VRIJEME - fgg-web.fgg.uni-lj.sifgg-web.fgg.uni-lj.si/~/mkuhar/Pouk/SG/seminar/Casovni_sistemi... · ZT – pojasno vrijeme (Zone Time, ZT) (zonsko, standardno, građansko vrijeme)

VRIJEMEVREMENSKI SUSTAVI I SKALE VREMENSKI SUSTAVI I SKALE prof. dr. sc. Drago Špoljaric

2

NAPRAVE ZA POKAZIVANJE/MJERENJE VREMENA- od gnomona do atomske ure- prijenos i sinkronizacija vremena

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

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

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

D. Špoljarić: Osnove geodetske astronomije

3

VRIJEME: VREMENSKI SUSTAVI I SKALE

VREMENSKI SUSTAVIsustavi u kojima definiramo vrijeme dijelovima astronomskih ifizikalnih perioda temeljenih na nekoj periodijskoj pojavi ili procesu:

astronomskom- Zemljina rotacija (dan) i revolucija (godina),- gibanje Mjeseca oko Zemlje (mjesec)- broj planeta u sunčevom sustavu vidljivi prostim okom (7)

ili ¼ lunarnog ciklusa (tjedan)- gibanje planeta oko Sunca

fizikalnom- titranje (oscilacija) atoma


4


4 TEMELJNA VREMENSKA SUSTAVA

astronomski vremenski sustavi:1. SUNČEVO VRIJEME (Solar Time)

(i pripadajuće sunčeve vremenske skale definirane Zemljinomrotacijom u odnosu na srednje Sunce)

2. ZVJEZDANO VRIJEME (Sidereal Time)(i pripadajuće zvjezdane vremenske skale definirane Zemljinomrotacijom u odnosu na zvijezde)

3. DINAMIČKO/KOORDINATNO VRIJEME (Dynamic/Coordinate Time)(i pripadajuće dinamičke/koordinatne vremenske skale definiranevremenskim varijablama u jednadžbama gibanje koje opisujudinamiku Sunčevog sustava)

atomski vremenski sustav:4. ATOMSKO VRIJEME (Atomic Time)

(i pripadajuće atomske vremenske skale definirane brojem oscilacijaenergetskog stanja atoma Cs-133)


5

PERIODIJSKA POJAVA ILIPROCES (VREMENSKI SUSTAV) VREMENSKE SKALE ILI LJESTVICE

ZEMLJINA ROTACIJA(SUN(SUNČČEV I ZVJEZDANEV I ZVJEZDANII V.V. S.S.))

ZEMLJINA REVOLUCIJA, GIBANJE PLANETAOKO SUNCA(DINAMI(DINAMIČČKKII IIKOORDINATNKOORDINATNII V.V. S.S.))

OSCILACIJA ATOMA(ATOMSK(ATOMSKII V.V. S.S.))

Universal Time (UT)Greenwich Sidereal Time (GST)

Ephemeris Time (ET) =Terrestrial Dynamic Time (TDT) =Terrestrial Time (TT)Barycentric Dynamic Time (BDT)Geocentric Coordinate Time (TCG)Barycentric Coordinate Time (TCB)

International Atomic Time (TAI)Coordinated Universal Time (UTC)GPS Time (GPST)GLONASS Time (GLONASST)

VREMENSKE SKALE ILI LJESTVICE U NEKOM VREMENSKOM SUSTAVU OPISANE (DEFINIRANE) SU

a) početkom startanja/odbrojavanja, nultim trenutkom(referiranjem na astronomsku vremensku skalu UT1)

b) osnovnom vremenskom jedinicom (pramjerilo, etalon)



6

PRAMJERILO (ETALON) VREMENSKE JEDINICE

• stalan vremenski interval odabran za mjernu jedinicu • sve vremenske skale upotrebljavaju periodijski/frekvencijski izvor

za definiranje/normiranje trajanja (duljine) sekunde – osnovne(standardne) vremenske jedinice

• SREDNJA SUNČEVA• EFEMERIDNA• ATOMSKA SEKUNDA

PRVA TRI VREMENSKA SUSTAVA I PRVE DVIJE DEFINICIJE SEKUNDE STROGOSU POVEZANI S ASTRONOMSKIM OPAŽANJIMA DOK SU ATOMSKO VRIJEME IATOMSKA SEKUNDA ODREĐIVANI/NORMIRANI U ZEMALJSKIM LABORATORIJIMA


41

1780. u Genovi usvojen GRAĐANSKI DAN (dies civilis)(od ponoći do ponoći)

1810. u Berlinu uvedeno SREDNJE SUNČEVO VRIJEME(4 godine kasnije i u Parizu)

do kasnog XVIII. st. temeljna vremenska jedinica je prividni (pravi)sunčev dan (interval između dva uzastopnaprolaza pravog Sunca kroz isti meridijan)

1879. Fleming predlaže podjelu Zemlje na 24 vremenske zone

1884. zaključkom Međunarodne konferencije Zemlja podjeljena na24 vremenska pojasa (zone) s početnim Greenwichkim meridijanomi uvedeno POJASNO (ZONSKO) VRIJEME (ZONE TIME, ZT)

1928. mjesno srednje sunčevo vrijeme za Greenwichki meridijan (Greenwich Mean Time, GMT) nazvano SVJETSKO VRIJEME ili opće vrijeme (Universal Time, UT)

od 1. siječnja 1925. početak pravog dana je prava ponoć (donja kulminacija)


42

ZT – pojasno vrijeme (Zone Time, ZT)(zonsko, standardno, građansko vrijeme)

vrijeme koje upotrebljavamo u javnom životu. Temeljeno je na meridijanskoj podijeli Zemlje u 24 vremenske zone koje obuhvaćaju 150 duljine. Definirano je kao mjesno srednje sunčevo vrijemeu odnosu na središnji meridijan zone (meridijankoji raspolovljava dotičnu vremensku zonu). Zonsko vrijeme u prvoj (početnoj) zoni, koju raspolovljava Greenwichki meridijan, je svjetsko vrijeme, UT. Vremenske zone iz praktičnih razloga nisu ograničene meridijanima, već državnim i teritorijalnim granicama. Susjedne vremeske zonedogovorno se vremenski razlikuju zajedan sat ili pola sata. Osnovna vremenska jedinica je atomska sekunda.

