Czas do poprawki

Jak donosi "Rzeczpospolita", naukowcy z amerykańskiego National Institute of Standards and Technology wspólnie z rosyjskimi kolegami z Nowosybirska opracowali zegar wykorzystujący drgania atomów pierwiastka iterb w sieci krzyżujących się wiązek laserowych. Dzięki poddaniu atomu iterbu działaniu promieni laserowych udało się uzyskać znacznie większą częstotliwość drgań tego pierwiastka, a to z kolei zapewniło dokładniejsze obliczanie czasu.

Wymierne korzyści

W używanych dzisiaj bardzo dokładnych zegarach atomowych wykorzystywane jest zjawisko wymuszania zmiany stanu cząsteczki, atomu bądź jądra atomowego pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego. Fizycy nazywają je przejściem kwantowym, ponieważ przy każdej zmianie uwolniona lub pochłonięta zostaje porcja energii w postaci promieniowania mikrofalowego, zwana kwantem.

Działanie zegarów atomowych najczęściej oparte jest na przejściach kwantowych atomu cezu w polu elektromagnetycznym. Cez o masie atomowej 133 drga z częstotliwością 9,19 Ghz, a więc wysyła kwant energii ponad dziewięć miliardów razy w ciągu sekundy. Drgania są zliczane przez układ elektroniczny, a to pozwala obliczać sekundy i ich bardzo małe ułamki.

Im wyższa częstotliwość promieniowania, tym zegar dokładniejszy. Dlatego zegar wykorzystujący drgania iterbu ma szanse za kilka lat zastąpić najbardziej precyzyjne, stosowane obecnie, masery wodorowe, służące do mierzenia czasu.

Korzyści z większej dokładności będą czerpać nie tylko naukowcy, borykający się na co dzień z problemem pomiaru czasu. Skorzystamy wszyscy, bo większa precyzja zegarów oznaczać będzie dokładniejszy system lokalizacji, oparty na technologiach komórkowych, o satelitarnym GPS nie wspominając - czytamy w dzienniku.

Sześćdziesiąt minut na godzinę

Skala czasu jest wynikiem międzynarodowych ustaleń. Wszystkie skale czasu posługują się pojęciem sekundy, minuty, godziny, doby i roku. W każdym przypadku minuta ma 60 sekund, godzina 60 minut, a doba 24 godziny. Rzecz w tym, że w zależności od sposobu mierzenia, jednostki te trochę się od siebie różnią.

Dla potrzeb astronomii stworzono szereg skal czasu na bazie różnych zjawisk, związanych z ruchem Układu Słonecznego. Na przykład: czas gwiazdowy, którego jednostką jest doba. To długość trwania okresu jednego obrotu Ziemi w odniesieniu do układu gwiazd stałych. Nieco inaczej mierzony jest czas słoneczny.

Tu doba to czas, jaki upływa między jednym a drugim górowaniem Słońca na niebie. Ze względu na nieregularności w ruchu Ziemi wokół Słońca długość doby zmienia się w ciągu roku. Uśredniając dobę dla okresu rocznego, otrzymujemy średni czas słoneczny.

Na jedną dobę gwiazdową przypada około 1,00274 doby słonecznej.

Obrót Ziemi niepewny

Czas uniwersalny ( angielski skrót UT) to średni czas słoneczny, odniesiony do południka przechodzącego przez miasto Greenwich w południowej Anglii. Ale wraz z rozwojem wiedzy wprowadzono poprawki i ten uściślony czas określono jako UT2.

Ale zmiany w prędkości ruchu obrotowego Ziemi powodują niejednostajność czasu uniwersalnego, nawet po uwzględnieniu poprawek. Dlatego XIII Konferencja Miar w 1967 r. stworzyła dokładniejszą skalę czasu atomowego, przyjmując podstawową jednostkę czasu: sekundę - jako czas równy 9 192 631 770 okresów promieniowania atomu cezu.

Czas atomowy naukowcy uzyskują przez ciągłe zliczanie sekund od 1 stycznia 1958 według UT2.

Najdokładniejsze zegary są podstawą atomowej skali czasu. Ponieważ każdy generuje swoją własną skalę (nie ma urządzenia idealnego), zachodzi konieczność koordynacji rachuby czasu.

Zajmuje się tym Sekcja Czasu Międzynarodowego Komitetu Miar i Wag (BIPM) w Sevres pod Paryżem. Rezultatem jest międzynarodowa skala czasu atomowego (TAI). Oparta jest na pomiarach ponad 200 zegarów cezowych i maserów wodorowych, znajdujących się w około 40 laboratoriach na całym świecie.

Czas atomu

W ten sposób dochodzimy do wzorca czasu, którym jest czas uniwersalny koordynowany (UTC), generowany przez zegary atomowe. Powstał z potrzeby powiązania czasu atomowego ze zmianami w ruchu obrotowym Ziemi. UTC jest dopasowywany do czasu UT1 przez dodawanie lub opuszczanie sekund w celu zapewnienia przybliżonej z nim zgodności.

Ostatnia interwencja miała miejsce 1 stycznia 2006 roku, kiedy trzeba było dodać jedną sekundę.

Dokładniejsza skala czasu jest potrzebna również, aby w przyszłości zrezygnować ze sposobów obliczania sekund, minut i godzin na podstawie ruchu Ziemi, a pozostawić jedynie wzorzec czasu atomowego.