Jam tangan adalah jam tangan seperti jam tangan – apa yang tidak biasa? Namun di Eropa, jam astronomi tidak hanya berbeda ukurannya, tetapi juga intinya. Berikut beberapa informasi tentang jam astronomi Eropa.
(Jumlah 27 foto)
1. Istilah "jam astronomi" digunakan secara ambigu. Pada prinsipnya, jam apa pun yang menampilkan informasi astronomi selain waktu dapat disebut jam astronomi. Mereka dapat menunjukkan posisi Matahari atau Bulan (dan fase-fasenya) di langit, tanda zodiak Anda saat ini, atau bahkan bagan bintang. Kita akan mulai dengan yang paling terkenal - Orloj di Praha.
2. Mengatakan bahwa jam ini bersifat astronomis berarti menyatakan hal yang sudah jelas. Kata lain yang bisa menggambarkannya: "mahakarya". Hal pertama yang harus Anda ketahui tentangnya adalah bahwa mereka dipasang 80 tahun sebelum Columbus menemukan benua Amerika, yaitu pada tahun 1410. Yang langsung menarik perhatian Anda adalah dial di tengahnya yang menunjukkan posisi Matahari dan Bulan. Wisatawan di Orloy juga tertarik dengan sosok mekanik para rasul, yang bergerak setiap jam. Selain itu, ada angka bergerak lainnya dan dial dengan bulan dalam setahun.
4. Ada kepercayaan bahwa jika penduduk tidak menjaga jam, kutukan akan menimpa kota, dan menjadi jelas mengapa setelah bertahun-tahun jam tersebut masih menyala. kondisi sempurna. Tentu saja, mereka harus dipulihkan beberapa kali. Kebakaran yang disebabkan oleh penembakan di alun-alun pada tahun 1945 selama pemberontakan Nazi menyebabkan kerusakan parah pada jam tersebut. Butuh waktu bertahun-tahun sebelum jam itu bisa diperbaiki sepenuhnya. Misalnya, sosok "Kematian dan Turki" hampir hancur total.
Lund, Swedia
5. Tapi jamnya sedikit lebih muda dari jam Praha. Mereka terletak di katedral Lund di Swedia.
6. Jam tersebut diyakini selesai dibangun pada tahun 1424. Nama lengkap jam tangan tersebut adalah Horologium mirabile Lundense. Mereka dibongkar pada tahun 1827 dan restorasinya memakan waktu hampir seratus tahun. Setiap jam jam diputar di organ kecil, dan tiga orang bijak serta pelayan melewati sosok Yesus dan Maria (gambar di bawah). Hampir mustahil untuk menyadari bahwa mekanisme rumit seperti itu diciptakan pada abad kelima belas.
8. Dua ksatria di atas menandai jam, dan pelat jam astronomi menunjukkan fase Bulan, di mana dan kapan Matahari akan terbenam, dan banyak lagi. Tombol ketiga dari atas adalah kalender. Dengan bantuannya, nenek moyang kita menghitung tanggal hari raya keagamaan, tetapi hari ini kita juga dapat melakukan ini, karena dialnya berubah setiap seratus tahun sekali. Kalender ini perlu diganti pada tahun 2123. Seperti yang Anda lihat, tidak semua kalender berakhir pada tahun 2012.
Strasbourg, Prancis
9. Ada tiga jam astronomi di Katedral Strasbourg.
10. Yang pertama dipasang pada tahun 1352 dan bekerja selama dua ratus tahun, hingga yang lebih maju dipasang pada tahun 1547, yang berfungsi hingga tahun 1788. Pada tahun 1838, yang terakhir dipasang - yang masih berdiri hingga hari ini, dan merupakan monumen ambisi dan karya hidup sang pencipta. Jika jam di rumah biasa hanya perlu diganti dua kali dalam enam ratus tahun...
11. Jean Baptiste Schwilge mulai mengerjakan jam pada tahun 1838. Ia lahir pada tahun 1766 dan sejak kecil ia bermimpi membuat jam baru untuk katedral. Lima puluh tahun kemudian, dia mewujudkan mimpinya - yaitu waktu yang dibutuhkan untuk mempelajari mekanika, matematika, dan jarum jam. Sebelum pekerjaan dimulai, dia dan tiga puluh asistennya menghabiskan waktu satu tahun untuk merancangnya. Dan waktu yang dihabiskan terbayar: jam itu selesai dalam waktu kurang dari lima tahun dan mulai bekerja pada tahun 1842.