POJASNO (ZONSKO VRIJEME)


43

National Maritime Museum, The Royal Observatory, Greenwichhttp://www.nmm.ac.uk/server/show/conWebDoc.384

Ž. Baćan:Greenwichki kraljevski opservatorij,Ekscentar, br. 10, 2007.


44

POJASNO VRIJEME U HRVATSKOJ(Central European Time, CET -Srednjeeuropsko vrijeme, SEV)

SEV = UT + 1h

ZT = ZTGR + ΔZT = ZTGR + n x 1h

ZT Zone Time – zonsko (pojasno, standardno, građansko) vrijeme

ΔZT zonal correction – korekcija zone,vremenska razlika zonskogvremena prve (zapadnoeuropske)zone i opažačevog zonskog vremena

n broj vremenske zone, na istok "+", na zapad "−"


45

SVJETSKE VREMENSKE ZONE (POJASI)

• datumska se granica ne podudara u cjelosti s meridijanom na 1800


46

STANDARDNE I NESTANDARDNE VREMENSKE ZONE


47

Alma Ata, Rusija6Mountain Standard Time, MST-7

Indija5.5Central Standard Time, CST-6

Ural, Rusija5Eastern Standard Time, EST-5

Afganistan4.5Atlantic Standard Time, AST-4

Kaspijsko jezero4Newfoundland Time, NT-3.5

Iran3.5Greenland Time, GT-3

Moscow Time, MSK3Atlantski ocean -2

Eastern Europe Time, EET2Jugoistočni Greenland-1

Central Europe Time, CET1Greenwich Mean Time, GMT,Western Europe Time, WET

0

Pojasno vrijeme, područjeSatnarazlika


ISTOČNA HEMISFERAZAPADNA HEMISFERA


48

Kamchatka, Istočna Rusija11

Australian Eastern Standard Time, AEST

10

Australian Central Standard Time, ACST

9.5INTERNATIONAL DATE LINE +/-12

Japan Standard Time, JST9Tihi ocean-11

Australian Western Standard Time, AWST

8Hawaiian Standard Time, HST-10

Zapadna Mongolija7Alaska Standard Time, AKST-9

Burma6.5Pacific Standard Time, PST-8



ISTOČNA HEMISFERAZAPADNA HEMISFERA


49

MEĐUNARODNADATUMSKA CRTA(International Date Line, IDL)

• najranija preporuka datumskegranice je iz 1899./1890.,slijede 1910. i 1921.

• recentna datumskagranica je iz 1994./1995.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/61/International_Date_Line.png

50

MEĐUNARODNA DATUMSKA CRTA

51

UT – svjetsko vrijeme /UT0, UT1, UT2/ Zbog toga što satni kut fiktivnog srednjeg Sunca nije klasična astronomska vremenska skala uvedena je vremenska skala koja blisko aproksimira prividno dnevno gibanje Sunca i služi kao temelj za javno mjerenje vremena. UT je definiran greenwichkim satnim kutom fiktivnog srednjeg Sunca uvećanim za 12 sati, koje se jednoliko giba po putanji u ravnini nebeskog ekvatora. UT je formalno određen matematičkim izrazom kao funkcija greenwichkog zvjezdanog vremena. Prema tome, UT određujemo neposrednim astronomskim opažanjem prolaza zvijezda poznatih rektascenzija preko referentnog /Greenwichkog/ meridijana. 1950-TIH GODINA 20. st. UT KLASIFICIRAN KAO UT0, UT1 i UT2. Lokalnu aproksimaciju UT, određenu na nekom meridijanu različitom od Greenwichogoznačavamo UT0 koji se neznatno razlikuje u ovisnosti o položaju opservatorija (ne korigiramo za gibanje polova). Da bi vremenska skala bila nezavisna od mjesta opažanja, UT0 korigiramo s obzirom na pomake po duljini opažačke postaje (korekcija za gibanje polova). Na taj način dobivamo skalu UT1, u literaturi, zbog jednostavnosti, obično označavana kao UT. Vremenska skala UT2 izvodi se iz UT1 korekcijom sezonskih promjena amplitude od oko 60 ms. UT1R je korigirani UT1 s obzirom na periodične članove amplitude 3 ms plimnog porijekla. Također je UT pojasno (zonsko) vrijeme za države zapadne Europe. Od 1925. do 1960. UT je argument računanja efemerida. Osnovna vremenska jedinica je sekunda srednjeg sunčevog vremena.

1925. IAU usvaja ponoć za početak srednjeg sunčevog dana i za astronome (0 sati srednjeg sunčevog vremena)

1928. mjesno srednje Sunčevo vrijeme za Greenwichki meridijan (Greenwich Mean Time, GMT) nazvano SVJETSKO VRIJEMEili opće vrijeme (Universal Time, UT)

52

ODREĐIVANJE (RAČUNANJE) SVJETSKOG VREMENAsvjetsko vrijeme (Universal Time, UT) je formalno određeno matematičkim izrazom kao funkcija greenwichog zvjezdanog vremena (Greenwich Sidereal Time, GST)GMST (GMST0) - GREENWICH MEAN SIDEREAL TIME at 0h UT1(do 2005.)

