Барицентрическое динамическое время
Барицентрическое динамическое время ( TDB , от французского Temps Dynamique Barycentrique ) — релятивистская координатная шкала времени, предназначенная для астрономического использования в качестве стандарта времени для учета замедления времени. [1] при расчете орбит и астрономических эфемерид планет космических , астероидов , комет и межпланетных кораблей Солнечной системы . TDB теперь (с 2006 г.) определяется как линейное масштабирование барицентрического координатного времени (TCB). Особенностью, отличающей TDB от TCB, является то, что TDB при наблюдении с поверхности Земли имеет отличие от земного времени (TT), которое примерно настолько мало, насколько это практически возможно с последовательным определением: различия в основном периодические, [2] и в целом останется на уровне менее 2 миллисекунд в течение нескольких тысячелетий. [3]
TDB применяется к барицентрической системе отсчета Солнечной системы и впервые был определен в 1976 году как преемник (нерелятивистского) прежнего стандарта эфемеридного времени (принятого МАС в 1952 году и замененного в 1976 году). В 2006 году, после истории многочисленных определений временных рамок и их обесценивания с 1970-х годов, [4] новое определение TDB было одобрено МАС. Переопределение TDB в качестве международного стандарта МАС в 2006 году прямо признало, что давно установленный аргумент времени эфемерид JPL T eph , реализованный в JPL Development Ephemeris DE405 , «для практических целей аналогичен TDB, определенному в этой Резолюции». [5] (К 2006 году эфемериды DE405 уже несколько лет использовались в качестве официальной основы планетных и лунных эфемерид в Астрономическом альманахе ; они были основой для изданий с 2003 по 2014 годы; в издании 2015 года они были заменены DE430 . [6] )
Определение [ править ]
Резолюция МАС 3 от 2006 г. [7] определяет TDB как линейное преобразование TCB . TCB отличается как от TDB, так и от TT. TCB прогрессирует быстрее с дифференциальной скоростью около 0,5 секунды в год, в то время как TDB и TT остаются близкими. [8] По состоянию на начало 2011 года разница между TDB и TCB составляет около 16,6 секунды.
- TDB = TCB - L B ×(JD TCB - T 0 )×86400 + TDB 0
где L B = 1,550519768 × 10 −8 , БТР 0 = −6,55 × 10 −5 s, T 0 = 2443144,5003725, а JD TCB TCB — юлианская дата (то есть величина, которая была равна T 0 в 00:00:00 TAI 1 января 1977 года в геоцентре и которая увеличивается на единицу каждые 86 400 секунд TCB. ).
История [ править ]
С 17 по конец 19 века планетарные эфемериды рассчитывались с использованием временных шкал, основанных на вращении Земли: обычно это среднее солнечное время одной из основных обсерваторий, таких как Париж или Гринвич. После 1884 года среднее солнечное время в Гринвиче стало стандартом, позже получившим название « Всемирное время» (UT). Но в конце 19-го и начале 20-го веков, с ростом точности астрономических измерений, начали подозревать и в конечном итоге установили, что вращение Земли (т.е. продолжительность дня) демонстрирует неравномерности в коротких временных масштабах, и замедлялся в более длительных временных масштабах. В результате эфемеридное время было разработано как стандарт, свободный от неравномерностей вращения Земли, путем определения времени «как независимой переменной уравнений небесной механики», и сначала оно измерялось астрономически, опираясь на существующие гравитационные теории движение Земли вокруг Солнца и Луны вокруг Земли.
После изобретения цезиевых атомных часов такие часы с конца 1950-х годов все чаще использовались в качестве вторичной реализации эфемеридного времени (ET) . Эти вторичные реализации усовершенствовали первоначальный стандарт ET за счет повышения единообразия атомных часов и (например, в конце 1960-х годов) использовались для обеспечения стандартного времени для расчетов планетарных эфемерид и в астродинамике.
Но инопланетяне в принципе еще не учитывали теорию относительности. Размер периодической части изменений, вызванных замедлением времени между наземными атомными часами и координатным временем барицентрической системы отсчета Солнечной системы, оценивается менее чем в 2 миллисекунды. [2] но, несмотря на этот небольшой размер, в начале 1970-х годов все чаще считалось, что стандарты времени следует сделать подходящими для приложений, в которых различиями, вызванными релятивистским замедлением времени, больше нельзя пренебрегать.
В 1976 году были определены две новые временные шкалы. [9] заменить ET (в эфемеридах за 1984 год и последующие годы), чтобы учесть относительность. Прямым преемником ET для измерения времени на геоцентрической основе было земное динамическое время (TDT). Новой шкалой времени, которая заменит ET для планетарных эфемерид, должно было стать барицентрическое динамическое время (TDB). TDB должен был двигаться равномерно в системе отсчета, соответствующей барицентру Солнечной системы. (Как и в случае с любым координатным временем , соответствующие часы, чтобы совпадать по скорости, должны не только находиться в состоянии покоя в этой системе отсчета, но также (недостижимое гипотетическое условие) располагаться вне всех соответствующих гравитационных колодцев .) Кроме того, TDB должен был иметь (как наблюдалось/оценивалось на поверхности Земли) в среднем за длительный период такую же скорость, что и TDT (теперь TT ). TDT и TDB были определены в серии резолюций на том же заседании Международного астрономического союза в 1976 году .
