IV. Системы динамического времени

Динамическое время независимой переменной в уравнениях движения тел в гравитационном поле в соответствии с общей теорией относительности (ОТО). Наиболее близкая инерциальная система отсчёта, к которой мы имеем доступ через ОТО, имеет начало в центре масс Солнечной системы (барицентре). Динамическое время, измеряемое в этой системе, называется Барицентрическим динамическим временем TDB. Часы, расположенные на Земле будут показывать периодические изменения до 1.6 мс по отношению к TDB из-за движения Земли в гравитационном поле Солнца. Время TDB важно для РСДБ, где земные обсерватории записывают сигналы внегалактических источников. Для описания уравнений движения спутника Земли достаточно использовать TDT, которое представляет единую временную шкалу для движения в гравитационном поле Земли. Оно имеет туже скорость (по определению), что и атомные часы на Земле.

Время TDT было определено МАС в 1976 г как аналог Барицентрического динамического времени, измеряемого по часам на поверхности Земли. Время TDT предназначено быть теоретически идеальным представлением международного атомного времени TAI. Впоследствии МАС решил, что название TDT было неточным, поскольку не соответствовало непосредственно какому-либо динамическому времени в теориях движения небесных тел в Солнечной системе. В 1991 г Международный астрономический союз переименовал время TDT в земное время ТТ.

В соответствии с соглашениями МАС

где средняя аномалия Солнца,

а даётся в юлианских столетиях TDT.

Земное время ТТ является современной шкалой времени, заменившей вышедшее из употребления эфемеридное время. Земное время ТТ было введено МАС как координатное время согласующееся с теорией относительности для наблюдателя на поверхности Земли. Шкалы времени TDВ и ТТ определены так, что их неравномерность имеет периодический характер только из-за орбитального движения Земли по отношению к барицентру Солнечной системы. Когда Земля находится в перигелии (ближе к Солнцу), что происходит в январе, время ТТ идёт медленнее чем TDВ из за совместных эффектов специальной и общей теории относительности. В перигелии Земля движется быстрее, а также глубже погружается в гравитационное поле Солнца, и оба эти эффекта замедляют скорость движения часов на Земле. В афелии (в июле) происходят противоположные события. Для большинства практических целей время ТТ можно вычислить по формуле:

с.

V. Время при связи земных и небесных систем отсчёта.

Ориентация Земли определяется как разворот вращающегося геоцентрического набора осей OXYZ, связанных с Землёй (общеземная система, материализованная координатами станций наблюдений), и не вращающимся геоцентрическим набором осей, связанных с инерциальным пространством O x_Ty_Tz_T (небесная система, материализованная координатами звёзд, квазаров или объектов Солнечной системы). Общий путь для описания вращения Земли – задание матриц вращения между двумя системами. Если бы Земля вращалась с постоянной скоростью вокруг фиксированной оси (по отношению к коре Земли и к небесной системе), то изменения вращения Земли можно было бы описать через один параметр: угол поворота, линейно изменяющийся со временем, или шкалу времени, которую можно вывести из этого угла поворота. В действительности, ось вращения не зафиксирована ни по отношению к земной коре, ни по отношению к небесной системе, а скорость вращения Земли подвергается небольшим измерениям. Изменения скорости вращения Земли вызываются гравитационным воздействием Луны, Солнца, планет, а также перемещениями вещества в различных частях планеты и другими возбуждающими механизмами.

В принципе, ориентацию Земли можно описать через три независимые угла (например, через углы Эйлера). Однако при классическом наблюдении вращения Земли рассматривают раздельно движение оси вращения в Земле и в пространстве. Для этого определяются пять параметров ориентировки Земли (ПОЗ):

§ Всемирное время UT1 как фаза поворота Земли; обычно UT1 представляется в виде разности UT1- UTС.

§ Координаты полюса .

§ Параметры прецессии и нутации, задаваемые моделями МАС 1976 и 1980 г. или более поздними МАС 2000 г. и поправки к ним и , получаемые из наблюдений.

§ Эксцесс длительности суток LOD (как разность меду продолжительностью суток, определённой из астрономических наблюдений, и числом секунд в сутках) или модуль вращения Земли

Эти параметры относятся к небесному эфемеридному полюсу, который близок к полюсу вращения (смещения меньше 0,02″). Пространственное положение НЭП хорошо моделируется с точностью примерно до 0,001″). Однако прецессионно-нутационные компоненты не могут учитывать переменные компоненты от атмосферных, океанических процессов и процессов во внутренней Земле. Действительные отступления от модели наблюдаются с помощью РСДБ и лазерной локацией спутников. Наблюденные разности по отношению к положению условного небесного полюса, определяемого моделью, отслеживаются и сообщаются МСВЗ в виде двух смещений и .

Из-за близости НЭП к мгновенной оси вращения Земли он подходит для учёта угла поворота Земли в пространстве. МСВЗ обеспечивает не углом поворота Земли, а связанной с ним шкалой времени UT1, которая необходима когда требуется угол поворота, если бы Земля вращалась со средней постоянной скоростью (360˚/86164,09891^s). Пользователи обеспечиваются таблицами расхождений со шкалами равномерного времени TAI и UTC:

или .

В научной литературе совокупность называется параметрами вращения Земли (ПВЗ).

Угловая скорость вращения Земли и эксцесс продолжительности суток связаны формулой:

где даётся в пикорадианах/с, а LOD – в миллисекундах.

Для преобразования координат вектора , полученного в произвольную эпоху t в некоторой общеземной системе, в среднюю небесную систему фундаментальной эпохи Т применяется формула:

Матрица служит для учёта колебаний полюса:

Матрицы учитывает разворот осей между земной и небесной системами координат на угол, равный Гринвичскому истинному времени S.

Матрицы и содержат параметры классической теории прецессии и нутации и задаются формулами:

.

При вычислении Гринвичского истинного звёздного времени S, необходимо учитывать неравномерность вращения Земли, а также прецессию и нутацию по прямому восхождению за интервал времени t – T. Для этого вначале находится среднее Гринвичское звёздное время на начало эпохи t (момент UT1= 0^h) по формуле:

,

а затем учитывается интервал среднего звёздного времени 0^h UT1 до момента наблюдений по времени UT1:

где коэффициент перехода от всемирного (среднего солнечного) к звёздному времени:

Вводятся поправки за прецессию от начала суток и нутацию по прямому восхождению на эпоху t:

где средняя долгота восходящего узла орбиты, нутация по долготе.

Дата добавления: 2014-01-07