Δ T (ضبط الوقت)

الموسوعة الحرة

TT-UT1 2000+
Δ T مقابل الزمن من 1657 إلى 2022 [ 1 ] [ 2 ]

في مجال ضبط الوقت الدقيق ، يُعدّ ΔT ( أو دلتا- T  أو دلتا- T أو دلتا- T أو ΔT ) مقياسًا للأثر التراكمي لانحراف فترة دوران الأرض عن طول اليوم الثابت للتوقيت الذري الدولي (86400  ثانية). وبصورة رسمية، يُعرَّف ΔT بأنه الفرق الزمني ΔT = TT − UT بين التوقيت العالمي (UT، المحدد بدوران الأرض) والتوقيت الأرضي (TT، المستقل عن دوران الأرض). كانت قيمة ΔT في بداية عام 1902 تقارب الصفر، بينما بلغت حوالي 64  ثانية في عام 2002. وبالتالي، استغرقت دورات الأرض خلال ذلك القرن حوالي 64  ثانية أطول مما هو مطلوب لأيام التوقيت الذري. إلى جانب هذا الانحراف طويل الأمد في طول اليوم، توجد تقلبات قصيرة الأمد في طول اليوم ( Δτ ) يتم تناولها بشكل منفصل.

منذ أوائل عام 2017، أصبح طول النهار  قريباً جداً من القيمة التقليدية، وظلّ ΔT في حدود نصف ثانية من 69 ثانية. [ 3 ] [ 4 ]

حساب

سرعة دوران الأرض هي ν = 1 / 2π dθ / dt ، واليوم الواحد يُقابله دورة واحدة P = 1 / ν . ويُعطي التسارع الدوراني dν / dt معدل تغير الدورة dP / dt = −1 / ν² dν / dt ، والذي يُعبر عنه عادةً بالصيغة α = ν dP / dt = −1 / ν dν / dt .​​​​​​ هذا له بُعد زمني مقلوب ، ويُعبّر عنه عادةً بوحدات ميلي ثانية في اليوم في القرن، ويرمز له بـ ms/day/cy (ويُفهم على أنه (ms/day)/cy). وبإجراء التكامل لـ α نحصل على تعبير لـ ΔT بدلالة الزمن.

التوقيت العالمي

التوقيت العالمي هو مقياس زمني يعتمد على دوران الأرض ، وهو غير منتظم إلى حد ما على مدى فترات قصيرة (من أيام إلى قرن)، وبالتالي لا يمكن لأي توقيت مبني عليه أن يتمتع بدقة أفضل من 1 من 10⁸ تقريبًا . ومع ذلك، فقد لوحظ تأثير أكبر وأكثر اتساقًا على مدى قرون عديدة: معدل دوران الأرض يتباطأ بشكل مطرد . يُعزى هذا التغير الملحوظ في معدل الدوران إلى قوتين رئيسيتين، إحداهما تُقلل من معدل دوران الأرض والأخرى تُزيده. على المدى الطويل، تُعد قوة الاحتكاك المدّي هي القوة المهيمنة ، والتي تُبطئ معدل الدوران، مُساهمةً بحوالي α = +2.3 مللي ثانية/يوم/ دورة أو dP / dt = +2.3 مللي ثانية/دورة ، وهو ما يُعادل التغير النسبي الصغير جدًا .+7.3 × 10⁻¹³ يومًا/يوم . يُعتقد أن أهم قوة تعمل في الاتجاه المعاكس، لتسريع المعدل، ناتجة عن ذوبان الصفائح الجليدية القارية في نهاية العصر الجليدي الأخير . أدى ذلك إلى إزالة وزنها الهائل، مما سمح للأرض التي تحتها بالبدء في الارتداد لأعلى في المناطق القطبية، وهو تأثير لا يزال يحدث حتى اليوم وسيستمر حتى الوصول إلى حالة التوازن الإيزوستاتيكي. هذا " الارتداد ما بعد الجليدي " يُقرّب الكتلة من محور دوران الأرض، مما يجعل الأرض تدور بشكل أسرع، وفقًا لقانون حفظ الزخم الزاوي ، على غرار متزلج على الجليد يسحب ذراعيه ليدور بشكل أسرع. تُقدّر النماذج أن هذا التأثير يُساهم بحوالي -0.6 مللي ثانية/يوم/سنة . بدمج هذين التأثيرين، يكون التسارع الصافي (أو بالأحرى التباطؤ) لدوران الأرض، أو التغير في طول اليوم الشمسي المتوسط، +1.7 مللي ثانية/يوم/سنة ، أو +62 ثانية/سنة² ، أو +46.5 نانوثانية/يوم² . وهذا يطابق المعدل المتوسط ​​المستمد من السجلات الفلكية على مدى القرون السبعة والعشرين الماضية. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]

