Леонид Хренов, Иосиф Голуб время и календарь предисловие

Скачать 1.04 Mb.

Название	Леонид Хренов, Иосиф Голуб время и календарь предисловие
страница	6/11
Дата публикации	01.07.2013
Размер	1.04 Mb.
Тип	Реферат

100-bal.ru > Астрономия > Реферат

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

§ 11. Механические часы

По мере развития производительных сил, роста городов повышались требования к приборам для измерения времени, с помощью которых можно было бы регулировать хозяйственную, культурную и научную деятельность не только городов, но и целых стран. Для решения этой задачи в конце XI — начале XII вв. были изобретены механические часы с колесами и гирями, ознаменовавшие собой целую эпоху. К. Маркс писал Ф. Энгельсу 26 января 1863 г.: «Часы — это первый автомат, употребленный для практических целей. На их основе развилась вся теория производства равномерного движения» ^[21]. На создание механических часов в современном понимании было затрачено огромное количество энергии, знаний, остроумия и искусства.

Изобретение чисто механических часов, первое упоминание о которых относится к византийским источникам конца VI в. н. э., некоторые авторы приписывают Пацификусу из Вероны (IX в.), а другие — папе Сильвестру II (X в.) (в прошлом монаху Герберту), который якобы сделал башенные часы с гирями для г. Магдебурга (ныне в ГДР) ^[22]. Лишь спустя четыре столетия появились часы, в которых вращение колес осуществлялось с помощью шпинделя — валика, вращающегося под действием подвешенного к нему груза. Эти часы до XVI в. имели только часовую стрелку, а точность их хода не превышала четверти часа в сутки. Они уже имели в основном все узлы современных настенных часов.

Оригинальные гиревые шпиндельные часы-куранты с движущимися фигурами были установлены в 1354 г. в Страсбурге (Франция) на здании собора. Они имели указатели среднего солнечного и звездного времени, вечный календарь с праздниками, показывали время восхода и захода Солнца, фазы Лупы и затмения. Известны часы, установленные в XII в. на 97-метровой колокольне собора святого Ромбо в Брюсселе. Они связаны автоматически с системой знаменитых 49 колоколов с «малиновым» звоном. В Стокгольме каждый район города имеет свои куранты.

Однако весьма заметный шаг вперед в создании механических часов сделал Галилео Галилей (1564–1642), открывший явление изохронности маятника при малых колебаниях, т. е. независимости периода колебаний от амплитуды. Это послужило ему основанием для предложения в 1640 г. конструкции маятниковых часов, в которых колебания маятника и их счет производились автоматически. Эта конструкция осуществлена не была ^[23].

Изобретателем современных маятниковых часов принято считать физика Христиана Гюйгенса (1629–1695), предложившего их в 1657 г. и усовершенствовавшего в 1673 и в 1675 гг. Гюйгенс применил вместо шпиндельного устройства баланс, что позволило значительно увеличить точность хода часов.

Большой известностью пользуются часы, установленные на башне ратуши на Староместской площади в Праге. Два их циферблата, расписанных выдающимся чешским художником И. Манесом, украшены знаками зодиака и движущимися фигурами. Их создал, как утверждает легенда, знаменитый астроном и математик Ганус из Ружи. Чтобы нигде не было часов красивее этого чудесного творения, их создателя якобы ослепили.

Весьма оригинальны башенные часы в г. Шумене (Болгария) с молоточками и двумя колоколами, издающими бой 144 раза в сутки (каждые 10 минут!). На мраморной плите у основания башни часть древней турецкой надписи гласит: «На этих часах Венера будет маятником, Вселенная — колесом, а божье Солнце — звонком…».

Башенные часы в г. Бернбурге (ГДР), установленные в 1875 г. на местной ратуше, имеют 23 циферблата, по которым и теперь можно определить точное время многих столиц мира, расположение планет Солнечной системы, а одна из стрелок, указывающая дату, совершает полный оборот за четыре года.

На одной из башен близ Сан-Франциско установлены часы, которые каждый час издают звук, напоминающий мычание коровы, а в полдень и в полночь слышится мычание целого стада. Одни из самых больших часов в Европе недавно установлены во Франции на здании одного из железнодорожных вокзалов в г. Сен-Кристоф; диаметр их циферблата равен 10 м. Известны уникальные часы весом 16 т, находящиеся на площади Александерплац в столице ГДР и показывающие всемирное время.

Португалец Аманду Жозе Рибейру создал механические часы весом 150 кг размером с телефонную будку, в которых использованы сочетания 16 тыс. букв и цифр, позволяющие определять также день недели и дату пасхи; они указывают фазы Луны, содержат термометр и барометр и могут служить будильником.

