О том что Париж - законодатель мировой моды в одежде, вероятно не надо убеждать никого, а то, что он и законодатель точного времени, что именно в Париже формируется наиболее точная шкала времени, по которой сверяют часы все страны мира и здесь хранится эталон измерения времени ( а соответственно и частоты), возможно, знают не все. Поводом для этого рассказа явились воспоминания о Париже в связи с участием в четвертой Орловской конференции, проходившей в Парижской обсерватории в сентябре этого года.
Небольшая делегация украинских астрономов во главе с директором Главной астрономической обсерватории НАНУ, академиком Ярославом Яцкивом приняла участие в проводимой ежегодно Парижской обсерваторией конференции JOURNEES, посвященной проблемам изучения вращения Земли, определения времени, системам координат на Земле и в космическом пространстве. Отличительной особенностью JOURNEES-98 было то, что одна из ее сессий была названа Орловской и в научной программе значилась как четвертая Орловская конференция. Краткая история Орловских конференций такова. Еще весной 1980 г., когда отмечалось 100-летие со дня рождения выдающегося астронома и геофизика, академика Александра Яковлевича Орлова (1880-1954), основателя Главной астрономической обсерватории НАНУ в Киеве (в 1944 г.) и Полтавской гравиметрической обсерватории (в 1926 г.), на юбилейном ученом совете в Главной астрономической обсерватории НАНУ (ГАО) было принято проводить Орловские конференции раз в шесть лет ( таков период биений в движении полюса Земли, изучением которого занимался А.Орлов). Эти конференции было решено проводить в городах, связанных с научной деятельностью А.Орлова. Первая Орловская конференция состоялась в сентябре 1980 г. в Киеве, ее тематика была довольно обширная: «Изучение Земли как планеты методами астрономии, геофизики и геодезии». По мнению акад. Е.Федорова (1909-1986) именно А.Орлов является одним из зачинателей новой науки - глобальной геодинамики, которая характеризуется комплексным изучением Земли как одной из планет Солнечной системы.
Вторая Орловская конференция проходила в 1986г. в Полтаве, третья - в 1992 г. в Одессе. С этим городом связаны многие годы трудовой деятельности А.Орлова, здесь в 1913-1934 гг. он был директором Одесской обсерватории и профессором Новороссийского университета. Планировалось, что четвертая состоится в 1998 г. в Пулковской обсерватории, с которой А.Орлова связывали многие годы научных исследований. Однако финансовые трудности не позволили пулковчанам организовать конференцию. Французские коллеги из Парижской обсерватории, с которыми имеются тесные научные связи астрономов из ГАО НАНУ, предложили провести четвертую Орловскую конференцию в Парижской обсерватории как Орловскую сессию во время JOURNEES-98. С Парижем были связаны молодые годы А.Орлова, здесь он в 1903-1904 гг. совершенствовал свои знания по небесной механике и астрономии в Сорбонне и Коллеж де Франс.
Участники Орловской сессии подучили финансовую поддержку в виде грантов от Министерства науки Франции и Парижской обсерватории. Научной темой Орловской сессии была дискуссия о вековом движении полюса Земли. Открыл дискуссию Я.Яцкив обзорным докладом о научной школе А.Орлова по геодинамике. А.Орлов одним из первых определил полюса Земли на основании астрономических наблюдений пяти станций Международной службы широты в 1900-1950 гг. Оценки этого движения - скорость 0.004"в год и направление 69 градусов на запад от Гринвичского меридиана - находятся в согласии с современными оценками. Однако, будучи чрезвычайно требовательным к результатам научных исследований, и проведя дополнительный тщательный анализ наблюдений, А.Орлов выразил сомнения в реальности векового движения полюса, определенного на основании наблюдений всего лишь пяти станций. Он показал, что эти оценки могут быть вычислительным эффектом, вызванным влиянием так называемых неполярных изменений станций (региональное изменение гравитационного поля, тектонические смещения станций и другие геофизические явления и даже инструментальные ошибки). С тех пор вопрос о вековом движении полюса является дискуссионным, тем более что его существование не подтверждается теоретическими расчетами, основанными на представлении Земли как упругом теле. Украинские астрономы в своих докладах на JOURNEES-98 указали, следуя научным традициям Орлова, на неоднозначность трактовки линейного тренда в движении полюса Земли, и обратили внимание на удивительно хорошее совпадение неполярных изменений ряда американских станций с определяемым вековым движением полюса. Возникает вопрос: а не является ли наблюдаемый эффект в движении полюса отражением того факта, что Североамериканский континент «всплывает» из-за происходящего таяния ледников, в частности в Гренландии. Тема о вековом движении полюса очень обширна и заслуживает отдельного повествования, мы же наметили коснуться проблем определения времени и хранения его эталона, поскольку Париж является мировым центром решения этих проблем. Здесь при Парижской обсерватории находится Международная служба вращения Земли.