التوقيت الأرضي

الزمن الأرضي هو مقياس زمني نظري موحد، تم تعريفه لتوفير الاستمرارية مع زمن التقويم الفلكي السابق (ET). كان زمن التقويم الفلكي متغيرًا زمنيًا مستقلاً، تم اقتراحه (واعتماده) في الفترة 1948-1952 [ 8 ] بهدف تشكيل مقياس زمني موحد جاذبيًا قدر الإمكان في ذلك الوقت، واعتمد في تعريفه على جداول الشمس لسيمون نيوكومب (1895)، وتم تفسيره بطريقة جديدة لاستيعاب بعض التناقضات المرصودة. [ 9 ] شكلت جداول نيوكومب أساس جميع الجداول الفلكية للشمس من عام 1900 حتى عام 1983: وقد عُبِّر عنها في الأصل (ونُشرت) بدلالة توقيت غرينتش واليوم الشمسي المتوسط، [ 10 ] [ 11 ] ولكن لاحقًا، فيما يتعلق بالفترة 1960-1983، عُوملت بدلالة التوقيت الشمسي المتوسط، [ 12 ] وفقًا لاقتراح التوقيت الشمسي المتوسط ​​المعتمد للفترة 1948-1952. ويمكن الآن اعتبار التوقيت الشمسي المتوسط ​​(في ضوء النتائج الحديثة) [ 13 ] قريبًا من متوسط ​​التوقيت الشمسي المتوسط ​​بين عامي 1750 و1890 (المتمركز حول عام 1820)، لأن هذه هي الفترة التي أُجريت خلالها الملاحظات التي استندت إليها جداول نيوكومب. بينما يعتبر التوقيت الزمني موحدًا تمامًا (حيث يعتمد على الثانية في النظام الدولي للوحدات ، فكل ثانية هي نفسها كل ثانية أخرى)، إلا أنه يتم تحقيقه عمليًا بواسطة التوقيت الذري الدولي (TAI) بدقة تبلغ حوالي جزء واحد من 10 14 .

معدل دوران الأرض

يجب حساب الزمن بتكامل معدل دوران الأرض، وهو الموقع الزاوي للأرض (وتحديدًا، اتجاه خط غرينتش بالنسبة للشمس المتوسطة الافتراضية ). بتكامل +1.7 مللي ثانية/يوم/سنة ، وتمركز القطع المكافئ الناتج على عام 1820، نحصل (كتقريب أولي) على: 32 × ( السنة - 1820 / 100 ) ²- 20 ثانية لـ Δ T. [ 14 ] [ 15 ] القياسات التاريخية المُعدلة لـ Δ T باستخدام كسوف الشمس الكلي هي حوالي +17190  ثانية في السنة -500 (501 قبل الميلاد )، [ أ ] +10580 ثانية في 0 (1 قبل الميلاد)، +5710 ثانية في 500، +1570 ثانية في 1000، و+200 ثانية في 1500.      

بعد اختراع التلسكوب، أُجريت القياسات من خلال رصد احتجاب النجوم بواسطة القمر ، مما سمح باستخلاص قيم أكثر دقة وتقاربًا لـ ΔT . استمر ΔT في الانخفاض حتى وصل إلى مستوى ثابت عند +11 ± 6 ثانية بين عامي 1680 و1866. ولحوالي ثلاثة عقود قبل عام 1902 مباشرة، كان سالبًا، حيث وصل إلى -6.64  ثانية. ثم ارتفع إلى +63.83  ثانية في يناير 2000، و+68.97  ثانية في يناير 2018 [ 16 ] ، و+69.361  ثانية في يناير 2020، بعد انخفاض طفيف من 69.358  ثانية في يوليو  2019 إلى 69.338  ثانية في سبتمبر وأكتوبر  2019، ثم ارتفاع جديد في نوفمبر وديسمبر  2019. سيستلزم هذا إضافة عدد متزايد من الثواني الكبيسة إلى التوقيت العالمي المنسق (UTC) طالما أن UTC يتبع UT1 بتعديلات ثانية واحدة. (كانت الثانية في النظام الدولي للوحدات (SI) المستخدمة حاليًا في UTC، عند اعتمادها، أقصر قليلًا من القيمة الحالية لثانية التوقيت الشمسي المتوسط. [ 17 ] [ ب ] )

