天文学（追加教育）＿１１． 天文時とタイムゾーン 正確な時刻の保存と送信

正確な時間

天文学で短期間を測定する場合、基本単位は太陽 1 日の平均持続時間、つまり 1 日の継続時間です。 太陽の中心の 2 つの上部 (または下部) の頂点間の平均時間間隔。 晴れた日の長さは年間を通じてわずかに変動するため、平均値を使用する必要があります。 これは、地球が太陽の周りを円ではなく楕円で公転しており、その運動速度がわずかに変化するためです。 これにより、一年を通して黄道に沿った太陽の見かけの動きにわずかな不規則性が生じます。

すでに述べたように、太陽の中心が頂点に達する瞬間は真正午と呼ばれます。 しかし、時計をチェックし、正確な時間を決定するために、太陽が頂点に達する瞬間を正確に時計にマークする必要はありません。 星と太陽の頂点の瞬間の違いはいつでも正確にわかっているため、星の頂点の瞬間をマークする方が便利で正確です。 したがって、正確な時間を決定するために、特別な光学機器を使用して星の頂点の瞬間をマークし、時間を「保存」する時計の正確さをチェックするために使用します。 この方法で決定された時間は、観測された空の回転が厳密に一定の角速度で発生した場合、絶対に正確になります。 しかし、地軸の周りの地球の回転速度、したがって天球の見かけの回転は、時間の経過とともに非常にわずかな変化を経験することが判明しました。 したがって、正確な時間を「保存」するために、現在では特別な原子時計が使用されており、その経過は一定の周波数で発生する原子の振動プロセスによって制御されています。 個々の天文台の時計は原子時報と照合してチェックされます。 原子時計から求められる時刻と星の見かけの動きを比較することで、地球の自転の乱れを調べることができます。

正確な時刻を決定し、それを保存し、無線で全国民に送信することは、多くの国に存在する正確な時刻サービスの仕事です。

無線を介した正確な時刻信号は、正確な時刻を知る必要がある海軍および空軍の航海士、および多くの科学および産業組織によって受信されます。 正確な時刻を知ることは、特に、地球の表面上のさまざまな地点の地理的経度を決定するために必要です。

時間を数えています。 地理的経度の決定。 カレンダー

ソ連の自然地理の過程で、ローカルタイム、ゾーンタイム、マタニティタイムの概念を知っていること、また 2 つの地点の地理的経度の差が、これらの地点の現地時間の差によって決定されることも知っています。 この問題は、星の観測を使用した天文学的な方法によって解決されます。 個々の点の正確な座標の決定に基づいて、地球の表面がマッピングされます。

長い期間を数えるために、古代から人々は太陰月または太陽年のいずれかの期間を使用してきました。 太陽が黄道に沿って公転する期間。 季節変化の頻度は年によって決まります。 太陽年は 365 太陽日、5 時間 48 分 46 秒続きます。 これは、日や月の長さ、つまり月の満ち欠けの周期 (約 29.5 日) とは実質的に一致しません。 これがシンプルで便利なカレンダーを作る難しさです。 何世紀にもわたる人類の歴史の中で、さまざまな暦法が作成され、使用されてきました。 しかし、それらはすべて、太陽、月、太太陽の 3 つのタイプに分類できます。 南部の牧畜民は通常、太陰月を使用しました。 12 太陰月からなる 1 年には 355 太陽日が含まれます。 月と太陽による時間の計算を調整するには、1 年を 12 か月または 13 か月として設定し、1 年に追加の日を挿入する必要がありました。 古代エジプトで使われていた太陽暦は、よりシンプルで便利でした。 現在、世界のほとんどの国も太陽暦を採用していますが、以下で説明するグレゴリオ暦と呼ばれる、より進んだ暦です。

暦を編纂するときは、暦年の期間が太陽の黄道に沿った公転の期間にできるだけ近くなければならないこと、また暦年には太陽日数の整数が含まれる必要があることを考慮する必要があります。一日の異なる時間に一年を始めるのは不便です。

これらの条件は、アレクサンドリアの天文学者ソシゲネスによって開発され、紀元前 46 年に導入された暦によって満たされました。 ジュリアス・シーザーによってローマで。 その後、ご存知のとおり、自然地理学の流れから、それはジュリアンまたは古いスタイルという名前が付けられました。 この暦は、365日を3回連続して年を数えるもので、単純暦と呼ばれ、翌年は366日となります。 閏年といいます。 ユリウス暦の閏年は、余りなしで 4 で割り切れる年です。

この暦によると、1 年の平均の長さは 365 日 6 時間、つまり 365 日 6 時間です。 実際のものより約 11 分長くなります。 このため、古いスタイルは実際の時間の流れより400年ごとに約3日遅れていました。

1918 年にソ連で導入され、それより早くほとんどの国で採用されたグレゴリオ暦 (新暦) では、1600 年、2000 年、2400 年などを除き、年は 2 つのゼロで終わります。 (つまり、百の位の数が余りなしで 4 で割り切れる日) は閏日とみなされません。 これにより、400 年にわたって蓄積される 3 日の誤差が修正されます。 したがって、新しいスタイルでの 1 年の平均長は、地球が太陽の周りを公転する周期に非常に近いことがわかります。

20世紀までに 新しいスタイルと古いスタイル (Julian) の差は 13 日になりました。 わが国では新しい様式が導入されたのは 1918 年になってからであるため、1917 年に 10 月 25 日に実施された 10 月革命 (旧様式) は 11 月 7 日 (新様式) に祝われます。

13日間という新旧の違いは21世紀になっても22世紀になっても残るでしょう。 14日に延長されます。

もちろん、新しいスタイルは完全に正確ではありませんが、1日の誤差は3300年後にのみ蓄積されます。

天文台には、最も正確な方法で時間を測定するための機器があり、時計をチェックします。 時間は地平線上の発光体が占める位置によって決まります。 天文台の時計が星の位置によって確認される夕方の間でできるだけ正確かつ均等に動作するように、時計は深い地下に設置されます。 このようなセラーは一年中一定の温度を維持します。 温度変化は時計に影響を与えるため、これは非常に重要です。

正確な時刻信号を無線で送信するために、天文台には特別な複雑な時計、電気機器、無線機器が設置されています。 モスクワから送信される正確な時刻信号は世界で最も正確です。 星によって正確な時間を決定し、正確な時計を使用して時間を保存し、無線で送信すること、これらすべてがタイムサービスを構成します。

天文学者はどこで働いていますか

天文学者は天文台や天文研究所で科学的な研究を行っています。

後者は主に理論研究に従事しています。

我が国の十月社会主義大革命の後、レニングラードの理論天文学研究所にちなんで名付けられた天文学研究所。 モスクワの P.K. スタンバーグ、アルメニア、ジョージアの天体物理天文台、その他多くの天文機関。

天文学者は大学で機械と数学、あるいは物理と数学の学科で訓練を受けます。

我が国の主な天文台はプルコヴォです。 1839 年にロシアの偉大な科学者の指導の下、サンクトペテルブルク近郊に建設されました。 多くの国で、それはまさに世界の天文学の首都と呼ばれています。

