Přeskočit na obsah

Měření času

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Problematikou měření času se lidstvo zabývalo odedávna, je to jedna z nejstarších fyzikálních úloh. Měření času bylo po dlouhou dobu také jednou z praktických aplikací spojených s astronomií a astronomickými pozorováními. Přestože jsou v moderní době principy měření času spojeny a navázány na fyzikální děje v mikrosvětě, jsou astronomicky definované časové standardy stále udržovány v souladu s atomovým časem. Čas je nejpřesněji měřenou fyzikální veličinou.[1][2]

V průběhu dějin existovala potřeba sledovat čas z praktických i duchovních důvodů. Jedním z nejznámějších příkladů takového dvojího účelu je například stavba Stonehenge a její soulad s východem Slunce během letního slunovratu. Po celém světě existují nálezy[3][4], že ve starověku byly stavěny stavby, které byly orientovány podle planet, Slunce nebo hvězd, tedy objektů, které se pohybují po obloze v pravidelných vzorcích. Pravidelnost a spolehlivost, s jakou Slunce v průběhu roku označuje stejné krajní body na obzoru, je tak základem mnoha pozoruhodných staveb.[4]

Čas je jednou ze základních fyzikálních veličin, která má v soustavě SI základní jednotku sekunda a odvozené jednotky minuta, hodina, den. Tyto časové jednotky, které mají přesné definice, se používají i v běžném občanském životě. Snahy o lepší pochopení pohybu Slunce a planet vedly k rozvoji Newtonovy fyziky a následně ke konstrukci mechanických hodin. Revoluční vývoj ve fyzice elektromagnetismu a kvantové mechaniky nakonec vedl k nahrazení časových standardů založených na pohybu fyzikálních objektů moderními atomovými hodinami, které počítají oscilace světla. Přesnost atomových hodin se zlepšila téměř milionkrát, přičemž nejnovější generace využívá laserem chlazené atomy k dosažení této velké přesnosti. Na této úrovni se Einsteinova teorie relativity stala běžným nástrojem pro porovnávání času atomových hodin.[5]

Čas je dohodnutý standard. Pro jeho měření je třeba nejprve definovat jednotky časového intervalu. Tyto jednotky pak lze měřit a počítat. Zatímco rok a dny jsou zřejmými přirozenými jednotkami času, vytvoření kalendáře, nebo rozdělení dne či hodin na stejné části, je méně zřejmé. Ještě obtížnější je vytvořit přístroj, který tuto práci automatizuje.[6] Čas může být měřen pouze událostmi, či pohybem, který v něm probíhá. Nejstarším a přitom obecně srozumitelným měřítkem času jsou pohyby Země a nebeských těles (Slunce, Měsíc, planety) a z toho také plynoucí jisté posloupnosti dějů v čase (Měsíční fáze, střídání dne a noci, roční období). Na těch je založeno měření času všech kulturních společenství.[7]

Měření času se nedá opakovat, jako např. u měření délky, čas stále plyne a nelze jej zastavit. Tím se měření času zásadně liší od jiných měření a je náročnější, protože vyžaduje kontinuitu. Zastavené hodiny je nutné restartovat a synchronizovat s jinými hodinami, které během jejich absence pokračovaly v měření času.[8] Čas je v principu možné měřit pouze pomocí periodicky se opakujících jevů o dostatečné stabilitě. Porovnáním počátečního a konečného okamžiku pozorovaného děje s počtem period (frekvencí) konkrétního přístroje dojde k měření času, přičemž jako základ se používají nějaké přírodní „hodiny“. Základem takových hodin je určitý periodický děj: např. rotace Země, kolem osy, kmitání setrvačky nebo kyvadla u mechanických hodin, kmity křemenného krystalu u moderních hodin či kmitání atomu v atomových hodinách. Odečítáním period příslušného chronometru lze určit dobu trvání měřené události či jevu.[9][10]

Přesné měření času je také jedním z nejdůležitějších problémů každé vědy, která se zabývá procesy odehrávajícími se v prostoru a čase. Čas a prostor jsou neoddělitelně spjaty: časový signál vysílaný globálními navigačními satelitními systémy je zaměřován příručními zařízeními a používán k výpočtu polohy všeho, od tryskových letadel až po ztracené turisty.[6] Účelem měření času musí být i shoda s přírodními zákony. V dějinách lidstva lze nalézt spoustu postupů a metod, jak měřit čas, většina z nich se však v praktickém denním životě neosvědčila.[11]

