Home / O nama / Proizvodnja / Servis /Komponente / Tehnicka podrska / Forum / Download/ Kontakt

  Šta je to prestupna sekunda?


Vaši komentari
Dipl. ing. Drago I. Dragović
dragovic@net.yu



Iako mi to ne primećujemo, tzv. građansko vreme[1] se povremeno podešava jednosekundnim priraštajima, da bi se time osiguralo da razlika između jednoobrazne vremenske skale definisane atomskim časovnicima (TAI[2]) i perioda Zemljine rotacije nikada ne pređe više od 0,9 sekundi. Koordinisano univerzalno vreme (UTC[3]), atomsko vreme, predstavlja tu podešenu vremensku skalu i čini osnov našeg svakodnevnog građanskog vremena.

Nakon nekoliko godina mukotrpnog rada, 1956. godine su konačno dvojica astronoma sa Američke mormaričke opservatorije (USNO) i dvojica astronoma iz Nacionalne fizičke laboratorije u Teddingtonu (UK) odredila relaciju između frekvencija cezijumovog atoma (vremenski standard) i Zemljine rotacije u određenoj epohi. Kao rezultat se pojavila definicija sekunde, u kojoj se kaže da je to period vremena potreban da se napravi 9.192.631.770 treptaja cezijumovog atoma u nultom magnetnom polju. Tako definisana sekunda je bila ekvivalentna onoj definisanoj kao 1/31.556.925,9747 deo 1900. godine. Atomska sekunda je, znači, bila jednaka prosečnoj sekundi vremena Zemljine rotacije na kraju XIX veka.

Naučnici iz Rapid Service/Prediction Center u International Earth Rotation Service (IERS), koji se nalazi pri U.S. Naval Observatory, neprestano prate Zemljino rotiranje. Deo njihovih merenja uključuje određivanje vremenske skale koja se zasniva na trenutnoj brzini rotacije naše planete. UT1[4] je jedno nepravilno vreme bazirano na Zemljinoj rotaciji.

Naša planeta konstantno usporava, najviše zahvaljujući kočionim silama okeanskih plima i oseka. Zahvaljujući drevnim posmatranjima pomračenja, moguće je odrediti da to usporavanje iznosi oko 2 milisekunde dnevno svakog veka. Zbog tog efekta uočavamo da vreme Zemljine rotacije usporava u odnosu na vreme naših atomskih časova. Pošto je prošao jedav vek od kako je uspostavljena prošla epoha (tj. koja je otpočela 1900. godine, vrednost je akumulirana na oko 2,3 milisekundi dnevno. Na dinamiku Zemlje utiču i mnogi drugi faktori, neki na krajnje nepredvidiv način[5], tako da je za precizno utvrđivanje perioda Zemljine rotacije neophodno konstantno ga kontrolisati i meriti.

Sa ciljem da održe kumulativnu razliku u UT1 – UTC umanjeno za 0,9 sekundi, u atomsku UTC vremensku skalu je periodično uvedena prestupna sekunda nebi li se umanjila razlika između ove dve vremenske skale. Za razliku od prestupnog dana, prestupna sekunda može (teorijski) da bude pozitivna ali i negativna, što zavisi od Zemljine rotacije. Od kada je prvi put uvedena 1972. godine, sve sekunde su do sada bile pozitivne (ovde se nalazi spisak svih prestupnih sekundi do sada), što samo govori o generalnom trendu usporavanja Zemlje usled plimskih kočenja. Kliknite na ilustraciju

Grafikon pokazuje razliku između UT1 i UTC. Vertikalna osa prikazuje prestupne sekunde


Često se mogu čuti i pročitati mišljenja laika da povremeno umetanje prestupne sekunde pokazuje da će za nekoliko milenijuma Zemlja potpuno prestati da se okreće. Ta konfuzija nastaje jer mnogi prestupnu sekundu shvataju kao meru Zemljinog usporavanja. Međutim, jednosekundno dodavanje je jednostavno indikator akumulirane vremenske razlike između dva vremenska sistema. Naprimer, vrlo sličnu situaciju bi imali sa nekom personom čiji sat kasni 2 sekunde svakog dana. Na nekom drugom, tačnom satu, sutradan bi konstatovali da je njegov sat sporiji za dve sekunde. Nakon mesec dana, njegov sat bi pokazivao grešku od jednog minuta (trideset dana po dve sekunde greške dnevno). Konačno, taj čovek bi se setio i resetovao sat za jedan minut da bi mu pokazivao tačno vreme.

Ovaj scenario je isti onom koji koristi prestupnu sekundu. Razlika je jedino u tome što smo umesto da resetujemo sat koji kasni, mi odlučili da korigujemo sat koji pokazuje precizno vreme. Razlog za tako nešto je u tome što možemo da promenimo vreme jednog atomskog časovnika, ali ne možemo da podesimo da se brzina Zemljine rotacije složi sa atomskim časovnikom. Trenutno, Zemlja kasni za oko 2,3 milisekunde dnevno. Nakon 500 dana, razlika između vremena Zemljine rotacije i vremena na atomskom časovniku će narasti na jednu sekundu. Umesto da dozvolimo da se tako nešto dogodi, ubacićemo prestupnu sekundu, i dovesti dva vremena što bliže poklapanju.