GMST0 = 6h 41m 50,54841s + 8 640 184,812866s T + 0,093104s T2 -6,2s · 10-6 T3

T – dio julijanskog stoljeća od epohe J2000,02 451 545,0 – broj julijanskih dana (julijanski datum) za 1. siječanj 2000. g. u 12h UT1


GMST (GMST0) - GREENWICH MEAN SIDEREAL TIME at 0h UT1(od 2006. za IAU 2000A precesijsko-nutacijski model)

GMST(DU,T) = 86 400s (0,7790572732640 + 0,00273781191135448 DU + DU mod1)+ 0,00096707s + 307,4771599773s T + 0,093111814s T2

- 0,000006229s T3 + 0,000001255s T4

DU – interval vremena u danima i dijelovima dana, protekao od epohe J2000,0DU mod1 – decimalni ostatak preostao nakon uklanjanja svih cjelobrojnih danaT – terestričko vrijeme (u Julijanskom stoljeću od 36 525 dana) proteklo od

JD 2451545,0 u 12h TT, TT = UT1 + ΔT

36525

0,2451545−=

JDT

53

ZEMLJIN ROTACIJSKI KUT (Earth Rotation Angle, ERA)(od 2006.)

• Zemljin rotacijski kut mjeren je u Celestial Intermediate Reference System(CIRS) uzduž njegovog ekvatora (pravi ekvator za datum) a izmeđuterestričkog (TIO) i nebeskog (CIO) poveznog (među)ishodišta

• Zemljin rotacijski kut je proporcionalan UT1 a izvedeno vrijeme je Zemljinakutna brzina definirana jednadžbom (AA 2008, str B9)

• Zemljin rotacijski kut nalazimo u AA izračunan za 0h UT1

( ) ( )( )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

54

UT1 → UT2korekcija za sezonskepromjene (amplitude oko 60 ms)"glačanje" UT1

55

PRAKTIČNO SVE DO POSLJEDNJIH DESETLJEĆA XX. ST. MJERENJE I NORMIRANJE VREMENA TEMELJENO JE NA PRIVIDNOM GIBANJU SUNCA

do 1956. SREDNJI SUNČEV DAN – temelj za održavanje vremena idefiniciju SREDNJE SUNČEVE SEKUNDE

• duljina sekunde ovisila je o pravilnosti/ravnomjernosti Zemljine rotacije• srednje sunčevo Greenwichko ili svjetsko vrijeme (duljina sekunde) u praksi se određuje iz motrenja zvijezda

SEKUNDA JE 1/86400 DIO SREDNJEG SUNČEVOG DANA


56

• još sredinom 1930-ih zaključeno da Zemlja ne rotora jednoliko• zbog nejednolikosti Zemljine rotacije, koja određuje trajanje srednjeg sunčevog

dana, stalno se mijenja i sekunda definirana kao dio srednjeg sunčevog dana• srednja sunčeva sekunda lako se neposredno određivala, ali je bila promjenjljiva

što se tek naknadno moglo ustanoviti

Pariz, 1950. na Međunarodnom kolokviju astronoma istaknuto da bijedinicu vremena trebalo povezati sa Zemljinim gibanjem okoSunca, predložena je i nova vremenska skala nazvanaEFEMERIDNO VRIJEME (EPHEMERIS TIME; ET)koje je dvije godine kasnije usvojeno

Dublin, 1955. na IX. općem zasjedanju Međunarodne astronomskeunije (IAU) prihvaćeno je da se u definiciju sekunde uvedetropska godina (Zemljino godišnje gibanje oko Sunca) te jepredloženo da sekunda bude definirana kao dio tropske godine

godinetropskediosekunda9747415,31556925

1

60602472421987811,365

11 =

×××=

tropska je godina promjenljivog trajanja stoga se u definiciji duljina trajanjatropske godine od 365,24219878117 dana odnosi na tropsku godinu čija sredina pada u 12h ET 0. siječnja 1900. (tj. 31.12.1899. u 12h ET)


57

Pariz, 1956. Međunarodni odbor za utege i mjere (CIPM) usvojio jeprijedlog definicije EFEMERIDNE SEKUNDE

SEKUNDA JE 1/31556925,9747 DIO TROPSKEGODINE 1900. ZA 0. SIJEČANJ U 12h ET

SEKUNDA JE 1/(365,242199×24×60×60) DIO TROPSKE GODINE, KADA JE GEOMETRIJSKA SREDNJA DULJINA SUNCA IZNOSILAΛ = 279° 41’48,04“, A TO JE 31. 12. 1899. U 12h ET


58

Pariz, 1960. na XI. općoj konferenciji za utege i mjere prihvaćeno EFEMERIDNO VRIJEME (EPHEMERIS TIME, ET)kao argument efemerida

• prema definiciji efemeridno vrijeme (sekunda) je nepromjenljivo, jednoliko,ovisno o položaju i kretanju (efemeridama) Sunca (ili Mjeseca) ali nijeneposredno odredivo, i prema tome neprimjenljivo pri mjerenjima iopažanjima u realnom vremenu

• u praksi se efemeridno vrijeme (sekunda) određuje iz motrenja nebeskihtijela (okultacija zvijezda Mjesecom, meridijanska motrenja Mjeseca) teusporedbom efemeridskih s opažanim položajima u nekom trenutkusvjetskog vremena

ET – efemeridno vrijemeTemeljeno na Zemljinom gibanju oko Sunca, odnosno gibanju tijela u Sunčevom sustavu. Nezavisna varijabla diferencijalnih jednadžbi kojima se u gravitacijskimteorijama opisuju gibanja tijela Sunčeva sustava odnosno nezavisna vremenska skalaza računanja efemerida. Definirano relacijom ET = TAI + 32,184 s za 0. siječanj 1984. u 0h. ET je od 1960. do 1984. upotrebljavano kao argument efemerida. Zamijenjeno je dinamičkim vremenom.