14. Kami kembali berada di Republik Ceko, kali ini di kota Olomouc. Pada tahun 1420, ketika jam ini dibangun, kota ini menjadi ibu kota negara bagian Moravia. Jam tersebut dipasang di alun-alun utama kota, dan dibangun kembali kira-kira setiap seratus tahun sekali.
16. Republik Ceko sangat menderita pada akhir Perang Dunia II, ketika pada tahun 1945 pasukan Jerman mundur di bawah tekanan Soviet. Jam tangan yang diambil oleh orang Jerman, atau lebih tepatnya sisa-sisa mereka, disimpan di museum lokal. Cekoslowakia jatuh di bawah kekuasaan Soviet setelah perang, dan ketika jam dipulihkan, hal itu dilakukan dengan sangat hati-hati. Tapi, tentu saja, para santo dan raja yang dikenal semua orang digantikan oleh atlet dan pekerja.
17. Dari kejauhan, jam tersebut tampak kuno, dan hanya jika Anda mendekat barulah terlihat sosok-sosok, jejak rezim yang hidup setengah dari panjang setiap jam baru yang dipasang oleh warga Olomouc yang baik.
18. Semua jam yang kita bicarakan sebelumnya dipasang di dalam atau di luar gedung.
Penduduk kota Wells di sebelah barat Inggris pada abad keempat belas memutuskan untuk membuat jam yang dapat dipasang di sana-sini sekaligus. Foto di atas menunjukkan bagian dalam jam. Pada pelat jam ini terdapat model Alam Semesta. Matahari bergerak melingkar dengan latar belakang bintang-bintang. Panggilan 24 jam memiliki jam dari satu sampai dua belas siang dan dari satu sampai dua belas setelah tengah malam.
18. Mekanisme yang sama menggerakkan jam di luar katedral, sehingga orang tidak perlu masuk ke tempat suci hanya untuk mengetahui jam berapa sekarang.
Bern, Swiss
21. Meskipun Swiss terkenal dengan jam kukuknya, landmark Bern yang paling dikenal adalah Menara Zytglogge. Dibangun pada abad ketiga belas, dan jam astronomi dipasang pada abad kelima belas. Pelat jamnya berbentuk seperti astrolabe, instrumen navigasi yang menentukan posisi bintang, Matahari, Bulan, dan planet-planet. Selain itu, jika Anda mengukur ketinggian di atas cakrawala dengan astrolabe, Anda dapat mengetahui waktu setempat, dan sebaliknya.
23. Pelat jamnya dicat dengan indah dan, seperti jam tangan lain yang pernah kami bahas, telah diperbaiki beberapa kali. Swiss tidak terlibat dalam konflik Eropa apa pun pada abad ke-20, namun waktu memiliki hukumnya sendiri, dan dibutuhkan banyak upaya untuk menjaga jam tetap berfungsi. Untuk lebih memahami apa yang diwakili oleh bagian-bagian dial, lihat foto di bawah.
26. Terakhir – jam astronomi terbesar. Mereka berlokasi di Cremona, Italia, di menara bata tertinggi kedua di dunia.
27. Menara ini sendiri dibangun pada awal abad ketiga belas, namun penduduk setempat sesumbar bahwa pembangunannya dimulai pada abad kedelapan. Dan tentu saja tidak mengherankan jika para arkeolog menemukan fondasi Romawi kuno di bawahnya.
Jam tangan ini dibuat oleh ayah dan anak - Francesco dan Giovanni Divicioli. Pelat jamnya menunjukkan perjalanan Matahari melalui tanda-tanda Zodiak.
Sekarang kita masing-masing memiliki jam di rumah, jam biasa yang dengannya kita merencanakan dan menghitung hidup kita. Tapi dari mana awalnya? Mengapa dan siapa yang mulai menghitung waktu yang berharga. Saya mempersembahkan kepada Anda Jam Astronomi yang paling luar biasa dan menakjubkan di dunia.