クリミアのシメイズ天文台は大祖国戦争後に完全に修復され、そこからほど近いバフチサライ近くのパルチザンスコエ村に新しい天文台が建設された。そこには直径1 1/4 mの鏡を備えたソ連最大の反射望遠鏡があった。現在、世界で 3 番目に大きい直径 2.6 メートルの鏡を備えた反射鏡が間もなく設置されます。 現在、両方の天文台は 1 つの機関、ソ連科学アカデミーのクリミア天体物理天文台を形成しています。 カザン、タシケント、キエフ、ハリコフなどに天文台がある。

すべての天文台で、私たちは合意された計画に従って科学的研究を実施しています。 我が国における天文学の成果は、広範な層の勤労者が私たちの周囲の世界について正しく科学的な理解を深めていくのに役立っています。

他の国にも多くの天文台が存在します。 これらの中で最も有名なのは、現存する最古のパリとグリニッジです。地球上の地理的経度は子午線から計算されます（この天文台は最近ロンドンから遠く離れた新しい場所に移転されました。そこでは多くの干渉があります）夜間の空の観測用）。 世界最大の望遠鏡は、カリフォルニア州のパロマー山、ウィルソン山、リック天文台に設置されています。 最後の 1 つは 19 世紀末に建てられ、最初の 2 つはすでに 20 世紀に建てられました。

各天体観測には、その実行時刻に関するデータが添付されている必要があります。 瞬間の精度は、観察される現象の要件と特性に応じて異なる場合があります。 たとえば、流星や変光星の通常の観測では、最大 1 分の精度でその瞬間を知ることができれば十分です。 日食の観察、月による星の掩蔽、特に人工地球衛星の動きの観察では、10分の1秒以上の精度で瞬間を記録する必要があります。 天球の毎日の回転を正確に天文観測するには、0.01 秒、さらには 0.005 秒の精度で瞬間を記録するための特別な方法の使用が必要になります。

したがって、実用的な天文学の主なタスクの 1 つは、観測から正確な時刻を取得し、それを保存し、時刻データを消費者に伝達することです。

時間を計るために、天文学者は非常に正確な時計を持っており、特別な機器を使用して星の頂点の瞬間を決定することによって定期的にチェックします。 無線による正確な時刻信号の送信により、ワールドタイムサービスを組織することができました。つまり、この種の観測を行っているすべての天文台を 1 つのシステムに接続することができました。

タイムサービスの責任には、正確な時刻信号を放送することに加えて、すべてのラジオ聴取者によく知られている簡略化された信号の送信も含まれます。 これらは、新しい時間が始まる前に発せられる 6 つの短い合図「ドット」です。 最後の「点」の瞬間は、100 分の 1 秒の精度で、新しい時間の始まりと一致します。 天文学愛好家は、これらの信号を使用して時計をチェックすることをお勧めします。 時計をチェックするときは、時計をリセットしてはなりません。リセットすると機構が損傷します。また、天文学者は時計が主要な道具の 1 つであるため、時計の世話をしなければなりません。 正確な時刻とその読み取り値の差である「時計補正」を決定する必要があります。 これらの修正は体系的に決定され、観察者の日記に記録されるべきです。 彼らのさらなる研究により、時計の針路を決定し、それらをよく研究することが可能になります。

もちろん、可能な限り最高の時計を自由に使えることが望ましいです。 「良い時計」という言葉は何を理解すべきでしょうか？

可能な限り正確に進捗状況を維持する必要があります。 通常の懐中時計の 2 つの例を比較してみましょう。

補正の正の符号は、正確な時刻を取得するには、時計の読み取り値に補正を追加する必要があることを意味します。

タブレットの 2 つの半分には、時計修正の記録が含まれています。 下の修正値から上の修正値を引き、決定の間に経過した日数で割ることにより、時計の日次の経過が得られます。 進行状況データは同じ表に示されています。

なぜ一部の時計を悪いと言い、他の時計を良いと呼ぶのでしょうか? 最初のクロックでは、補正はゼロに近くなりますが、その速度は不規則に変化します。 2 番目の場合、補正は大きくなりますが、ストロークは均一です。 最初の時計は、分以上の正確なタイムスタンプを必要としない観察に適しています。 測定値は補間できないため、一晩に数回確認する必要があります。

2 番目の「良い時計」は、より複雑な観測を行うのに適しています。 もちろん、より頻繁にチェックすることは有益ですが、中間の瞬間の測定値を補間することもできます。 これを例で示してみましょう。 観測が11月5日23時32分46秒に行われたと仮定します。 私たちの時計によると。 11月4日17時に行われた時計チェックでは+2分15秒の修正が得られた。 表からわかるように、日次変動は +5.7 秒です。 11月4日17時から観測の瞬間まで、1日と6時間半、つまり1.27日が経過しました。 この数値に 1 日のサイクルを掛けると、+7.2 秒になります。 したがって、観測時の時計補正は2分15秒ではなく、+2分22秒となった。 観察の瞬間にそれを追加します。 したがって、観測は11月5日の23時35分80秒に行われました。

瞬間を取得することによって、タイム サービスの最初のタスクのみが解決されます。 次のタスクは、天文学的な測定の間隔の正確な時間を保存することです。 この問題は天文時計の助けを借りて解決されます。

高い計時精度を得るために、天文時計を製造する際には、あらゆる誤差の原因が考慮され、可能な限り排除され、時計の動作に最も好ましい条件が作り出されます。

時計の最も重要な部分は振り子です。 バネと車輪が伝達機構、矢印が指針、振り子が時間を計る役割を果たします。 したがって、天文時計では、室温を一定にし、衝撃を排除し、空気抵抗を弱め、最後に機械的負荷をできるだけ小さくするなど、その動作に最適な条件を作り出すよう努めます。

高い精度を確保するため、天文時計は衝撃から守られた深い地下室に置かれ、室内は一年中一定の温度に保たれています。 時計の振り子は、空気抵抗を減らし、気圧の変化の影響を排除するために、気圧をわずかに減圧した筐体内に設置されています（図20）。

2つの振り子を備えた天文時計（ショート時計）は非常に高い精度を持っており、そのうちの1つ（非自由振り子、または「スレーブ」）は送信および表示機構に接続されており、それ自体は別の振り子（非自由振り子）によって制御されます。任意のホイールまたはスプリングに接続します (図 21)。

自由振り子は金属製のケースに入った深い地下室に置かれています。 この場合、減圧が発生します。 自由振り子と非自由振り子の間の接続は、2 つの小さな電磁石を介して実行され、その近くで振り子が揺れます。 自由振り子は「スレーブ」振り子を制御し、それ自体に合わせて強制的にスイングさせます。

時計の読み取り値に非常に小さな誤差を発生させることは可能ですが、完全に排除することはできません。 ただし、時計が正しく動作していなくても、1 日に一定の秒数だけ急いでいる、または遅れていることが事前にわかっている場合は、そのような間違った時計を使用して正確な時間を計算することは難しくありません。 これを行うには、時計の速さ、つまり 1 日あたり何秒速いか遅れているかを知るだけで十分です。 数か月、数年をかけて、天文時計の特定のインスタンスの補正テーブルが編集されます。 天文時計の針が正確な時間を示すことはほとんどありませんが、補正テーブルの助けを借りて、1000分の1秒の精度でタイムスタンプを取得することはかなり可能です。

