Лекция № 3

Уақытты есептеу принциптері.Уақыт өтуін қандайда бір үнемі периодты түрде

қайталанып отыратын табиғат процесстерімен өлшеуге болады. Бұндай процесс, оны бақылау арқылы қабылданған уақыт бірлігі өзінің ұзақтығын сақтайтындай бірқалыпты болуы керек. Бұлай болмаса оны пайдалануға болмайды. Біздің өміріміз табиғаттың периодты астрономиялық құбылыстарымен байланысты, мыс., күн мен түннің, жыл мезгілдерінің ауысуы, яғни жердің өз өсінен және күнді айнала қозғалысымен. Сондықтан астрономиялық бақылаулардан уақыт есептеудің екі негізгі бірлігі алынған – тәулік және жыл.

Бір тәулік ішіндегі уақыт өтуі жасанды механизмдер – сағат арқылы тіркеледі, сағаттың көрсетуі астрономиялық құбылыстарға негізделіп бақыланады. Әрқайсысының қолданылатын өзіндік орны бар бірнеше уақыт есептеу жүйесі жасалынған. Бұдан былай “уақытты есептеу жүйесі” деген сөздің орнына уақыт деген термин қолданамыз. Есте мынаны сақтау керек: уақыт табиғатта бірдей, оның әртүрлі аты оны өлшеу әртүрлі уақытты есептеу жүйелерінде екендігін көрсетеді.

Жұлдыздық уақыт. Ең қарапайым уақытты есептеу жүйесі жұлдыздық уақыт деп аталады. Ол бірқалыпты деп есептеуге болатын Жердің өз өсінен айналуына негізделген. Жердің бір тәуліктегі бірқалыпты айналуынан ауытқуы 0,005с артпайды. Біз күнде жоғарғы кульминация кезінде қандайда бір жұлдызды белгілеп алайық та келесі күні түнде осы бақылауды қайталайық. Жұлдыздың бірінен соң бірі болған екі жоғарғы куьминация аралығы жердің айналу периодына тең, сондықтан оны көбінесе жұлдыздық тәулік деп атайды. Жер 360⁰–қа бұрылғанда кез–келген жұлдыздың сағаттық бұрышы 360⁰–қа өзгереді, сондықтан жұлдыздық тәулік шегінде жұлдыздық уақытты қандай да бір жұлдыздың сағаттық бұрышы арқылы өлшеуге болады. Жұлдыздық уақытты көктемгі күн теңелу нүктесінің сағаттық бұрышымен өлшеу қабылданған. Себебі, көктемгі күн теңелу нүктесінің экваторлық координаталары ( және ) нольге тең және ол жер экваторы жазықтығы (аспан экваторы) мен жер орбитасы жазықтығының (эклиптика) қиылысу сызығы бойында жататындықтан Жермен байланысты және оның орны Күннің тік шарықтауы арқылы анықталады. Сондықтан нақты айтқанда жұлдыздық тәулік дегеніміз көктемгі күн теңелу нүктесінің екі бірінен соң бірі болатын жоғарғы кульминациясы уақыт аралығы. Жұлдыздық тәулік 24 жұлдыздық сағатқа бөлінеді әрбір сағатта 60 жұлдыздық минут, әрбір жұлдызыдық минутта 60 жұлдыздық секунд бар. Олар сан көрсеткіші сияқты орыс әрпімен (ч, м, с) немесе латын әрпі h, m, s деп белгіленеді.

Сонымен жұлдыздық уақыт (s) уақыт бірлігімен алынған көктемгі күн теңелу нүктесінің сағаттық (t_γ) бұрышымен өлшенеді

s t_γ (1).

Жұлдыздық тәуліктің басында (S=O^h O^mO^s) көктемгі күн теңелу нүктесінің жоғарғы кульминациясы кезі (t_γ =O^h O^mO^s) алынады. Тік шарықтауы  шырақтың жұлдыздық уақыты S болса, сағаттық бұрыш

t=s- (2).

Шырақтың жоғарғы кульминация кезіндегі сағакттық бұрышы: t=0, сондықтан

S= (3).

