnog odašiljanjavremenskih radiosignala (1905. SAD, 1907. Kanada,

1910. Njemačka, potom Francuska i druge zemlje)

SUVREMENE TEHNIKE PRIJENOSA/SINKRONIZACIJETOČNOG VREMENA

RADIO TEHNIKE

LORAN C

TELEFONSKE I INTERNETSKE TEHNIKE

SATELITSKE TEHNIKE

TEHNIKE LASERSKOG POVEZIVANJA(LINKA) PREKO SATELITA(eksperimentalna faza)

TEHNIKE LASERSKOG I GPS POVEZIVANJA PREKOORBITALNIH STANICA(razvojna faza)

HBG, Prangins, Švicarska 75,0 kHzOMA, Liblice, Češka 50,0 kHzDCF77, Mainflingen, Njemačka 77,5 kHz...

PRIJENOS VREMENA NISKOFREKVENCIJSKIM RADIO SIGNALIMA (LF)

radioimpulsi

1 sek

t

rastući bridradio impulsa

200 ms

DCF77, Mainflingen, Njemačka, 25 km SE od Frankfurta a. M. kontinuirano emitiranje radiosignalapočetak svake sekunde (osim 59) definiran reduciranom nosećomamplitudom u trajanju od 0,1 do 0,2 s

0

M

10

20

R

10

A1

8

Z1

4

Z2

2

A2

1

S1

1

1

1

1

4

4

4

4

4

4080 P3

8

8

8

8

1010

10

10

MINUTE

BPS :OZNA AVANJEMINUTA

KČ

AMČ

PREMA POTREBInpr. informacijeo sustavu

:OZNA AVANJE

SATI

DAN

KALENDAR

TJEDAN

MJESEC

GODINA

2020 40

20

P1P2

2

2

2

2

2

20

30

40

50

MM označavanje pune minute (0,1 s)

RR normalna ili sigurnosna antena (15. sekunda u trajanju 0,2 s)

A1A1 najava nadolazeće promjene zonskog u ljetno vrijeme i obrnuto

Z1, Z1, ZZ22 vremenska zona (pojas)

A2A2 najava prestupne (skokovite) sekunde

SS startni bit za vremenske kodove (0,2 s)

P1P1--P3P3 parity check bits

označavanje/kodiranje vremenskih informacija u DCF77 signalu

http://www.dcf77.com/index.htm

doseg DCF77 radiosignala

LORAN (LOng-RAnge Navigation) CLORAN (LOng-RAnge Navigation) C– niskofrekvencijski impulsni radionavigacijski sustav dugog dosega– sustav za kontrolu/sinkronizaciju vremena i frekvencije

LORAN-C je primarno primjenjivan u pomorskoj navigaciji za određivanje položaja (koordinata) plovila

prijenos vremena postupkom faznog moduliranja nosećeg valaimpulsi se odašilju u grupama od 8 impulsa na nosivoj frekvenciji od 100 kHztočnost sustava µs (10-6 s)

vrijeme s (- 10 s)µ -6

500 sµ

LORAN-C impuls

POSTUPAK PRIJENOSA/USPOREDBE VREMENA ISTODOBNIMDOGLEDANJEM/PRIMANJEM VREMENSKIH SIGNALA GPS SATELITA NA DVASTAJALIŠNA PRIJAMNIKA

Common-View GPS Time Transfer

Two-WaySatelliteTime Transfer(TWSTT)

AKTUALNA I BUDUĆA ISTRAŽIVANJA

NIST – NASA – JPLPARCS – Primary Atomic Reference Clock in Space, ISS, 2008.

ESAACES – Atomic Clock Ensemble in Space

• POBOLJŠANJE PRECIZNOSTI STANDARDA VREMENA NA ZEMLJI DO 10-17 – 10-18

• KOMPARIRANJE TIH SATOVA S NACIONALNIM FREKVENCIJSKIM STANDARDIMA TEHNIKOM MIKROVALNOG LINKA I PRIJENOS VREMENA GPS-om

MILISEKUNDNI PULSARI KAO SATOVIPULSARI SU ZBOG SVOJE DUGOROČNE STABILNOSTI PERIODA PULSIRANJAPOTENCIJALNI REFERENTNI “SATOVI” PA MOGU BITI UPOTREBLJENI ZAISTRAŽIVANJA STABILNOSTI ATOMSKIH SATOVA NA ZEMLJI

Documents

GEODETSKA ASTRONOMIJA - Gimnazija Požega€¢ NAJSTARIJA PISANA RIJE Č 732. g. pr. Kr., (u Bibliji u 20. poglavlju Knjige o kraljevima, sunčane ure u obliku obeliska