Парижская обсерватория и определение точного времени
Попасть в Парижскую обсерваторию, даже при первом визите в Париж не очень сложно. Скоростная линия парижского метро за полчаса домчит вас из аэропорта им.Шарля де Голя до площади Данфер-Рошеро. В центре ее возвышается огромная статуя лежащего бронзового Льва (хороший ориентир для приезжающих), позеленевшая от времени. От площади лучами расходятся бульвары, - один из которых назван именем известного французского астронома Доминик Араго (1786-1853), директора обсерватории с 1830 по 1853 гг.
Парижская обсерватория была построена в 1671 г. по приказанию, или как считали современники, по капризу короля Людовика XIV. Ее постройкой руководил известный архитектор Клод Перро, строитель знаменитого Лувра. Первый директор Парижской обсерватории итальянец Доминик Кассини (1625-1712), известен многими открытиями: вращения Юпитера и Марса, четырех новых спутников Сатурна, большого пустого промежутка, разделившего кольцо Сатурна на две части и получившего название «щели Кассини». Впоследствии Парижскую обсерваторию возглавляли многие известные астрономы, в частности, У.Леверрье (1811-1877), открывший «на кончике пера» планету Нептун и многие другие. В Парижской обсерватории конца XX в. ее славная история тесно сочетается с высоким уровнем современных исследований.
Знаменита обсерватория своей так называемой службой времени. С 1919 г. здесь размещалось Международное бюро времени (МБВ), которое составляло ежедневные, ежемесячные и ежегодные сводки определений всемирного времени на основании астрономических наблюдений обсерваторий разных стран и снабжало этими сводками всех заинтересованных. Интересно отметить, что с 1924 по 1964 гг. это бюро возглавлял ученик А.Орлова, выпускник Новороссийского университета Николай Стойко (Радиленко). Именно Парижу было доверено вычисление всемирного времени ( UT), хотя оно привязано к нулевому Гринвичскому меридиану ( UT - это местное среднее солнечное время на Гринвичском меридиане). Напомним, что до XX в. система счета времени основывалась на природном ритме смены дня и ночи, т.е. на вращение Земли вокруг оси, и единица времени секунда определялась как 1/86400 доля суток. В первой половине XX века в качестве эталона времени была избрана более точная эфемеридная секунда, вычисляемая с учетом вращения Земли не только вокруг своей оси, но и вокруг Солнца и равная 1/31556925.9747 доли тропического года на начало 1900 года.
Совершенство часов, а именно введение кварцевых хранителей времени, позволяло повысить точность единицы времени и даже установить, что время, определяемое вращением Земли, неравномерно. Так Н.Стойко в 1967 г. обнаружил сезонную неравномерность вращения Земли: продолжительность суток в январе превосходит их продолжительность в июле на 0.002 сек. Введение атомных стандартов частоты открыло новую эру в измерении времени: была создана атомная шкала времени (физическая, не связанная с вращением Земли), основу которой составила высокоточная атомная секунда, определяемая периодом перехода атома цезия-133 между двумя сверхтонкими уровнями.
Атомное время (АТ) было введено в практику в 1967 г., а в 1972 г. МБВ в Париже на основании атомных стандартов многих лабораторий мира стало создавать Международную атомную шкалу (TAI) и определять ее единицу - атомную секунду, как эталон для измерения времени. Каждая национальная шкала времени сверяется с международной путем приема радиосигналов времени.