Жер бетінің кез–келген нүктесінде тәуліктің кез–келген мезетінде жоғарғы кульминацияда тік шарықтауы жұлдыздық уақытқа тең жұлдыздар болады. Бұл жұлдыздың тік шарықтауын анықтауға, аспан меридианына қатысты шоқжұлдыздардың орналасуын алдын ала білуге және жұлдыздық уақытқа қойылған, жұлдыздық уақытпен жүретін сағаттың көрсетуін тексеруге мүмкіндік береді.

Жер бетінің кез–келген пунктінде географиялық меридиан мен аспан меридианы бір жазықтықта жатады. Жердің әртүрлі пункттерінен күн теңелу нүктесіне жүргізілген бағыттар өзара параллель. Сондықтан бірдей уақыт мезетінде бір географиялық меридиандағы жұлдыздық уақыт бірдей, ал әртүрлі меридиандарда әртүрлі. Егер Гринвич меридианында жатқан D, E, F (1-сурет) пункттерінде көктемгі күн теңелу нүктесі жоғарғы кульминацияда болатын болса, онда бұл меридианда жұлдыздық уақыт S₀

S₀=t_0=O^h O^m O^s (4)

Осы мезетте географиялық бойлығы  (гринвичтен шығысқа қарай есептелген), A, B, C пункттері орналасқан меридианда жұлдыздық уақыт

S=t_=t_0+ (5)

немесе

S=S₀+ (6)

яғни кез–келген жергілікті жердің жұлдыздық уақыты гринвичтік жұлдыздық уақыттан сол жердің географиялық бойлығынан өзгеше болады.(6) – формуланы географиялық бойлықтары ₁ және ₂ екі пункт үшін жазып олардың айырмасын алсақ:

S₂-S₁=₂-₁ (7)

яғни жер бетіндегі екі пункттің жұлдыздық уақыттары олардың географиялық бойлықтары айырмасына өзгеше болады. (6), (7) формулалардан географиялық бойлықты уақыт бірлігімен өрнектеген ыңғайлы екендігі шығады.

Жұлдыздық уақыт астрономия, навигация, геодезия мақсаттарына қолдануға болады, бірақ практикалық күнделікті өмірде қолану үшін ыңғайсыз, себебі оның күн мен түннің алмасуымен ешқандай байланысы жоқ. Сондықтан жыл бойы жұлдыздық тәулік басы күн мен түннің әр түрлі мезеттеріне сәйкес келеді . Мысалы, көктемгі күн теңелу күні S=0^сағ талтүс кезінде, ал күзгі күн теңелу күні түн жарым мезетінде болады. Ал қоғамдық өндірістік өмірде уақыт есептеу күнге байланысты жүргізіледі.

Нақты күн уақыты. Күн дөңгелегі центрінің сағаттық бұрышымен өлшенетін уақытты нақты күн уақыты деп аталады. Күннің бірінен соң бірі болатын екі аттас кульминациясы уақыт аралығы шын күн тәулігі деп аталады. Шын күн тәулігі нақты күн уақытының өлшем бірлігі болып табылады. Нақты күн уақыты (Т₀) 12 сағатқа өсірілген күннің сағаттық бұрышымен өлшенеді:

Т₀=t₀+12^h (8)

Күннің жоғарғы кульминациясы кезінде, (нақты тал түс) күннің сағаттық бұрышы t₀=O^h, ал нақты күн уақыты Т₀=12^h . Күннің төменгі кульминация кезінде (шын түн ортасы), t₀=12^h, ал шын күн уақыты T₀=24^h=O^h, яғни ағымдағы күн тәулігі бітіп, жаңа күн тәулігі басталады.