В России первыми механическими часами также были башенные, создававшиеся руками собственных часовых мастеров и получившие распространение в XV–XVII вв. Первые из них были сделаны в 1404 г. для Московского Кремля монахом Лазарем Сербиным. По предположению историков, первые куранты на Спасской башне были установлены примерно в 1491 г., вскоре после ее постройки. В летописях XVI в. уже упоминаются и часовых дел мастера, обслуживавшие эти часы. В 1624 г. механик Галоуэй установил на Спасской башне механические часы-куранты вместо прежних, а в конце XVII в. такие часы появились еще на трех башнях Московского Кремля.

В 1706 г. на Спасской башне были установлены новые часы, сделанные по заказу Петра I в Голландии, с циферблатом из 12 чисел. В том же году циферблат был переделан русскими мастерами, но эти часы по неизвестной причине со временем пришли в полную негодность. Вместо них установили большие куранты, обнаруженные в 1763 г. в Грановитой палате. После отступления армии Наполеона из Москвы часы были восстановлены Я. Лебедевым, за что ему присудили почетное звание Мастера Спасских часов. В 1851–1852 гг. были произведены ремонт и модернизация часов, выполненные известными мастерами, выходцами из Голландии, братьями Иваном и Николаем Бутенопами ^[24].

Механизм часов Московского Кремля — главных часов нашей страны — размещен на трех этажах башни; они имеют один основной колокол, отбивающий полные часы, и десять четвертных колоколов. Механизм этих часов до нашего времени трижды обновлялся. Два раза в день часы заводят и проверяют точность их хода по передаваемым сигналам.

Во время Семилетней войны Петр I распорядился все колокола перелить на пушки, но по сохранившейся легенде не тронул колокола курантов на колокольне Софийского собора в Вологде, так как ему понравилось искусное исполнение на них звонарем мелодии «Камаринской». В настоящее время эти куранты, являясь украшением города, служат эталоном времени. Гири курантов подтягиваются специальным воротом.

Более 100 лет назад были сооружены башенные часы в монастыре в Верколе, перевезенные в 30-х годах в Карпогоры (Архангельская обл.) и установленные на деревянном здании. Вот уже более 20 лет они издают мелодичный перезвон и указывают довольное точное время; они отремонтированы шофером З. Кокориным, который осуществляет постоянный контроль над ними.

На башне железнодорожного вокзала в г. Риге установлены куранты весом в 4 т, а в г. Ижевске находятся миниатюрные куранты с «малиновым» звоном, изготовленные механиком П. Лучинкиным по образцу курантов, сделанных им в свое время для старинной башни завода «Ижмаш», смотрителем которого он был.

В Ленинграде на башне одного из зданий Всесоюзного научно-исследовательского института им. Д. И. Менделеева (в прошлом Палата мер и весов) установлены самые точные механические часы города. Это единственные часы, которые за весь период блокады не останавливались ни на минуту. Они ежедневно приводятся в движение многопудовой гирей, поднимаемой специальным воротом, что самоотверженно выполнял старейший рабочий института И. Ф. Федотов, работавший еще с Д. И. Менделеевым.

В октябре 1917 г. В. Д. Бонч-Бруевич '(1873–1955), желая точно зафиксировать время взятия Зимнего дворца революционными массами, обратился из Смольного по телефону в Палату мер и весов к дежурившему там матросу, который со слов ученого — хранителя Палаты — сообщил: «Один час сорок минут двадцать две секунды». Показания часов на башне были сверены с показаниями находившихся в Палате часов службы времени.

Самыми молодыми курантами в нашей стране являются созданные В. Струковым и его сыном электронно-механические часы-гибрид, установленные в Воронеже на башне гостиницы «Воронеж» к четырехсотлетию города (1977 г.). Их циферблаты, обращенные на три стороны, показывают не только часы и минуты, но и секунды. Они отличаются высокой точностью хода: в любое время года за месяц они уходят вперед или отстают не более чем на шесть секунд; каждые полчаса они издают мелодичный звон, напоминающий перезвон колоколов, а в ночное время их громкий бой автоматически отключается специальным электронным устройством. Оригинальные часы установлены на башне «Кариллон» в городе Зальцбурге (Австрия): часы суток на них показывает большая стрелка, а минуты — маленькая, что вводит в заблуждение туристов.

Самые молодые электронные куранты оригинальной конструкции установлены на крыше высотной гостиницы «Йошкар-Ола» в столице Марийской АССР. Они сделаны студентами Марийского политехнического института под руководством заведующего кафедрой П. Лаврентьева. Каждые 15 минут над городом плывет одна из 18 мелодий, заложенных в памяти часов.