القيم قبل عام 1955

تعتمد جميع قيم ΔT قبل عام 1955 على رصد القمر، سواءً عن طريق الخسوف أو الاحتجاب. ينتقل الزخم الزاوي الذي تفقده الأرض نتيجة الاحتكاك الناجم عن تأثير المد والجزر للقمر إلى القمر، مما يزيد من زخمه الزاوي، وهذا يعني زيادة ذراع عزمه (أي المسافة بينه وبين الأرض تقريبًا، أو المحور شبه الرئيسي لمدار القمر) (بمقدار 3.8 سم/سنة تقريبًا في الوقت الحالي )، وهو ما يؤدي، وفقًا لقوانين كبلر لحركة الكواكب، إلى إبطاء دوران القمر حول الأرض.

تفترض القيم المذكورة لـ ΔT أن تسارع القمر (في الواقع تباطؤ، أي تسارع سالب) الناتج عن هذا التأثير هو ⁠ d n / dt ⁠ = −26″/cy 2 ، حيث n هو متوسط ​​الحركة الزاوية النجمية للقمر. وهذا قريب من أفضل تقدير لـ ⁠ d n / dt ⁠ اعتبارًا من عام 2002، وهو −25.858 ± 0.003″/cy 2 ، [ 18 ] لذا لا داعي لإعادة حساب ΔT نظرًا لعدم اليقين والتنعيم المطبقين على قيمه الحالية. في الوقت الحاضر، يُمثل التوقيت العالمي (UT) الاتجاه المرصود للأرض بالنسبة إلى إطار مرجعي قصوري مُشكّل بواسطة مصادر راديوية خارج المجرة، مُعدّلًا بنسبة مُعتمدة بين التوقيت النجمي والتوقيت الشمسي. ويتم تنسيق قياسه بواسطة العديد من المراصد من قِبل الخدمة الدولية لدوران الأرض وأنظمة المراجع (IERS).

القيم الحالية

تذكر أن ΔT = TT − UT1 بحسب التعريف. في حين أن TT هو قيمة نظرية فقط، إلا أنه يُحسب عادةً على أنه TAI + 32.184 ثانية، حيث TAI هو UTC مضافًا إليه الثواني الكبيسة الحالية، لذا فإن ΔT = UTC − UT1 + (الثواني الكبيسة) + 32.184 ثانية .

يمكن إعادة كتابة ذلك على النحو التالي: ΔT = (الثواني الكبيسة) + 32.184 ثانية − DUT1 ، حيث DUT1 هو UT1 − UTC . تُرسل قيمة DUT1 في النشرة الأسبوعية IERS A ، بالإضافة إلى العديد من خدمات إشارات التوقيت ، وبالتالي تُستخدم كمصدر لقيمة ΔT الحالية .

الأدلة الجيولوجية

تفاوتت معدلات تباطؤ المد والجزر عبر تاريخ نظام الأرض والقمر. يُظهر تحليل الطبقات في أصداف الرخويات الأحفورية التي يعود تاريخها إلى 70 مليون سنة، في أواخر العصر الطباشيري  ، أن عدد أيام السنة كان 372 يومًا، وبالتالي كان  طول اليوم حوالي 23.5 ساعة آنذاك. [ 19 ] [ 20 ] استنادًا إلى الدراسات الجيولوجية للرواسب المدية ، كان طول اليوم 21.9 ± 0.4 ساعة  قبل 620 مليون سنة، وكان عدد الأشهر الاقترانية 13.1 ± 0.1 شهرًا سنويًا، وعدد الأيام الشمسية 400 ± 7 يومًا سنويًا. بلغ متوسط ​​معدل ابتعاد القمر بين ذلك الحين والآن 2.17 ± 0.31 سم/سنة ، أي ما يقارب نصف المعدل الحالي. قد يُعزى ارتفاع المعدل الحالي إلى شبه رنين بين ترددات المحيط الطبيعية وترددات المد والجزر. [ 21 ]