59

Dublin, 1955. na IX. općem zasjedanju Međunarodne astronomske unijeraspravljalo se o novoj definiciji jedinice vremena

naime, predložena definicija (efemeridna sekunda) nije primjerenjima i opažanjima neposredno i u realnom vremenuodrediva, što je npr. fizičarima pri preciznim laboratorijskimmjerenjima bitan nedostatak

već tada pokusi pokazuju da se atomski etalon vremenskogodsječka u odnosu na efemeridsku sekundu, može točnijeostvarivati i obnavljati (Essen je iznio rezultate postignute u National Physical Laboratory, Teddington, s atomskimstandardima frekvencije, upotrebljavajući linije cezija, kojeodgovaraju frekvenciji 9 192 631 830 Hz

kada se dovoljnom točnošću odredi frekvencija nekogatomskog standarda frekvencije u odnosu na efemeridnusekundu, odnosno kada se postigne točnost efemeridnogvremena od 1 x 10-9 s, može se taj atomski standardupotrebljavati za neposredno raspolaganje sekundom


60

Pariz, 1956. na sastanku CIPM osnovan je Savjetodavni odbor zadefiniciju sekunde, koji se sastao sljedeće godine uParizu, većina savjetodavnog odbora prihvaća naziv«atomski etalon frekvencije» za sve uređaje koji setemelje na rezonanciji atoma ili molekulaUTEMELJENO SREDNJE ATOMSKO VRIJEME

Pariz, 1964. na XII. općoj konferenciji za utege i mjere donesen jezaključak kojim se ovlašćuje Međunarodni odbor zautege i mjere da odrede atomske ili molekularnefrekvencijske etalone koji će se upotrebljavati zafizikalna mjerenja vremena

iste godine Međunarodni odbor za utege i mjereobjavljuje da se kao etalon treba upotrebljavati prijelazizmeđu hiperfinih razina F=4, M=0, i F=3, M=0osnovnog stanja 2S1/2 cezijeva atoma 133,neporemećena vanjskim poljima, a frekvenciji togaprijelaza dodjeljuje se vrijednost 9 192 631 770 Hz


61

Pariz, 1967-68. na XIII. općoj konferenciji za utege i mjere ukinutaje definicija sekunde iz 1956. i zamijenjena atomskomdefinicijom koja se temelji na atomskom etalonu

ATOMSKA SEKUNDASEKUNDA JE TRAJANJE OD 9 192 631 770 PERIODA ZRAČENJA KOJE ODGOVARA PRIJELAZU IZMEĐU DVIJU HIPERFINIH RAZINAOSNOVNOG STANJA ATOMA CEZIJA 133

• CEZIJEV frekvencijski standard je ostvariv, uniformni, točan i precizan sat

• sekunda definirana na taj način sadrži uniformni standard vremena a možebiti lako mjerena u laboratorijima s velikom preciznošću i točnošću uodnosu na astronomsku sekundu


62

SEKUNDA JE TRAJANJE 9 192 631 770 PERIODA ZRAČENJA KOJE ODGOVARA PRIJELAZU IZMEĐU DVA HIPERFINA NIVOA /F(3,0) I F(4,0)/ IZOTOPA CEZIJA 133 IZVAN MAGNETSKOG POLJA I U GRAVITACIJSKOM POTENCIJALU GEOIDA

Pariz, 1997. na sastanku CIPM potvrđeno je da se definicija odnosina cezijev atom u njegovu osnovnom stanju na termodinamičkoj temperaturi od 0° K


63

1972. UVEDENO ATOMSKO VRIJEME(TEMPUS ATOMIQUE INTERNATIONALE, TAI;INTERNATIONAL ATOMIC TIME, IAT)

TAI – međunarodno atomsko vrijemenajpreciznije determinirana vremenska skala temeljena na atomskojdefiniciji sekunde. Ta je skala rezultat analiza atomskih vremenskihstandarda (normi) mnogih zemalja (više od 250 cezijevih atomskihsatova u više od 65 vremenskih laboratorija), koju obavlja ured zamjere i utege (Bureau International des Poids et Mesures) iz Parizaujedno i distribuira po cijelom svijetu. Ishodište definirano relacijomTAI = ET - 32,184 s za 1. siječanj 1972. u 0h. Premda TAI nijeuveden do 1.1.1972. atomska vremenska skala bila je naraspolaganju od 1956. godine. Naime, TAI može biti ekstrapoloran zaperiod 1956-71. Osnovna vremenska jedinica TAI je SI sekunda –9 192 631 770 oscilacija cezijevog atoma.