Но самые оригинальные часы — чудо-куранты конструкции В. М. Кальмансона — установлены над входом в Государственный ордена Трудового Красного Знамени Центральный театр кукол в Москве. Над циферблатом часов помещен большой петух, вокруг которого расположены двенадцать домиков. Каждый отбиваемый час петух сопровождает громким пением, поворачиваясь и хлопая крыльями. Одновременно с этим открывается один из домиков, из которого выходит кукла. Когда же часы отбивают двенадцать часов, открываются двери всех домиков, из них выходят медведь, козел, сова, ворона, заяц, лиса, обезьяна, кот, баран, поросенок, коза и волк и танцуют под музыку.

В 90-х годах XVIII в. русский механик-самоучка, изобретатель И. П. Кулибин (1735–1818), вошедший в историю также как мастер часовых дел, создал оригинальную конструкцию карманных часов ^[25] размером несколько меньше гусиного яйца, содержащих более 1000 деталей. В них вмонтирован механизм, исполняющий в полдень гимн, сочиненный самим Кулибиным. Он же создал и «планетные» карманные часы, которые кроме времени в секундах показывают времена года, месяцы и дни недели, фазы Луны, восход и заход Солнца. Известны и настенные часы И. П. Кулибина, которыми он пользовался ^[26].

Японская фирма «Кесио» выпустила настольные электронные часы трех модификаций с картинками. На панели этих часов, где высвечивается время, через каждый час появляется изображение дельфина, играющего мячом, совы с мигающими глазами и ветряной мельницы. Другая японская фирма «Ситезен» выпускает часы, которые в ответ на вопрос хозяина показывают не только время, но и по команде голосом выполняют 31 операцию, например показывают дату и время в пунктах, расположенных в двух различных часовых поясах.

Во второй половине 80-х годов на лужайке токийского парка «Хибия» были установлены «вечные» часы, циферблатом которых служит горизонтальная плита, а механизм приводится в действие энергией солнечных батарей. Большой интерес вызывают настольные «Часы населения», изготовленные фирмой «Сейко инструментс». Кроме времени суток, дней недели, месяцев и года они показывают общую численность населения на Земле и в странах — членах ООН. Часы созданы в связи с рождением пятимиллиардного жителя планеты и отражают изменение числа жителей в каждую минуту в соответствии с прогнозами экспертов ООН. В 1987 г. директор Фонда ООН для деятельности народонаселения вручил часы генеральному секретарю ООН Пересу де Куэльяру.

Интерес к коллекционированию уникальных часов не прекращается. Так, например, за исключительно высокую цену в 1,87 миллиона швейцарских франков на аукционе в Женеве в 1983 г. были приобретены часы, сделанные в 1650 г. замечательным часовщиком Ж. Кремсдорфом. Их корпус и циферблат покрыты эмалью, а цифры украшены бриллиантами. В 1987 г. на торговой ярмарке в г. Базеле (Швейцария) демонстрировались трое наручных механических часов, все детали которых сделаны вручную англичанином Д. Даниэла; самые дешевые из них оценены в 160 000 долларов. На Тайване большое внимание посетителей ярмарки 1987 г. привлекли часы гигантских размеров из дерева, предназначенные для украшения интерьера дома. В том же 1987 г. в Турине (Италия) проходила интересная ярмарка-выставка под девизом «Честь часам», в которой приняли участие 65 итальянских организаций и частных лиц, представивших «Синьоров времени» — так в Италии называют часы. Такие «часовые встречи» предполагается проводить регулярно и сделать их международными.

В последние годы швейцарские часовщики изыскивают необычные материалы: например, у часов модели «Рокуог» корпус сделан из гранита, а у модели «Метеорит» циферблат — из настоящего метеоритного железа. Недавно в этой же стране появились часы без циферблата и стрелок; их механизм заключен в герметическую трубку, и они показывают время при нажатии кнопки. Недавно здесь же были выпущены часы специально для женщин, механизм которых можно вставлять в пуговицы, броши, серьги. Несмотря на неудобство пользования часы имеют большой спрос.

В частной коллекции часовщика Ф. Фельдмана (Дрезден, ГДР) собрано 500 часов преимущественно немецких, швейцарских и французских мастеров; старейшими из них являются карманные часы 1780 г., а самыми новыми — механический хронометр, сделанный в ГДР в 80-х годах нашего века. В Венском музее часов демонстрируются более тысячи различных по конструкции и назначению хранителей времени. Среди них привлекает внимание посетителей уникальный механический астрономический календарь, сделанный в Австрии в 1815 г. Пользуется известностью частная коллекция римского тележурналиста Алессандро ди Паоло, в которой собраны экземпляры всех известных в XVIII–XX вв. часов.