Banyak yang percaya bahwa orang-orang zaman dahulu melihat alam semesta secara berbeda: setiap kilatan petir, setiap bintang di langit, hujan yang turun di kaki mereka - segala sesuatu di sekitar mereka adalah bagian dari sesuatu yang besar, tidak dapat dipahami, dan sangat aneh. Namun suatu hari semua ini berubah. Orang-orang Yunani, bersama nenek moyang intelektual mereka, memandang dunia dan ketika mereka melihat kehidupan, mereka juga mulai melihat mekanisme dari semuanya, ketepatan dan polanya. Mungkin penduduk Yunani Kuno lebih maju secara teknis dan memandang seluruh dunia ini secara berbeda, mencoba mempelajari dan menjinakkannya. Misalnya, orang Yunani Kuno adalah orang pertama yang memahami bahwa Bumi itu bulat dan berputar mengelilingi Matahari. Gereja Kristen baru menyadari sudut pandang ini seribu tahun kemudian. Namun jangan sampai kita terganggu oleh artikel kami tentang jam tangan.
Mungkin mekanisme pertama adalah Mekanisme Antikythera(Perangkat Antikythera)
Mekanisme Antikythera berasal dari tahun 150 hingga 100 SM. Ini adalah komputer analog mekanis kuno untuk menghitung posisi astronomi. Perangkat ini ditemukan pada tahun 1902 di antara sisa-sisa kapal kuno yang tenggelam di dekat pulau Antikythera (antara Kreta dan Kythera). Saat ini disimpan di Museum Arkeologi Nasional Yunani di Athena, dalam bentuk sejumlah besar pecahan roda gigi perunggu, yang diyakini disimpan dalam kotak kayu.
Fragmen Mekanisme Antikythera
Mekanisme Antikythera terdiri dari 32 roda gigi perunggu dan beberapa pelat jam dengan panah. Dimensi perangkat: tinggi - 33 cm, lebar - 17 cm, kedalaman - 9 cm menurut mekanisme Antikythera penampilan mengingatkanku pada jam tangan. Mekanismenya menggunakan roda gigi diferensial, yang sebelumnya diperkirakan ditemukan sekitar abad ke-16. Kompleksitas mekanismenya sebanding dengan jam tangan mekanis abad ke-18. Di bagian luar perangkat terdapat dua disk yang bertanggung jawab atas kalender dan tanda zodiak. Dengan menggunakan disk tersebut, Anda dapat mengetahui tanggal pastinya dan mempelajari posisi konstelasi zodiak relatif terhadap Matahari, Bulan, dan lima planet yang dikenal di zaman kuno - Merkurius, Venus, Mars, Jupiter, dan Saturnus. Di sisi belakang mekanisme Antikythera juga terdapat dua disk yang memungkinkan Anda menghitung fase bulan dan memprediksi gerhana matahari. Mekanisme tersebut mampu memperhitungkan eliptisitas orbit bulan. Mekanisme Antikythera juga dapat melakukan operasi penjumlahan, pengurangan dan pembagian. DI DALAM saat ini Tidak diketahui apakah mekanisme Antikythera adalah produk tunggal atau apakah perangkat serupa tersedia untuk banyak produk.
Mekanisme Antikythera (rekonstruksi)
Penelitian telah membuktikan bahwa perangkat mekanis Antikythera, yang ditemukan di dasar laut, bukan sekadar jam, tetapi mesin penghitung yang rumit, yang dengannya para astronom Yunani kuno dapat secara akurat memprediksi gerhana matahari dan pergerakan lima gerhana matahari yang diketahui saat itu. planet. Perangkat itu ditemukan di antara sisa-sisa kapal Romawi kuno yang mengangkut barang dari pulau Rhodes, Yunani. Mekanismenya memiliki setidaknya 30 roda buatan tangan. Perangkat tersebut berisi referensi tentang planet, gerhana bulan dan matahari. Teknologi serupa belum ditemukan selama seribu tahun perkembangan peradaban berikutnya.