Единая шкала времени необходима в астрономических исследованиях, космической навигации, в геодезии, она является фундаментом в теории относительности. Следует отметить, что МБВ с 1957 г. занималось не только вопросами вычисления и хранения всемирного времени, но и другими проблемами, связанными с вращением Земли: вычислением координат полюса, построением систем кординат на поверхности Земли и космическом пространстве и др. Когда на смену классическим оптическим астрономическим методам изучения вращения Земли пришли новые более точные методы, связанные с лазерной локацией искусственных спутников Земли и Луны, радиоинтерферометрическими наблюдениями квазаров и др., тогда по решению Международного астрономического союза в 1988 г. МБВ было реорганизовано.
Определением всемирного времени из наблюдений движения полюса Земли, построения земной и небесной систем координат как единой комплексной проблемой стала заниматься Международная служба вращения Земли при Парижской обсерватории. Она и организовывает с 1988 г. ежегодные JOURNEES, для обсуждения возникающих проблем и путей их решения. Вопросы определения атомного времени на основании атомных часов лучших лабораторий мира, а также хранение эталонной атомной секунды были переданы Международному бюро мер и весов, которое также находится в Париже.
Одной из основных лабораторий, чьи измерения используются при создании Международной атомной шкалы, является лаборатория первичного времени и частоты Парижской обсерватории (бывшая служба времени), имеющая статус национального бюро метрологии. С 1996 г. эта лаборатория имеет лучший в мире первичный цезиевый стандарт (Фонтейн), в котором используются и достижения лазерной технологии. Этот первичный стандарт реализует единицу времени - секунду - с относительной точностью 3.10 -15 и стабильностью 10 -15 . Это наивысшее в мире достижение в определении и хранении времени.
В канун 2000 года
Париж ведет счет дней, оставшихся до 2000 года. Для своеобразного календаря избрана Эйфелева башня - символ современного Парижа. Как известно, Эйфелева башня была построена по проекту Гюстава Эйфеля на Марсовом поле у Сены в 1887-1889 гг. ко дню всемирной парижской выставки, отмечавшей столетие французской революции.
Высота башни достигает 326 м, в наиболее жаркие дни она увеличивается от нагревания на 10-15 см, тем не менее башня удивительно устойчива: наиболее сильные порывы ветра отклоняют ее вершину всего на 10-12 см. Башня имеет несколько платформ и площадок и оборудована лифтами, но на нее можно подняться и по 1710 ступенькам.
И вот на этой башне на уровне второй платформы на высоте 196 м установлено электрическое панно, которое днем и ночью высвечивает огромные цифры, указывающие, сколько дней осталось до 2000 года.
В день нашего визита, 24 сентября 1998 г., табло указывало: 464 дня. А между тем в Париже идет непрерывная служба, следящая за вращением Земли в наши дни: в сентябре 1998 г. Международное бюро мер и весов разослало во все страны циркуляры с сообщением о том, что в ночь с 31 декабря 1998 г на 1 января 1999г (в 0 часов по всемирному времени) вводится во все эталонные часы дополнительная секунда. Каждая страна будет корректировать свои эталонные часы по своему поясному времени, для Украины этот момент наступит в 2 часа 1 января 1999 г. Комментарий к этому: вращаясь вокруг своей оси, Земля задает нам природный (но не идеально равномерный) ритм для измерения времени. Человечество придумало эталон - атомное время. Сейчас Земля замедляет свое вращение, значит удлиняется продолжительность суток. Чтобы избежать больших расхождений между часами, сверяемыми с атомным временем, и часами, идущими согласно природному ритму вращения Земли, приходится корректировать искусственно созданную шкалу времени. Это делается в Париже.
А завершить этот калейдоскоп воспоминаний о Париже как мировом центре хранения времени хотелось бы таким штрихом. «А все таки она вертится!» - смело утверждал в далеком средневековье Галилео Галилей. Современники XX века в этом уже не сомневаются. А как торжество этой истины (а может быть, и своеобразным памятником) является непрерывный ход 67-м маятника Фуко в парижском Пантеоне.