Kromě požadavků na občanský čas existuje mnoho dalších požadavků na přesný čas, ten je potřebný například pro fyziku, navigaci, astronomii, komunikaci, geodézii a kosmonautiku. Čas je tak důležitou veličinou ve vědě obecně.[12] Čas hraje ústřední roli také v metrologii a v definicích dalších jednotek SI. Časový interval, jeho frekvence, je veličina, kterou lze určit s nejvyšší přesností. Pomocí optických frekvenčních standardů je možné měřit časovou frekvenci s přesností lepší než 10–17 (v roce 2023[13]). Pokud by takové hodiny běžely nepřetržitě, neztratily by ani nezískaly 1 sekundu za celou dobu existence vesmíru.[13]

Obecně existují dva základní systémy měření času[14][15]:

  • časy rotační (dynamické): časy založené na nerovnoměrné rotaci Země, nejsou tedy vhodné pro přesné měření časových intervalů. Tyto můžeme ještě dále dělit na:
    • časy sluneční (světové) - jsou úzce spjaté s občanským životem a kalendářem.
    • časy hvězdné - založené také na rychlosti rotace Země, ale jsou měřeny vzhledem ke vzdáleným hvězdám, resp. ke kvasarům, nikoli ke Slunci.
  • časy atomové: časy definované fyzikálně, založené na atomových hodinách.

Metody měření času mají obecně dvě podoby. První z nich je kalendář, matematický nástroj pro organizaci časových intervalů na Zemi pro období delší než jeden den. Druhou jsou hodiny, fyzický mechanismus, který ukazuje plynutí času a používá se pro období kratší než jeden den. Kombinované měření pak označuje konkrétní okamžik v čase od nějakého referenčního bodu nebo epochy. Problematikou měření času se zabývá také chronologie a chronometrie.

Astronomické základy měření času

[editovat | editovat zdroj]

Chápání času nebylo ovlivněno pouze náboženskými teoriemi, vědeckými poznatky a technickými možnostmi jeho měření, ale také praktickou zkušeností jednotlivých společenských vrstev a skupin. V dávné minulosti se lidé nejprve snažili popsat plynutí času podle subjektivních pocitů, jako je např. zvyšování pocitu hladu nebo žízně. Později jej začali vztahovat k vizuálním pozorováním zjevných jevů: například změnu výšky Slunce nad obzorem během dne nebo změna vzhledu Měsíce či výskyt určitého souhvězdí na obzoru. Asi od roku 2000 př. n. l. si různé kultury vedly již systematické záznamy o času a začaly definovat délku dne, měsíce a roku.[2]

Měření času bylo jednou z prvních aplikací astronomie a také mnoho základů observační astronomie souvisí s časem. Lidé na Zemi brzy rozpoznali cykly nejzákladnějších astronomických pohybů po obloze podle předvídatelných vzorců, a počasí se řídilo cyklem souvisejícím s pohybem Slunce vzhledem ke hvězdám (roční období). Po většinu existence lidstva, kdy kultury byly převážně lovecko-sběračské, kočovné a pastevecké, byl čas pouze střídáním ročních období a východem a západem Slunce. Kdy jíst, kdy spát, kdy přesouvat stáda, kdy sázet a kdy sklízet úrodu.[16] Přesnost stanovení času odvozená z pozorování Slunce a planet převyšovala po dlouhou dobu pozemská měření času. Všechny časové jednotky, které se člověku jeví jako přirozené, vycházejí z astronomických jevů: rok je dán oběžnou dráhou Země kolem Slunce a z toho vyplývající střídání ročních období, měsíc je dán pohybem Měsíce kolem Země a změnou měsíčních fází, den je dán rotací Země a střídáním světla a tmy.[17]

Po staletí byla základem měření času rotace Země, která se projevuje zdánlivým denním pohybem nebeských objektů po obloze. Pro delší časové intervaly (např. kalendář) pak sloužil pohyb těch nejvýraznějších těles na obloze – Měsíce, Země a Slunce. Lidé postupně vyvinuli nástroje k pozorování těchto těles nebo k měření jiných pozorovatelných jevů, jako například stín slunečních hodin pomocí gnómonu. S rozvojem lidského poznání se začaly používat stále složitější mechanismy a astrometrické přístroje pozorující hvězdy, např. pasážník, meridiánový kruh, astroláb, cirkumzenitál, až po moderní přístroje pozorující umělé družice Země, Měsíc či extragalaktické objekty.[18]