ملحوظات

  1. ↑ من الناحية الفيزيائية، يقع خط غرينتش في التوقيت العالمي المنسق (UTC) دائمًا تقريبًا شرق خط غرينتشفي التوقيت الأرضي، سواء في الماضي أو المستقبل.هذا يعني أنه في عام 501 قبل الميلاد (-500 )، كان دوران الأرض الأسرع سيؤدي إلى حدوث أي كسوف كلي للشمس على بعد 71.625 درجة شرق الموقع المحدد باستخدام حساب يفترض توقيتًا أرضيًا منتظمًا. (لأن +17190ثانية (حوالي 4 ساعاتو15 دقيقة) تقابل 71.625 درجة شرقًا بمعدل 15 دقيقة لكل درجة).   
  2. في أواخر خمسينيات القرن العشرين، استُخدم معيار السيزيوم لقياس كلٍّ من متوسط ​​طول الثانية في التوقيت الشمسي المتوسط ​​(UT2) (النتيجة: 9192631830دورة) وثانية التوقيت الفلكي (ET) (النتيجة: 9192631770 ± 20 دورة )، انظر "المقاييس الزمنية" بقلم ل . إيسن، في مجلة Metrologia ، المجلد 4 (1968)، الصفحات 161-165، وتحديدًا الصفحة 162. وقد اختيرت قيمة التوقيت الفلكي للثانية في النظام الدولي للوحدات . وذكر إيسن في المقال نفسه المنشور عام 1968 (الصفحة 162) أن هذا "يبدو منطقيًا بالنظر إلى التغيرات في UT2". 

مراجع

  1. ↑ مركز خدمة التنبؤ السريع التابع لهيئة الأرصاد الجوية الدولية (حوالي عام 1986). بيانات تاريخية عن فرق درجة الحرارة ومستوى البيانات . مصدر البيانات منسوب إلى مكارثي وبابكوك (1986). تم الاطلاع عليه في أبريل 2022.
  2. ↑ مركز الخدمة/التنبؤ السريع التابع لهيئة الأرصاد الجوية الدولية. تحديدات دلتا تي . تم الاطلاع عليه في أبريل 2022.
  3. ↑ "deltat.data" . urs.earthdata.nasa.gov . تم الاطلاع عليه في 19 سبتمبر 2022 .
  4. ↑ "القيم الحالية والتوقعات قصيرة المدى لـ Delta T (2000 إلى 2024)" (PDF) .(رسم تخطيطي من إعداد المكتب الهيدروغرافي البريطاني).
  5. ↑ مكارثي وسيدلمان 2009، 88-89.
  6. ↑ بوابة علوم المحيطات البحرية "فرق درجة الحرارة على المدى الطويل"
  7. ↑ قيادة الأرصاد الجوية وعلم المحيطات البحرية "قراءة مقترحة" مؤرشفة في 9 يوليو 2021، في Wayback Machine ، معلومات دلتا تي - مكارثي، دي دي و أ ك بابكوك، فيزياء الأرض وباطن الكواكب، المجلد 44، 1986، 281-292
  8. ↑ الملحق التفسيري للتقويم الفلكي والتقويم الفلكي الأمريكي والتقويم البحري ، مكاتب التقويم البحري في المملكة المتحدة والولايات المتحدة (1961)، في الصفحتين 9 و71.
  9. ↑ انظر اقتراح جي إم كليمنس لعام 1948، الوارد في بحثه: " حول نظام الثوابت الفلكية "، المجلة الفلكية (1948) المجلد 53 (6)، العدد 1170، الصفحات 169-179؛ وأيضًا جي إم كليمنس (1971)، " مفهوم الوقت الفلكي "، في مجلة تاريخ علم الفلك المجلد 2 (1971)، الصفحات 73-79 (يقدم تفاصيل عن نشأة واعتماد اقتراح الوقت الفلكي)؛ انظر أيضًا مقالة الوقت الفلكي والمراجع الواردة فيها.
  10. ↑ جداول نيوكومب للشمس (واشنطن، 1895)، المقدمة، الجزء الأول: أساس الجداول، الصفحتان 9 و20، مع الإشارة إلى وحدات زمنية هي: منتصف النهار في غرينتش، وتوقيت غرينتش، واليوم الشمسي المتوسط
  11. ↑ W de Sitter، في الصفحة 38 من نشرة المعاهد الفلكية في هولندا ، المجلد 4 (1927)، الصفحات 21-38، " حول التسارعات العلمانية وتقلبات القمر والشمس وعطارد والزهرة "، والتي تشير إلى "الوقت الفلكي"، الذي يحدده دوران الأرض، ويستخدم في جميع الحسابات الفلكية العملية، ويذكر أنه "يختلف عن الوقت "الموحد" أو "النيوتني"".
