Câu hỏi này có hiệu lực: Có sự khác biệt, có lẽ là tiến bộ, giữa thước đo thời gian chính thức UT1 và một số biện pháp đáng tin cậy khác về thời gian mặt trời trung bình? Điều này khó trả lời hơn vẻ bề ngoài của nó.
UT1 là đại diện chính thức hiện tại của thời gian mặt trời trung bình: có thể nghi ngờ rằng bất kỳ thước đo độc lập nào về thời gian mặt trời trung bình (không phải là họ hàng trực tiếp của UT1 như UT0 hoặc UT2) gần đây đã được xác định hoặc tính toán với bất kỳ độ chính xác nào. (Phương pháp của phương trình thời gian như thường được thực hiện chỉ gần đúng, bởi vì nó bỏ qua nhiều nhiễu loạn mặt trời được phát hiện từ đầu năm 18 và kết quả của nó có thể thay đổi so với thời gian mặt trời trung bình chính xác đến khoảng 3 giây: xem Hughes và cộng sự (1989), "Phương trình của thời gian", http://adsabs.harvard.edu/abs/1989MNRAS.238.1529H.) Nhưng như câu hỏi chỉ ra, một lý do để đặt câu hỏi về UT1 là thời gian mặt trời tự nhiên phụ thuộc vào hai biến độc lập, liên quan đến tốc độ góc của chuyển động trục của trái đất và chuyển động quỹ đạo của trái đất quanh mặt trời: Ngược lại, UT1 chính thức tính toán dường như ngưng tụ những điều này thành một tỷ lệ không đổi duy nhất, do đó làm mất một trong các biến độc lập của mô hình vật lý tự nhiên. Điều này cũng có thể làm tăng sự nghi ngờ rằng UT1 đi chệch hoặc sẽ đi chệch khỏi thời gian mặt trời trung bình được xác định rõ hơn về mặt vật lý.
Trên thực tế, có một cơ sở vật lý và thay thế (không còn chính thức) để tính thời gian mặt trời trung bình. Điều này có thể được thu thập từ lịch sử của các định nghĩa và tính toán thời gian mặt trời thế kỷ 19. Đồng thời, cũng có một số tài liệu từ lịch sử để chỉ ra nguồn gốc và bản chất của một số bước được thực hiện trong thế kỷ 20, 21, để thay đổi mô hình vật lý của thế kỷ 19 cũ thành hiện tại (và rất không minh bạch!) cơ sở tính toán cho UT1, được mô tả trong: (N Capitaine và cộng sự (2003), "Biểu thức để thực hiện định nghĩa IAU 2000 của UT1", Thiên văn học & Vật lý thiên văn 406, 1135-1149, http: // adsabs .harvard.edu / abs / 2003A% 26A ... 406.1135C ).
Phương pháp cổ điển để xác định thời gian mặt trời trung bình (Na Hải Almanac, 19-c.): (Không thảo luận ở đây là phương pháp của phương trình thời gian, ngày càng trở nên cồng kềnh khi nhiễu loạn của chuyển động mặt trời rõ ràng được phát hiện liên tiếp trong suốt 18 c. ; tất cả chúng phải được đưa vào tính toán chính xác.) Một phương pháp tương đương đơn giản hơn cho thời gian mặt trời trung bình, với độ chính xác thiên văn phù hợp cho thời kỳ của nó, được cung cấp bởi các bảng 1774 của Nevil Maskelyne (tìm thấy tại http: //docs.lib. noaa.gov/resTHER/rarebooks_1600-1800/QB12M31774.pdf), đặc biệt là bảng kinh độ trung bình của Mặt trời được chuyển đổi từ độ sang giờ và được cung cấp với độ chính xác 0,01 giây. Hướng dẫn của ông cho thấy làm thế nào để sử dụng điều này để chuyển đổi thời gian thiên văn quan sát thành thời gian mặt trời. Có thể không rõ liệu Maskelyne có ý định phương pháp này để tạo ra một tiêu chuẩn ngoài thời gian có nghĩa là Greenwich hay không, nhưng dường như đó