Но самыми популярными механическими часами и теперь являются часы с кукушкой. Они, как гласит легенда, были изобретены в 1720 г. (по другим данным — в середине XVI в. немецким механиком А. Кеттером) в Германии, чтобы развеселить принцессу печального нрава. Одни из первых часов с кукушкой находятся в частной коллекции в г. Циттау (ГДР), где собрано более 500 механических часов и среди них часы, изготовленные в 1470 г. русскими мастерами из дерева, а также различные «ходики» и специальные часы для курьеров. В последнее время в США появились механические часы, в которых кукушка не просто высовывается, а выходит из дверцы наружу.

В Центральном военно-историческом музее (Ленинград) экспонируются часы двухметровой высоты, сделанные крепостным крестьянином Ярославской губернии Л. С. Нечаевым в 1837–1851 гг. Они привлекают внимание массивным необычной конструкции маятником и множеством циферблатов, по которым можно определять не только время, но и год, месяц, число, день недели, продолжительность дня и ночи, увеличение и уменьшение дня (в минутах и секундах), восход и заход Солнца и Луны, а также узнать, простой год или високосный. В верхнем дугообразном вырезе основного циферблата с восходом Солнца появляется двигающийся по этому вырезу металлический диск-светило, который прячется с заходом Солнца. Его восход и заход сопровождаются мелодиями русских народных песен.

В 1848 г. раздался мелодичный звон часов-курантов с полуметровым циферблатом, установленных на городском соборе в г. Чермоз (Пермская обл.), с указателем чисел месяца и фаз Луны. Эти часы созданы умельцем Егоркой Епишкиным, рабочим листопрокатного Чермозского завода — сыном приписанного к заводу крепостного.

В 1851 г. крепостной Василий Рысов сделал часы-куранты, установленные на 66-метровой колокольне в г. Слободском (Кировская обл.), которыми жители пользуются и теперь. В краеведческом музее этого города собрана интереснейшая и очень богатая коллекция механических часов, и среди них особое внимание привлекают часы талантливых вятских умельцев.

Большое удивление вызывают часы, сделанные вятским краснодеревщиком Семеном Бронниковым из дерева и отличающиеся изяществом и точностью хода. Их корпус и футляр сделаны из капа, стрелки — из жимолости, волосок и пружины — из закаленного бамбука, а весь механизм и циферблат — из пальмы. Таких часов было сделано несколько экземпляров, и они хранятся в музеях разных городов нашей страны и в Оружейной палате Московского Кремля. В музее экспонируются также часы-календарь, показывающие не только время, но и названия месяцев, дней недели, число месяца и фазы Луны. Руками русских мастеров создавались механические часы самых различных видов и назначений. Например, известны настольные часы, сделанные М. Перхиным. Они представляют собой золотую вазу с букетом лилий, вырезанных из матового белого оникса. В них циферблатом служит равномерно движущееся эмалевое кольцо с римскими цифрами, а стрелка закреплена неподвижно перед ним.

В Государственном Объединенном историко-революционном музее г. Иванова экспонируются единственные в мире универсальные астрономические часы, являющиеся искусством рук парижского механика Альберта Биллете, сделанные в 1873 г. Они показывают одновременно около ста различных переменных величин, индексов и наименований: движение Земли и других планет вокруг Солнца, видимое суточное движение Солнца, Луны и звезд северного полушария. Другая часть часов состоит из механических календарей, показывающих летосчисление по григорианскому, юлианскому, еврейскому и магометанскому календарям (см. гл. 3). В третьей их части на 37 циферблатах просчитывается поясное время для разных городов Европы, Азии, Южной и Северной Америки, Африки и Австралии, время восхода и захода Солнца, продолжительность дня и ночи, даты равноденствий и некоторые другие астрономические величины. После восстановления их в 1943 г. доцентом Ивановского педагогического института А. В. Потоцким они продолжают идти до сих пор.

В Музее этнографии и художественного промысла АН УССР (г. Львов) на выставке, открытой в 1974 г., экспонируется более 300 башенных, каминных, настольных, настенных, карманных и ручных часов, созданных в разных странах. Здесь особое внимание посетителей привлекают бронзовые часы, изготовленные четыре века назад. На их корпусе пять циферблатов, по которым кроме времени суток можно определить фазы Луны, месяц и дни недели и другие данные.

В Музее г. Клайпеды (ЛитССР) собраны разнообразные песочные, солнечные и механические часы всевозможных размеров и назначений, разных времен и народов, начиная с созданных в XV–XVII вв. тульскими мастерами и кончая часами отечественных заводов нашего времени. Среди них особенно примечательны часы XVI в., на циферблате которых нанесена шкала с фазами Луны, знаками зодиака; ими пользовались мореплаватели того времени.

С 1967 г. в г. Ангарске открыта постоянная выставка, содержащая более 150 старинных механических часов, изготовленных русскими мастерами, и все они действующие. Здесь экспонируются и часы, побывавшие в космосе на борту станции «Салют-6» вместе с летчиком-космонавтом, дважды Героем Советского Союза Г. М. Гречко.

