Введение
Линейное масштабирование барицентрического координатного времени
Barycentric Dynamical Time (TDB, from the French Temps Dynamique Barycentrique) is a relativistic coordinate time scale, intended for astronomical use as a time standard to take account of time dilation when calculating orbits and astronomical ephemerides of planets, asteroids, comets and interplanetary spacecraft in the Solar System. TDB is now (since 2006) defined as a linear scaling of Barycentric Coordinate Time (TCB). A feature that distinguishes TDB from TCB is that TDB, when observed from the Earth's surface, has a difference from Terrestrial Time (TT) that is about as small as can be practically arranged with consistent definition: the differences are mainly periodic, and overall will remain at less than 2 milliseconds for several millennia. TDB applies to the Solar System barycentric reference frame, and was first defined in 1976 as a successor to the (non relativistic) former standard of ephemeris time (adopted by the IAU in 1952 and superseded 1976). In 2006, after a history of multiple time scale definitions and deprecation since the 1970s, a redefinition of TDB was approved by the IAU. The 2006 IAU redefinition of TDB as an international standard expressly acknowledged that the long established JPL ephemeris time argument Teph, as implemented in JPL Development Ephemeris DE405, "is for practical purposes the same as TDB defined in this Resolution". (By 2006, ephemeris DE405 had already been in use for a few years as the official basis for planetary and lunar ephemerides in the Astronomical Almanac; it was the basis for editions for 2003 through 2014; in the edition for 2015 it was superseded by DE430.)
Барицентрическое динамическое время (TDB, от французского Temps Dynamique Barycentrique) — это релятивистская координатная временная шкала, предназначенная для астрономического использования в качестве стандарта времени, учитывающего замедление времени при расчете орбит и астрономических эфемерид планет, астероидов, комет и межпланетных космических аппаратов в Солнечной системе. В настоящее время (с 2006 года) TDB определяется как линейное масштабирование барицентрического координатного времени (TCB). Отличительной особенностью TDB от TCB является то, что разница между TDB и земным временем (TT) при наблюдении с поверхности Земли остается минимально возможной при последовательном определении: различия преимущественно периодические и в целом не превышают 2 миллисекунды в течение нескольких тысячелетий. TDB применяется к барицентрической системе отсчета Солнечной системы и впервые было определено в 1976 году как преемник прежнего (нерелятивистского) стандарта — эфемеридного времени (принятого IAU в 1952 году и замененного в 1976 году). В 2006 году, после истории многочисленных определений и отмен временных шкал, начиная с 1970-х годов, IAU утвердило переопределение TDB. Переопределение TDB в 2006 году в качестве международного стандарта явно признало, что давно устоявшийся аргумент времени эфемериды JPL Teph, реализованный в JPL Development Ephemeris DE405, «в практических целях эквивалентен TDB, определенному в данной Резолюции». (К 2006 году эфемерида DE405 уже несколько лет использовалась в качестве официальной основы для планетарных и лунных эфемерид в Астрономическом альманахе; она лежала в основе изданий с 2003 по 2014 год; в издании 2015 года она была заменена на DE430.)
Barycentric Dynamical Time (TDB, from the French Temps Dynamique Barycentrique) is a relativistic coordinate time scale, intended for astronomical use as a time standard to take account of time dilation when calculating orbits and astronomical ephemerides of planets, asteroids, comets and interplanetary spacecraft in the Solar System. TDB is now (since 2006) defined as a linear scaling of Barycentric Coordinate Time (TCB). A feature that distinguishes TDB from TCB is that TDB, when observed from the Earth's surface, has a difference from Terrestrial Time (TT) that is about as small as can be practically arranged with consistent definition: the differences are mainly periodic, and overall will remain at less than 2 milliseconds for several millennia. TDB applies to the Solar System barycentric reference frame, and was first defined in 1976 as a successor to the (non relativistic) former standard of ephemeris time (adopted by the IAU in 1952 and superseded 1976). In 2006, after a history of multiple time scale definitions and deprecation since the 1970s, a redefinition of TDB was approved by the IAU. The 2006 IAU redefinition of TDB as an international standard expressly acknowledged that the long established JPL ephemeris time argument Teph, as implemented in JPL Development Ephemeris DE405, "is for practical purposes the same as TDB defined in this Resolution". (By 2006, ephemeris DE405 had already been in use for a few years as the official basis for planetary and lunar ephemerides in the Astronomical Almanac; it was the basis for editions for 2003 through 2014; in the edition for 2015 it was superseded by DE430.)