Semua instruksi untuk mekanisme tersebut ditulis dalam bahasa Yunani; Detail mengejutkan tentang artefak ini masih terungkap - misalnya, berbagai cakram di akhir Mekanisme Antikythera termasuk yang didedikasikan untuk Siklus Olimpiade empat tahunan. permainan olahraga di Yunani kuno!
Salah satu jam astronomi yang luar biasa adalah Jam Astronomi Praha yang legendaris. Mengatakan itu sulit adalah pernyataan yang menggelikan. Jam adalah instrumen yang sangat kompleks, diciptakan tidak hanya untuk menunjukkan waktu tetapi juga untuk melacak pergerakan bintang dan planet.
Jam Astronomi Indah di Praha
Sejarah jam tangan ini dimulai pada tahun 1410. Simbol Praha yang indah ini diciptakan oleh Jan Schindel, profesor matematika dan astronomi di Universitas, dan pembuat jam tangan Mikulas dari Kadany. Monumen masa lalu ini telah selamat dari banyak bencana dan peperangan. Selamat dari banjir dan dibangun kembali setelah Perang Dunia Kedua. Pada tahun 1490, Orloj (nama kedua jam astronomi) diperbaiki oleh astronom Universitas Charles Hanush dari Rosa. Dua Belas Rasul muncul pada tahun 1659. Namun setelah kebakaran pada tahun 1945, patung-patung tersebut terbakar, dan pada tahun 1948, pemahat kayu Vojtech Suchard membuat salinannya. Pada tahun 1866, muncul ide untuk membuat papan kalender. Pelaksananya adalah seniman Ceko Josef Manesu. Aksi luar biasa ini berlangsung dari jam 9 hingga 21 malam setiap jamnya. Kerangka menarik tali, bunyi dering, para rasul keluar satu per satu, serta sosok-sosok yang menggambarkan sifat buruk manusia, pada akhirnya ayam berkokok, mengingatkan dimulainya jam baru. Jam astronomi Praha hanya berhenti dua kali sepanjang sejarahnya.
Pencipta jam tangan berhasil memasukkan banyak informasi tentang perangkat mereka mekanika angkasa. Pelat jam bagian luar menunjukkan waktu, dan cakram bagian dalam yang lebih kecil menunjukkan posisi konstelasi Zodiak. Di tengah-tengah pelat jam terdapat Bumi, tempat Matahari berputar, yang merupakan cerminan persepsi revolusioner dunia dengan posisi sentral Bumi. Setiap jam, dengan bunyi bel kematian wanita tua, pertunjukan luar biasa terjadi di bukaan jendela di atas jam. Sosok yang merupakan penjelmaan sifat buruk manusia dan hal-hal dominan dalam kehidupan manusia seperti kematian atau pembalasan dosa mulai bergerak: kerangka menarik tali lonceng, malaikat menaikkan dan menurunkan pedang penghukum. Di jendela jam, wajah para rasul saling menggantikan, dan pada akhirnya ayam berkokok. Sosok Turki mengingatkan akan bahaya yang ditimbulkan Kesultanan Utsmaniyah terhadap Habsburg selama berabad-abad.
Jam Astronomi Katedral Welsh
Lain contoh yang bagus perkembangan astronomi jam tangan - jam tangan terkenal Katedral Sumur. Dibuat beberapa tahun sebelum Jam Praha, jam tangan ini akurat dan merupakan mekanisme surgawi. Seperti keluarga Praha, jam ini indah dan juga merupakan representasi dunia yang akurat seperti mesin jarum jam yang besar - dirakit dengan cermat, dibuat dengan cermat oleh penciptanya.
Sayangnya, semakin meluasnya teknologi jam tangan ini menyebabkan kehancurannya. Karena semakin banyak orang yang mampu membeli sebuah jam, kebutuhan akan jam kota yang besar, terpusat, dan tentu saja mahal semakin berkurang. Tidak masuk akal secara finansial untuk terus membangunnya.
Ini adalah Jam Astrologi Biksu Augustinian, 1679. Di Museum Jam di Wina
Desain Mekanisme Antikythera yang luar biasa, Katedral Praha dan Sumur menunjukkan waktu, dengan indah dalam zaman kuno, menakjubkan mekanisme yang tepat diciptakan bertahun-tahun yang lalu, oleh orang-orang yang mencoba mengungkap misteri waktu dan alam semesta. Menempatkan seluruh jiwaku ke dalam mekanisme ini.
