5.3 Атомний час
Враховуючи те, що період обертання Землі не можна вважати незмінною одиницею часу, виникла необхідність створити нову одиницю часу, не пов’язану з обертанням Землі.
В середині ХХ століття, вивчаючи будову атома, вчені встановили властивості його енергетичного стану, які полягають в такому:
- атоми тривалий час можуть існувати тільки в певному енергетичному стані;
- їх енергія може становити лише певне депресивне значення;
- в стаціонарному стані атоми не випромінюють і не поглинають електромагнітні хвилі.
При переході з
одного стаціонарного стану в інший
атоми випромінюють або поглинають
енергію. Якщо енергію стаціонарного
стану атома в певний момент позначити
через
,
а в інший момент -
,
то перехід з одного стану в інший завжди
буде супроводжуватись випромінюванням
чи поглинанням частоти цих хвиль “
”
можна встановити за рівнянням
,
(5.8)
де
-
остійна Планка в 1.054х10-27 ерг/с.
Якщо
,
атом випромінює енергію, а в іншому
випадку при
- її поглинає. Дослідженнями було
встановлено, що атоми деяких речовин
можуть змінювати свій енергетичний
стан в змінному енергетичному полі при
співпаданні частот, тобто на резонансній
частоті. Резонансна частота, що генерується
відповідною атомною системою, майже не
залежить від зовнішнього впливу, і це
забезпечує високу стабільність частоти
випромінювання.
Було встановлено, що найбільшу стабільність забезпечують цезієві генератори. Проведені дослідження доли право ХІІІ конференції Міжнародного комітету мір і ваг в 1967 році рекомендувати для визначення часу нову одиницю виміру – атомну секунду.
Атомна секунда – це проміжок часу, за який відбувається 9192631770 коливань, що відповідають резонансній частоті випромінювання атома цезію – 133 при резонансному переході між енергетичними рівняннями його надтонкої структури за відсутності зовнішнього впливу. Атомний час AT (Atomic Time) встановлюють на основі показів атомних годинників на семи обсерваторіях і лабораторіях країн світу і обчислення за їхніми даними середнього значення. Точність шкали атомного часу дає змогу визначити його з похибкою в 10-12 - 10-13 за декілька років.
Оскільки всі процеси, що відбуваються на Землі, безпосередньо пов’язані з обертанням Землі, тобто зі всесвітнім часом, виникла необхідність встановлення зв’язку між цими системами часу.
Зв’язок цих систем часу визначається рівнянням
,
(5.9)
де:
і
-
коефіцієнти,
-
початкова епоха встановлення часу;
-
дата, на яку визначається різниця часу
в юліанських століттях. Так, для
Міжнародного атомного часу ІАТ і
всесвітнього часу UT1
ця залежність встановлюється
формулою
(5.10)
На 2000 рік
становить
.
Коли різниця між шкалою атомного часу і всесвітнього часу досягає 0.7 секунди, відбувається коригування координованого часу UTC на 1 секунду, щоб привести його до всесвітнього часу. Коригування цих показів, за рекомендацією Міжнародного бюро часу, можна проводити в останню секунду два рази на рік – 30 червня або 31 грудня.