残念ながら、クロックレートは一定ではありません。 部品の製造や個々の部品の動作に常に存在する不正確さにより、室温や気圧などの外部条件が変化すると、同じ時計でも時間の経過とともに針路が変化する可能性があります。 時計の製造過程における変化またはバリエーションは、その時計の品質を示す主な指標です。 クロックレートの変動が少ないほど、クロックは優れています。

したがって、優れた天文時計は、速すぎたり遅すぎたり、1 日に 10 分の 1 秒でも進んだり遅れたりすることがありますが、その動作の性質に限り、その助けを借りて確実に時間を刻み、かなり正確な読み取り値を取得できます。は一定です。つまり、コースの日次変動は小さいです。

ショートの振り子天文時計では、日差は 0.001 ～ 0.003 秒です。 長い間、このような高精度は他に類を見ないものでしたが、世紀の 50 年代にエンジニアの F.M. フェドチェンコが振り子のサスペンションを改良し、その熱補償を改善しました。 これにより、日差の歩度の変動を 0.0002 ～ 0.0003 秒に抑える時計を設計することができました。

近年、天文時計の設計は機械工ではなく、電気技師や無線技術者が担当するようになりました。 彼らは、振り子の振動の代わりに、水晶の弾性振動を利用して時間を刻む時計を作りました。

水晶から適切に切り出されたプレートには興味深い特性があります。 ピエゾクォーツと呼ばれるこのようなプレートが圧縮または曲げられると、異なる符号の電荷がその反対側の表面に現れます。 圧電石英板の両面に交流電流を流すと圧電石英が発振します。 発振装置の減衰が低いほど、発振周波数はより一定になります。 ピエゾクォーツは振動の減衰が非常に小さいため、この点で非常に優れた特性を持っています。 これは、無線送信機の周波数を一定に維持するために無線工学で広く使用されています。 ピエゾクォーツの同じ特性、つまり発振周波数の高い一定性により、非常に正確な天文クォーツ時計を構築することが可能になりました。

クォーツ時計 (図 22) は、圧電クォーツによって安定化された電波発振器、周波数分割カスケード、同期電気モーター、および指針矢印付きの文字盤で構成されています。

無線発生器は高周波交流を生成し、圧電水晶はその振動周波数を高い精度で一定に維持します。 周波数分割カスケードでは、交流の周波数が 1 秒あたり数十万回から数百回の振動に減少します。 低周波交流で動作する同期電気モーターが指針の矢印を回転させ、時報などを供給するリレーを閉じます。

同期電気モーターの回転速度は、電力を供給される交流の周波数によって異なります。 したがって、クォーツ時計では、指針の回転速度は最終的に圧電水晶の発振周波数によって決まります。 水晶板の振動周波数の高い一定性により、水晶天文時計の均一な動きと高い読み取り精度が保証されます。

現在、さまざまなタイプや目的のクォーツ時計が、日差が 100 分の 1 秒、さらには 1000 分の 1 秒を超えないように製造されています。

クォーツ時計の最初のデザインは非常にかさばりました。 結局のところ、水晶板の振動の固有振動数は比較的高く、秒や分を数えるには、一連の周波数分割カスケードを使用して固有振動数を低減する必要があります。 一方、これに使用される真空管無線装置は多くのスペースを占有します。 ここ数十年で、半導体無線技術は急速に発展し、それに基づいて小型および超小型無線機器が開発されました。 これにより、海や空の航行だけでなく、さまざまな遠征作業に使用できる小型の携帯用クォーツ時計を製造することが可能になりました。 これらのポータブルクォーツクロノメーターは、従来の機械式クロノメーターと比べてサイズも重量も大きくありません。

ただし、第 2 クラスの機械式マリン クロノメーターの日差誤差が ±0.4 秒以内、第 1 クラスの機械式マリン クロノメーターの日差誤差が ±0.2 秒以内である場合、最新のクォーツ携帯クロノメーターの日差誤差は ±0.1 秒です。 ; ±0.01秒、さらに±0.001秒

例えば、スイスで生産されるクロノトームの寸法は 245X137X100 mm で、1 日あたりの動きの不安定さは ±0.02 秒を超えません。 静止型クォーツクロノメーター「Izotom」の長期相対不安定度は10 -8 以下、つまり日差誤差は約±0.001秒です。

しかし、クォーツ時計にも重大な欠点がないわけではなく、高精度の天文測定にはその存在が不可欠です。 クォーツ天文時計の主な欠点は、クォーツ発振周波数が周囲温度に依存することと、「クォーツエージング」、つまり時間の経過とともに発振周波数が変化することです。 最初の欠点は、時計のクォーツ プレートが配置されている部分を注意深く温度調節することによって克服されました。 時計のズレを引き起こすクォーツの経年劣化はまだ解消されていません。

「分子時計」

振り子やクォーツ天文時計よりも精度の高い時間間隔を測定する装置を作ることは可能でしょうか?

これに適した方法を求めて、科学者たちは分子振動が発生するシステムに注目しました。 もちろん、この選択は偶然ではなく、さらなる成功をあらかじめ決めていたのです。 時間測定の精度を数千倍、さらには数十万倍も高めることが可能になったのは「分子時計」です。 しかし、分子から時間インジケーターまでの経路は複雑で非常に困難であることが判明しました。

なぜ振り子時計やクォーツ天文時計の精度を向上させることができなかったのでしょうか。 分子はどのように時間の測定において振り子や石英板よりも優れていたのでしょうか? 分子時計の動作原理と構造は何ですか?

あらゆる時計が、周期的な振動が発生するブロック、その数を数える計数機構、およびその振動を維持するために必要なエネルギーが蓄えられる装置で構成されていることを思い出してください。 ただし、時計の読み取り値の精度はほとんどの場合、 その要素の動作の安定性に依存します、時間を計測します。

振り子天文時計の精度を高めるために、その振り子は熱膨張係数が最小限の特殊な合金で作られ、サーモスタット内に置かれ、特殊な方法で吊り下げられ、空気が送り出される容器内に配置されます。知られているように、これらすべての対策により、天文振り子時計の動きの変動を 1 日あたり最大 1000 分の 1 秒まで減らすことが可能になりました。 しかし、可動部品や摩擦部品の徐々に摩耗し、構造材料がゆっくりと不可逆的に変化するため、一般に、そのような時計の「経年劣化」により、精度をさらに向上させることはできませんでした。

天文クォーツ時計では、水晶で安定させた発振器によって時間を計測しますが、この時計の読み取り精度は水晶板の振動周波数の一定性によって決まります。 時間の経過とともに、石英プレートとそれに関連する電気接点に不可逆的な変化が発生します。 したがって、クォーツ時計のこのマスター要素は「古くなります」。 この場合、水晶板の発振周波数は若干変化します。 これがこのような時計の不安定性の理由であり、精度のさらなる向上に限界をもたらしています。