Odluku o tome kada tačno interkalirati (umetnuti) prestupnu sekundu u UTC, donosi Međunarodni servis za Zemljinu rotaciju (International Earth Rotation Service, IERS). Prema međunarodnom sporazumu, najbolje je to učiniti krajem decembra i juna, a kao alternativa su dati termini krajem marta odn. septembra. Od kako je 1972. sistem uveden u funkciju, korišćeni su samo termini u junu i decembru.

Zvanično vreme u Sjedinjenim državama se određuje prema Master Clocku (Glavnom časovniku) u Mornaričkoj opservatoriji USNO, a oni su ujedno zaduženi i za precizno određivanje tačnog vremena i njegovo objavljivanje svim nadležnim institucijama. Moderni elektronski sistemi, kao što su elektronski navigaciloni ili komunikacioni sistemi, sve više zavise od tačnog vremena i vremenskih intervala (PTTI), za koje moram da napomene da spadaju pod nadležnost vojnog Ministarstva odbrane. Primeri su, recimo, zemaljski navigacioni aviosistemi "LOGAN–C" i "Omega", ili satelitski Sistem za globalno pozicioniranje, GPS. Najkritičnija primena preciznog merenja vremena se odnosi na navigacione sisteme. Posebno je to slučaj kod GPS–a, koji se uveliko primenjuje za određivanje pozicija brodova, aviona, projektila, kamiona i automobila, pa čak i ljudi, širom sveta. Svi ti sistemi se zasnivaju na vrlo preciznom vremenu putovanja elektromagnetnog signala: tačnost od 10 nanosekundi (10 milijarditih delova sekunde) odgovara preciznosti pozicioniranja od samo 3 metra.

Precizno merenje vremena je neophodno i za sinhronizaciju dva ili više satova na različitim lokacijama. Takvo podešavanje je neophodno za, naprimer, komunikacione sisteme velikih brzina. Svetske energetske kompanije koriste precizno vreme da bi mogle da kontrolišu distribuciju energije u mreži i smanje gubitke. Radio i televizijske stanice zahtevaju precizno vreme (za objavljivanje) i tačne frekvencije da bi mogle da emituju svoje programe. Brojni programi se emituju hiljadama kilometara sa jedne obale do druge. Bez preciznog tajminga, stanice nebi mogle da sinhronizuju prenos tih programa do lokalnih konzumenata. Svi ti sistemi se oslanjaju na USNO Master Clock. Kliknite na ilustraciju

Većina cezijumskih časovnika u USNO su modeli HP5071A, koje je napravio "Agilent Technologies, Inc." iz Santa Clare, Kalifornija.

"Čovek sa satom uvek zna koliko je tačno sati. Čovek sa dva sata nikada nije potpuno siguran." – Sigalov zakon


USNO Master Clock.

"SAT – Mašina od velike moralne vrednosti za čoveka, budući da ublažuje njegovu brigu za budućnost podsećanjem koliko mu je još vremena preostalo" – Ambrose Bierce (1842–1914), " The Devil's Dictionary," 1911.


Pominjano precizno vreme čuva se upotrebom atomskog časovnika. Princip korišćenja takvih časovnika se zasniva na merenju frekvencije mikrotalasne rezonancije (9.192.631.770 Hz, ciklusa u sekundi) atoma cezijumovog izotopa Cs–133[6]. U nadležnoj američkoj opservatoriji, atomska vremenska skala (AT) je determinisana sa 60 do 70 nezavisnih atomskih satova, koji se nalaze u odvojenim podzemnim prostorijama, sa strogo kontrolisanim uslovima. Kliknite na ilustraciju


"Helvett Packard" 5071A cezijumska cev. Preciznost zraka je jedan deo na 1012 delova, a stabilnost frekvencije 8 delova na1014 delova.


USNO ima obavezu da održava i neprestano usavršava sistem časovnika da bi uvek bio ispred zahteva za preciznošću, stabilnošću i pouzdanosti. Današnji Master Clock u opservatoriji USNO zasniva se na sistemu nekih 60 nezavisnih cezijumskih časovnika, i 7–10 vodoničnih maserskih atomskih časovnika[7]. Da bi se obezbedila njihova stabilnost, ti satovi se nalaze u dvadesetak podzemnih prostorija sa strogo kontrolisanom temperaturom, vlažnošću, zračenjem, itd. Svakih 100 sekundi svi satovi se automatski usklađuju, čime je vremenskoj skali obezbeđena ne samo pouzdanost, već i ekstremna stabilnost. Uzejamni odnosi se ne menjaju za više od 100 pikosekundi (0.000 000 000 1 sekundi) dnevno.

Na osnovu tako utvrđene vremenske skale, satni referentni sistem je programiran na taj način da emituje satni signal koji služi kao USNO Master Clock. Referentnim sistemom upravlja vodonični maserski atomski časovnik, koji su u kratkom vremenskom periodi (manjim od nedelju dana) izuzetno precizni. Oni daju onu stabilnost i pouzdanost sistemu neophodnu za održavanje preciznosti Master Clock sistema.