Богатая частная коллекция, содержащая 500 механических часов различных марок и видов — немецких, французских, итальянских, английских, швейцарских и других фирм, собрана В. А. Чубатовым в г. Колчинске (Омская обл.).

Интересна коллекция старинных часов корабельного механика из Таллина А. Прокопчука, насчитывающая около 150 экземпляров; среди них особенно примечательны настольные часы английского мастера Елефа Дейтона и оригинальные карманные часы XVII в.

Ярославский музей-заповедник в последние годы пополнился оригинальными настольными механическими часами, изготовленными в начале XVIII в. и представляющими редкий образец декоративного прикладного искусства. При их оформлении использованы литье, резьба, чеканка и инкрустация медью по черепаховому панцирю. Там же находятся долго молчавшие, но теперь действующие часы середины XVIII в., недавно отремонтированные врачом Р. Фоминым и дополненные им декоративной маятниковой стрелкой.

В 1986 г. во Владимиро-Суздальском музее-заповеднике открыта коллекция хранителей времени под девизом «Tempus fugit» (время бежит), включающая более 500 действующих часов.

В одном из залов Политехнического музея в Москве размещена наиболее полная в СССР коллекция самых различных часов, представленная в их историческом развитии. В нее включены «стражи времени» от первых примитивных до самых сложных современных автоматических механизмов, созданных в разное время. Среди ее экспонатов особого внимания заслуживают различные часы русских мастеров. Так, например, уникальные часы с годовым заводом, имеющие 14 циферблатов, показывающих кроме времени дня месяцы, числа и дни недели, время захода и восхода Солнца, фазы Луны. На создание этих часов потребовалось 25 лет. Весьма оригинальные часы, сделанные в 1885 г. крестьянином Ф. Т. Скородубовым из дерева, проволоки и гвоздей с гирями из четырехпудовых камней. Выдающимся свидетельством развития науки и техники являются часы знаменитого украинского мастера Н. С. Сядристого, представляющие стрекозу в натуральную величину, сделанную из стекла и золота, в один глаз которой вмонтированы самые миниатюрные в мире электронные часы. В 1985 г. коллекция музея пополнилась оригинальными напольными часами, отдельные детали ходовых частей которых представляют копию кремлевских курантов. Для повышения точности этих часов мастер И. Бутеноп, о котором мы уже говорили, использовал достижения техники хронометрии середины XIX в. и внес собственные усовершенствования.

В России первые астрономические часы были созданы механиком Т. И. Волосковым (1712–1806), сыном ржевского (бывшая Тверская губ.) купца, отличавшиеся высокой для своего времени точностью хода. Часы содержали, по словам автора, «в совокупности все то, что соединено в природе непрерывной связью». Часы представляли сложный и весьма остроумный механизм, удивлявший современников конструкцией и точностью хода. В них одно колесо обращалось вокруг оси только один раз за четыре года. Они имели несколько циферблатов и показывали с точностью до секунд не только местное время, но и время во всех точках земного шара, месяцы года, положение Солнца, Луны и звезд. Ими долгое время пользовались астрономы, например, при вычислении координат звезд. На циферблате часов были надписи: «Луна по небу летит», «Земной шар светит», «Ржевский купец Терентий Иванович Волосков». Часы Т. И. Волоскова были как бы составлены из прежде сконструированных им часов, на одних из которых показывалось положение Солнца на небосводе, на других, кроме часов и минут, — число месяца (с 28 днями в феврале простого и 29 днями в феврале високосного годов), а на третьих — изменение фаз Луны. До 1941 г. астрономические часы Волоскова экспонировались в Ржевском краеведческом музее; в период оккупации они исчезли.

В начале XX в. в России широкое распространение на астрономических обсерваториях получили одномаятниковые механические часы Рифлера, предложенные им в конце XIX в., и двухмаятниковые часы Шорта, созданные в Великобритании в 1920 г. Один из маятников, называемый «свободным» или «первичным», заключен в медный цилиндр с откачанным из него воздухом. Случайные погрешности в суточном ходе таких часов не превышали нескольких тысячных долей секунды.

Часы аналогичной конструкции были сделаны по проекту Ф. М. Федченко на ленинградском заводе «Эталон» со «свободным» маятником, изготовленным из инвара (сплава стали и никеля), который почти не реагирует на изменения температуры, давления воздуха и различные вибрации. Часы длительное время использовались на астрономических обсерваториях и были достаточно точными; их суточная вариация хода не превышала ± (0,003–0,004) секунды.