Prakticky po celou dobu lidských dějin, a to až do posledních desetiletí dvacátého století, se měření času zakládalo na zdánlivém pohybu Slunce po obloze. „Zdánlivý“ pohyb proto, protože to není skutečný pohyb samotného Slunce, ale rotace Země kolem své osy, která každých 24 hodin „posunuje“ Slunce po obloze. Poloha Slunce na obloze se tak využívala k měření plynutí času a tím k počítání dnů.[5] V průběhu staletí se tento základní koncept vyvinul do té míry, že úhlová míra, odpovídající místnímu hodinovému úhlu Slunce, se stala známou jako pravý sluneční čas. Tento čas závisí na zeměpisné délce daného místa a čas se měří podle toho, kde se Slunce na obloze jeví.[12][18] Pravý sluneční čas je čas udávaný slunečními hodinami (gnómonem) a byl uváděn v almanaších a národních efemeridách až do počátku 19. století. Historicky byla přesnost, s jakou lze určit čas pomocí Slunce, omezena přesností slunečních pozorování.[17]

Délka dne se v průběhu roku mění, protože dráha Slunce je nakloněna vůči rovníku a protože excentricita oběžné dráhy Země ovlivňuje rychlost, jakou se Slunce zdánlivě pohybuje po obloze. Proto astronomové zavedli pojem „střední Slunce“, což je imaginární těleso, které se pohybuje rovnoměrnou a konstantní rychlostí po rovníku – nikoli po ekliptice.[1] Pojem středního Slunce je pouze matematický způsob, jak vyrovnat vlivy eliptické oběžné dráhy a sklonu zemské osy, a tím byl zaveden pojem „střední sluneční den“, který má vždy stejnou délku. Čas měřený podle středního Slunce se nazývá střední sluneční čas, ve kterém se Slunce pohybuje rovnoměrně, zatímco čas měřený podle skutečného Slunce (a zobrazený na slunečních hodinách) je pravý sluneční čas.[5]

Rozdíl mezi nerovnoměrným (pravým) slunečním časem a středním slunečním časem může být v průběhu roku až 16 minut a matematicky se dá vyjádřit tzv. časovou rovnicí. Tuto časovou rovnici graficky také vyjadřuje křivka znázorňující polohu Slunce na obloze každý den ve střední poledne - tzv. analema. Z časové rovnice také plyne, že pravé Slunce i střední Slunce se čtyřikrát v roce vrátí do stejné polohy.[9] Střední sluneční čas byl základem veškerého měření času až do posledních několika desetiletí.[5]

Zřejmou nevýhodou měření času podle Slunce je to, že se po celém světě liší. Astronomicky přímo měřený čas je časem místním, vázaným na místní poledník (meridián), a je tedy různý pro různé zeměpisné délky, proto poledne v Praze nastává přibližně deset minut před polednem v Olomouci. To způsobovalo problémy např. při námořní navigaci, ale také při rozvoji železniční dopravy a telegrafu. Proto došlo v roce 1884 ke sjednocení lokálních časů a mezinárodnímu přijetí nultého (Greenwichského) poledníku jako de facto standardu.[16][7] K němu se vztahoval Greenwichský střední čas (GMT), vztažený k tomuto poledníku a hypotetickému střednímu Slunci. GMT byl později (v roce 1928) přejmenován na čas světový (UT), v němž den pro občanské i astronomické účely začíná o půlnoci. Od něj se pak odvozuje čas pásmový, který se od UT liší zpravidla o násobek jedné hodiny.[1][17]

Do počátku devadesátých let 19. století přijala pásmový čas většina hospodářsky vyspělých států v Evropě i v Americe. Některé státy se ale důsledně neřídí časovými pásmy, do nichž geograficky spadají. Od konce 19. století se tak čas ve většině zemí neřídí již přesně Sluncem, ale mezinárodními smlouvami. Ty stanovují také základní časové jednotky, většina států přijala postupně GMT, světový čas (UT) nebo středoevropský čas (SEČ). Středoevropským časem se po rozpadu Rakouska-Uherska řídila rovněž Československá republika a řídí se jím v současné době i Česká republika.[7] V této souvislosti je třeba zmínit ještě jednu variantu středního slunečního času: zavedení tzv. letního a zimního času, kdy se standardní pásmový čas v určitém období posouvá o hodinu dopředu či dozadu.

Koncem 19. století se však zjistilo, že ani takto měřený (pásmový) čas není na různých místech na Zemi zcela jednotný. Je to dáno pohybem pólu rotace Země vůči zemskému tělesu. Ten způsobuje malé nepravidleně se opakující změny zeměpisné délky každého místa na Zemi. Přímo měřený světový čas UT0 opravený o vliv pohybu pólu je označován jako UT1. Jeho nepřesnost je ±3 milisekundy za den.[18] Každé pásmo má svůj vlastní standardní čas, založený na středním slunečním čase na střední zeměpisné délce daného pásma, který se od GMT liší o násobky jedné hodiny. Termín světový čas se používá k označení jakékoli časové stupnice založené na rotaci Země a vztahující se k nultému poledníku.[1] Zavedením světového času UT tak byla poprvé definována jasná a jednoznačná časová stupnice, na které se všichni shodli. Světový čas byl založen na středním slunečním dni, který byl stanoven na základě astronomických pozorování. Den byl rozdělen na 86400 sekund a vědecká jednotka času, sekunda, byla tak vázána na rotaci Země.[5]