分子時計は、その読み取り値が分子によって吸収および放出される電磁振動の周波数によって最終的に決定されるように設計されています。 一方、原子や分子は、エネルギー量子と呼ばれる特定の部分でのみ、断続的にエネルギーを吸収および放出します。 これらのプロセスは現在、次のように表されます。原子が通常の (励起されていない) 状態にあるとき、その電子はより低いエネルギー レベルを占め、原子核から最も近い距離にあります。 原子が光などのエネルギーを吸収すると、その電子は新しい位置にジャンプし、原子核から少し離れた位置に配置されます。

電子の最も低い位置に対応する原子のエネルギーを E で表し、原子核からさらに離れた位置に対応する原子のエネルギーを E 2 で表すことにします。 電磁振動 (光など) を放出する原子が、エネルギー E 2 の励起状態からエネルギー E 1 の非励起状態に移動するとき、電磁エネルギーの放出部分は ε = E 2 -E 1 に等しくなります。 上記の関係がエネルギー保存則の表現の 1 つにすぎないことは簡単にわかります。

一方、光量子のエネルギーはその周波数に比例することが知られています: ε = hv、ここで ε は電磁振動のエネルギー、v はその周波数、h = 6.62*10 -27 erg*sec はプランク定数です。 これら 2 つの関係から、原子が発する光の周波数 v を見つけるのは難しくありません。 v = (E 2 - E 1)/h sec -1 であることは明らかです。

特定の種類の原子 (たとえば、水素、酸素など) にはそれぞれ独自のエネルギー準位があります。 したがって、励起された各原子は、より低い状態に遷移するときに、非常に特定の周波数セットを備えた電磁振動を放出します。つまり、その原子にのみ特有の輝きを与えます。 状況は分子の場合もまったく同じですが、分子を構成する粒子の配置の違いと相互の運動に関連する追加のエネルギー準位が多数存在するという点が唯一の違いです。

したがって、原子や分子は、限られた周波数の電磁振動のみを吸収および放出することができます。 これを行う原子力システムの安定性は極めて高い。 これは、弦、音叉、マイクなど、特定の種類の振動を感知または放射する巨視的デバイスの安定性よりも数十億倍高いです。これは、機械などの巨視的デバイスでは、 、測定器など、その安定性を確保する力は、ほとんどの場合、外力の数十倍から数百倍に過ぎません。 したがって、時間の経過や外部条件の変化に応じて、そのようなデバイスの特性は多少変化します。 音楽家がバイオリンやピアノを頻繁に調律しなければならないのはこのためです。 それどころか、原子や分子などのマイクロシステムでは、それを構成する粒子間に非常に強い力が作用するため、通常の外部からの影響の大きさははるかに小さくなります。 したがって、温度、圧力などの外部条件の通常の変化は、これらのマイクロシステム内部に目立った変化を引き起こしません。

これは、原子および分子の振動の使用に基づいたスペクトル分析やその他の多くの方法や機器の精度が非常に高いことを説明しています。 これが、これらの量子システムを天文時計のマスター要素として使用することを非常に魅力的なものにしているのです。 結局のところ、そのようなマイクロシステムは時間が経っても特性が変化しません。つまり、「老化」しません。

技術者が分子時計の構築を始めたとき、原子および分子の振動を励起する方法はすでによく知られていました。 そのうちの 1 つは、特定のガスを満たした容器に高周波電磁振動を加えるというものです。 これらの振動の周波数がこれらの粒子の励起エネルギーに対応する場合、電磁エネルギーの共鳴吸収が発生します。 しばらくすると (100 万分の 1 秒未満)、励起された粒子 (原子と分子) は励起状態から通常の状態に自発的に遷移し、同時に電磁エネルギーの量子を放出します。

振り子時計では振り子の揺れの数が数えられるため、このような時計を構築する次のステップは、これらの振動の数を数えることであるように思われます。 しかし、そのような直接的な「正面」の道はあまりにも困難であることが判明しました。 実際のところ、分子が発する電磁振動の周波数は非常に高いのです。 たとえば、主な遷移の 1 つであるアンモニア分子では、1 秒あたり 23,870,129,000 周期になります。 さまざまな原子から発せられる電磁振動の周波数は、同程度かそれ以上になることがあります。 このような高周波振動の数をカウントするのに適した機械装置はありません。 さらに、従来の電子機器はこれには適さないことも判明しました。

この問題を解決する方法は、独創的な回避策の助けを借りて見つかりました。 アンモニアガスを長い金属管（導波管）の中に入れました。 取り扱いを容易にするために、このチューブはコイル状に巻かれています。 この管の一端には発電機から高周波電磁振動が供給され、もう一端にはその強度を測定する装置が設置されていました。 この発電機は、一定の制限内で、励起する電磁振動の周波数を変更することができました。

アンモニア分子が非励起状態から励起状態に遷移するには、明確に定義されたエネルギーと、それに応じて明確に定義された電磁振動の周波数が必要です (ε = hv、ε は量子エネルギー、v は周波数です)電磁振動、h はプランク定数です)。 発電機によって生成される電磁振動の周波数がこの共振周波数より大きいか小さい限り、アンモニア分子はエネルギーを吸収しません。 これらの周波数が一致すると、かなりの数のアンモニア分子が電磁エネルギーを吸収し、励起状態になります。 もちろん、この場合（エネルギー保存の法則により）、測定装置が設置されている導波管の端では、電磁振動の強度は小さくなることがわかります。 発電機の周波数を滑らかに変更し、測定装置の読み取り値を記録すると、共振周波数で電磁振動の強度の低下が検出されます。

分子時計を構築する次のステップは、まさにこの効果を利用することです。 この目的のために、特別な装置が組み立てられました（図23）。 その中で、電源を備えた高周波発生器が高周波電磁振動を生成します。 これらの振動の周波数の一定性を高めるために、発電機は安定化されます。 ピエゾクォーツを使用。 従来のこの種の装置では、高周波発生器の発振周波数は、使用されている水晶板の固有振動数に合わせて毎秒数十万サイクルに設定されています。

米。 23. 「分子時計」の仕組み

この周波数は機械装置を直接制御するには高すぎるため、分周ユニットを使用して毎秒数百回の振動に抑えられ、その後信号リレーと指針の矢印を回転させる同期電気モーターに供給されます。時計の文字盤にあります。 したがって、分子時計のこの部分は、前述のクォーツ時計の設計を繰り返します。

アンモニア分子を励起するために、高周波発生器によって生成された電磁振動の一部が交流周波数逓倍器に供給されます（図23を参照）。 その周波数増倍率は、それを共振させるように選択されます。 周波数逓倍器の出力から、電磁振動がアンモニア ガスとともに導波管に供給されます。 導波管の出力に配置された装置である弁別器は、導波管を通過する電磁振動の強度を記録し、高周波発生器に作用して、励起する振動の周波数を変化させます。 弁別器は、共振周波数を下回る周波数の発振が導波管の入力に到達すると、発振器を調整して発振周波数を高めるように設計されています。 導波管の入力が共振周波数よりも高い周波数の振動を受信すると、発生器の周波数が低下します。 この場合、共振への同調はより正確になり、吸収曲線は急峻になります。 したがって、分子による電磁振動のエネルギーの共鳴吸収による電磁振動の強度の落ち込みは、できるだけ狭くて深いことが望ましい。

