Menu ≡
24print kalendar.beda.cz

Časové škály

Mapa zatmění Slunce v roce 136 př.n.l. dle různých časových škál
Mapa zatmění Slunce v roce 136 př.n.l. dle různých časových škál

V první polovině 20. století narazili astronomové na zajímavý problém, výpočty časů dávných astronomických úkazů nesouhlasily se soudobým pozorováním. Příkladem může být úplné zatmění Slunce roku 136 př. n. l. pozorované v tehdejším Babylóně a zaznamenané na klínopisných tabulkách. Přesný výpočet určil, že se tak stalo 15. dubna, ale bylo viditelné v Evropě, tedy úplně jinde. To bylo podivné, ale výpočty byly určitě v pořádku. Nakonec se zjistilo, že za to může nepravidelná a hlavně stále se zpožďující zemská rotace. Bylo tedy nutné přidat opravu, která se v průběhu časů zvolna a nepravidelně měnila a nadále mění. Definice časů pak proběhly v minulém století dosti komplikovaným vývojem a dnes je situace následující:

Nejdůležitější časy jsou:

Časy TT a TAI běží stejně rychle, liší se jen pevně daným rozdílem. Naproti tomu rozdíl mezi UT a TT (i TAI) je variabilní. Příčinou je zpomalující se zemská rotace a definice sekundy podle soustavy SI:

Sekunda je doba trvání 9 192 631 770 period záření, které odpovídá přechodu mezi dvěma hladinami velmi jemné struktury základního stavu atomu cesia 133.

Tento násobek byl zvolen tak, aby délka sekundy byla stejná jako předchozí definice délky sekundy, která se odvozovala z délky tropického roku 1900. Ovšem v dnešní době je střední hodnota slunečního dne ve skutečnosti přibližně o 0.002 sekundy delší než 86400 takto definovaných sekund. Za století se totiž prodlouží střední sluneční den o zhruba 0.002 sekundy, hlavně v důsledku slapového tření se rychlost rotace Země totiž neustále zpomaluje. Změny rotace ještě závisí i na rozložení atmosférických a oceanských hmot v čase. Všechny tyto procesy však nelze přesně předpovídat. Čas UT1 se počítá z úhlu rotace Země a pak se konvertuje do času. Pak se kontroluje rozdíl mezi UT1 a UTC, jakmile se rozdíl blíží jedné sekundě, oznámí se přidání přestupné sekundy k UTC. Rozdíl mezi UT1 a UTC se tak zmenší a naopak rozdíl mezi UTC a TAI se zvětší přesně o jednu sekundu. V průměru se tak děje jednou za půldruhého roku, přitom hlavní příčinou je, že současná střední hodnota slunečního dne je ve skutečnosti přibližně o 0.002 sekundy delší než 86400 atomových sekund. A ve vzdálené budoucnosti bude zapotřebí přidávat přestupné sekundy ze stejného důvodu stále častěji. Proto se uvažuje nahradit přestupné sekundy něčím méně častějším, například přestupnými minutami či dokonce hodinami, nebo je naopak úplně zrušit. Zatím se však vědci neshodli na všeobecně přijatelném řešení.

Graf rozdílů mezi časovými škálami
Graf rozdílů mezi časovými škálami

Pro úplné pochopení smyslu přestupných sekund snad pomůže následující příklad. Kdesi ve vesmíru je hypotetická planeta a zdejší obyvatelé kdysi určili dobu rotace planety za jednu jednotku. Ale později se zjistilo, že to není přesně, jedna otočka planety trvá ve skutečnosti 1.11 jednotky. Co teď? Jednotku jako časovou míru nechtěli měnit, její délka zůstala tedy stejná. Pro rotaci planety určili čas UT1, což byl ve skutečnosti úhel o který se za jednu jednotku času planeta otočila, což matematicky vyjádřeno je 1/1.11=0.9. Čas UT1 přibývá tedy po 0.9. Mají také atomový čas TAI, který běží ideálně rovnoměrně a přibývá pěkně po jedné jednotce. A čas UTC je jejich koordinovaný čas. Dejme tomu, že nastal okamžik kdy TAI=100, UT1=89.4 a UTC=90, viz první řádek tabulky níže. Rozdíl mezi UT1 a UTC je -0.6 a rozdíl mezi TAI a UTC je přesně 10 jednotek.