Ve třicátých letech 20. století bylo odvozeno na základě pozorování pohybu Měsíce postupné zpomalování rychlosti rotace Země, způsobené převážně slapovým třením. Výsledkem je prodlužování délky dne o přibližně 2 milisekundy za století a vzdalování Měsíce o 3 cm za rok.[18] Kromě toho byly v následujícím období zjištěny z pozorování Slunce, Měsíce, Merkuru a Venuše také dekádové variace v rychlosti zemské rotace, patrně způsobované přesuny hmot uvnitř Země.[18] Zhruba ve stejné době se také zjistilo (srovnáním s časem nově vyvinutých křemenných hodin), že čas UT1 vykazuje malé nepravidelnosti s roční a půlroční periodou a amplitudou několika desítek milisekund, způsobované hlavně přesuny hmot v atmosféře a oceánech. To vedlo k definici prozatímního rovnoměrného času UT2, opraveného o tyto zjištěné nerovnoměrnosti. Aktuální verze (od 70. let minulého století) světového času, označovaná jako koordinovaný světový čas, je založena na atomových hodinách, a používá se také pro občanské měření času a časová pásma.[18][17]

V souvislosti se zjištěnými nepravidelnostmi v rychlosti rotace Země vznikl návrh přijmout za nové časové měřítko tzv. newtonský čas, jako nezávislá proměnná veličina v pohybových rovnicích těles Sluneční soustavy, plynoucích z Newtonovy teorie gravitace. Toto doporučení vedlo v roce 1952 na Valném zasedání Mezinárodní astronomické unie (IAU) k přijetí efemeridového času (ET), který byl používán až do roku 1983, kdy byl nahrazen dynamickými časy TDT (Terestrický dynamický čas) a TDB (Barycentrický dynamický čas).[19][20] ET byl definován prostřednictvím Newcombovy teorie pohybu Země okolo Slunce, jeho počátek byl stanoven na poledne 0. ledna 1900 a jednotka (efemeridová sekunda) definována jako určitý zlomek tropického roku 1900.[21] Vztah mezi efemeridovým a světovým časem byl ale prakticky určován z pozorování Měsíce, konkrétně z jeho zákrytů hvězd.[18]

Výběr počátečního a koncového bodu pro definování dne, měsíce a roku je libovolný, a je také více možností pro výběr samotného nebeského objektu, který lze používat k měření časových intervalů. Z těchto důvodů je třeba rozlišovat vůči čemu - tedy výběr příslušné vztažné soustavy - se bude rotace Země měřit.[12] Astronomové měří čas také pozorováním hvězd, které se pohybují se po obloze. Pozorováním poloh hvězd, které překračují meridián, astronomové definovali hvězdný (siderický) čas, který je definován jako hodinový úhel jarního bodu.[1][22]

Ke stanovení hvězdného času se v minulosti používal k měření průchodu hvězd meridiánem např. pasážník či astroláb. V moderní době se používá číselný model a aproximace, která z dříve naměřených hodnot vychází. Hvězdný čas lze také přepočítat na střední sluneční čas, který používáme v občanském životě. Platí, že 1 den (24 h) hvězdný = 23 h 56 m 04,09054 s času středního slunečního.[1][18] Vzhledem k tomu, že místní hvězdný čas je vlastně rektascenze (RA) astronomického objektu, který v daném okamžiku překračuje meridián, je zřejmé, že pozorovatel musí znát místní hvězdný čas v okamžiku, kdy hodlá provádět svá pozorování.[16]

Pokud je však vyžadována vysoká přesnost času, jeví se takové definice časových jednotek jako problematické: nejasnosti vznikají například při přesné definici rotace či oběhu Země nebo se ukazuje, že některé základní astronomické děje jsou nerovnoměrné a nepravidelné. Problémem známým již tisíce let je také nesouměřitelnost roku, měsíce a dne. Rok nelze přesně vyjádřit jako celé číslo měsíců nebo dnů, ani měsíc neobsahuje celé číslo dnů. K řešení těchto problémů bylo postupně vytvořeno množství časových definic, které jsou uznávány Mezinárodní astronomickou unií i organizacemi zabývajícími se udržováním a sledováním přesného času, např. Mezinárodní úřad pro míry a váhy (BIPM) nebo Mezinárodní služba rotace Země a referenčních systémů (IERS).[12]

Moderní metody měření času

[editovat | editovat zdroj]