• u klasičnoj fizici (vrijeme smatramo apsolutnim) razlika dinamičkogi atomskog vremena posljedica je različitosti u njihovoj definiciji inačinu mjerenja

• temeljna je razlika u relativističkoj teoriji (vlastito i koordinatno vrijeme)


64

1975. PRIHVAĆENO SVJETSKO KOORDINIRANO VRIJEME(UNIVERSAL TIME COORDINATED, UTC)

UTC – svjetsko koordinirano (usklađeno) vrijemevremenska skala koja je temelj općepriznatog građanskog vremenskog sustava (zonskoga vremena). Koordinirano (usklađeno) svjetsko vrijemeje izvedeno i usklađeno s međunarodnim atomskim vremenom TAI. Međutim UTC je kompromis. Naime, jedinica sustava jest atomskasekunda i UTC «slijedi» TAI. Povremenim uvođenjem prijestupne(skokovite) sekunde UTC ujedno aproksimira UT1(najveća razlika UT1 - UTC je 0,9 sekundi). UTC se od međunarodnog atomskog vremena (TAI) 1. siječanja 1972. g.razlikovao za 10 sekundi (UTC = TAI - 10 s). Svjetsko usklađeno vrijeme održavano je mnogobrojnim preciznim atomskim satovima i uređajima po cijelom svijetu, a distribuira se pomoću radio stanica i internet servisa.


65

k-ta lokalna skala TAI ili UTC

j/i-ti vremenski laboratorij/stanica

66

http://www.ucolick.org/~sla/leapsecs/dutc.html

• studije drevnih sunčevih pomrčina otkrivaju lagano produljenje dana

1623. do 2000.

1608(9).izum teleskopa1619.Kepler objašnjavasvoj III. zakon1656.Huygens konstruiraprvu uru njihalicu

SREDNJA GODIŠNJA ODSTUPANJA (VARIJACIJE) DULJINE DANA OD NOMINALNE VRIJEDNOSTI (DULJINE SREDNJEG SUNČEVOG DANA)OD 500 pr. Kr. DO 2000.


71

• zbog nejednolikosti Zemljine rotacije treba UTC dodavati/oduzimati skokovitu(prijestupnu) sekundu (≈2 ms/dan, a ≈0,7 s/god.), ta sekunda ne produljujeZemljinu godinu

• od 1972. astronomi dodaju skokovitu sekundu da bi atomske satove uskladili,“sinkronizirali sa Zemljinim satom” (sa Zemljinom rotacijom)

• od 1972. do 1. siječnja 2009. dodane su 10 + 24 prijestupne sekunde(sve pozitivne na Zemljinu dnevnu rotaciju)

PRIJESTUPNA (SKOKOVITA) SEKUNDA


72

+1 s 1979.

+1 s 1978.

+1 s 1977.

+1 s 1976.

+1 s 1975.

+1 s 1974.

+1 s 1973.

+1 s +1 s 1972.

31. 12.u 23:59:60

30. 06.u 23:59:60

God.

PRIJESTUPNA (SKOKOVITA) SEKUNDA

+1 s 2008.

2006.

2007.

2009.

+1 s 2005.

1999.

2000.

2001.

2002.

2003.

2004.

+1 s 1998.

~~

31. 12. 2008. 23h 59m 59s31. 12. 2008. 23h 59m 60s01. 01. 2009. 00h 00m 00s

• od 1972. do 1. siječnja 2009. dodane su 10 + 24 prijestupne sekunde(sve pozitivne na Zemljinu dnevnu rotaciju)

}

}

}


73

ZAŠTO JE POTREBNA PRIJESTUPNA SEKUNDA (ZAŠTO SE UT1 RAZLIKUJE OD TAI)?

• atomski i Zemljin sat idurazličitom brzinom, posljednjih godina UT1 otkucavasporije od TAI (sredinom1950-ih odabrana je atomska sekunda tako da traje kaoprosječna srednja sunčevasekunda u 18. i 19. st. kojase približno podudarala saET sekundom

Razlika UT1 i TAI mogla je bi biti manja da je SI sekunda drukčije definirana

• SI sekunda (9 192 631 770 perioda zračenja cezija) odabrana tako da je1. 01. 1958. jednaka srednjoj sunčevoj sekundi a TAI = UT1 (zbog toga je danas UT1 – TAI = 33 s, )

• da je npr. SI sekunda definirana kao 9 192 631 937 perioda, razlika bi bila jedva 8 sekundi

• razlika nastala zbog kompromisa pri definiranju sekunde (izjednačenje sasrednjom sunčevom a ne efemeridnom sekundom) nije se mogla ispravitijer je već prije uvedeno/startano ET a na općoj konferenciji je prihvaćenaSI sekunda)

74

KOJA BI DULJINA SEKUNDE ODSTUPANJE IZMEĐUTAI I UT1 SVELA NA MINIMUM

• OPTIMALNOM SEKUNDOM definiranom kao 9 192 631 997 perioda zračenjacezija (NE 9 192 631 770) UT1 bi od 1995. bio uvijek unutar 2 sekunde po TAI (nekad naprijed, nekad iza, a od 1972. bile bi samo tri prestupne sekunde,dvije negativne i jedna pozitivna)

• TAKO “BLISKIM” SKALAMA UT1 I TAI, PRIJSTUPNE (SKOKOVITE) SEKUNDE BILE BI STVARNE POSLJEDICEPROMJENE DULJINE DANA


75

KONZEKVENCE ZBOG “UVOĐENJA” OPTIMALNE SEKUNDE

• prividna pogodnost održavanja TAI blizu UT1 ima nedostatke ako se “vraćamo”npr. 300 godina unatrag u 1700. g.

• UT1 – TAI = 23 s• s redefiniranom sekundom (srednja sunčeva sekunda iz 1958.) razlika UT1 – TAI = 123 s

• s optimalnom sekundom UT1 – TAI = 178 s

MOŽDA BI BOLJE BILO OSTAVITI VRIJEME TAKVO KAKVO JE!!!