là những gì đã xảy ra. Do đó, ban đầu, theo phương pháp 'Astronomie' của JJ Lalande (3 phiên bản, Paris, 1764, 1771, 1792) cho thời gian trung bình vẫn thường dựa vào phương trình thời gian, nhưng phiên bản thứ ba năm 1792 của Lalande (vol.1, https: // archive.org/details/astronomielalande01lala, xem art.1014-5, tr.361) đã thêm một đề cập đến bảng của Maskelyne, nhận xét rằng "ở Anh", nó được sử dụng để tìm thời gian trung bình của một quan sát. Cuối cùng Naman Almanac đã bắt đầu (từ năm 1833) để lập bảng về mối quan hệ giữa thời gian thiên văn và thời gian mặt trời trung bình (thời gian Sidereal tại (Greenwich) có nghĩa là buổi trưa) và trong phần còn lại của 19-c. các bảng như vậy đã cung cấp những gì trở thành phương pháp quan sát tiêu chuẩn của việc tìm kiếm năng lượng mặt trời trung bình từ thời gian thiên văn (xem JC Adams 1884, "Về định nghĩa của thời gian mặt trời trung bình", Đài quan sát 7, 42-44, http://adsabs.harvard.edu/abs/ 1884Obs ..... 7 ... 42A ).
Phương pháp này có một cơ sở vật lý đơn giản trong thiên văn học hình cầu, sử dụng sự phân chia thành hai phần của vòng cung của đường xích đạo thiên thể kéo dài từ điểm xích đạo về phía đông đến điểm cực đại tại kinh tuyến - được hiển thị trong sơ đồ bên dưới.
(Phần trên của sơ đồ đại diện cho đường xích đạo thiên thể phía trên đường chân trời (được đánh dấu EW) cho một người quan sát ở bán cầu bắc nhìn về phía nam. M là điểm cực đại nơi đường xích đạo giao với kinh tuyến (phía nam). Q là điểm xích đạo 'đầu tiên điểm của Bạch Dương. QS đại diện cho kinh độ trung bình của mặt trời được tính từ đẳng thức: nó đã được (theo khái niệm) được chuyển từ đường hoàng đạo đến xích đạo nơi hiện đại diện cho sự thăng thiên trung bình của mặt trời trung bình giả tưởng. biểu đồ đại diện cho một vị trí vào đầu giờ chiều (S hơi ở phía tây M) vào khoảng tháng 6 (S gần 90 ° về phía đông của Q). (N) nằm dưới đường chân trời.)
Các định nghĩa và giải thích về thời gian của JJ de Lalande (1792, 'Astronomie', tái bản lần thứ 3 vol.1, art.1014, p.361, https://archive.org/details/astronomielalande01lala ) nêu rõ (thể hiện sự thăng thiên tính theo độ, theo thông lệ của Lalande): -
"Kinh độ trung bình của mặt trời, cộng với thời gian trung bình được chuyển đổi thành độ, mang lại sự thăng thiên đúng đắn giữa thiên đàng." Điều đó dịch, về mặt sơ đồ ở đây, thành: QS + MS = QM.
Lalande cũng chỉ ra (art.1015) rằng "Sự thăng thiên phải của Mặt trời, hay ngôi sao được sử dụng để tìm sự thăng thiên đúng đắn của cơn bão, nên được tính từ bình đẳng trung bình như kinh độ trung bình của mặt trời ....". Các độc giả hiện đại phải lưu ý thêm rằng (a) đã quan sát và lập bảng 'thời gian thiên văn' cho đến cuối thế kỷ 19 luôn bao gồm tác dụng của dinh dưỡng trong sự thăng thiên, tức là thời gian thiên văn rõ ràng (xem giải thích trong Na hải Almanac 1864, pp.515, https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=mdp.39015068159329 ), và (b) cũng trong những ngày đó, kinh độ trung bình của mặt trời vẫn bao gồm ảnh hưởng của quang sai: Newcomb các bảng 1895-8 là những người đầu tiên cố gắng loại bỏ nó.