Төменгі кульминациясы кезінде (шын түн ортасы), ал шын күн уақыты яғни ағымдағы күн тәулігі бітіп, жаңа күн туәлігі басталады. Шын күн тәулігі жұлдыздық тәуліктен жуықтап 4 минутқа ұзағырақ болады. Көктемгі күн теңелу кезінде Жер бір орнында болсын. Осы кезде оның бетіндегі О пунктінде нақты талтүс болсын, яғни Күн (с) көктемгі күн теңелу нүктесімен бірге меридианда болады. Күннің аспандағы көрінерлік орны Э1 нүктесімен белгіленген. Жұлдыздық тәулік өтуіне байланысты Жер Д стрелкасы бағытымен 360⁰-қа бұрылады және орбитасы

бойымен -қа орын ауыстырады (2 орын).

Сонда күн теңелу нүктесі тағы да меридианда болады да, ал Күн одан қалып қалады. Себебі жұлдыздық Күн тәулік ішінде эклиптика бойымен шығысқа қарай -қа жылжиды (Э 2 орынға). О пуктінде тағы да талтүс болу үшін Жерді тағы да -қа

бұру қажет. Сонымен шын күн уақыты ұзақтығы Жерді жуықтап 361⁰ бұрғанға сәйкес келеді. Жердің орбиталық қозғалысының бір қалыпты болмау салдарынан және экватор жазықтығы жердің қозғалыс орбитасының жазықтығымен беттеспейтіндіктен бұл уақыт біркелкі өтпейді. Бұл жағдай осы екі себебінен құтқаратын күннің орташа уақытын енгізуді қажет етеді.

Орташа күн уақыты. Тропикалық жыл уақытында күннің тік шарық тауы 24^сағ-қа өзгереді, сондықтан оның орташа тәуліктік өзгерісі

яғни орташа күн тәулігі жұлдыздың тәуліктен -қа ұзағырақ болады.

Нақты күн тәулігінің орташа ұзақтығы уақыт есептеу бірлігіне қабылданған, және күн тәулігі немесе орташа тәулік деп аталады.

Шын күн тәулігінің орташа ұзақтығы уақытты есептеу бірлігіне алынған және оны орташа күн тәулігі деп атайды немесе орташа тәулік дейді. Орташа тәулік ұзақтығы өзгермейді. Ол жұлдыздық тәуліктен 3^м 56^с-қа ұзағырақ. Уақыттың орташа бірлігі бойынша Жердің айналу периоды 24^сағ немесе 24^сағ-3^м 56^с=23^сағ 56^м 04^с. Сонымен бір календарлық жылда 366 жұлдыздықтәулік өтеді.

Орташа уақытты есептеу жүйесін құру үшін орташа экваторлық күн деген ұғым енгізіледі, ол аспан экваторы бойымен бір қалыпты жылжитын математикалық нүкте және ол толық бір айналым жасағанда тропикалық жыл аяқталады. Сондықтан орташа экваторлық күн тәулік сайын шығысқа қарай 3^м 56^с-қа жылжып отырады. Орташа экваторлық күнді қысқаша орташа күн дейміз.

Орташа күн әрқашан Күннің маңайында болады, яғни Күн бір қалыпсыз қозғала отырып орташа күнді озып кетеді немесе одан аздап қалып отырады. Орташа уақыт (Т_х) 12^сағ өсірілген орташа күннің сағаттық бұрышымен өлшенеді.

Жоғары кульминация кезінде орташа уақыт -орташа талтүс.

Төменгі кульминация кезінде орташа уақыт -орташа түн жарым.

Орташа тәуліктің басы. Орташа тәулік бірінен соң бірі болатын орташа күннің екі аттас кульминация уақыт аралығына тең. Белгілі нақты күн уақыты бойынша орташа күн уақытын анықтау үшін уақыт теңдеуінің мәнін білу керек. Уақыт теңдеуі орташа және нақты күн уақыттарының айырымы.

Басқаша айтқанда уақыт теңдеуі орташа күн уақытын анықтау үшін нақты күн уақытына қажетті қосымша болып табылады.

Күн орташа күннен озып кетсе,

орташа талтүс, шын талтүстен ерте болады.

Орташа талтүс, шын талтүстен кейінірек болады. Гринвичтегі географиялық меридианның орташа уақытын дүниежүзілік уақыт деп атайды. Т₀ белгіленеді. Бұл уақыт барлық жергілікті уақыттарды анықтау үшін негіз ретінде алынады.