これらすべての相互接続されたデバイス (発生器、乗算器、アンモニア ガスの導波管、弁別器) は、アンモニア分子が発生器によって励起されると同時にそれを制御して、所望の周波数の発振を生成するフィードバック回路を表します。 。 したがって、分子時計は最終的にアンモニア分子を周波数と時間の基準として使用します。 1953 年に G. Lyons によってこの原理に基づいて開発された最初のアンモニア分子時計では、不安定性は約 10 -7 でした。つまり、周波数の変化は 1,000 万分の 1 を超えませんでした。 その後、不安定性は 10 -8 まで減少しました。これは、数年間にわたる 1 秒の時間間隔の測定誤差に相当します。

もちろん、一般的に、これは優れた精度です。 しかし、構築されたデバイスでは、電磁エネルギーの吸収曲線は予想されたほど鮮明ではなく、むしろ「不鮮明」であることが判明しました。 したがって、装置全体の精度が予想より大幅に低いことが判明した。 その後数年に行われたこれらの分子時計の慎重な研究により、その測定値が導波管の設計、およびその中のガスの温度と圧力にある程度依存することが明らかになりました。 これらの影響が時計の動作を不安定にし、精度を制限する原因となることが判明しました。

その後、分子時計のこれらの欠陥を完全に取り除くことはできませんでした。 ただし、他のより高度なタイプの量子時間メーターを考案することは可能でした。

セシウム原子時計

アンモニア分子時計の欠点の原因を明確に理解したことに基づいて、周波数と時間標準のさらなる改善が達成されました。 アンモニア分子時計の主な欠点は、共鳴吸収曲線の特定の「不鮮明さ」と、これらの時計の性能が導波管内のガスの温度と圧力に依存することであることを思い出してください。

これらの不具合の原因は何でしょうか? それらを排除することは可能でしょうか？ 共振のスミアリングは、導波管を満たすガス粒子の熱移動の結果として発生することが判明しました。 結局のところ、ガス粒子の一部は電磁波に向かって移動するため、その振動周波数は発生器によって与えられる振動周波数よりわずかに高くなります。 逆に、他のガス粒子は、入ってくる電磁波から逃げるかのように移動します。 彼らにとって、電磁振動の周波数は公称周波数よりわずかに低くなります。 比較的非常に少数の静止ガス粒子についてのみ、それらによって知覚される電磁振動の周波数は公称周波数と等しくなります。 ジェネレーターによって与えられます。

説明されている現象は、よく知られている縦方向ドップラー効果です。 これが、共振曲線が平坦化され不鮮明になり、導波管の出力における電流の強さがガス粒子の移動速度に依存することが明らかになったという事実につながります。 ガス温度について。

アメリカ標準局の科学者のグループは、これらの困難をなんとか克服しました。 しかし、彼らが行ったのは、いくつかの既知のものを使用したとはいえ、一般に、新しくてより正確な頻度と時間の基準でした。

このデバイスでは分子ではなく原子が使用されています。 これらの原子は単に容器を満たすのではなく、ビーム状に移動します。 さらに、それらの移動方向は電磁波の伝播方向に対して垂直です。 この場合、縦方向のドップラー効果が存在しないことは容易に理解できます。 このデバイスはセシウム原子を使用しており、その励起は 1 秒あたり 9,192,631,831 周期に等しい電磁振動の周波数で発生します。

対応する装置は管の中に取り付けられており、その一端には金属セシウムを蒸発するまで加熱する電気炉1があり、もう一端には到達したセシウム原子の数をカウントする検出器6があります。それ（図24）。 それらの間には、第 1 の磁石 2、高周波電磁振動を供給する導波管 3、コリメータ 4、第 2 の磁石 5 があります。炉の電源がオンになると、金属蒸気がスリットと細いビームを通って管内に噴出します。セシウム原子の数個がその軸に沿って飛行し、途中で磁場にさらされますが、永久磁石によって作られた磁場と、波の伝播方向が垂直になるように発生器から導波管を使用してチューブに供給される高周波電磁場です。粒子の飛行方向に合わせます。

このようなデバイスにより、問題の最初の部分を解決することができます。つまり、原子を励起する、つまり原子をある状態から別の状態に移動させ、同時に縦方向のドップラー効果を回避することができます。 研究者がこの改善のみに限定した場合、デバイスの精度は向上しますが、それほど多くはありません。 実際、加熱源から放出される原子ビームには、常に励起されていない原子と励起された原子が存在します。 したがって、線源から放出された原子が電磁場中を飛行して励起されると、既存の励起原子に一定数の励起原子が追加されます。 したがって、励起された原子の数の変化は比較的大きくなく、その結果、粒子のビームに対する電磁波の作用の影響はあまり鮮明ではありません。 最初は励起原子がまったく存在せず、その後励起原子が出現した場合、全体的な効果はより対照的になることは明らかです。

したがって、追加のタスクが発生します。発生源から電磁場までの領域で、通常の状態にある原子を通過させ、励起された原子を除去します。 この問題を解決するために、何か新しいものを発明する必要はありませんでした。私たちの世紀の 40 年代に、ラビとラムゼーが分光研究に対応する方法を開発したからです。 これらの方法は、すべての原子と分子には特定の電気的および磁気的特性があり、これらの特性は励起粒子と非励起粒子では異なるという事実に基づいています。 したがって、電場および磁場では、励起された原子および分子と励起されていない原子および分子は異なる方向に偏向されます。

記載のセシウム原子時計では、線源と高周波電磁場の間の粒子線の経路上に永久磁石2（図24参照）を設置し、非励起粒子はコリメータスリット上に集束し、励起粒子は集束するようにした。梁から撤去されました。 逆に、高周波電磁場と検出器の間にある第２の磁石５は、励起されていない粒子がビームから除去され、励起された粒子のみが検出器に集束するように設置された。 この二重の分離により、電磁場に入る前には励起されておらず、その後この場で励起された粒子だけが検出器に到達するという事実が生じます。 この場合、電磁振動の周波数に対する検出器の読み取り値の依存性は非常に急峻であることが判明し、したがって、電磁エネルギーの共鳴吸収曲線は非常に狭くて急峻であることが判明する。

以上の対策の結果、セシウム原子時計のマスターブロックは高周波発振器の微小な離調にも応答できることが判明し、非常に高い安定精度が達成されました。

デバイスの残りの部分は、一般に、分子時計の概略図を繰り返しています。高周波発生器が電気時計を制御し、同時に周波数逓倍回路を通じて粒子を励起します。 セシウム管と高周波発生器に接続された弁別器は、セシウム管の動作に応答して発生器を調整し、発生する振動の周波数が粒子が励起される周波数と一致するようにします。

この装置全体をセシウム原子時計と呼びます。

セシウム時計の最初のモデル (たとえば、英国国立物理研究所のセシウム時計) では、不安定性はわずか 1 -9 でした。 近年開発および構築されたこのタイプのデバイスでは、不安定性は 10 -12 ～ 10 -13 に減少しました。

すでに述べたように、最高の機械式天文時計であっても、部品の磨耗により、時間の経過とともに方向が若干変化します。 クォーツ天文時計にもこの欠点がないわけではありません。クォーツの経年劣化により、測定値がゆっくりと変動するからです。 セシウム原子時計では周波数ドリフトは検出されていません。

これらの時計の異なるコピーを相互に比較すると、それらの発振周波数は±3 * 10 -12 以内で一致しました。これは、10,000 年にわずか 1 秒の誤差に相当します。

しかし、この装置には欠点がないわけではありません。電磁場の形状の歪みとビームの原子に対する影響の持続時間が比較的短いため、このようなシステムを使用した時間間隔の測定精度はさらに高まります。

量子発生器を備えた天文時計

時間間隔の測定精度を向上させるための新たな一歩は、次の方法で行われました。 分子発生器- それが使用されるデバイス 分子による電磁波の放射.