Lalande (art.1015) tiếp tục: "theo sau đó là sự thăng thiên của thiên đàng" {tức là thời gian thiên văn} "được thêm vào phần bù cho kinh độ trung bình của 24h cho thời gian trung bình" và "phương pháp này được sử dụng ở Anh để tìm thời gian quan sát: Ông Maskelyne đã đưa ra trong bàn của mình sự chuyển động của Mặt trời theo thời gian đến một phần trăm giây "." Về mặt sơ đồ, điều này dịch là: thời gian trung bình MS = QM + (24h - QS ) = QM - QS.
Một phiên bản hiện đại của phương pháp cổ điển đã nói ở trên để xác định thời gian mặt trời trung bình:Trong thời kỳ mà các phương pháp như đã nói ở trên là hiện tại, các nguồn của các bảng mặt trời được sử dụng để tính toán các niên giám hàng năm đôi khi được cập nhật, khi các lý thuyết và bảng mới hơn và chính xác hơn đã có sẵn. Do đó, đối với niên giám Na hải (Anh), các yếu tố trung bình của Mặt trời của Delambre đã được sử dụng với các hiệu chỉnh nhỏ cho đến năm 1833, sau đó các yếu tố trung bình của Bessel từ 1834 đến 1863 và Leverrier từ năm 1864 đến cuối thế kỷ. Nguyên tắc vẫn không thay đổi mặc dù sự gián đoạn nhỏ trong các bảng đã xảy ra tại các điểm thay đổi. Theo đó, một phiên bản hiện đại hóa của cùng một phương pháp có thể được thực hiện bằng cách sử dụng dữ liệu chính xác gần đây cho kinh độ trung bình của mặt trời. Hai nguồn hiện đại của các yếu tố trung bình / kinh độ cho mặt trời (cả về mặt phù du / thời gian động TT) đều có sẵn: trong JL Simon et al.http://adsabs.harvard.edu/abs/1994A%26A...282..663S ; và trong J Chapront và cộng sự, "Một xác định mới về các thông số quỹ đạo mặt trăng ..." (xuất phát từ người kế thừa JPL DE405 trong sử dụng chính thức 2003-2014), Astronomy & Astrophysics 387, 700-709, http: // adsabs .harvard.edu / abs / 2002A% 26A ... 387..700C. Các vị trí mặt trời trong hai con phù du này hầu như không khác nhau cho các mục đích hiện tại. Kinh độ trung bình của mặt trời được tính toán từ bình đẳng trung bình của ngày được đưa ra trong Simon et al. Dữ liệu của Chapront et al. là cho một Equinox cố định của J2000 mà áp dụng suy đoán chung về kinh độ. Cả hai tập hợp kinh độ trung bình hiện đại đều là hình học, để lại quang sai trung bình được áp dụng là -20 ".4955 trong cung. Với sự điều chỉnh đó, sau đó chúng có thể được sử dụng như kinh độ trung bình cũ, được chuyển đổi theo thời gian, được coi là thăng thiên đúng của trung bình hư cấu mặt trời và được áp dụng trong các công thức được đưa ra ở trên để liên kết thời gian mặt trời trung bình với thời gian thiên văn trung bình. Kết quả có thể được so sánh với các giá trị hiện tại cho UT1. {Một số tính toán ví dụ sẽ được thêm vào nếu được yêu cầu.}