76

BIPM Time, frequency and gravimetry sectionhttp://www.bipm.org/en/scientific/tfg/http://www.bipm.org/en/scientific/tai/

BIPM - Bureau International des Poids et Mesures(International Bureau of Weights and Measures)

MEĐUNARODNI URED ZA UTEGE I MJERENJA(međunarodna organizacija sa sjedištem u Parizu pod upravom francuske vlade)


77

• DANAS TAI I UTC ODREĐUJEMO IZ PODATAKA OKO 350 ATOMSKIHSATOVA IZ VIŠE OD 65 LABORATORIJA

• UTC JE REALIZIRAN/ODRŽAVAN MNOGOBROJNIM PRECIZNIMATOMSKIM SATOVIMA -LOKALNIM SKALAMAUTC(k) NACIONALNIHVREMENSKIH LABORATORIJA (j)

Bureau International des Poids et Mesures (BIPM), Pavillon de Breteuil, Sevres Cedexhttp://www.bipm.org/en/si/The NIST Reference on Constants, Units and Uncertaintyhttp://physics.nist.gov/cuu/Units/introduction.htmlPhysikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)http://www.ptb.de/en/index.html

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


78

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


79

GPS I GLONASS VRIJEME

GPST – GPS vrijemeJednolika (uniformna) vremenska skala realizirana atomskim satovima glavne kontrolne GPS stanice u Colorado Springsu (GPS Master Control Station), koji su periodički uspoređivani sa UTC-om. Uvedena s početkom odbrojavanja u ponoć 5. na 6. siječnja (subota na nedjelju) 1980. i postavljeno/startano 0h

UTC = 0h GPST. U GPS skali nema prijestupne sekunde. GPS vremenska skala konstantno se razlikuje od TAI (međunarodnog atomskog vremena) za cijeli broj sekundi, GPST + 19s = TAI. Uobičajeno je GPS vrijeme iskazivati i kao GPS tjedan uz činjenicu da je početni (nulti) GPS tjedan u trenutku startanja GPS vremena (1980.). Zatim, sekunda u tjednu (SOW) između 0 i 604 800 sekundi (60 x 60 x 24 x 7), dan u tjednu (DOW) između 0 i 6 dana i sekunda u danu (SOD) između 0 i 86 400 sekundi.

1980. UVEDENO GPS VRIJEME(GPS TIME, GPST)


80

GPS I GLONASS VRIJEME

1995. UVEDENO GLONASS VRIJEME(GLONASS TIME, GLONASST)

GLONASST – GLONASS vrijemevremenska skala realizirana atomskim satovima ruskog satelitskog sustavaGLONASS. GLONASS vrijeme uvedeno je u prosincu 1995. i "slijedi" UTC.


81

DINAMIČKA, VLASTITA I KOORDINATNA VREMENA

DINAMIČKA VREMENA

• DINAMIČKO VRIJEME DEFINIRAMO KAO NEZAVISNU VARIJABLU U GRAVITACIJSKIM JEDNADŽBAMA GIBANJA NEBESKIH TIJELA (NPR. ET)

• EFEMERIDNO VRIJEME JE DEFINIRANO KAO VREMENSKA SKALA PREMA KOJOJ SE PREDICIRAJU POLOŽAJI NEBESKIH TIJELA I KOJA SEUPOTREBLJAVA KAO ARGUMENT EFEMERIDA

• EFEMERIDNO VRIJEME U PRAKSI ODREĐUJEMO IZ MERIDIJANSKIH MOTRENJANEBESKIH TIJELA, POGLAVITO MJESECA, TE USPOREDBOM EFEMERIDSKIHS OPAŽANIM POLOŽAJIMA U NEKOM TRENUTKU SVJETSKOG VREMENA

• MEĐUTIM, IZMEĐU 1960. I 1984. TEORIJA (MODELI) MJESEČEVIH GIBANJAJE VIŠE PUTA POBOLJŠAVANA, DAKAKO I SVAKI PUT S KONZEKVENCIJAMANA REALIZACIJU ET. PREMA TOME PRIMIJENJENA REALIZACIJA ET (NPR. ET0, ET1 I ET2) MORA BITI UZETA U PRECIZNA RAČUNANJA.

• DODATNI "NEDOSTATAK" ET-a ŠTO NE MODELIRA OČEKIVANE EFEKTE USKLADU SA SPECIJALNOM I OPĆOM TEORIJOM RELATIVNOSTI


82

• KADA SU SE TI "NEDOSTACI" UVEĆALI/NAKUPILI I POSTALI ZNAČAJNIZA PRECIZNOST MJERENJA I POTREBE TEORIJSKE PREDIKCIJE, ETJE ZAMIJENJEN NOVIM I "BOLJIM" VREMENSKIM SKALAMA

• NOVE VREMENSKE SKALE (UVEDENE 1984. I 1991.), OPĆENITO NAZVANEDINAMIČKE VREMENSKE SKALE, TEMELJENE SU (KAO I ET) NA GIBANJUPLANETA I MJESECA I RAČUNANE PREMA ZAKONIMA DINAMIKE ALI I SKALE U KOJE SU UVEDENE RELATIVISTIČKE JEDNADŽBE GIBANJA

•

• DINAMIČKO VRIJEME OPISUJE GIBANJE NEBESKIH TIJELA U KONKRETNOMREFERENTNOM SUSTAVU I U SKLADU S KONKRETNOM GRAVITACIJSKOM TEORIJOM

• SUVREMENI KONCEPT TEMELJI SE NA OPĆOJ TEORIJI RELATIVNOSTI IINERCIJALNIM (NEAKCELERIRANIM) REFERENTNIM SUSTAVIMA

• U KONTEKSTU TEORIJE RELATIVNOSTI, MJERENJE VREMENA OVISI OREFERENTNOJ TOČKI.

