Введение
Стандарт времени для астрономических наблюдений с Земли
Земное время (TT) — современный стандарт астрономического времени, определённый Международным астрономическим союзом, главным образом для измерения времени астрономических наблюдений, проводимых с поверхности Земли. Например, Астрономический альманах использует TT для своих таблиц положений (эфемерид) Солнца, Луны и планет, видимых с Земли. В этой роли TT продолжает Земное динамическое время (TDT или TD), которое пришло на смену эфемеридному времени (ET). TT разделяет первоначальную цель, ради которой был разработан ET, – быть независимым от нерегулярностей вращения Земли. Единицей TT является секунда СИ, определение которой в настоящее время основано на цезиевых атомных часах, однако само TT не определяется атомными часами. Это теоретический идеал, к которому реальные часы могут лишь приближаться. TT отличается от шкалы времени, часто используемой в качестве основы для гражданских целей, – Координированного универсального времени (UTC). TT является косвенной основой UTC через Международное атомное время (TAI). Вследствие исторической разницы между TAI и ET на момент введения TT, TT опережает TAI на 32,184 секунды.
История
Определение стандарта земного времени было принято Международным астрономическим союзом (МАС) в 1976 году на его XVI Генеральной Ассамблее, а позднее названо Земным динамическим временем (TDT). Оно являлось аналогом барицентрического динамического времени (TDB), которое было временным стандартом для эфемерид Солнечной системы, основанным на динамической шкале времени. Оба этих временных стандарта оказались недостаточно точно определенными. Также высказывались сомнения относительно смысла слова "динамический" в названии TDT. В 1991 году, в Рекомендации IV XXI Генеральной Ассамблеи, МАС переопределил TDT, одновременно переименовав его в "Земное время" (TT). TT было формально определено через геоцентрическое координатное время (TCG), определенное МАС при той же возможности. TT определялось как линейное масштабирование TCG, так что единица TT – это "секунда СИ на геоиде", то есть его скорость приблизительно соответствовала скорости собственного времени на поверхности Земли на среднем уровне моря. Таким образом, точное соотношение между временем TT и временем TCG было , где – постоянная, а – гравитационный потенциал на поверхности геоида, значение, измеряемое физической геодезией. В 1991 году наилучшая доступная оценка составляла 6.969291. В 2000 году МАС незначительно изменил определение TT, приняв точное значение, .
Реализации
ТТ – это теоретический идеал, не зависящий от конкретной реализации. Для практического применения необходимо измерять физические часы и обрабатывать их показания для оценки ТТ. Для большинства приложений достаточно простого вычисления смещения, но в более требовательных случаях может потребоваться детальное моделирование релятивистской физики и погрешностей измерений. Смещение 32.184 с обусловлено историческими причинами. Атомная шкала времени A1 (предшественник TAI) была приравнена к UT2 в дату своего официального начала – 1 января 1958 года, когда ΔT (ET − UT) составляло около 32 секунд. Смещение 32.184 секунды было оценкой разницы между временем Эфемерид (ET) и TAI в 1976 году, «для обеспечения преемственности с текущими значениями и практикой использования времени Эфемерид». TAI после публикации не пересматривается, а TT(TAI) имеет небольшие ошибки относительно TT(BIPM), порядка 10⁻⁵⁰ микросекунд. Шкала времени GPS имеет номинальное отличие от атомного времени, равное (TAI − время GPS = +19 секунд), таким образом, TT ≈ время GPS + 51.184 секунды. Эта реализация вносит дополнительную погрешность до микросекунды, поскольку сигнал GPS не синхронизирован с TAI идеально, однако GPS-приемники широко доступны.
ТТ ((BIPM)
Примерно ежегодно, начиная с 1992 года, Международное бюро мер и весов (BIPM) разрабатывает более точные реализации TT на основе повторного анализа исторических данных TAI. Реализации TT от BIPM имеют обозначение вида "TT(BIPM08)", где цифры указывают год публикации. Они публикуются в виде таблицы разностей между TT и TAI, а также с уравнением экстраполяции, которое можно использовать для дат, выходящих за пределы таблицы. Последняя на 2023 год – TT(BIPM22).
Пульсары
Исследователи из коллаборации Международного массива синхронизации пульсаров создали реализацию TT(IPTA16) на основе наблюдений за ансамблем пульсаров до 2012 года. Эта новая пульсарная шкала времени является независимым способом вычисления TT. Исследователи отметили, что их шкала отличается от TT(BIPM17) не более чем на 0,5 микросекунды, при этом ошибки значительно меньше начиная с 2003 года. Используемых данных было недостаточно для анализа долгосрочной стабильности, и они содержали несколько аномалий, но по мере сбора и анализа большего объема данных эта реализация может в конечном итоге оказаться полезной для выявления недостатков в TAI и TT(BIPM).
Другие стандарты
TT по сути является продолжением (но более точно равномерным, чем) прежнего времени Эфемерид (ET). Он был разработан для обеспечения преемственности с ET и отсчитывается с той же скоростью, что и секунда СИ, которая, в свою очередь, была получена путем калибровки на основе секунды ET (см. в разделе «Время Эфемерид» подразделы «Переопределение секунды» и «Реализации»). Аргумент времени эфемерид JPL Teph отличается от TT всего на несколько миллисекунд. TT немного опережает UT1 (усовершенствованная мера среднего солнечного времени в Гринвиче) на величину, известную как 1=ΔT (времяисчисление). ΔT был измерен в +67.6439 секунд (TT опережает UT1) 0 ч UTC 1 января 2015 года; а ретроспективные вычисления показывают, что около 1900 года ΔT был близок к нулю. Ожидается, что ΔT продолжит увеличиваться, и UT1 будет постепенно (но нерегулярно) отставать от TT. В деталях ΔT достаточно непредсказуем, и экстраполяция на 10 лет может отклоняться от фактического значения на 2–3 секунды.