Kinh tuyến IERS hiện đại: Điều đáng chú ý là dường như không cần phụ cấp cho bất kỳ sự khác biệt nào giữa thời gian tại công cụ vận chuyển cũ tại đài thiên văn Greenwich và thời gian tại kinh tuyến IERS mới (không). Theo dõi mặt đất của kinh tuyến tham chiếu IERS nằm khoảng 102m về phía đông của đường kinh tuyến thông qua các công cụ quá cảnh cũ. Một bài báo của S Malys et al. (2015), "Tại sao kinh tuyến Greenwich di chuyển" (J Geodesy 89, 1263-1272, tại http://adsabs.harvard.edu/abs/2015JGeod..89.1263M) chiếm sự khác biệt của theo dõi mặt đất như là một hiệu ứng của độ lệch hấp dẫn cục bộ của phương thẳng đứng. Do đó, trong khi đường trên mặt đất của kinh tuyến IERS zero đáng kể ở phía đông của công cụ vận chuyển Airy cũ, bằng một khoảng cách sẽ tạo ra một vòng quay khoảng 5,3 "kinh độ hoặc khoảng 0,35 giây nếu nó thể hiện một vòng quay địa tâm trên một Trái đất hình cầu, trên thực tế không có sự quay của khung tham chiếu (trong sai số đo): độ lệch của phương thẳng đứng tạo ra sự khác biệt song song. Với mặt phẳng kinh tuyến (nhưng ngoài địa tâm) của thiết bị vận chuyển cũ thực tế song song đến một mặt phẳng kinh tuyến địa tâm qua đường mặt đất đông hơn của kinh tuyến tham chiếu IERS, một công cụ chuyển tuyến được gắn trong mặt phẳng kinh tuyến địa tâm IERS sẽ 'nhìn thấy'
Những thay đổi hiện đại về thời gian mặt trời trung bình / UT1: Tiêu chuẩn Naman Almanac thế kỷ 19 cho thời gian mặt trời trung bình đã được thay đổi theo nhiều cách liên tiếp theo tiêu chuẩn hiện tại cho UT1. (Không được thảo luận ở đây là các chỉnh sửa đối với các hiệu ứng đi lang thang và theo mùa được quan sát dẫn đến sự khác biệt giữa UT0, UT1 và UT2.) Nhưng có một lịch sử của 19-c. tranh cãi về một trong những thay đổi được đề cập ở trên từ dữ liệu năng lượng mặt trời cũ hơn sang mới hơn, đáng để mô tả ngắn gọn vì nó báo trước và có thể có thể đã ảnh hưởng đến một số ngày 20/21-c. khởi hành từ việc sử dụng kinh độ trung bình của mặt trời.
Tại một trong những thay đổi (từ dữ liệu của Bessel đến cuối năm 1863, đến dữ liệu của LeVerrier được sử dụng từ năm 1864 trở đi), sự gián đoạn của hơn nửa giây đã được tạo ra trong mối quan hệ bảng giữa thời gian mặt trời và thời gian mặt trời trung bình (được hiển thị bởi các giá trị bảng hàng ngày của thời gian thiên văn vào buổi trưa trung bình trong Niên giám hải lý cho '1863 32 tháng 12' và 1864 ngày 1 tháng 1) (dữ liệu cho Greenwich có nghĩa là trưa 1864 ngày 1 tháng 1 trong tập 1864, tại https://babel.hathitrust.org/ cgi / pt? id = mdp.39015068159329 và trong cùng một ngày vật lý trong tập 1863 được chỉ định '1863 ngày 32 tháng 12', https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=mdp.39015068159006 ) .
Có một lời giải thích và lời xin lỗi ngắn gọn trong lời nói đầu năm 1864: sự thay đổi từng bước phát sinh vì lý thuyết của LeVerker đã xác định các nhiễu loạn định kỳ mặt trời dài hạn mới: miễn là những điều này vẫn chưa được khám phá, tác dụng của chúng đã tiềm ẩn trong các yếu tố trung bình cũ, và vì vậy họ phải bị loại bỏ khỏi cái mới; lớn nhất trong số chúng do Sao Hỏa và Sao Mộc đã ở gần đỉnh điểm vào đầu năm 1864 và chịu trách nhiệm cho gần như tất cả sự khác biệt về thời gian của sự thay đổi.