В 1952–1955 гг. Ф. М. Федченко сконструировал высокоточные астрономические маятниковые часы АУФ-1. Еще более точными стали часы АУФ-2 и, наконец, образцовые часы АУФ-3 со среднеквадратической вариацией суточного хода 0,2–0,3 с, или в относительном выражении (2–3)·10^-9; это были самые точные маятниковые часы в мире. Точность хода обеспечивалась специальной системой термокомпепсации маятника. Питание обеспечивалось окисно-ртутным элементом, рассчитанным на непрерывную работу в течение трех-четырех лет. Хранятся они под колпаком барокамеры, в которой выдерживается давление в 3–5 мм ртутного столба (400–670 Паскалей).

В 1986 г. часовщик X. Пекли (ФРГ) создал оригинальные часы-комбайн с астрономическим хронометром: они показывают время любого часового пояса, восход и заход Солнца, фазы Луны и ведут счет дней и недель.

§ 12. Кварцевые и атомные часы

Наблюдения Солнца, планет и звезд дают возможность определять вековые колебания периода вращения Земли. Однако астрономов интересуют и короткопериодические колебания.

При нынешнем развитии науки и техники необходима точность измерения времени до тысячных и даже миллионных и миллиардных долей секунды.

Повышение требований к точности определения времени необходимо, например, в системах автоматического управления производственными и технологическими процессами в промышленности и на всех видах транспорта, при изучении сверхбыстрых процессов, происходящих в атомном ядре, при установлении эффективности технических средств связи между континентами, при запусках космических аппаратов и космических полетах. По сверхточному времени сверяются результаты на станциях оптического наблюдения за искусственными спутниками Земли и во многих других случаях. Даже такой далеко не полный перечень подтверждает широкие и разносторонние сферы применения приборов для определения точного времени и показывает, насколько обширен круг задач, выполняемых с их помощью. Решение таких задач требует и более точных часов, чем выпускаемые для этих целей заводом «Эталон».

Более точными часами, пришедшими на смену маятниковым в 30-е годы, были кварцевые часы. В них взамен маятника использовались упругие пьезоэлектрические колебания пластинок кварца, т. е. деформации этих пластинок при подведении к их граням переменного электрического тока. Такие колебания кварца обладают при определенных условиях абсолютной стабильностью, не зависящей от силы земного тяготения, землетрясений и других явлений природы.

Для кварцевых часов, которые в течение нескольких месяцев хранят время с точностью до 10^-10 секунды, вариация их суточного хода стабильна (до нескольких миллионных долей секунды) и она в тысячу раз меньше, чем у маятниковых. Но кварцевая пластинка сравнительно быстро «стареет», поэтому разность в показаниях двух кварцевых часов может в течение нескольких лет достигнуть десяти секунд. Тем не менее с помощью кварцевых часов, которые входили в состав первого в СССР Государственного эталона времени и частоты, были обнаружены изменения в скорости вращения Земли — естественного эталона времени, оказавшегося нестабильным.

Кварцевые часы, погрешность хода которых не превышает микросекунды за день, применяются в качестве первичных для электронной станции в Гамбурге, гарантирующей синхронную работу всех электронных часов, включенных в систему; станция может управлять сетью, состоящей примерно из 20 000 вторичных электронных часов.

Завод художественных часов в Москве начал выпуск кварцевых настенных часов с кукушкой, отличающихся высокой точностью хода.

Часовая промышленность СССР освоила выпуск наручных электронно-кварцевых часов, отличающихся высокой точностью хода; за сутки они могут отстать или уйти вперед не более чем на две секунды.

После разработки академиками Н. Г. Басовым и Л. М. Прохоровым в 1954 г. генераторов высокостабильных колебаний ^[27] были созданы часы, маятником в которых служат колебания молекул аммиака. Такие часы называют «квантовыми» или «атомными», а иногда «молекулярными». Они позволяют получать «атомные секунды». Время, отсчитываемое по таким часам, называют атомным. 24 атомных часа составляют атомные сутки, содержащие 86 400 атомных секунд, которые не связаны ни с вращением Земли, ни с временем, определяемым астрономически.

Исследования показали возможность достижения точности хода атомных часов до миллионной доли секунды в сутки, т. е. они могут отстать на одну секунду от времени, определяемого астрономически, лишь за 500 000 лет. Работу таких часов, представляющих комплекс сложных приборов, контролирует квантовый генератор. Атомные часы хранятся во Всесоюзном Ордена Трудового Красного Знамени НИИ физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ) под Москвой. Они и являются центром времени и частоты СССР; их официальное название «Государственный первичный эталон времени и частоты». Для таких часов — хранителей точного времени, установленных в глубоком подвале, обеспечивается специальный режим; им необходим абсолютный покой. Их оберегают от колебаний температуры, влажности, давления, от вибрации и других внешних воздействий; даже незначительные колебания гасятся специальной конструкцией их фундамента. Это от них идут шесть коротких сигналов, передаваемых в нашей стране каждый час по радио: информация о точном времени, которую ежедневно слышат миллионы людей.