Ještě před sedmdesáti lety byl globální časový standard založen na rotaci Země kolem své osy. Jednalo se o nejstarší používaný fyzikální standard a zároveň o nejpřesnější. Každá nová teorie pohybu nebeských těles sice přesně reprodukovala existující data, ale brzy se začala odchylovat od pozorování. Potvrdilo se podezření, že limitujícím faktorem byly po celou dobu nepravidelnosti v rotaci Země, a primární standard pro měření času převzaly laboratorní časové stupnice tvořené hodinami – moderně atomovými, dříve křemennými.[23]

Pro praktické měření kratších intervalů času v občanském životě byly vyvinuty hodiny: vodní, mechanické s různými regulátory chodu, jako např. lihýř, setrvačka, kyvadlo, námořní chronometr. Ve čtrnáctém století se mechanické hodiny, používané hlavně pro náboženské účely a důležité kulturní události, stávaly stále běžnějšími. Zavedení kyvadla nizozemským astronomem Christiaanem Huygensem a vlasové pružiny Robertem Hookem, vedlo k tomu, že se hodiny staly rozšířenějšími, přenosnějšími a dostupnějšími.

Postupně, se změnou životního stylu, rozvojem obchodu a vědy, rostly požadavky na přesnost určování času. Kromě toho zlepšení přesnosti poloh planet a jiných astronomických objektů vyžadovalo zavedení dynamických časových stupnic, které uznávaly roli obecné relativity v měření času. Atomová sekunda soustavy SI rychle dosáhla uznání jako nejpřesnější a nejzákladnější měrná jednotka.[20]

Během 20. století byla stanovena proměnlivost rychlosti otáčení Země. Základ času, který sloužil po tolik staletí, již nebyl dostačující k uspokojení náročnějších časových potřeb. I sekunda se ukázala být příliš dlouhá pro potřebu přesného a správného měření času. Hledání definice a zavedení jednotné sekundy a časové stupnice vedlo k efemeridovému času, založenému na orbitálních pohybech těles Sluneční soustavy.[17] V té době se vyvíjely atomové hodiny, které nabízely pohodlnější a přesnější základ pro čas. Měření času tak pokročilo od časových stupnic založených na astronomických jevech k atomové fyzice.[1]

V roce 1955 byly spuštěny první atomové hodiny, založené na kmitání atomů cesia, se stabilním chodem výrazně lepším, než je rotace Země. V roce 1967 Mezinárodní úřad pro míry a váhy (BIPM) přijal novou definici času, která byla realizovaná právě prostřednictvím atomových hodin. Je zvolena tak, aby byla co nejpřesněji rovna sekundě efemeridové. Od roku 1971 je pak vytvářen Mezinárodní atomový čas (TAI) prostřednictvím řady laboratorních atomových hodin, rozmístěných po celém světě (přibližně asi 200 standardů[15]). Jeho počátek byl ztotožněn s časem efemeridovým v okamžiku 0. ledna 1958. Nová časová definice učinila z cesiových hodin oficiální světovou časomíru.[18][8]

Astronomická pozorování světového času nicméně pokračují. Využívají se především k měření nepravidelností rychlosti rotace Země a orientace Země jako celku vůči nebeské souřadnicové soustavě prostřednictvím rozdílu mezi UT1 a TAI. Čas TAI však příliš nevyhovuje použití v občanském životě vzhledem k nárůstu rozdílu mezi světovým a atomovým časem kvůli zpomalování rotace Země. Proto byla zavedena další časová stupnice, koordinovaný světový čas (UTC), jeho jednotkou je sekunda SI.[18] UTC vychází z přibližně 450 atomových hodin, které jsou provozovány v 85 národních časových laboratořích po celém světě.[24]

Atomový čas se postupně odchyluje od astronomického času, a proto jsou zapotřebí pravidelné korekce, aby se atomová časová stupnice (UTC) udržela v souladu s astronomickým časem. Od roku 1972 se tyto korekce provádějí formou přestupných sekund. Účelem přestupných sekund je udržovat UTC vždy v rozmezí ±0,9 s od UT1. Přidání přestupné sekundy k UTC „zastaví“ atomový čas na jednu sekundu, aby astronomický čas mohl dohnat zpoždění. Rozdíl mezi TAI a UTC je vždy celý násobek sekundy, v roce 2024 tato hodnota činila 37 s[18]. Od roku 1971 bylo v nepravidelných intervalech vloženo 37 přestupných sekund. Naposledy byla přestupná sekunda vložena 1. ledna 2017; od té doby to nebylo zapotřebí, protože zpomalování rotace Země se (zřejmě jen dočasně) zastavilo[18]. Rozhodnutí o vložení přestupné sekundy oznamuje Mezinárodní služba rotace Země a referenčních systémů (IERS).[25][8]

Postupně se ukázalo, že ani pozorování hvězd neposkytuje dostatečnou přesnost měření času, a to hlavně ze dvou důvodů:[18]

  • polohy hvězd na obloze nejsou stálé – jednak mají vlastní lineární pohyby, jednak mnohé z nich jsou součástí dvounásobných či vícenásobných soustav, a vykazují proto periodické změny polohy;
  • astrometrická pozorování v optické oblasti spektra ze zemského povrchu jsou ovlivněna atmosférickou refrakcí, kterou nelze s dostatečnou přesností modelovat.