Jam Astronomi di Hampton Palace of Justice, London, Inggris (1540):
Jam Astronomi Zimmertoren di Menara Zimmer di Lier, Belgia dan Jam Astronomi Katedral Strasbourg:
Jam Astronomi Katedral Lund, 1424:
Jam Astronomi Katedral Lyon:
Katedral Saint-Pierre de Beauvais juga membanggakan raksasa jam astronomi.Dibuat oleh Auguste-Lucien Verite pada tahun 1865-8. Mereka berisi 90.000 bagian, 68 piagam dan 52 cakram:
Katedral Munster, Jerman. Kebanggaan katedral adalah jam astronomi yang dirakit oleh seorang biksu kecil pada awal abad ke-16 dan masih berfungsi.
Dengan memperoleh momen dalam waktu, hanya tugas pertama dari layanan waktu yang diselesaikan. Tugas selanjutnya adalah menyimpan waktu yang tepat dalam interval antara penentuan astronomisnya. Masalah ini diselesaikan dengan bantuan jam astronomi.
Untuk mendapatkan ketepatan waktu yang tinggi, ketika membuat jam astronomi, semua sumber kesalahan diperhitungkan dan dihilangkan bila memungkinkan, dan kondisi yang paling menguntungkan diciptakan untuk pengoperasiannya.
Bagian terpenting dari sebuah jam adalah pendulum. Pegas dan roda berfungsi sebagai mekanisme transmisi, panah berfungsi sebagai indikator, dan pendulum mengukur waktu. Oleh karena itu, dalam jam astronomi mereka berusaha menciptakan kemungkinan Kondisi yang lebih baik untuk pengoperasiannya: menjaga suhu ruangan tetap konstan, menghilangkan guncangan, mengurangi hambatan udara, dan terakhir, membuat beban mekanis sekecil mungkin.
Untuk memastikan keakuratan yang tinggi, jam astronomi ditempatkan di ruang bawah tanah yang dalam, terlindung dari guncangan, di dalam ruangan sepanjang tahun suhu konstan dipertahankan. Untuk mengurangi hambatan udara dan menghilangkan pengaruh perubahan tekanan atmosfer, pendulum jam ditempatkan dalam wadah yang tekanan udaranya sedikit dikurangi (Gbr. 20).
Jam astronomi dengan dua pendulum (Jam pendek) memiliki akurasi yang sangat tinggi, yang satu - tidak bebas, atau "budak" - terhubung ke mekanisme transmisi dan penunjuk, dan dikendalikan oleh yang lain - pendulum bebas, bukan terhubung ke roda atau pegas apa pun (Gbr. 21).
Pendulum bebas ditempatkan di ruang bawah tanah yang dalam dalam wadah logam. Kasus ini menciptakan tekanan berkurang. Hubungan antara pendulum bebas dan pendulum tidak bebas dilakukan melalui dua elektromagnet kecil, di dekatnya ia berayun. Pendulum bebas mengontrol pendulum “budak”, memaksanya berayun seiring waktu.
Kesalahan yang sangat kecil dalam pembacaan jam dapat dicapai, tetapi kesalahan tersebut tidak dapat dihilangkan sepenuhnya. Namun, jika jam tidak berjalan dengan benar, tetapi diketahui sebelumnya sedang terburu-buru atau terlambat beberapa detik per hari, maka tidak sulit untuk menghitung waktu yang tepat dengan menggunakan jam yang salah tersebut. Untuk melakukan ini, cukup mengetahui seberapa cepat jamnya, yaitu berapa detik per hari jam tersebut cepat atau lambat. Selama berbulan-bulan dan bertahun-tahun, tabel koreksi disusun untuk contoh jam astronomi tertentu. Jarum jam astronomi hampir tidak pernah menunjukkan waktu secara akurat, tetapi dengan bantuan tabel koreksi, sangat mungkin untuk mendapatkan stempel waktu dengan akurasi seperseribu detik.
