Земний час (ЗЧ) — це сучасний астрономічний стандарт часу, визначений Міжнародним астрономічним союзом, головним чином для вимірювань часу астрономічних спостережень, проведених з поверхні Землі.

Наприклад, Астрономічний альманах використовує TT для своїх таблиць положень (ефемерид) Сонця, Місяця та планет, як видно з Землі. У цій ролі ЗЧ є продовженням Земного динамічного часу (ЗДЧ), який прийшов на зміну ефемеридному часу (ЕЧ). ЗЧ має ту саму початкову мету, для якої був розроблений ЕЧ, — бути вільним від нерівномірностей обертання Землі.

Одиницею вимірювання ЗЧ є секунда СІ, визначення якої наразі базується на цезієвому атомному годиннику, але ЗЧ сам по собі не визначається атомними годинниками. Це лише теоретичний ідеал, та реальні годинники можуть тільки наближено його відображати.

ЗЧ відрізняється від шкали часу, яку часто використовують як основу для цивільних цілей, — координованого всесвітнього часу (UTC). ЗЧ опосередковано є основою UTC через Міжнародний атомний час (МАЧ). Через історичну різницю між МАЧ та ЕЧ на момент введення ЗЧ, TT на 32,184 с випереджає МАЧ.

Історія Визначення земного стандарту часу було прийнято Міжнародним астрономічним союзом (МАС) у 1976 році на його XVI Генеральній Асамблеї та пізніше названо Земним динамічним часом (ЗДЧ). Він був аналогом барицентричного динамічного часу (БДЧ), який був стандартом часу для ефемерид Сонячної системи, що в свою чергу базувався на динамічній шкалі часу.

Обидва ці стандарти часу виявилися недосконало визначеними. Також були висловлені сумніви щодо значення слова «динамічний» у назві ЗДЧ.

У 1991 році, у Рекомендації IV XXI Генеральної Асамблеї, МАС перевизначив ТДТ, також перейменувавши його на «Земний час». ЗЧ було офіційно визначено в термінах геоцентричного координатного часу (ГКЧ), визначеного МАС з тієї ж нагоди.

ЗЧ було визначено як лінійне масштабування ГКЧ, таким чином, що одиницею ЗЧ є "секунда СІ на геоїді ", тобто швидкість приблизно відповідає швидкості власного часу на поверхні Землі на середньому рівні моря.

Таким чином, точне співвідношення між часом ЗЧ і часом ГКЧ було:

,

де був постійним і був гравітаційним потенціалом на поверхні геоїда, тобто значенням, виміряним фізичною геодезією.

У 1991 році найкраща доступна оцінка становило .

У 2000 році МАС дещо змінив визначення ЗЧ, прийнявши точне значення:

.

Поточне визначення ЗЧ відрізняється від геоцентричного координатного часу (ГКЧ) постійною швидкістю. Формально він визначається рівнянням

де TT (Terrestrial time) та TCG (Geocentric Coordinate Time) — лінійний відлік секунд СІ у земному часі та геоцентричному координатному часі відповідно,  — це постійна різниця швидкостей двох часових шкал, а є константою для визначення епох.

в свою чергу визначається рівно як . Через член Швидкість ЗЧ дещо повільніша, ніж у ГКЧ.

Рівняння, що зв'язує ЗЧ та ГКЧ, частіше має форму, задану МАС,

де  — час ГКЧ, виражений як юліанська дата (JD).

Юліанська дата — це в свою чергу лінійне перетворення необробленої кількості секунд, представленої змінною ГКЧ, тому ця форма рівняння не спрощується.

Використання юліанської дати повністю визначає епоху. Наведене вище рівняння часто задається з юліанською датою для епохи, але це неточно (хоча й непомітно, через малий розмір множника ).

Значення точно відповідає визначенню.

Координати часу на шкалах ЗЧ та ГКЧ задаються традиційно з використанням традиційних способів визначення днів, успадкованих від неоднорідних стандартів часу, заснованих на обертанні Землі. Зокрема, використовуються як юліанський, так і григоріанський календарі. Для забезпечення безперервності з їхнім попередником , ефемеридним часом (ЕЧ), ЗЧ та ГКЧ були встановлені таким чином, щоб вони відповідали ЕЧ приблизно юліанській даті Точніше, було визначено, що момент TT та момент ГКЧ точно відповідають моменту Міжнародного атомного часу (МАЧ) Це також момент, коли МАЧ ввів поправки на гравітаційне уповільнення часу.

ЗЧ та ГКЧ, виражені як юліанські дати, можна точно та найпростіше пов'язати рівнянням

де становить рівно .

Реалізації ЗЧ — це теоретичний ідеал, який не залежить від конкретної реалізації. Для практичного використання необхідно виміряти фізичні годинники та обробити їхні показники для оцінки ЗЧ.

Для більшості застосувань достатньо простого розрахунку зміщення, але в вимогливих застосуваннях може знадобитися детальне моделювання релятивістської фізики та невизначеностей вимірювань.