• ZA ASTRONOMSKE POTREBE REFERENTNE TOČKE SU:TOČKE NA ZEMLJINOJ POVRŠINI (POLOŽAJ MOTRITELJA) I BARICENTAR –SREDIŠTE MASA SUNČEVA SUSTAVA (GIBANJA TIJELA SUNČEVOG SUSTAVA)KAO NAJBOLJE PRIBLIŽENJE INERCIJALNOM REFERENTNOM SUSTAVU

• PREMA TOME KREIRANE SU DVIJE VREMENSKE SKALE U ODNOSU NA TEREFERENTNE TOČKE


83

• DINAMIČKO VRIJEME OPISUJE GIBANJE NEBESKIH TIJELA U KONKRETNOMREFERENTNOM SUSTAVU I U SKLADU S KONKRETNOM GRAVITACIJSKOMTEORIJOM

• SUVREMENI KONCEPT TEMELJI SE NA OPĆOJ TEORIJI RELATIVNOSTI IINERCIJALNIM (NEAKCELERIRANIM) REFERENTNIM SUSTAVIMA

• U KONTEKSTU TEORIJE RELATIVNOSTI, MJERENJE VREMENA OVISI OREFERENTNOJ TOČKI.

• ZA ASTRONOMSKE POTREBE REFERENTNE TOČKE SU:TOČKE NA ZEMLJINOJ POVRŠINI (POLOŽAJ MOTRITELJA) I BARICENTAR– SREDIŠTE MASA SUNČEVA SUSTAVA (GIBANJA TIJELA SUNČEVOGSUSTAVA) KAO NAJBOLJE PRIBLIŽENJE INERCIJALNOM REFERENTNOMSUSTAVU

• PREMA TOME KREIRANE SU DVIJE VREMENSKE SKALE U ODNOSU NA TEREFERENTNE TOČKE


84

• DA BI OSTAO KONTINUITET PRI PRIJELAZU S ET NA TDT ZADRŽANA JE JEDNAKA RAZLIKA IZMEĐU TAI I ET KAO TAI I TDT

• UNATOČ REFERIRANJA TDT NA SI SEKUNDU, TAI I TDT NISU IDENTIČNE VREMENSKESKALE (TAI OVISI O MOGUĆIM SISTEMATSKIM POGREŠKAMA U REALIZACIJIATOMSKOG VREMENA DOK JE TDT IDEALNO JEDNOLIKO, NEPREKINUTO VRIJEME)

• U DOGLEDNOJ BUDUĆNOSTI, MOGUĆA RAZLIKA IZMEĐU TDT I TAI BITI ĆE DOBROZAMJETLJIVA "ODBROJAVANJEM" VREMENA MILISEKUNDNIM PULSARIMA (DO DANASNIJE UOČENA I NE POSTOJI DIVERGENCIJA IZMEĐU IDEALNOG ATOMSKOG IIDEALNOG DINAMIČKOG VREMENA)

1977., Grenoble na općem sastanku IAU utemeljeno/definiranoZEMLJINO DINAMIČKO VRIJEME(TERRESTRIAL DYNAMICAL TIME, TDT)

TDT – zemljino (terestričko) dinamičko vrijemenezavisna vremenska skala referirana na točku(e) Zemljine površine. Osnovna jedinica TDT vremena je SI sekunda. Za 1. siječanj 1977. u0h0m0s TAI vrijednost TDT je 0h 0m 32,184s . Za praktične potrebeupotrebljava se TDT = TAI + 32,184s.

1991. TDT preimenovano/uvedeno ZEMLJINO VRIJEME(TERRESTRIAL TIME, TT)

TT – zemljino (terestričko) vrijemeidealiziran oblik međunarodnog atomskog vremena (TAI) referiranogna točku(e) Zemljine površine odnosno geoid. Upotrebljavano kao nezavisni argument za prividne geocentričke efemeride.

85

TDB – baricentričko dinamičko vrijemenezavisna vremenska skala referirana na središte masa Sunčevog sustava (baricentar) a upotrebljava se kao nezavisni vremenskiargument baricentričkih efemerida i jednadžbi gibanja. TDB se razlikuje od TDT samo u periodijskim članovima (varijacije su male oko 1,6 ms za nekoliko tisuća godina tekuće epohe). Praktično se TDB računa iz TDT uzimajući u obzir astronomske konstante, položaje i gibanja Sunca, Mjeseca, Jupitera, Saturna prema baricentru Sunčeva sustava i uz pretpostavku teorije gravitacije. Danas su primjenjene jednadžbe gibanja prema općoj teorijirelativnosti. Tako izveden TDB razlikuje se od TDT najviše 10 milisekundi (za mnoge primjene beznačajna razlika).

1976., 1977., Grenoble na općem sastanku IAU definirano/uvedenoBARICENTRIČKO DINAMIČKO VRIJEME(BARYCENTRIC DYNAMICAL TIME, TDB)


86

87

do 1984. vremenska varijabla efemerida je efemeridno vrijeme (ET)od 1984. do 2000. je TDT skala, koja je od 2000.- zamijenjena s TT

TT vremenska skala geocentričkih efemerida, odnosno nezavisniargument za prividne geocentričke efemeride

TDB vremenska skala baricentričkih efemerida, odnosno nezavisniargument baricentričkih efemerida i jednadžbi gibanja nebeskihtijela u inercijalnom sustavu s ishodištem u baricentru Sunčevasustava (nezavisni argument JPL planetskih i Mjesečevih efemerida, DE405/LE405)