Жер бетінің географиялық бойлығы кез келген жердегі орташа уақыт

Географиялық бойлықтары және екі пуктің орташа уақытының айырымы олардың географиялық бойлықтарының айырымына тең

Өткен ғасырдың аяғына дейін әрбір жергілікті орын өзінің орташа уақытын пайдаланды. Бірінен бірі қашықтағы пуктерде жергілікті орташа уақытты қолдануға болады, ал бір біріне жақын орналасқан пукттерде қолдануға ыңғайсыз, себебі бір әкімшілік территориялық бөлікте орташа уақыт әр түрлі болады. Мысалы: Москва облысының шығыс және батыс шетінде бұл айырмашылық 20^м-ке тең.

Белдеулік уақыт.

Практикалық өмірде бір бірінен қашықтықтағы пункттер үшін артықшылығын сақтай отырып, жақын орналасқан пукттер үшін ыңғайсыздықты жоятын уақыт есептеу жүйесі қажет. 1879 жылы орташа уақытты есептеудің белдеудлік уақыт деп аталатын жүйесін енгізді.

Белдеулік уақытты есептеу жүйесінде жер беті 24 сағаттық белдеуге бөлінеді, белдеудің шекарасы жердің солтүстік полюсінен оңтүстік полюсіне дейін созылады. Әрбір сағаттық белдеудің ені бойлық бойынша 15⁰-қа жуық. Сағаттық белдеудің шекарасы елсіз мекендер арқылы жүргізілген, ал енді мекендер арқылы бір әкімшілік-территориялық бөліктер бір сағаттық белдеуге кіретін етіп есептеліп жүргізілген. Сағаттық белдеу батыстан шығысқа қарай 0-ден 23-ке дейін нөмірленген. Сағаттық белдеудің барлық шекарасында белдеулік уақыт бірдей, ол сағаттық белдеудің орталық меридианасының орташа уақытымен өлшенеді. Бір сағаттық белдеу шегінде

Кез келген уақыт пен орташа уақыт айырмасы

Негізінде белдеулік және орташа уақыт айырмасы 30^м-тан артпауы керек, бірақ сағаттық белдеудің шекарасы қисықтығынан олардың айырмасы кейде 1 сағатқа дейін болады.

Белдеулік талтүс , белдеулік түн жарым , бір белдеуі тал түс бір уақыт болады. Орталық меридианда белдеулік және орташа уақыт тал түсте бірдей болады. , түн жарымда сәйкес келеді Белдеулік уақыт 1881 жылы қабылданып, 1888 жылы Батыс Европа елдерінде енгізілді. ТМД елдері территориясы 11 сағаттық белдеуге созылады, n=2 ден n=12

Декреттік уақыт.

Электр энергиясын үнемдеу үшін, Совет өкіметі ТМД елдерінің барлық территориясында сағатты 1 сағатқа алға жылжытуға, 1930 жылы 16 июльде декрет қабылдаған. Осы уақытты есептеу жүйесін декреттік уақыт деп атаймыз.

Декреттік және орташа уақыт айырмасы

2-ші сағаттық белдеудің декреттік уақыттын Москва уақыты деп атаймыз.

Атомдық уақыт.

Уақытты есептеу дәлдігі 10^-6с кем болмау керек. Сондықтан уақытты есептеудіңжүйесі жасалынған ал цезий металы (С_s¹³³) 133 изотопы атомы шығаратын электромагниттік тербеліс жиілігне негізделген.

Уақыт бірлігіне атомдық секунд қабылданған, ол цезий атомының негізгі күйге кванттық өтуінің резонанстық жиілігіне сәйкес келетін

9 192 631 770 тербелісі ұзақтығы.

Атомдық секунд Халықаралық өлшем бірлігі жүйесінің уақыт бірлігіне қабылданды.

31 желтоқсанда атомдық уақыт бойынша тәулік соңында уақыт есептеуге түзету енгізілді.