История
С 17 века до конца 19 века планетарные эфемериды рассчитывались с использованием временных шкал, основанных на вращении Земли: обычно среднего солнечного времени одной из основных обсерваторий, таких как Париж или Гринвич. После 1884 года среднее солнечное время в Гринвиче стало стандартом, позже названным всемирным временем (UT). Но в конце XIX и начале XX века, с увеличением точности астрономических измерений, стало подозреваться и в конечном итоге было установлено, что вращение Земли (то есть продолжительность дня) демонстрирует нерегулярности в коротких временных масштабах и замедляется в более длительных временных масштабах. Эфемеридное время было, следовательно, разработано как стандарт, свободный от нерегулярностей вращения Земли, путем определения времени "как независимой переменной уравнений небесной механики", и первоначально измерялось астрономически, опираясь на существующие гравитационные теории движений Земли вокруг Солнца и Луны вокруг Земли. После изобретения цезиевых атомных часов такие часы все чаще использовались с конца 1950-х годов в качестве вторичных реализаций эфемеридного времени (ET). Эти вторичные реализации улучшили исходный стандарт ET благодаря повышенной равномерности атомных часов и (например, в конце 1960-х годов) использовались для обеспечения стандартного времени для вычислений планетарных эфемерид и в астродинамике. Однако ET в принципе еще не учитывал теорию относительности. Величина периодической составляющей вариаций, обусловленных замедлением времени между земными атомными часами и координатным временем барицентрической системы отсчета Солнечной системы, была оценена менее чем в 2 миллисекунды, чтобы заменить ET (в эфемеридах за 1984 год и последующие годы) с учетом теории относительности. Прямым преемником ET для измерения времени в геоцентрической системе отсчета было Земное динамическое время (TDT). Новой временной шкалой, призванной заменить ET для планетарных эфемерид, должно было стать Барицентрическое динамическое время (TDB). TDB должно было отсчитывать время равномерно в системе отсчета, движущейся вместе с барицентром Солнечной системы. (Как и в случае с любым координатным временем, соответствующие часы, чтобы совпадать по скорости, должны были бы не только находиться в состоянии покоя в этой системе отсчета, но также (недостижимое гипотетическое условие) находиться за пределами всех соответствующих гравитационных потенциалов.) Кроме того, TDB должно было иметь (как наблюдается/оценивается на поверхности Земли), в среднем в долгосрочной перспективе, такую же скорость, как TDT (теперь TT). TDT и TDB были определены в серии резолюций на том же заседании Международного астрономического союза в 1976 году. В конечном итоге стало ясно, что TDB не было достаточно четко определено, поскольку оно не сопровождалось общей релятивистской метрикой, и точная связь между TDB и TDT не была указана. (Позже оно также подверглось критике как физически невозможное в точном соответствии с его первоначальным определением: в частности, определение 1976 года исключало необходимый небольшой сдвиг для начальной эпохи 1977 года.) После осознания этих трудностей в 1991 году МАУ уточнил официальные определения временных шкал, создав дополнительные новые временные шкалы: Барицентрическое координатное время (TCB) и Геоцентрическое координатное время (TCG). TCB предназначалось для замены TDB, а TCG – для его эквивалента при использовании в околоземном пространстве. TDT также было переименовано в Земное время (TT) из-за сомнений в уместности слова "динамическое" в данном контексте. В 2006 году TDB было переопределено резолюцией 3 МАУ 2006 года; "новое" TDB было явно признано эквивалентным для практических целей аргументу времени эфемерид Teph, используемому в Лаборатории реактивного движения (JPL); разница между TDB в соответствии со стандартом 2006 года и TT (оба наблюдаются с поверхности Земли) остается менее 2 мс в течение нескольких тысячелетий вокруг текущей эпохи.
Использование TDB
TDB является преемником времени Эфемерид (ET), поскольку ET, в рамках меньшей точности и прецизионности, достижимой в то время, можно рассматривать как приближение к TDB, а также к Земному времени (TT) (см. Время Эфемерид § Реализации). TDB в форме очень близкого и практически эквивалентного временного масштаба Teph продолжает использоваться для важных планетарных и лунных эфемерид DE405, разработанных Лабораторией реактивного движения. Приводятся аргументы в пользу продолжения практического использования TDB вместо TCB, основанные на очень малом размере разницы между TDB и TT, не превышающем 0,002 секунды, что позволяет пренебречь ею во многих приложениях. Утверждается, что незначительность этой разницы снижает риск ошибок при возможном смешении TDB и TT, по сравнению с риском, возникающим при смешении TCB и TT, которые демонстрируют относительный линейный дрейф примерно 0,5 секунды в год (разница была близка к нулю в начале 1977 года, а к 2009 году превысила четверть минуты и продолжала увеличиваться).