Hypotetický příklad
TAIUT1UTCUT1-UTC
10089.490-0.6
10190.391-0.7
10291.291+0.2
10392.192+0.1

V druhém řádku tabulky časy TAI i UTC vzrostou o jednu jednotku. Jen UT1 se zvětší o 0.9, díky tomu vzroste rozdíl mezi UT1 a UTC na -0.7. To už je velký rozdíl a tak se v další jednotce času vloží jedna jednotka navíc do UTC, tím se jakoby pozdrží jeho číslování. Výsledek je pak ve třetím řádku, čas TAI má hodnotu 102 jednotek, ale UTC stále 91. Rozdíl tedy vzrostl na 11 jednotek. Ale rozdíl mezi UT1 a UTC klesl na 0.2 jednotky. Dál se situace opakuje, rozdíl mezi UT1 a UTC nejdříve dokonce klesá, ale za nějaký čas začne zase růst a nakonec bude zapotřebí opět vložit přestupnou jednotku. Tento jednoduchý příklad snad osvětlil podstatu problému přestupných sekund.

Pro příklad je níže uvedená tabulka skutečných změn rozdílu UT1-UTC v sekundách po jednotlivých dnech, vidíte i následek vložení přestupné sekundy dne 30. června 2015.

rok 2015
denUT1-UTC (s)
25. čer-0.6721274
26. čer-0.6729568
27. čer-0.6738076
28. čer-0.6746366
29. čer-0.6753744
30. čer-0.6760306
1. čec0.3233743
2. čec0.3227672
3. čec0.3220956
4. čec0.3212695
5. čec0.3202509

Vkládání přestupných sekund

Dne 1. ledna 1972 byl rozdíl mezi TAI a UTC zarovnán přesně na 10 sekund. První přestupná sekunda byla vložena hned o půl roku později, dne 30. června 1972 UTC. Pro naše časové pásmo platí, že prosincová přestupná sekunda se vkládá hodinu po půlnoci (tedy až prvního ledna), na kvalitních digitální hodinách by se pak mělo zobrazit postupně:

00:59:59 → 00:59:60 → 01:00:00

A červnová přestupná sekunda se díky letnímu času vkládá dvě hodiny po půlnoci (tedy až prvního července), na kvalitních digitální hodinách by se pak mělo zobrazit postupně:

01:59:59 → 01:59:60 → 02:00:00

Níže je zobrazena časová osa postupného vkládání všech přestupných sekund.

Časová osa postupného přidávání přestupných sekund
Časová osa postupného přidávání přestupných sekund

Aktuální hlášení IERS:

Žádná přestupná sekunda není plánována
Poslední přestupná sekunda byla vložena posledního prosince 2016
Rozdíl mezi TAI a UTC je nyní 37 sekund
Údaje jsou v čase UTC

Delta T (ΔT)

Změny hodnot delta T v nedávné historii, včetně chyb v měření
Změny hodnot delta T v historii

Rozdíl časů TT a UT1 je nazýván delta T (ΔT) a tento rozdíl je zapotřebí odečíst od výpočtem získaného terestrického času TT. Teprve potom dostaneme světový čas UTC (rozdíl mezi UTC a UT1 můžeme pro naše potřeby zanedbat, z definice je to maximálně 0.9 sekundy). Pak ještě upravíme UTC o časové pásmo a výsledek je okamžik určité astronomické události pro dané místo. Například v tomto kalendáři uváděné časy začátků ročních dob. Potíž je zjistit hodnoty delta T pro minulé doby, pomáhají však tomu dobové zápisky o zatměních Slunce (což je nepřehlédnutelný jev). Takže v době zatmění v Babylóně bylo delta T něco přes tři hodiny a za tu dobu se zeměkoule již dosti pootočí.

Nepravidelnost zemské rotace a tedy i nemožnost přesně určit delta T v budoucnu, komplikuje přesné časové určení astronomických událostí odehrávajících se v budoucnosti. Například astronomové zabývající se nebeskou mechanikou spočítali, že o půlnoci na 28. března roku 224508 (opravdu jde o rok přes dvě stě tisíc), nastane nadmíru zajímavý úkaz: současný přechod planet Venuše a Merkur přes Slunce viditelný ze Země. Pochopitelně jde o terestrický čas (TT), ten je zapotřebí ještě převést na světový (UTC). A bohužel nyní nikdo nemůže určit, jaké bude v té době delta T, možná i 4 roky…

Další informace:

24print 24print Nahoru