この発見は予期せぬものであり、当然のことでした。 予想外でした。なぜなら、古い方法の可能性は使い尽くされたように見えましたが、他に方法がなかったからです。 当然のことです。なぜなら、多くの既知の効果が新しい方法のほぼすべての部分をすでに構成しており、残っているのはこれらの部分を適切に組み合わせるだけだからです。 しかし、既知のものの新しい組み合わせは、多くの発見の本質です。 それを思いつくにはいつも勇気が必要です。 多くの場合、これが完了すると、すべてが非常に簡単に見えます。

分子放射線を使用して周波数標準を取得する機器はメーザーと呼ばれます。 この単語は、「放射線の誘導放出によるマイクロ波増幅」、つまり誘導放射線を使用したセンチメートル範囲の電波の増幅という表現の頭文字から作られています。 現在、このタイプのデバイスは、量子増幅器または量子発生器と呼ばれることが最も多いです。

量子発生器の発見の準備は何でしたか? その動作原理と構造は何ですか?

研究者たちは、アンモニア分子などの励起された分子がより低いエネルギーレベルに移動し、電磁放射を放出すると、 これらの輝線の自然な幅は非常に小さいですいずれにしても、分子時計で使用される吸収線の幅よりも何倍も小さいです。 一方、2つの発振の周波数を比較する場合、共振曲線の鋭さはスペクトル線の幅に依存し、実現可能な安定化精度は共振曲線の鋭さに依存します。

研究者たちが、分子による電磁波の吸収だけでなく放射も利用することで、時間間隔の測定においてより高い精度を達成できる可能性に非常に興味を持っていたことは明らかです。 これに必要なものはすべてすでに揃っているように思えます。 実際、分子時計の導波路では、励起されたアンモニア分子は自発的に光を放出します。つまり、より低いエネルギーレベルに移動し、同時に 1 秒あたり 23,870,129,000 サイクルの周波数の電磁放射線を放出します。 このスペクトル輝線の幅は実際には非常に小さいです。 さらに、分子時計の導波路は発電機から供給される電磁振動で満たされており、その振動の周波数はアンモニア分子が放出するエネルギー量子の周波数に等しいため、導波路内で 誘発された励起されたアンモニア分子の放出。その確率は自然放出よりもはるかに高くなります。 したがって、このプロセスにより放射線事象の総数が増加します。

しかし、分子時計導波路のようなシステムは、分子放射線の観察や利用にはまったく適さないことが判明した。 実際、そのような導波路では、励起されたアンモニア粒子よりも励起されていないアンモニア粒子の方がはるかに多く、誘導放射を考慮しても、電磁エネルギーの吸収作用は放出作用よりもはるかに頻繁に発生します。 さらに、同じ体積が発生器からの電磁放射で満たされ、この放射が同じ周波数ではるかに高い強度を持っている場合、そのような導波管内の分子によって放出されるエネルギー量子をどのように分離するかは不明です。

すべてのプロセスが非常に入り乱れているため、一見したところ、その中から適切なプロセスを 1 つ選び出すことは不可能であることが判明するのは本当ではないでしょうか? しかし、そうではありません。 結局のところ、励起された分子は、励起されていない分子とは電気的および磁気的特性が異なることが知られており、これによりそれらを分離することが可能になります。

1954年から1955年にかけて この問題は、ソ連の N. G. Basov と A. M. Prokhorov によって、そして米国の Gordon、Zeiger、Townes によって見事に解決されました。 これらの著者は、励起されたアンモニア分子と励起されていないアンモニア分子の電気状態が若干異なり、不均一な電場中を飛行する際に異なる偏向を示すという事実を利用しました。

* (J. シンガー、イリノイ州マゼリー、1961 年。 Basov N. G.、Letokhov V. S.、光周波数標準、UFN、vol. 96、no. 1968 年 4 月)

均一な電場が 2 つの帯電した平行プレート (たとえばコンデンサのプレート) の間に生成されることを思い出してください。 帯電プレートと 1 つまたは 2 つの帯電点の間 - 不均一。 電場が力線を使用して表される場合、均一な場は等しい密度の線で表され、不均一な場は不均一な密度の線で表されます。たとえば、線が収束する平面では密度が低く、先端では密度が高くなります。 何らかの形態の不均一な電界を生成する方法は長い間知られている。

分子発生器は、分子源、電気分離器、共振器を組み合わせたもので、空気がポンプで送り出されるチューブの中に組み込まれています。 深く冷却するために、このチューブは液体窒素の中に入れられます。 これにより装置全体の高い安定性を実現します。 分子発生器の粒子源は、アンモニア ガスが充填された狭い開口部を備えたボトルです。 この穴を通って、粒子の細いビームが一定の速度でチューブに入ります (図 25、a)。

ビームには常に、励起されていないアンモニア分子と励起されたアンモニア分子が含まれています。 しかし、通常は興奮している人よりも興奮していない人の方がはるかに多いのです。 チューブ内、これらの粒子の経路には、4 本のロッドで構成される帯電したコンデンサー、いわゆる四重極コンデンサーがあります。 その中の電場は不均一であり、それを通過すると、励起されていないアンモニア分子が側面に散乱し、励起されたアンモニア分子が管の軸に向かって偏向されるような形状をしています（図25、b）。集中力が高まる。 したがって、このような凝縮器では粒子の分離が起こり、励起されたアンモニア分子のみが管のもう一方の端に到達します。

チューブのもう一方の端には、特定のサイズと形状の容器、いわゆる共鳴器があります。 励起されたアンモニア分子は、その中に入ると、短時間後に励起状態から非励起状態に自発的に遷移し、同時に特定の周波数の電磁波を放射します。 このプロセスは分子に光が当たると言われています。 このようにして、分子放射線を取得するだけでなく、それを分離することも可能です。

これらのアイデアをさらに発展させたものを考えてみましょう。 共鳴周波数の電磁放射は、励起されていない分子と相互作用し、それらを励起状態に移行させます。 同じ放射線は、励起された分子と相互作用し、それらを非励起状態に移行させ、その結果、それらの放射線を刺激します。 どの分子が大きいか、非励起か励起かに応じて、電磁エネルギーの吸収または誘導放出のプロセスが優先されます。

特定の体積、たとえば共振器内で励起されたアンモニア分子の顕著な優位性を作り出し、そこに共鳴周波数の電磁振動を導入することによって、超高周波を増幅することが可能です。 この増強は、励起されたアンモニア分子が共振器内に継続的に送り込まれることによって起こることは明らかです。