Proto byly postupně vyvinuty nové metody pozorování, někdy souhrnně nazývané metody kosmické geodézie[18][26]:

  • metody Rádiové interferometrie z velmi dlouhých základen VLBI (Very Long-Baseline Interferometry), která pozoruje extragalaktické objekty v rádiové oblasti;
  • globální navigační družicový systém GNSS (Global Navigation Satellite System), zejména GPS, pozorující umělé navigační družice Země v rádiové oblasti z mnoha set pozemských přijímačů;
  • laserové měření vzdálenosti družic SLR (Satellite Laser Ranging) a Měsíce (Lunar Laser Ranging - LLR). Družice opatřené zpětnými reflektory laserových pulsů se pozorují z desítek stanic na Zemi;
  • francouzský satelitní systém DORIS (Doppler Orbit determination and Radiopositioning Integrated on Satellites), který na družicích přijímá rádiové signály, vysílané z několika desítek vysílačů, rozmístěných rovnoměrně po celé Zemi.

Vysoce přesná kosmická geodézie se opírá o přesné a stabilní frekvenční etalony, měřiče časových intervalů, časovače událostí a naměřené časové posuny vůči UTC. Tyto metody umožňují měřit orientaci Země v prostoru s přesností o dva až tři řády vyšší než klasické metody optické astrometrie, tedy tato přesnost je lepší než 10–4 úhlové vteřiny. Neustálé modernizování přístrojového vybavení a vývoj nových přístrojů vede k vyšší přesnosti globální sítě stanic kosmické geodézie. Při zpracování dat je nutné také zohlednit i několik relativistických aspektů, aby bylo dosaženo optimální přesnosti měření. Tyto aspekty času jsou diskutovány a kvantifikovány pro každou z technik VLBI, GPS, SLR a LLR. To umožní určení času v rámci stabilního a definovaného pozemského referenčního rámce, propojeného s nebeským referenčním rámcem prostřednictvím parametrů orientace Země (Earth Orientation Parameters – EOP), a také zajistí propojení mezi relativistickým a klasickým geoidem na těchto stanicích.[26]

Od roku 1991 vydala IAU[27] ve spolupráci s IERS a Mezinárodní unií pro geodézii a geofyziku (IUGG)[28] několik rezolucí, ve kterých definují, v souladu s obecnou teorií relativity, moderní „rodinu“ času vlastního a časů souřadnicových[18][26]:

  • terestrický čas (TT) - je vlastní čas atomových hodin umístěných na geoidu a je argumentem geocentrických efemerid těles Sluneční soustavy. Jeho jednotkou je sekunda SI a je to pokračovatel již dříve definovaného času efemeridového ET v moderní době;
  • geocentrický souřadnicový čas (TCG), jehož vztah k terestrickému času je určen lineárním vztahem daným rotací Země (pohybem hodin na geoidu vůči těžišti Země)
  • barycentrický souřadnicový čas (TCB), jehož vztah k terestrickému času je dán vztahem vyjadřujícím vliv pohybu hodin na povrchu geoidu vůči těžišti Sluneční soustavy.

TCB a TCG jsou časové souřadnice barycentrického a geocentrického nebeského referenčního systému (BCRS a GCRS).[26]

Po dlouhá staletí byl čas definován a měřen na základě opakujících se astronomických jevů – rotace Země a oběhu Země okolo Slunce. V moderní době tyto aktivity přešly do rukou fyziků, díky kterým byly sestrojeny atomové hodiny, vykazující mnohem větší stabilitu. Není však vyloučeno[18], že se v budoucnosti situace opět obrátí – tzv. milisekundové pulsary vykazují vysokou stabilitu rotace, která u některých z nich převyšuje stabilitu cesiových atomových hodin.[29][26]

Zhruba od začátku 20. století se datují snahy o celosvětovou koordinaci přesného času prostřednictvím mezinárodních center. Použité techniky pozorování se měnily a postupně zpřesňovaly společně s vývojem mezinárodně přijatých časových definic. Kolem roku 1910 se začaly používat vysílače a přijímače časových signálů vysílaných rozhlasem.[7]