Uređaji objedinjeni pod zajedničkim imenom "Very Long Baseline Interferometry" (VLBI), koji se nalaze u Evropi, Americi i Japanu, koriste se za utvrđivanje Univerzalnog vremena (UT1) koje se zasniva na rotaciji Zemlje oko njene ose[8]. VLBI koriste naprednu astronomsku tehniku osmatranja određenih vangalaktičkih izvora (najčešće kvazara) radio teleskopima. Tako dobijene informacije mogu da se koriste za generisanje slika udaljenih radio izvora, merenja brzine Zemljine rotacije i određivanje dužine dana, ili kretanje Zemlje kroz kosmos. Najprecizniji navigacioni sistemi koriste merenja koja sprovode satelitski sistemi koji ninakoji način nisu vezani za Zemljinu površinu. Takvi sistemi mogu da odrede poziciju sa greškom od samo par metara, ali je takođe za izbegavanje veće greške potrebno precizno odrediti položaj Zemlje u odnosu na sam satelit.

U. S. Naval Observatory je stala na čelo čitavog pokreta za očuvanje tačnog vremena još od početka devetnaestog veka. Još 1845. godine, opservatorija je prvi put ponudila svoje usluge javnom servisu: tačno u podnese čuo gong tačnog vremena. Od 1865. vremenski signal se svakog dana slao telegrafom u Western Union i sl. Već 1904. godine, U. S. Navy Station je prvi put emitovala u svet signal tačnog vremena, baziran na satovima koje je kontrolisala Opservatorija.

Pokušao sam da saznam od kada se signal o tačnom vremenu emituje u našoj zemlji, ali da li treba da kažem da niko o tome nema blagog pojma? Ipak, nisam odustao ... tražiću i dalje. Šta je za mene sat vremena gore–dole.
[1] To je lokalno vreme, koje predstavlja prosečan solarni dan, meren između dve ponoći. Pre 1925., astronomsko vreme 00:00:00 je označavalo podne, 12 časova posle građanskog vremena 00:00:00 koje se odnosilo na ponoć.

[2] Temps Atomique International, International Atomic Time. Predstavlja atomski vremenski standard koji prati merodavno vreme na Zemlji. Predstavlja osnovu za Koordinisano univerzalno vreme (UTC) koje služi za svakodnevno merenje vremena širom naše planete. Do 2007., TAI se nalazi 33 sekunde ispred UTC: 10 sekundi je dodato odmah na početku korišćenja TAI (1972), plus 23 prestupne sekunde koje su dodate u UTC od 1972. godine. ftp://maia.usno.navy.mil/ser7/tai-utc.dat U svetu postoji 300 atomskih časovnika koji su sinhronizovani.

[3] Temps Universel Coordonné, To je bio međunarodni vremenski standard (ranije Srednje griničko vreme; GMT). U svetu postoji 42 ustanove koje su vremenski autoriteti, i koje se međusobno sinhronizuju i održavaju tačno vreme. U Americi, glavna ustanova je smeštena u U.S. Naval Observatory (USNO) i u National Institute of Standards & Technology (NIST).

[4] Univerzalno vreme (ili UTC) je podeljeno na mnoge još preciznije gradacije. UT0 predstavlja vremensku rotacionu skalu baziranu na posmatranjima i standardnim geografskim širinama; UT1 je UT0 prepravljeno za efekte funkcionalne geo. širine polarnornog kolebanja izazvanog pomeranjima jezgra unutar Zemlje, što dovodi do toga da se ugao nagiba Zemljine ose menja (trenutno je blizu 23½ stepena, ali se u periodima od oko 41.000 godina menja zbog nutacije za oko 1° od ovog položaja). UT2 je UT1 prepravljeno za sezonske varijacije Zemljine rotacije.

[5] Npr. sezonska težina snega i leda na kontinentima, cvetanje tundre u Sibiru, ili sezona monsuna u Aziji.

[6] Danas atomski satovi mere frekvenciju sa preciznošću od 0,000 000 000 000 02 Hz, što je preciznost od 2 nanosekunde dnevno, odn. 1 sekunda na 1.400.000 godina. Atom cezijumovog atoma se čuva u vakuumu od oko 10 bilionitih delova jedne atmosfere (10–13).

[7] Uređaj tipa "MHM 2010" proizvodi Symmetricom, Timing, Test and Measurement Division. Težak je 227 kg i ima dimenzije 46 x 76 x 109 cm.

[8] Ali i za otkrivanje visokoenergetskih čestica koje su izbačene iz crnih rupa, snimanje površina obližnjih zvezda u radio–domenu, kretanje tektonskih ploča, regionalne deformacije tla, merenja brzine gravitacije, varijacije u orijentaciji Zemljine ose, itd.



 

 

Korisnici naših usluga
O LED diodama

| o nama | Proizvodnja | Servis | Rezervni dijelovi | Pomoć serviserima | Kontakti | Gdje smo |Naslovna|
 
Internet tim Šljivić elektronike 2007