共振器の役割は、励起された分子の放出が起こる容器であるという事実に限定されません。 共鳴周波数の電磁放射は励起された分子の放射を刺激するため、この放射の密度が高くなるほど、この誘導放射のプロセスはより活発になります。

これらの電磁振動の波長に従って共振器の寸法を選択することにより、その中に定在波が発生する条件を作り出すことができます（対応する弾性波の定在波の発生のためにオルガンパイプの寸法を選択するのと同様です）音の振動が発生します）。 共振器の壁を適切な材料で作ることにより、最小の損失で電磁振動を反射することが可能になります。 これらの両方の対策により、共振器内に高密度の電磁エネルギーを生成することが可能になり、デバイス全体の効率が全体として向上します。

他のすべての条件が等しい場合、励起分子の磁束密度が高くなるほど、このデバイスの利得は大きくなります。 注目すべきことは、励起分子の一定の十分に高い磁束密度と適切な共振器パラメータでは、分子の放射強度がさまざまなエネルギー損失をカバーするのに十分な大きさになり、増幅器がいわゆるマイクロ波発振の分子発生器に変わることです。量子発生器。 この場合、共振器に高周波電磁エネルギーを供給する必要がなくなる。 一部の励起粒子の誘導放出のプロセスは、他の粒子の放出によってサポートされます。 さらに、適切な条件下では、電磁エネルギーの一部が脇に除去された場合でも、電磁エネルギーの生成プロセスは停止しません。

非常に高い安定性を備えた量子発生器。厳密に定義された周波数の高周波電磁振動を生成し、時間間隔の測定に使用できます。 継続的に動作させる必要はありません。 定期的に、一定の間隔で、天文時計の発電機の周波数をこの分子周波数標準と比較し、必要に応じて補正を導入するだけで十分です。

分子アンモニア発生装置による補正機能を備えた天文時計は、1950 年代後半に作られました。 それらの短期的な不安定性は 1 分あたり 10 -12 を超えず、長期的な不安定性は約 10 -10 で、これは数百年にわたるわずか 1 秒の時間間隔のタイミングの歪みに相当します。

これらと同じ考え方と、タリウムや水素などの他の粒子を作動流体として使用することにより、周波数と時間の標準のさらなる改善が達成されました。 この場合、ゴールデンバーグ、クレプナー、ラムゼイによって 60 年代初頭に開発および構築された、水素原子のビームで動作する量子発生器が特に有望であることが判明しました。 この発生器も、適切な冷却剤に浸漬されたチューブ（図 26）内に取り付けられた粒子源、分離器、および共鳴器で構成されています。 ソースは水素原子のビームを放出します。 このビームには非励起水素原子と励起水素原子が含まれており、励起水素原子よりも非励起水素原子の方が大幅に多くなります。

励起された水素原子は励起されていない水素原子とは磁気状態 (磁気モーメント) が異なるため、それらの分離には電気ではなく、一対の磁石によって生成される磁場が使用されます。 水素発生装置の共振器にも大きな特徴があります。 それは溶融石英で作られたフラスコの形で作られ、その内壁はパラフィンでコーティングされています。 パラフィン層からの水素原子の複数（約 10,000 回）の弾性反射のおかげで、分子発生器と比較して、粒子の飛行距離、およびそれに応じて共振器内での粒子の滞留時間は数千倍増加します。 このようにして、水素原子の非常に狭いスペクトル輝線を得ることができ、分子発生器と比較して、デバイス全体の不安定性を数千分の1に減らすことができます。

水素量子発生器を備えた現代の天文時計の設計は、その性能においてセシウム原子線の標準を上回っています。 それらには系統的なドリフトは検出されませんでした。 短期的な不安定性は 1 分あたりわずか 6 * 10 -14 であり、長期的な不安定性は 1 日あたり 2 * 10 -14 であり、これはセシウム標準の 10 分の 1 です。 水素量子発生器による時計読み取り値の再現性は ±5*10 -13 ですが、セシウム標準の再現性は ±3*10 -12 です。 したがって、この指標では、水素発生装置の方が約 10 倍優れています。 このように、水素天文時計を用いると、約10万年にわたって1秒オーダーの時間計測精度を確保することが可能となります。

一方、近年の多くの研究は、原子ビーム発生器に基づいて達成されるこの高い時間間隔測定精度はまだ限界ではなく、さらに高めることができることを示している。

正確な時刻の転送

タイム サービスのタスクは、正確な時刻を受信して​​保存することに限定されません。 同様に重要な部分は、正確な時間を失わないように正確な時刻を送信する仕組みです。

昔は、時報は機械、音、光の装置を使って送信されていました。 サンクトペテルブルクでは正午ちょうどに大砲が発砲された。 また、D.I. メンデレーエフにちなんで名付けられた計量研究所の塔時計と照らし合わせて自分の時計をチェックすることもできます。 港では、落ちてくるボールが時報として使われていました。 港に停泊している船からは、ちょうど正午にボールが特別なマストの頂上から落ち、その足に落ちた様子が見えました。

現代の集中的な生活の通常の過程において、非常に重要な任務は、鉄道、郵便局、電信局、および大都市の正確な時刻を確保することです。 ここでは、天文や地理の仕事のように高い精度は必要ありませんが、都市のあらゆる場所、広大な国のあらゆる場所で、分単位まで正確に、すべての時計が同じ時間を示すことが必要です。 この問題は通常、電気時計を使用して解決されます。

鉄道や通信機関の時計産業、近代都市の時計産業において、電気時計は重要な役割を果たしています。 彼らの装置は非常にシンプルですが、1 分の精度で市内のすべての地点で同じ時刻を表示します。

電気時計はプライマリまたはセカンダリのいずれかです。 主要な電気時計には振り子、車輪、脱進機が備わっており、リアルタイム メーターです。 二次電気時計は単なる指針であり、時計機構を持たず、1分に1回針を動かす比較的単純な装置のみです（図27）。 電流が遮断されるたびに、電磁石がアーマチュアを解放し、ラチェットホイールに当接してアーマチュアに取り付けられた「爪」がラチェットホイールを 1 歯ずつ回転させます。 電流信号は、中央ユニットまたは一次電気クロックから二次クロックに供給されます。 近年、サウンドシネマの原理に基づいて設計された、時刻を表示するだけでなく知らせる音声時計が登場しました。

送信用 正確な時間現在では、主に電話、電信、ラジオなどの電気信号が使われています。 過去数十年にわたり、トランスミッションの技術は改良され、それに応じて精度も向上しました。 1904 年、ビグルダンはパリ天文台からリズミカルな時刻信号を送信し、モンスリー天文台は 0.02 ～ 0.03 秒の精度で受信しました。 1905 年にワシントン海軍天文台が定期的に時報を送信し始め、1908 年からはエッフェル塔から、1912 年からはグリニッジ天文台からリズミック時報が送信され始めました。

