Барицентрическое Динамичное Время ( TDB , от французского Temps Dynamique Barycentrique ) является релятивистской координатой времени масштаба, предназначенный для астрономического использования в качестве эталона времени для учета замедления времени [1] при расчете орбиты и астрономические эфемериды из планет , астероидов , комет и межпланетный космический корабль в Солнечной системе . TDB теперь (с 2006 г.) определяется как линейное масштабирование барицентрического координатного времени.(УТС). Особенность, которая отличает TDB от TCB, заключается в том, что TDB при наблюдении с поверхности Земли имеет отличие от Земного Времени (TT) , которое настолько мало, насколько это возможно на практике с последовательным определением: различия в основном периодические, [2] и в целом будет оставаться на уровне менее 2 миллисекунд в течение нескольких тысячелетий. [3]
TDB применяется к барицентрической системе отсчета Солнечной системы и впервые был определен в 1976 году как преемник (нерелятивистского) прежнего стандарта эфемеридного времени (принятого МАС в 1952 году и замененного в 1976 году). В 2006 году, после истории множественных определений шкалы времени и устаревания с 1970-х годов [4], IAU одобрил новое определение TDB. Переопределение IAU TDB в качестве международного стандарта в 2006 году прямо признало, что давно установившийся аргумент эфемеридного времени JPL T eph , реализованный в JPL Development Ephemeris DE405 , «для практических целей совпадает с TDB, определенным в настоящей Резолюции» [5] ( К 2006 г. эфемериды DE405 уже несколько лет использовались в качестве официальной основы для планетарных и лунных эфемерид в Астрономическом альманахе ; они были основой для изданий за 2003–2014 гг .; в редакции за 2015 г. он заменен на DE430). . [6]
Определение
В резолюции 3 IAU от 2006 г. [7] TDB определяется как линейное преобразование TCB . TCB отличается как от TDB, так и от TT. TCB прогрессирует быстрее с разницей примерно 0,5 секунды в год, в то время как TDB и TT остаются близкими. [8] По состоянию на начало 2011 года разница между TDB и TCB составляет около 16,6 секунды.
- TDB = TCB - L B × (JD TCB - T 0 ) × 86400 + TDB 0
где L B = 1,550519768 × 10 −8 , TDB 0 = −6,55 × 10 −5 с, T 0 = 2443144,5003725, а JD TCB - юлианская дата TCB (то есть величина, которая была равна T 0 на 1 января 1977 г. 00:00:00 TAI в геоцентре, который увеличивается на единицу каждые 86400 секунд TCB).
История
С 17-го века до конца 19-го века планетарные эфемериды рассчитывались с использованием шкалы времени, основанной на вращении Земли: обычно это среднее солнечное время одной из основных обсерваторий, таких как Париж или Гринвич. После 1884 года среднее солнечное время в Гринвиче стало стандартом, позже названным Всемирным временем (UT). Но в конце 19-го и начале 20-го веков, с повышением точности астрономических измерений, начали подозреваться и в конечном итоге было установлено, что вращение Земли (то есть продолжительность дня) показало нерегулярности в коротких временных масштабах. и замедлялся в более длительных временных масштабах. Следовательно, эфемеридное время было разработано как эталон, свободный от неоднородностей вращения Земли, путем определения времени «как независимой переменной уравнений небесной механики», и сначала оно было измерено астрономически, опираясь на существующие гравитационные теории движения Земли вокруг Солнца и Луны вокруг Земли.
После того, как были изобретены цезиевые атомные часы , с конца 1950-х годов такие часы все чаще использовались в качестве вторичных реализаций эфемеридного времени (ЭВ) . Эти вторичные реализации улучшили исходный стандарт ET за счет улучшенной однородности атомных часов, и (например, в конце 1960-х) они использовались для обеспечения стандартного времени для расчетов планетарных эфемерид и в астродинамике.
Но ET в принципе еще не принимал во внимание теорию относительности. Размер периодической части вариаций из-за замедления времени между земными атомными часами и координатным временем барицентрической системы отсчета Солнечной системы был оценен менее чем в 2 миллисекунды [2], но, несмотря на этот небольшой размер, В начале 1970-х все чаще считалось, что стандарты времени следует сделать пригодными для приложений, в которых больше нельзя игнорировать различия, вызванные релятивистским замедлением времени.
В 1976 г. были определены две новые шкалы времени [9], которые заменили ЕТ (в эфемеридах для 1984 г. и позже), чтобы учесть относительность. Прямым преемником ET для измерения времени на геоцентрической основе было Terrestrial Dynamical Time (TDT). Новой шкалой времени, которая заменит ET для планетарных эфемерид, должно было стать барицентрическое динамическое время (TDB). TDB должен был равномерно тикать в системе отсчета, сопутствующей барицентру Солнечной системы. (Как и в случае любого координатного времени , соответствующие часы, чтобы совпадать по скорости, должны не только находиться в состоянии покоя в этой системе отсчета, но также (недостижимое гипотетическое условие) находиться вне всех соответствующих гравитационных колодцев .) Кроме того, TDB должен был иметь (при наблюдении / оценке на поверхности Земли) в среднем в долгосрочной перспективе такую же скорость, как и TDT (теперь TT ). TDT и TDB были определены в серии резолюций на том же собрании Международного астрономического союза 1976 года .