МАЧ Основну реалізацію ЗЧ забезпечує МАЧ. Служба МАЧ BIPM, що здійснюється з 1958 року, оцінює ЗЧ, використовуючи вимірювання ансамблю атомних годинників, розподілених по поверхні та низькому орбітальному простору Землі. МАЧ канонічно визначається ретроспективно, у щомісячних бюлетенях, стосовно показань, що показуються цією конкретною групою атомних годинників на той час. Оцінки МАЧ також надаються в режимі реального часу установами, які експлуатують годинники-учасники. Через історичну різницю між МАЧ та ЕЧ на момент введення ЗЧ реалізація ЗЧ за допомогою TAI визначається таким чином:

Зсув 32.184 s виникає з історії. Атомна шкала часу A1 (попередниця МАЧ) була встановлена рівною UT2 у її традиційну початкову дату 1 січня 1958 року, коли <i id="mwfw">ΔT</i> становило близько 32 секунд. Зсув 32,184 секунди був оцінкою різниці між ефемеридним часом (ЕЧ) та МАЧ у 1976 році, «щоб забезпечити безперервність із поточними значеннями та практикою використання ефемеридного часу».

МАЧ ніколи не переглядається після публікації, а ЗЧ(МАЧ) має невеликі похибки порівняно з ЗЧ(BIPM), які становлять приблизно 10-50 мікросекунд.

Шкала часу GPS має номінальну різницю з атомним часом , так що . Таке впровадження вносить додаткову похибку до мікросекунди, оскільки сигнал GPS не точно синхронізований з МАЧ, але приймальні пристрої GPS широко доступні.

ЗЧ (BIPM) Приблизно щорічно, починаючи з 1992 року, Міжнародне бюро мір і ваг (BIPM) надає кращі реалізації ЗЧ на основі повторного аналізу історичних даних МАЧ. Реалізації ЗЧ BIPM називаються у формі «ЗЧ(BIPM08)», де цифри вказують на рік публікації. Вони публікуються у вигляді таблиці відмінностей від ЗЧ(МАЧ) разом з рівнянням екстраполяції, яке може бути використане для дат, пізніших за таблицю. Останні дані це ЗЧ(BIPM23).

Пульсари Дослідники з Міжнародної колаборації Pulsar Timing Array створили реалізацію ЗЧ(IPTA16) ЗЧ на основі спостережень ансамблю пульсарів до 2012 року. Ця нова шкала часу пульсарів є незалежним засобом обчислення ЗЧ.

Дослідники зазначили, що їхня шкала знаходиться в межах 0,5 мікросекунди від ЗЧ(BIPM17) зі значно меншими похибками з 2003 року.

Використаних даних було недостатньо для аналізу довгострокової стабільності та містили кілька аномалій, але оскільки буде зібрано та проаналізовано більше даних, ця реалізація може зрештою бути корисною для виявлення дефектів у МАЧ та ЗЧ(BIPM).

Інші стандарти ЗЧ фактично є продовженням (але точніше є одноріднішим, ніж) колишній Ефемеридний Час (ЕЧ). Він був розроблений для забезпечення безперервності з ЕЧ, і працює зі швидкістю секунди СІ, яка сама по собі була отримана шляхом калібрування з використанням секунди ЕЧ (див. розділ Ефемеридний час, Перевизначення секунди та Реалізації).

Аргумент ефемеридного часу JPL, Teph, знаходиться в межах кількох мілісекунд від ЗЧ.

ЗЧ трохи випереджає UT1 (уточнений показник середнього сонячного часу за Гринвічем) на величину, відому як Δ T було виміряно на +67,6439 секунди (ЗЧ випереджає UT1) о 0 год.

UTC 1 Січень 2015 р.; і за ретроспективними розрахунками, ΔT було близьким до нуля приблизно у 1900 році. Очікується, що ΔT продовжуватиме зростати, причому UT1 у майбутньому поступово (але нерегулярно) відставатиме від TT.

Якщо говорити детальніше, ΔT дещо непередбачуваний, оскільки 10-річні екстраполяції відхиляються на 2-3 секунди від фактичного значення.

Релятивістські відносини Спостерігачі в різних місцях, що перебувають у відносному русі або на різних висотах, можуть мати різну точку зору щодо швидкості ходу годинників один одного через ефекти, описані теорією відносності. Як наслідок, час, що відповідає часу (навіть як теоретичний ідеал), не відповідає належному часу для всіх спостерігачів.

У релятивістських термінах, TT описується як власний час годинника, розташованого на геоїді (по суті, середньому рівні моря). Однак, ЗЧ тепер фактично визначається як координатна шкала часу.

Перевизначення не змінило кількісно ЗЧ, а радше зробило існуюче визначення точнішим. Фактично, воно визначило геоїд (середній рівень моря) як певний рівень гравітаційного уповільнення часу відносно умовного спостерігача, розташованого на нескінченно великій висоті.

Сучасне визначення ЗЧ — це лінійне масштабування геоцентричного координатного часу (ГКЧ), який є власним часом умовного спостерігача, що знаходиться нескінченно далеко. Тому він не залежить від гравітаційного уповільнення часу та перебуває у стані спокою відносно Землі.

ГКЧ використовується для датування переважно в теоретичних цілях в астрономії. З точки зору спостерігача на поверхні Землі, секунда ГКЧ проходить трохи швидше, ніж секунда СІ спостерігача. Порівняння годинника спостерігача з ЗЧ залежить від висоти спостерігача: вони будуть збігатися на геоїді, а годинники на більшій висоті цокають трохи швидше.

Нотатки

Примітки

Посилання

Технічні послуги BIPM: Метрологія часу Час і частота від А до Я