В конце концов стало понятно, что TDB не был четко определен, потому что он не сопровождался общей релятивистской метрикой и потому что точная связь между TDB и TDT не была указана. (Позже его также критиковали за то, что оно физически невозможно в точном соответствии с его первоначальным определением: среди прочего, определение 1976 года исключало необходимое небольшое смещение для начальной эпохи 1977 года.) [10] После того, как трудности были оценены, в 1991 году МАС уточнил официальные определения временных шкал, создав дополнительные новые временные шкалы: барицентрическое координатное время (TCB) и геоцентрическое координатное время (TCG). TCB задумывался как замена TDB, а TCG был его эквивалентом для использования в околоземном пространстве. TDT также было переименовано в Земное время (TT) из-за сомнений в уместности слова «динамический» в этой связи.
В 2006 году TDB было пересмотрено резолюцией 3 МАС 2006 года; «новая» TDB была прямо признана эквивалентной для практических целей аргументу времени эфемерид JPL T eph ; разница между TDB по стандарту 2006 г. и TT (оба, наблюдаемые с поверхности Земли), остается менее 2 мс в течение нескольких тысячелетий вокруг современной эпохи. [11]
Использование TDB [ править ]
TDB является преемником эфемеридного времени (ET), поскольку ET можно рассматривать (в пределах меньшей точности и прецизионности, достижимых в его время) как приближение к TDB, а также к земному времени (TT) (см. Эфемеридное время ). время § Реализации ). TDB в форме очень аналогичной и практически эквивалентной шкалы времени T eph продолжает использоваться для важных планетарных и лунных эфемерид DE405 из Лаборатории реактивного движения .
Аргументы в пользу дальнейшего практического использования TDB, а не TCB, были выдвинуты на основании очень небольшого размера разницы между TDB и TT, не превышающей 0,002 секунды, которой можно пренебречь для многих приложений. Утверждалось, что малость этой разницы обеспечивает меньший риск повреждения, если TDB когда-либо спутать с TT, по сравнению с возможным ущербом от путаницы TCB и TT, которые имеют относительный линейный дрейф около 0,5 секунды в год. [12] (в начале 1977 года разница была близка к нулю, а к 2009 году составляла уже более четверти минуты и увеличивалась). [8]
Ссылки [ править ]
- ^ Пояснения, данные с (a) резолюцией IAU 1991 г. в соответствии с резолюцией A.4 в «Примечаниях к рекомендации III» и резолюцией IAU 2006 г. 3 и сносками к ней; и (б) объяснения и ссылки, приведенные в разделе « Замедление времени – из-за одновременного гравитации и движения ».
- ^ Перейти обратно: а б Периодические различия, обусловленные релятивистскими эффектами, между координатной шкалой времени, применимой к барицентру Солнечной системы, и временем, измеренным на поверхности Земли, были впервые оценены и объяснены в: GM Clemence & V Szebehely, «Annualvariation of theatomic часы» , Астрономический журнал, Том 72 (1967), стр.1324-6.
- ^ Резолюция 3 МАС 2006 г. , см. Рекомендации и сноски, примечание 3.
- ^ (а) П.К. Зайдельманн и Т. Фукусима (1992), «Почему новые шкалы времени?» , Astronomy & Astrophysicals vol.265 (1992), страницы 833-838: и (b) резолюция МАС (1991) A.4 (рекомендация V), в которой рекомендуется ограничить использование TDB (ранее определенного в 1976-79 годах) случаями " когда разрыв с предыдущей работой считается нежелательным».
- ^ Резолюция 3 МАС 2006 г. , см. сноски, примечание 4.
- ^ См. Военно-морскую обсерваторию США (Военно-морской океанографический портал), «История астрономического альманаха». Архивировано 5 марта 2009 г. на Wayback Machine (по состоянию на октябрь 2015 г.); также подробности о DE405: EM Standish (1998), Планетарные и лунные эфемериды JPL, DE405/LE405 , Межофисный меморандум Лаборатории реактивного движения 312F-98-48, 26 августа 1998 г.; Кроме того, в Астрономическом альманахе на 2015 год начинает использоваться более поздняя версия эфемерид JPL DE430, которая теперь основана исключительно на TDB, см. раздел L, особенно страницу L-4 Астрономического альманаха на 2015 год, страницу L-4 (по состоянию на октябрь 2015 г.).
- ^ Резолюция 3 МАС 2006 г.
- ^ Перейти обратно: а б Рис. 1 на стр. 835, график, дающий обзор различий в скорости и смещений между различными стандартными шкалами времени , настоящими и прошлыми, определенными МАС: описание см. PK Seidelmann & T Fukushima (1992), «Почему новое время Весы?" , Астрономия и астрофизика, том 265 (1992), страницы 833–838.
- ↑ По сути они были определены в 1976 году, но получили названия в 1979 году.
- ^ EM Standish (1998), «Временные шкалы в эфемеридах JPL и CfA» , Astronomy and Astrophysicals , v.336 (1998), стр.381-384.
- ^ Резолюция 3 МАС 2006 г. , особенно см. сноски 3 и 4.
- ^ С. А. Клионер (2008), «Релятивистское масштабирование астрономических величин и система астрономических единиц», Астрономия и астрофизика , том 478 (2008), стр. 951-958, на странице 953.
Внешние ссылки [ править ]
- Циркуляр 179 Военно-морской обсерватории США: Объяснение и реализация резолюций МАС об астрономических системах отсчета, шкалах времени и моделях вращения Земли. Архивировано 16 февраля 2008 г. в Wayback Machine.