В конце концов стало ясно, что TDB не был четко определен, потому что он не сопровождался общей релятивистской метрикой и потому, что точная связь между TDB и TDT не была указана. (Позже это было также подвергнуто критике как физически невозможное в точном соответствии с его первоначальным определением: среди прочего, определение 1976 г. исключило необходимое небольшое смещение для начальной эпохи 1977 г.) [10] После того, как трудности были оценены, в 1991 г. IAU уточнил официальные определения шкал времени, создав дополнительные новые шкалы времени: барицентрическое координатное время (TCB) и геоцентрическое координатное время (TCG). TCB был предназначен для замены TDB, а TCG был его эквивалентом для использования в околоземном космическом пространстве. TDT также был переименован в Terrestrial Time (TT) из-за возникших сомнений в уместности слова «динамический» в этой связи.
В 2006 году TDB был пересмотрен резолюцией 3 IAU 2006 года; «новый» TDB был прямо признан эквивалентным для практических целей аргументу эфемеридного времени JPL T eph ; разница между TDB согласно стандарту 2006 г. и TT (оба наблюдаемых с поверхности Земли) остается менее 2 мс в течение нескольких тысячелетий вокруг настоящей эпохи. [11]
Использование TDB
TDB является преемником эфемеридного времени (ET) в том смысле, что ET можно рассматривать (в пределах меньшей точности и точности, достижимой в его время) как приближение к TDB, а также к земному времени (TT) (см. Ephemeris время § Реализации ). TDB в форме очень похожей и практически эквивалентной шкалы времени T eph продолжает использоваться для важных планетарных и лунных эфемерид DE405 из Лаборатории реактивного движения .
Выдвигались аргументы в пользу продолжения практического использования TDB, а не TCB, на основании очень небольшой разницы между TDB и TT, не превышающей 0,002 секунды, которой можно пренебречь для многих приложений. Утверждалось, что малость этой разницы снижает риск повреждения, если TDB когда-либо путают с TT, по сравнению с возможным повреждением путаницы TCB и TT, которые имеют относительный линейный дрейф около 0,5 секунды в год [ 12] (разница была близка к нулю в начале 1977 г., а к 2009 г. уже превысила четверть минуты и увеличивалась). [8]
Рекомендации
- ↑ Пояснения к (a) Резолюции IAU 1991 в соответствии с Резолюцией A.4, в «Примечаниях к рекомендации III» и Резолюции 3 IAU 2006 года и ее сноскам; и (b) объяснения и ссылки, процитированные в разделе « Замедление времени - из-за гравитации и движения вместе ».
- ^ a b Периодические различия, обусловленные релятивистскими эффектами, между шкалой координатного времени, применимой к барицентру Солнечной системы, и временем, измеренным на поверхности Земли, были впервые оценены и объяснены в: GM Clemence & V Szebehely, "Annual changes атомных часов » , Astronomical Journal, Vol.72 (1967), p.1324-6.
- ^ Резолюция 3 IAU 2006 г. , см. Рекомендацию и сноски, примечание 3.
- ^ (а) П.К. Зайдельманн и Т. Фукусима (1992), "Почему новые шкалы времени?" , Astronomy & Astrophysics vol.265 (1992), страницы 833-838: и (b) Резолюция МАС (1991) A.4 (рекомендация V), которая рекомендовала ограничить использование TDB (ранее определенное 1976-79) случаями " где прекращение выполнения предыдущей работы считается нежелательным ".
- ^ Резолюция 3 IAU 2006 г. , см. Сноски, примечание 4.
- ^ См. Военно-морскую обсерваторию США (портал морской океанографии), «История астрономического альманаха» (по состоянию на октябрь 2015 г.); также, для получения подробной информации о DE405: - EM Standish (1998), JPL Planetary and Lunar Ephemerides, DE405 / LE405 , Межведомственный меморандум 312F-98-48 Лаборатории реактивного движения, 26 августа 1998 г .; Кроме того, в Астрономическом альманахе на 2015 год начинается использование более поздней версии эфемерид JPL DE430, которая теперь основана исключительно на TDB, см. раздел L, особенно страницу L-4 Астрономический альманах на 2015 год, страницу L-4 (по состоянию на октябрь 2015 года).
- ^ Резолюция 3 МАС 2006 г.
- ^ a b Рис. 1 на стр. 835, график, дающий обзор различий в скорости и смещений между различными стандартными временными шкалами , настоящим и прошлым, определенными IAU: описание см. в PK Seidelmann & T Fukushima (1992), " Зачем нужны новые шкалы времени? " , Astronomy & Astrophysics, том 265 (1992), страницы 833-838.
- ^ Они были определены по существу в 1976 году, но получили свои имена в 1979 году.
- ↑ EM Standish (1998), «Шкалы времени в эфемеридах JPL и CfA» , Astronomy and Astrophysics , v.336 (1998), p.381-384.
- ^ Резолюция 3 IAU 2006 г. , особенно см. Сноски 3 и 4.
- ^ SA Klioner (2008), "Релятивистская масштабирование астрономических величин и система астрономических единиц", астрономии и астрофизики , vol.478 (2008), pp.951-958, на странице 953.
Внешние ссылки
- Циркуляр 179 морской обсерватории США: Резолюции МАС по астрономическим системам отсчета, шкалам времени и моделям вращения Земли. Объяснение и реализация.