Pro běžné občanské použití přesného času je v rozhlase a televizi vysílán akustický časový signál známý jako časové znamení. K synchronizaci časového signálu v Evropě slouží rádiová stanice DCF77 v Mainflingenu nedaleko Frankfurtu nad Mohanem. Od srpna 1970 pravidelně vysílá dlouhovlnný, tzv. frankfurtský časový signál, podle kterého se synchronizují rádiem řízené hodiny i hodinky, vysílače a jiná zařízení, která potřebují přesný kmitočet či čas. Signál lze přijímat v okruhu 1500–2000 km. Časový údaj vychází z měření cesiových atomových hodin z Fyzikálně-technického institutu v Braunschweigu. Odchylka tohoto přesného atomového času představuje méně než 1 sekundu za 1 milion let.[7]

V České republice udržovali UTC(TP) - Tempus Pragense - v mikrosekundové shodě s UTC pracovníci časové laboratoře Ústavu radiotechniky a elektroniky AV ČR. Od roku 2006 realizuje národní časovou stupnici UTC(TP) Laboratoř státního etalonu času a frekvence Ústavu fotoniky a elektroniky AV ČR. Pro veřejnost jsou časové signály šířeny rozhlasem a televizí nebo internetem. Rádiem řízené hodiny se řídí signálem DCF77 z Mainflingenu.[7]

Odkazy

[editovat | editovat zdroj]