現在、多くの国で正確な時刻信号の送信が行われています。 ソ連では、そのような放送は、その名を冠した国立天文研究所によって行われている。 P.K. スタンバーグや他の多くの組織。 同時に、平均太陽時の測定値を無線で送信するために、さまざまなプログラムが使用されています。 たとえば、時報放送は毎正時に送信され、6 つの短いパルスで構成されます。 それらの最後の始まりは、特定の時 00 分 00 秒の時刻に対応します。 海上および航空ナビゲーションでは、60 個のパルスを 5 回連続させたプログラムと、より長い信号で区切られた 6 個の短い信号を 3 回連続させたプログラムが使用されます。 このほかにも、特別な時報番組が多数あります。 各種時報特別番組の情報を増刊号に掲載しています。

放送時報の送信誤差は、放送番組で±0.01～0.001秒程度、特別番組によっては±10 -4 秒、場合によっては±10 -5 秒程度となる。 したがって、現在では、非常に高い精度で時間を受信、保存、送信できるようにする方法と機器が開発されています。

最近、正確な時刻を保存および送信する分野で、非常に新しいアイデアが実装されています。 すべての時計が年間を通じて継続的に動作しているという条件で、あらゆる地域の多くの地点で、そこに設置されている時計の精度が ±30 秒を下回らないことが必要であると仮定します。 このような要件は、たとえば都市や鉄道の時計に適用されます。 それほど厳しい要件ではありませんが、時計単体でこの要件を満たすためには、各時計の日差が±0.1秒以内であることが必要であり、そのためには精度の高いクオーツクロノメーターが必要となります。

一方、この問題を解決するには、次のようにします。 統一時間制、プライマリ クロックとそれに関連付けられた多数のセカンダリ クロックで構成される場合、プライマリ クロックのみが高い精度を持つ必要があります。 したがって、プライマリ クロックのコストが増加し、それに対応してセカンダリ クロックのコストが低くなったとしても、比較的低い総コストでシステム全体にわたって良好な精度を確保することが可能です。

もちろん、セカンダリ クロック自体にエラーが発生しないことを確認する必要があります。 前述の角穴車と爪を備えた、1分に1回の信号で針が動く二次時計は、時々誤動作することがあります。 さらに、時間の経過とともに、読み取り値の誤差が蓄積されます。 現代の二次時計では、読み取り値のさまざまな種類のチェックと修正が使用されます。 周波数が厳密に安定化された工業用周波数交流 (50 Hz) を使用する二次クロックによって、さらに高い精度が提供されます。 この時計の主要部分は、交流で駆動される同期電動機です。 したがって、この時計では、交流自体が繰り返し周期 0.02 秒の連続時間信号です。

現在、世界規模の原子時計の同期が確立されています。 このシステムの主要な主時計は米国ニューヨーク州ローマにあり、3 つのアトミクロン (セシウム原子時計) で構成されており、その読み取り値は平均されます。 これにより、(1-3)*10 -11 に等しい時間精度が保証されます。 これらのプライマリ クロックは、セカンダリ クロックの世界規模のネットワークに接続されています。

この実験の結果、米国ニューヨーク州からオアフ島（ハワイ諸島）までの約3万キロメートルをWHOAC経由で正確な時刻信号を送信した際、3マイクロ秒の精度で時刻合わせが可能であることが確認されました。

現在達成されているタイムスタンプの保存と送信の高精度により、深宇宙航行の複雑かつ新しい問題や、地殻の動きに関する古くても依然として重要で興味深い問題を解決することが可能になります。

大陸はどこへ向かうのでしょうか？

ここで、前の章で説明した大陸移動の問題に戻りましょう。 ウェゲナーの作品が登場してから現代に至るまで半世紀が経過したにもかかわらず、これらのアイデアをめぐる科学的論争はいまだ沈静化していないため、これはさらに興味深いことです。 たとえば、W. ムンクと G. マクドナルドは 1960 年に次のように書いています。「ウェゲナーのデータの一部には議論の余地はありませんが、彼の議論のほとんどは完全に恣意的な仮定に基づいています。」 さらに、「大陸の大きな変化は電信の発明より前に起こり、媒体の変化はラジオの発明より前に起こり、その後は事実上変化は観察されなかった。」

こうした辛辣な発言には、少なくとも最初の部分では根拠がないわけではない。 実際、ウェゲパーとその協力者たちがグリーンランドへの遠征中に一度行った縦方向の測定（そのうちの1つでウェゲナーは悲劇的に亡くなった）は、問題を厳密に解決するには不十分な精度で行われた。 これは彼の同時代人によって指摘されました。

現代版の大陸移動理論を最も確信的に支持している人の一人は、P. N. クロポトキンです。 1962 年に彼は次のように書いています。「古地磁気と地質学的データは、中生代と新生代における地殻変動のライトモチーフは、ローラシア大陸とゴンドワナ大陸という 2 つの古代大陸の断片化と、それらの部分の太平洋に向かっての広がりであったことを示しています。テチス地向斜帯です。」 ローラシア大陸が北アメリカ、グリーンランド、ヨーロッパ、アジアの北半分全体を覆い、ゴンドワナ大陸が南大陸とインドを覆っていたことを思い出してください。 テチス海は、地中海からアルプス、コーカサス、ヒマラヤを通ってインドネシアまで広がっていました。

同じ著者はさらに次のように書いている。「ゴンドワナ大陸の統一性は現在、先カンブリア紀から白亜紀中期まで追跡されており、その断片化は古生代に始まり白亜紀中期から特に大規模に達した長い過程のように見える」それ以来、8,000 万年が経過しました。その結果、アフリカと南アメリカの間の距離は年間 6 cm の速度で増加しました。同じ速度は、ヒンドゥスタンの南半球から地球への移動に関する古地磁気データからも得られます。北部。" P.N. クロポトキンは、古地磁気データを使用して過去の大陸の位置を再構築した結果、「当時、大陸は実際にはウェゲナーの主要な大陸プラットフォームの輪郭に似たブロックにまとめられていた」という結論に達しました。

したがって、さまざまな方法で得られたデータの合計は、大陸の現在の位置とその輪郭が、遠い過去に一連の断層と大陸ブロックの大きな移動の結果として形成されたことを示しています。

現代の大陸移動の問題は、十分な精度で実施された縦断的研究の結果に基づいて解決されます。 この場合に十分な精度が何を意味するかは、たとえば、ワシントンの緯度では、経度の 1 万分の 1 秒の変化が 0.3 cm の変位に相当するという事実からわかります。は年間約 1 メートルであり、現代の時刻サービスはすでに行われています。時刻を決定し、1000 分の 1 秒と 10000 分の 1 秒の精度で正確な時間を保存および送信できるため、説得力のある結果を得るには、それを運ぶだけで十分です。数年から数十年の間隔で適切な測定を行います。

この目的のために、1926 年に 32 の観測点のネットワークが作成され、天文学の縦断研究が実施されました。 1933 年に天文学の縦断研究が繰り返し実施され、すでに 71 の天文台がこの研究に参加していました。 これらの測定は、あまり長くない期間（7 年間）ではあるものの、現代の良好なレベルで実施され、特に、ヴェゲナーが考えたようにアメリカがヨーロッパから年間 1 メートルずつ遠ざかっていることを示しました。年間約60cmの速度で近づいています。

したがって、非常に正確な経度測定の助けを借りて、大きな大陸ブロックの現代的な移動の存在が確認されました。 さらに、これらの大陸ブロックの個々の部分はわずかに異なる動きをしていることを知ることができました。