Высокая точность атомных часов позволила по разности всемирного и атомного времени определить сезонные неравномерности вращения Земли, что является причиной нестабильности в длительности суток, в годовом и полугодовом периодах, составляющие соответственно 0,0005 и 0,0003 секунды. Установлено, что, например, в июле сутки короче апрельских и ноябрьских примерно па 0,001 секунды. Однако, несмотря на высокую точность атомного счета времени, необходимость во времени, определяемом астрономически, сохраняется при решении ряда задач астрономии, геодезии и других наук.

На XIII Международной конференции по мерам и весам, состоявшейся в 1967 г., было рекомендовано за единицу времени — секунду принять «продолжительность 9 192 631 770 колебаний излучения, соответствующего резонансной частоте перехода между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущений от внешних полей». После этого в СССР и во всех развитых странах за эталон времени приняли «атомную секунду». Она, как показали исследования, совпадает с секундой среднего солнечного времени, представляющей 1/86 400 часть средних солнечных суток, с точностью порядка 10^-8. Атомная секунда, вызвавшая настоящую революцию в вопросах определения точного времени в промежутках между астрономическими определениями, являлась до 1983 г. эталоном времени в СССР ^[28].

Однако развитие научно-технической революции потребовало определения времени с еще большей точностью, стимулируя этим работы по совершенствованию Государственного первичного эталона времени и частоты. Поэтому с 1983 г. в СССР пользуются новым первичным эталоном времени, основу которого составляют два метрологических цезиевых репера частоты, из которых каждый воспроизводит «размер» секунды в системе СИ. Этот эталон по своим метрологическим характеристикам значительно превосходит эталон 1967 г., а по точности — все известные стандарты частоты; он входит в число трех лучших первичных эталонов времени и частоты мира.

В последние годы учеными Института теплофизики Сибирского отделения АН СССР созданы еще более точные часы. В них «маятник» заменен единственным в мире стабильным лазером. Он производит миллион миллиардов колебаний — ритмических световых вспышек в одну секунду времени, а часы с таким «маятником» — оптические часы — характеризуются погрешностью хода в одну секунду за 10 миллионов лет ^[29]. На основе такого лазера представляется возможным создать единый эталон времени — частоты — длины, понимая под последним метр как «длину пути, проходимого плоской электромагнитной волной в вакууме за 1/299 792 485 секунды». Такое определение метра было рекомендовано в 1983 г. Консультативным комитетом Международного бюро мер и весов. Хотя такой эталон, такие часы находятся еще в стадии совершенствования, но «…все же они уже живут не в мечтах, не в планах, а в реальности, «в железе» ^[30].

Во Франции в портовом городе Гавре установлены новые часы гигантских размеров, показывающие, как считают жители города, самое точное время на Земле и аналога которым нет в мире, или, во всяком случае, во Франции. Они допускают отставание на одну секунду за 250 000 лет, что достигается благодаря «атомному синхронизатору». Их специальное устройство принимает, посредством спутниковой связи, постоянные сигналы одной из обсерваторий Швейцарии, располагающей атомными часами.

На здании же крупного культурного центра («Центра Помпиду») в Париже установленные несколько лет назад электронные часы беспрерывно отсчитывают секунды, оставшиеся до 2000 года. На индикаторе этих часов, предназначенных отметить начало XXI века, 0 секунд будет в ночь с 31 декабря 1999 г. на 1 января 2000 г., в то время как это должно быть на год позднее, так как XXI век начинается 1 января 2001 г.

Японская фирма «Сэйко инструменте» создала оригинальные «часы-магнитофон» на жидких кристаллах с двумя блоками памяти, воспроизводящие голос человека в течение 8 секунд.

В настоящее время на мировом рынке наблюдается значительное перепроизводство наручных часов. Поэтому конкурирующие фирмы создают часы, которые не только отличаются размерами и материалами, из которых изготовлен корпус, но содержат и дополнительные, кроме часового механизма, устройства — калькуляторы, пульсомеры, влагомеры и др.

§ 13. Международная служба времени

Решение ряда научных и технических задач требует знания точного времени. Так, например, многолетние тщательные измерения расстояния между одними и теми же пунктами, находящимися в Европе и в Северной Америке, позволили установить изменение этого расстояния. Оказалось, что материки сближаются, и скорость этого сближения на широте 45° составляет около 65 см в год. Такому смещению материков соответствует изменение местного времени на 0,002 секунды, что подтверждает необходимость измерения времени в отдельных случаях {например, для определения долготы места) с очень высокой точностью.

Точное определение долгот точек, расположенных на нашей планете, требует решения двух вспомогательных задач: проведения специальных астрономических наблюдений Солнца или звезд и приема передачи точного времени (без потери при этом точности) из тех мест, где его получают и хранят с помощью высокоточных часов.