TDT ≡ TT = TAI + 32,184 s → UT1 - UTC = TAI - UTC - (TT-UT1) + 32.184 s


88

DINAMIČKA, VLASTITA I KOORDINATNA VREMENA

VLASTITA I KOORDINATNA VREMENA

• PREMA OPĆOJ TEORIJI RELATIVNOSTI VRIJEME MJERENO NA SVJETSKOJCRTI PLANETA (STAZA U 4-DIMENZIONALNOM PROSTORNO-VREMENSKOMDIJAGRAMU) NAZIVAMO VLASTITO VRIJEME. ONO SE OBIČNO UPOTREBLJAVA KAO PARAMETAR KOD RJEŠAVANJA DIFERENCIJALNEJEDNADŽBE GIBANJA NEBESKOG TIJELA

• ZBOG POTREBE RAZJAŠNJENJA RELACIJA IZMEĐU PROSTORNO-VREMENSKIH KOORDINATA ODNOSNO TUMAČENJA VREMENA KAO JEDNE KOORDINATE KOORDINATNOG SUSTAVA U KOJEM OPISUJEMO

DOGAĐAJE U 4-DIMENZIONALNOM PROSTOR-VREMENU IAU 1991. UVODI NOVE VREMENSKE SKALE:TERRESTRIAL TIME, TTGEOCENTRIC COORDINATE TIME, TCGBARYCENTRIC COORDINATE TIME, TCB


89

1991./1992. IAU definira/uvodiGEOCENTRIČKO KOORDINATNO VRIJEME(GEOCENTRIC COORDINATE TIME, TCG)

BARICENTRIČNO KOORDINATNO VRIJEME(BARYCENTRIC COORDINATE TIME, TCB)

TCG – geocentrično koordinatno vrijemekoordinatno vrijeme geocentričkog nebeskog referentnog sustava (GCRS) s prihvaćenom SI sekundom za taj sustav. TCG je relacijski povezan s TCB i TT pomoću relativističkih transformacija uključujući i sekularni član.

TCB – baricentrično koordinatno vrijemekoordinatno vrijeme baricentričnog nebeskog referentnog sustava (BCRS) s prihvaćenom SI sekundom za taj sustav. TCB je relacijski povezan s TCG i TT pomoću relativističkih transformacija uključujući i sekularni član.


90

• KOORDINATNA VREMENA DEFINIRANA KONZISTENTNO SA SI SEKUNDOMI OPĆOM TEORIJOM RELATIVNOSTI S OBZIROM NA KOORDINATNOSREDIŠTE U TEŽIŠTU SUSTAVA NEBESKIH TIJELA

• KOORDINATNO VRIJEME NE MOŽEMO NEPOSREDNO MJERITI

• TCG SE ODNOSI NA ZEMLJINO SREDIŠTE A RAZLIKUJE SE OD TT ZAKONSTANTNI IZNOS KOJI PROIZLAZI IZ RAZLIKE POTENCIJALA ZEMLJINESILE TEŽE NA DVIJE REFERENTNE TOČKE(VLASTITO VRIJEME ZEMLJINOG SREDIŠTA)

• TCB SE ODNOSI NA BARICENTAR SUNČEVOG SUSTAVA A RAZLIKUJE SEOD TDB ZA KONSTANTNI IZNOS, UZROKOVAN DJELOMIČNIM, NE VELIKIMPROMJENAMA PROPISANIH ASTRONOMSKIH KONSTANTI(VLASTITO VRIJEME BARICENTRA SUNČEVOG SUSTAVA)

• TCG i TCB BITI ĆE UVEDENE U ASTRONOMSKE ALMANAHE, KADA NOVEFUNDAMENTALNE TEORIJE I EFEMERIDE, TEMELJENE NA TIM SKALAMA,BUDU PRIHVAĆENE OD IAU


91

definirajuće i ostale konstante:

LG = 6,969290134 × 10-10 /1 × 10-17/, prosječna vrijednost 1 – d(TT)/d(TCG), LC = 1,48082686741 × 10-8 /1 × 10-17/, prosječna vrijednost 1 – d(TCG)/d(TCB), LB = LG + LC + LGLC = 1,55051976772 × 10-8 /4 × 10-17/, prosječna vrijednost 1 – d(TT)/d(TCB)

VEZA IZMEĐU DINAMIČKIH I KOORDINATNIHVREMENSKIH SKALA


92

ASTRONOMSKEVREMENSKESKALE

a) zvjezdane skale (Zemljina rotacijau odnosu prema zvijezdama)

GMSTGASTLAST

93

ASTRONOMSKEVREMENSKESKALE

b) sunčeve skale (Zemljina rotacijau odnosu premaSuncu)

GMT ≡ UTUT0UT1UT2

94

ATOMSKEVREMENSKESKALE

(oscilacija atoma)

TAIUT1 = TAIza 1. siječanj 1958.

UTCUTC = TAI -10s

za 1. siječanj 1972.

GPST0h UTC = 0h GPSTza 6. siječnja 1980.GPST = TAI + 19s

GLONASSTprosinac 1995.,slijedi UTC

95

DINAMIČKE IKOORDINATNEVREMENSKESKALE

(Zemljina revolucija,gibanje planeta okoSunca)

ET → TDT ≡ TTET = TAI + 32,184s

za 0. siječanj 1984. u 0h

TDT = TT =TAI + 32,184s

za 1. siječanj 1977. u 0h

TDB

TCGTCB

96

Documents

VRIJEME - fgg-web.fgg.uni-lj.sifgg-web.fgg.uni-lj.si/~/mkuhar/Pouk/SG/seminar/Casovni_sistemi... · ZT – pojasno vrijeme (Zone Time, ZT) (zonsko, standardno, građansko vrijeme)