Sự thay đổi và gián đoạn này đã thu hút ít sự chú ý trong gần hai mươi năm; nhưng sau đó EJ Stone, một nhà thiên văn học của một số người nổi tiếng và là giám đốc của một đài thiên văn đại học, đã cố gắng vào những năm 1880 để giải thích cho sự khác biệt ngày càng tăng giữa các vị trí quan sát của mặt trăng và các vị trí được tính toán bởi Hansen '1857' Bàn de la Lune '. Đá bị tịch thu (khá sai lầm), là nguyên nhân gây ra các lỗi mặt trăng, vào năm 1864, khoảng nửa giây tính theo thời gian mặt trời tính toán phát sinh từ sự thay đổi từ các nguyên tố mặt trời trung bình của Bessel sang của Leverrier (EJ Stone, 1883 MNRAS 43, 335-345 và 401-407). Hai hiệu ứng không liên quan đến nhau và Stone cũng đã mắc một lỗi sai quá mức với khoảng 365. Lỗi của Stone được chỉ ra trong bản in không kém một bộ tứ so với John Couch Adams (1883 MNRAS 44, 43-47; 1884 MNRAS 44, 82-84), Arthur Cayley (1883 MNRAS 44, 47-49; 1884 MNRAS 44, 84-85), Simon Newcomb (1884 MNRAS 44, 234-5; 1884 MNRAS 44, 381-3; 1894 MNRAS 54, 286-8) và GB Airy (Đài thiên văn 683, 184-5), nhưng Stone vẫn ngoan cố bám lấy vị trí của mình. Ông cũng đã viết một bài báo kịch liệt cho Hội Hoàng gia, dựa trên phân tích sai lầm của ông về các lỗi mặt trăng, trong đó ông khẳng định rằng không nên sửa đổi lại trong tương lai để tạo ra bất kỳ sự gián đoạn nào trong phép đo bảng của thời gian mặt trời trung bình (EJ Stone (1883), Proc. R. Soc. 35, 135-7,http://rspl.royalsocietypublishing.org/content353/224-226/135 ). Tất nhiên đây là một nhu cầu không tương thích với việc sử dụng kinh độ trung bình của mặt trời được điều chỉnh bất cứ khi nào các lý thuyết và quan sát mới cho thấy sự cần thiết phải điều chỉnh. Nhưng thật kỳ lạ, nguyên tắc đòi hỏi sự liên tục của Stone thực sự đã được tuân theo trong các thay đổi đối với UT1 được thực hiện rõ ràng vào năm 1984 và 2003 (và hoàn toàn vào năm 1960). Thật khó để biết liệu điều này có phát sinh từ một số hậu duệ của ảnh hưởng của Stone hay không.
Đã có bốn lần thay đổi chính từ ngày 19-c. thực hành được mô tả ở trên: vào năm 1900, với công thức của Newcomb về số lượng thời gian; vào năm 1960, và việc đưa Thời gian Ephemeris vào nhiều phép tính nhưng không tính vào số lượng thời gian; vào năm 1984 với định nghĩa chính thức mới về UT1 được thông qua từ Aoki et al (1982), "Định nghĩa mới về thời gian quốc tế", http://adsabs.harvard.edu/abs/1982A%26A...105..359A ; và năm 2003 với việc giới thiệu cơ sở hiện tại của UT1, được mô tả ngắn gọn trong IAU 2000 độ phân giải B1.8 và đầy đủ hơn trong N Capitaine (2003) "Biểu thức để thực hiện định nghĩa IAU 2000 về UT1", http: //adsabs.harvard .edu / abs / 2003A% 26A ... 406.1135C .