Reference

[editovat | editovat zdroj]
  1. 1 2 3 4 5 6 7 Zejda, Miroslav. Základy astronomie. www.physics.muni.cz [online]. Přírodovědecká fakulta Masarykovy univerzity, Brno (skripta), 2022 [cit. 2025-12-03]. Dostupné online.
  2. 1 2 Gráf, Tomáš. Základy astronomie a astrofyziky (distanční studijní text) [online]. Slezská univerzita Opava, 2020 [cit. 2026-03-01]. Dostupné online.
  3. ↑ Hüwel, Lutz. Of Clocks and Time. 1. vyd. [s.l.]: Morgan & Claypool Publishers, 2018. ISBN 978-1-6817-4096-6. (anglicky)
  4. 1 2 AVENI, ANTHONY F. Schody ke hvězdám. Astronomie dávných civilizací (původním názvem: Stairways to the Stars (1997)). Překlad Rozehnal, J.; Tichá M.. 1. vyd. [s.l.]: Nakladatelství Dokořán a Argo, 2004. ISBN 80-7203-568-1.
  5. 1 2 3 4 5 Jones, Tony. Splitting The Second: The Story of Atomic Time. 1. vyd. [s.l.]: IOP Publishing Ltd, 2000. Dostupné online. ISBN 978-0750306409.
  6. 1 2 Mondschein, Ken. On time : a history of western timekeeping. 1. vyd. [s.l.]: Johns Hopkins University Press, 2020. ISBN 9781421438276.
  7. 1 2 3 4 5 6 Bláhová, Marie. Historická chronologie. 2. vyd. [s.l.]: Univerzita Karlova, Nakladatelství Karolinum, 2025. ISBN 978-80-246-6090-5.
  8. 1 2 3 LOMBARDI, MICHAEL A. First in a series on the evolution of time measurement: celestial, flow, and mechanical clocks. S. 45–51. IEEE Instrumentation & Measurement Magazine [online]. IEEE Instrumentation and Measurement Society, 2011 [cit. 2026-03-01]. Čís. 14 (4), s. 45–51. Dostupné online. doi:10.1109/MIM.2011.5961371.
  9. 1 2 BAJER, JIŘÍ. Mechanika 1. 1. vyd. [s.l.]: Univerzita Palackého, Olomouc, 2004. ISBN 80-244-0819-8.
  10. ↑ VANÝSEK, VLADIMÍR. Základy astronomie a astrofyziky. 1. vyd. [s.l.]: Academia Praha, 1980. Kapitola 2.10 Čas.
  11. ↑ von Laue, Max. Dějiny fyziky (původním názvem: Geschichte der Physik (1958)). Překlad Ladislav Hoch. 2. vyd. [s.l.]: Orbis, Praha, 1963. Kapitola 1. Měření času.
  12. 1 2 3 4 LAWRENCE, J. L. Celestial Calculations. A Gentle Introduction to Computational Astronomy. 1. vyd. [s.l.]: The MIT Press, Cambridge, Massachusetts, 2018. ISBN 9780262536639.
  13. 1 2 Aswal, Dinesh K. (eds.). Handbook of Metrology and Applications. 1. vyd. [s.l.]: Springer Nature Singapore Pte Ltd., 2023. ISBN 978-981-99-2073-0. doi:10.1007/978-981-99-2074-7.
  14. ↑ FIXEL, J.; MACHOTKA R. Geodetická astronomie a kosmická geodézie I (Modul 01 - SFÉRICKÁ ASTRONOMIE). [s.l.]: skripta VUT Brno, 2007.
  15. 1 2 BROŽ, MIROSLAV; ŠOLC, MARTIN. Fyzika sluneční soustavy. 1. vyd. [s.l.]: MatfyzPress, 2013. ISBN 978-80-7378-236-8. Kapitola 1.1 Časomíra.
  16. 1 2 3 GALLAWAY, MARK. An introduction to observational astrophysics. 2. vyd. [s.l.]: Springer Nature Switzerland AG, 2020. ISBN 978-3-030-43550-9. doi:10.1007/978-3-030-43551-6. Kapitola 4. Time.
  17. 1 2 3 4 5 MCCARTHY, DENNIS D.; SEIDELMANN, KENNETH P. Time: From Earth Rotation to Atomic Physics. 2. vyd. [s.l.]: Cambridge University Press, 2018. ISBN 978-1-107-19728-2.
  18. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 VONDRÁK, JAN. Měření času v astronomii od nejstarších dob dodnes. S. 274. Vesmír [online]. VESMÍR, spol. s r. o., 2024 [cit. 2026-03-22]. Čís. 103, s. 274. Dostupné online.
  19. ↑ WOLF, M. A KOL. Astronomická příručka. 1. vyd. [s.l.]: Academia Praha, 1992. ISBN 80-200-0467-X.
  20. 1 2 Guinot, B.; Seidelmann, P. K. Time scales: their history, definition and interpretation. Astronomy and Astrophysics [online]. 1988 [cit. 2026-03-04]. Čís. 194 (1-2). Dostupné online. Bibcode 1988A&A...194..304G.
  21. ↑ URBAN, SEAN E.; SEIDELMANN, KENNETH P. ET AL. Explanatory supplement to the Astronomical Almanac. 3. vyd. [s.l.]: Mill Valley, CA. University Science Books, 2013. ISBN 978-1-891389-85-6. (anglicky)
  22. ↑ KLECZEK, JOSIP. Velká encyklopedie vesmíru. 1. vyd. [s.l.]: Academia, 2002. ISBN 80-200-0906-X.
  23. ↑ SOFA Time Scale and Calendar Tools [online]. IAU - Standards Of Fundamental Astronomy, 2016. Dostupné online.
  24. ↑ BOGDAN-MARTIN, DOREN (EDS.). The future of Coordinated Universal Time. ITU News Magazine [online]. The International Telecommunication Union (ITU), 2023 [cit. 2026-07-02]. Čís. 2. Dostupné online.
  25. ↑ BOHÁČEK, IVAN. Přestupná sekunda. S. 251. Vesmír [online]. VESMÍR, spol. s r. o., 2024 [cit. 2026-03-22]. Čís. 103, s. 251. Dostupné online.
  26. 1 2 3 4 5 SEAGO, JOHN H. ; SEIDELMANN, P. KENNETH. The Science of Time 2016, Astrophysics and Space Science Proceedings, Volume 50.. Příprava vydání Arias, Elisa Felicitas et al.. 1. vyd. [s.l.]: Springer International Publishing AG, 2017. Dostupné online. ISBN 978-3-319-59908-3. doi:10.1007/978-3-319-59909-0.
  27. ↑ List of Resolutions. Resolutions adopted at the General Assemblies. www.iau.org [online]. IAU [cit. 2026-04-24]. Dostupné online.
  28. ↑ IAU and IUGG/IAG resolutions on reference systems and on the IERS. www.iers.org [online]. IERS [cit. 2026-04-24]. Dostupné online.
  29. ↑ PEJCHA, ONDŘEJ. Astronomické hodiny ve vesmíru. S. 270. Vesmír [online]. VESMÍR, spol. s r. o., 2024 [cit. 2026-07-01]. Čís. 103, s. 270. Dostupné online.

Literatura

[editovat | editovat zdroj]
  • Bláhová, Marie. Historická chronologie. 2. vyd. [s.l.]: Univerzita Karlova, Nakladatelství Karolinum, 2025. ISBN 978-80-246-6090-5. 
  • Kotulová, Eva. Kalendář aneb kniha o věčnosti času. 1. vyd. [s.l.]: Nakladatelství Svoboda, Praha, 1978. 
  • GALISON, PETER. Einsteinovy hodiny a Poincarého mapy (původním názvem: Einstein's Clocks and Poincare's Maps, Empires of Time (2003)). Překlad Fiala, Jiří. 1. vyd. [s.l.]: Mladá fronta, Praha, 2005. ISBN 80-204-1188-7. 

Související články

[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy

[editovat | editovat zdroj]
Citováno z „https://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Měření_času&oldid=26177254“