Получение моментов точного времени производилось до недавнего времени в астрономических обсерваториях их службами времени. Изобретение радио коренным образом изменило характер и методы работ служб времени. Уже первые опыты по передаче сигналов точного времени по радио, произведенные в начале XX в., показали необходимость создания международной организации для координации подачи радиосигналов времени и определения их погрешностей. В 1912 г. по предложению Бюро долгот в Париже состоялась международная конференция представителей 16 стран, на которой был избран специальный комитет под председательством академика О. А. Баклунда (1846–1916), в то время директора Пулковской обсерватории, но мировая война 1914 г. прервала работу этого комитета. И только в 1919 г. на конференции в Брюсселе был создан Международный астрономический союз — MAC ^[31], и одним из первых решений Специальной комиссии этого союза было учреждение в Париже постоянно действующего Международного Бюро времени (МБВ), деятельность которого началась с 1 января 1920 г.; в его задачу входит координация работ и обобщение результатов всех служб времени мира.

§ 14. Служба времени СССР

Теперь точное время узнают преимущественно по радио. Когда радио не было, часы выверяли у часовщиков, которые сверяли время на телеграфе.

В 1863 г. впервые точное время, определенное в Пулковской обсерватории из астрономических наблюдений, было передано по проводам в Главную петербургскую телеграфную контору, с часами которой сверялось время во всех телеграфных учреждениях России.

В нашей стране обеспечение потребностей народного хозяйства высокоточным временем и эталонными частотами осуществляет Государственная служба времени и частоты СССР, эталонная база которой включает первичный эталон, хранящийся в ВНИИФТРИ, и ряд вторичных эталонов, находящихся в различных городах СССР.

В нашей стране организация служб времени, которая теперь представляется Государственной комиссией единого времени и эталонных частот СССР, по существу началась только после Великой Октябрьской социалистической революции. Началом ее организации надо считать регулярные, начиная с 1 декабря 1920 г., ежедневные трансляции радиосигналов точного времени через Петроградскую радиостанцию «Новая Голландия» вначале в 19 часов 30 минут, а с июля 1921 г. — в 19 часов по всемирному времени, поступающих от астрономических часов Пулковской обсерватории. С мая 1921 г. сигналы точного времени передавались через Октябрьскую радиостанцию г. Москвы ежедневно в 22 часа по всемирному времени.

В 1924 г. был создай Междуведомственный комитет службы времени при Пулковской обсерватории, начавшей с 1925 г. выпуск бюллетеней с расписанием передач сигналов точного времени как отечественными, так и зарубежными радиостанциями с точностью примерно в несколько сотых долей секунды.

С 1952 г. передачи сигналов времени и частоты осуществляются через целую сеть коротковолновых и длинноволновых радиостанций от высокоточных часов через специальную аппаратуру, что значительно повысило точность таких передач.

В СССР службы времени были созданы в Ташкентской астрономической обсерватории (1928 г.), в Государственном астрономическом институте им. П. К. Штернберга в Москве (1929 г.), а затем в Харькове (1935 г.), Николаеве (1938 г.), Ленинграде (1947 г.), Риге (1951 г.), Иркутске (1953 г.), Новосибирске (1957 г.) и других местах. В настоящее время в СССР действуют 12 служб времени.

В начале Великой отечественной войны некоторые службы времени (Пулковская, Харьковская и др.) прекратили свою работу, а службы времени Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга (ГАИШ) и при Центральном научно-исследовательском институте геодезии, аэросъемки и картографии (ЦНИИГАиК) были эвакуированы — первая в Свердловск, а вторая в Джамбул КазССР и вместе с Ташкентской службой времени, не прекращавшей свою деятельность, проводили всю работу по обеспечению точным временем всех запросов страны.

С 1964 г. службы времени ГАИШ и ЦНИИГАиК были преобразованы в одну объединенную Службу времени в Москве.

В 1948 г. функции Междуведомственного комитета перешли к Междуведомственной комиссии единой службы времени при Комитете по делам мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР, преобразованной в Государственную комиссию единого времени и эталонных частот СССР и Центральное научно-исследовательское бюро единой службы времени, в задачу которых входят решение вопросов, относящихся к передаче сигналов точного времени, координация работ различных ведомств в области служб времени и решение вопросов, касающихся поясной системы счета времени — границ часовых поясов на территории СССР. На очереди решение вопроса, связанного с единым временем как для земных, так и для космических приборов, а для этого эталоном времени, как предполагают специалисты, могут стать сигналы нейтронных звезд — пульсаров, по которым должны проверяться сверхточные земные часы.

Передачи службой времени сигналов времени на любые расстояния с высокой точностью позволяют легко сравнить получаемые результаты каждой из них с аналогичными результатами других служб времени.