1900: Công thức thời gian của Newcomb đã thực hiện một sự thay đổi rất nhỏ về thời gian tương đương với kinh độ trung bình của mặt trời, bằng cách tăng thuật ngữ bậc hai. Động lực và hiệu quả quay trở lại với công việc và thực hành của LeVerrier, được tóm tắt bởi A Gaillot vào năm 1886: "Sur la mesure du temps", Bulletin Astronomique, Ser. Tôi, v.3, 221-232, http://adsabs.harvard.edu/abs/1886BuAsI...3..221G. Phân tích của LeVerrier về suy đoán cho rằng xoay trục của trái đất là hoàn toàn đồng nhất. Ông cũng nhận thấy rằng lý thuyết của ông về sự suy đoán của các đẳng tích trong sự thăng thiên phải dẫn đến một thuật ngữ bậc hai trái ngược với thuật ngữ bậc hai đối với gia tốc thế tục của mặt trời theo kinh độ. Bằng cách kết hợp một sự gia tăng trong thuật ngữ bậc hai theo kinh độ của mặt trời để loại bỏ sự khác biệt bậc 2, hiệu quả là làm cho các mức tăng theo thời gian trung bình tỷ lệ thuận với thời gian thiên văn (và truyền sự đồng nhất được cho là của vòng quay trái đất thành sự đồng nhất theo tỷ lệ tính toán xuất phát (nhưng đã thay đổi) cho thời gian mặt trời trung bình). Newcomb đã đề cập ngắn gọn về điểm này trong cuốn sách "Các yếu tố của bốn hành tinh bên trong và các hằng số cơ bản của thiên văn học" (1895, tại https://archive.org/details/cihm_16774 , xem tr.188). Đây dường như là nguồn gốc lịch sử của thực tiễn tĩnh hiện tại về việc đo thời gian mặt trời trung bình thành một hàm tuyến tính chính xác của vòng quay trái đất, một điểm đặc biệt được nêu lên bởi câu hỏi hiện tại. Bây giờ không ai cho rằng vòng quay trái đất là đồng nhất.
1960: Với việc giới thiệu Thời gian Ephemeris ( https://en.wikipedia.org/wiki/Ephemeris_time ) vào các niên giám chính thức từ năm 1960, dữ liệu mặt trời đã được sửa một cách hiệu quả, không phải như thường lệ do thay đổi số, mà theo thời gian -chuyển đổi nó bằng một DeltaT dịch chuyển, sự khác biệt (Thời gian Ephemeris - Giờ toàn cầu). Các con số được duy trì không thay đổi, nhưng giờ chúng liên quan đến một khoảng thời gian khác. Không có sự thay đổi nào được thực hiện trong tính toán thời gian mặt trời trên danh nghĩa. Hiệu quả là duy trì sự tích tụ của các lỗi thời gian được cấu thành bởi sự khác biệt giữa ước tính tốt nhất mới về vị trí trung bình của mặt trời và cũ.
1984: Định nghĩa về UT1 đã được sửa đổi theo cách duy trì tính liên tục của giá trị và tỷ lệ tại thời điểm chuyển đổi, đầu năm 1984 (xem S Aoki và cộng sự, (1982), liên kết ở trên).
2003: Một bản sửa đổi tiếp theo cho UT1 đã được thực hiện, duy trì tính liên tục tại thời điểm chuyển đổi, đầu năm 2003 (xem N Capitaine và cộng sự, (2003), liên kết ở trên).
Tóm tắt / kết luận: Mô tả ở trên cho thấy một số cách tính toán hiện tại cho UT1 đã rời khỏi nguyên tắc từ các phương pháp cổ điển được sử dụng để xác định và tính thời gian mặt trời trung bình. Nhưng dường như không còn khẳng định rằng UT1 làthời gian mặt trời trung bình: do đó, thuật ngữ NFA 2006 của IAU chỉ gọi UT là "thước đo thời gian phù hợp, trong một xấp xỉ gần đúng, với chuyển động trung bình của Mặt trời". Các giá trị hiện tại của UT1 có thể được so sánh với kết quả của một phiên bản hiện đại hóa của một phương pháp tiêu chuẩn cũ cho thời gian mặt trời trung bình từ thời gian thiên văn. Có vẻ như sự khác biệt giữa UT1 này và UT1 hiện tại vẫn còn dưới một giây, mặc dù chúng có thể được dự kiến sẽ tăng lên khi tăng DeltaT, sự khác biệt về giây giữa ((động) TT - UT1). Do đó, sự khác biệt có lẽ vẫn còn ít hơn mức chênh lệch cho phép, ví dụ giữa UT1 và UTC. Độ bóng IAU có vẻ hợp lý rộng rãi, mặc dù có thể tiếp tục quan tâm đến việc có một phương pháp tính toán một dạng thời gian mặt trời trung bình truyền thống hơn để kiểm tra bất kỳ sự khác biệt tích lũy nào.
{Thông báo về bất kỳ sai lầm nào trong tất cả những điều này sẽ được đánh giá cao!}