  12. ↑ انظر الصفحة 612 في الملحق التفسيري للتقويم الفلكي ، تحرير PK Seidelmann، 1992، مما يؤكد إدخال ET في طبعة 1960 من التقويم الفلكي.
  13. ↑ انظر على وجه الخصوص FR Stephenson (1997)، و Stephenson & Morrison (1995)، والكتب والأوراق المذكورة أدناه.
  14. ↑ تم رسم قطع مكافئ مماثل في الصفحة 54 من كتاب McCarthy & Seidelmann (2009).
  15. ↑ "NASA.gov" .
  16. ↑ "التغيرات الحرارية طويلة المدى - بوابة علوم المحيطات البحرية" . © 2018. مؤرشف من الأصل في 29 يونيو 2009. تم الاطلاع عليه في 29 سبتمبر 2018 .
  17. ↑ في "الأساس الفيزيائي للثانية الكبيسة"، بقلم دي دي مكارثي، سي هاكمان، و آر إيه نيلسون، في المجلة الفلكية ، المجلد 136 (2008)، الصفحات 1906-1908، ورد (الصفحة 1908) أن "الثانية في النظام الدولي للوحدات تعادل مقياسًا أقدم للثانية في التوقيت العالمي 1، والذي كان صغيرًا جدًا في البداية، وعلاوة على ذلك، مع زيادة مدة الثانية في التوقيت العالمي 1، يتسع التباين".
  18. ↑ ج. شابرون، م. شابرون-توزيه، ج. فرانكو (2002): " تحديد جديد لمعاملات مدار القمر، وثابت التبادر، وتسارع المد والجزر من قياسات LLR " (متوفر أيضًا بصيغة PDF ). علم الفلك والفيزياء الفلكية 387 ، 700-709.
  19. ↑ «صدفة قديمة تُظهر أن الأيام كانت أقصر بنصف ساعة قبل 70 مليون سنة: قريب بعيد للمحار الحديث، يشبه كوب البيرة، التقط صورًا لأيام حارة في أواخر العصر الطباشيري» . ساينس ديلي . تم الاطلاع عليه في 14 مارس 2020 . 
  20. ^ الشتاء، نيلز جيه دي؛ جوديريس، ستيفن. مالديرين، ستيجن جي إم فان؛ سينيسائيل، ماتياس؛ فانستينبيرج، ستيف؛ سنوك، كريستوف؛ بيلزا، نكتة؛ فانهايكي، فرانك؛ كلايس، فيليب (2020). “التقلب الكيميائي على نطاق فرعي في Torreites Sanchezi Rudist Shell: الآثار المترتبة على علم الأحياء القديم Rudist ودورة الليل والنهار الطباشيرية” . علم المحيطات القديمة وعلم المناخ القديم . 35 (2) هـ2019PA003723. دوى : 10.1029/2019PA003723 . اتش دي ال : 1854/LU-8685501 . ردمك 2572-4525 . 
  21. ↑ ويليامز، جورج إي. (2000). "القيود الجيولوجية على تاريخ ما قبل الكمبري لدوران الأرض ومدار القمر". مراجعات الجيوفيزياء . 38 (1): 37-60 . Bibcode : 2000RvGeo..38...37W . CiteSeerX 10.1.1.597.6421 . doi : 10.1029/1999RG900016 . S2CID 51948507 .  

مصادر

  • مكارثي، د.د. وسيدلمان، ب.ك. الزمن: من دوران الأرض إلى الفيزياء الذرية. فاينهايم: وايلي-في سي إتش. (2009). رقم ISBN 978-3-527-40780-4
  • موريسون، إل في وستيفنسون، إف آر " القيم التاريخية لخطأ ساعة الأرض Δ T وحساب الكسوف " (pdf، 862 كيلوبايت)، مجلة تاريخ علم الفلك 35 (2004) 327-336.
  • ستيفنسون، إف آر. الكسوفات التاريخية ودوران الأرض . مطبعة جامعة كامبريدج، 1997. ISBN 0-521-46194-4
  • ستيفنسون، إف آر وموريسون، إل في. "التقلبات طويلة الأمد في دوران الأرض: من 700  قبل الميلاد إلى  1990 ميلادي". المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية في لندن ، السلسلة أ 351 (1995) 165-202. رابط JSTOR . يتضمن البحث أدلة على أن "نمو" دلتا-تي يتأثر بتذبذب طول موجته حوالي 1500  عام؛ إذا صحّ ذلك، فإن قيم دلتا-تي ستزداد خلال القرون القليلة القادمة بوتيرة أبطأ مما هو متوقع.