Sayangnya, kecepatan jam tidak tetap konstan. Ketika kondisi eksternal berubah - suhu ruangan dan tekanan udara - karena ketidakakuratan yang selalu ada dalam pembuatan suku cadang dan pengoperasian masing-masing suku cadang, jam yang sama dapat berubah arah seiring waktu. Perubahan, atau variasi, dalam perjalanan sebuah jam tangan merupakan indikator utama kualitas kerjanya. Semakin sedikit variasi dalam kecepatan jam, semakin baik jamnya.
Oleh karena itu, jam astronomi yang baik mungkin terlalu cepat atau terlalu lambat, dapat berjalan lebih cepat atau lambat bahkan sepersepuluh detik per hari, namun dengan bantuannya jam tersebut dapat menjaga waktu dengan andal dan memperoleh pembacaan yang cukup akurat, jika saja sifat perilakunya. adalah konstan, yaitu variasi harian dalam nilai tukarnya kecil.
Pada jam astronomi pendulum Short, variasi kecepatan hariannya adalah 0,001-0,003 detik. Untuk waktu yang lama, akurasi tinggi seperti itu tetap tak tertandingi. Pada tahun lima puluhan abad kita, insinyur F.M. Fedchenko memperbaiki suspensi pendulum dan meningkatkan kompensasi termalnya. Hal ini memungkinkan dia merancang jam tangan yang variasi kecepatan hariannya dikurangi menjadi 0,0002-0,0003 detik.
DI DALAM tahun terakhir Pembangunan jam astronomi tidak lagi dilakukan oleh mekanik, tetapi oleh ahli listrik dan insinyur radio. Mereka membuat jam di mana, alih-alih osilasi pendulum, getaran elastis kristal kuarsa digunakan untuk menjaga waktu.
Sebuah piring yang dipotong dari kristal kuarsa memiliki properti yang menarik. Jika pelat seperti itu, yang disebut piezokuarsa, dikompresi atau dibengkokkan, maka muatan listrik akan muncul pada permukaan berlawanannya tanda yang berbeda. Jika arus listrik bolak-balik dialirkan ke permukaan berlawanan pelat piezokuarsa, maka piezokuartz akan berosilasi. Semakin rendah redaman perangkat berosilasi, semakin besar frekuensi yang lebih konstan keraguan. Piezoquartz memiliki sifat yang sangat baik dalam hal ini, karena redaman getarannya sangat kecil. Ini banyak digunakan dalam teknik radio untuk mempertahankan frekuensi pemancar radio yang konstan. Properti piezoquartz yang sama - keteguhan frekuensi osilasi yang tinggi - memungkinkan untuk membuat jam kuarsa astronomi yang sangat akurat.
Jam tangan kuarsa (Gbr. 22) terdiri dari osilator radio yang distabilkan oleh kuarsa piezoelektrik, tahap pembagian frekuensi, motor listrik sinkron, dan pelat jam dengan panah penunjuk.
Generator radio menghasilkan arus bolak-balik frekuensi tinggi, dan kuarsa piezoelektrik mempertahankan frekuensi osilasinya yang konstan dengan sangat akurat. Dalam tahap pembagian frekuensi, frekuensi arus bolak-balik dikurangi dari beberapa ratus ribu menjadi beberapa ratus getaran per detik. Motor listrik sinkron yang beroperasi pada arus bolak-balik frekuensi rendah memutar panah penunjuk, menutup relai yang menyuplai sinyal waktu, dll.
Kecepatan putaran motor listrik sinkron bergantung pada frekuensi arus bolak-balik yang ditenagainya. Jadi, dalam jam tangan kuarsa, kecepatan putaran jarum penunjuk pada akhirnya ditentukan oleh frekuensi osilasi piezokuarsa. Keteguhan frekuensi osilasi pelat kuarsa yang tinggi memastikan pergerakan seragam dan akurasi pembacaan jam astronomi kuarsa yang tinggi.
Jam tangan kuarsa saat ini sedang diproduksi berbagai jenis dan tugas dengan variasi kursus harian tidak melebihi seperseratus bahkan seperseribu detik.
Desain jam tangan kuarsa pertama cukup besar. Bagaimanapun, frekuensi alami osilasi pelat kuarsa relatif tinggi, dan untuk menghitung detik dan menit perlu dikurangi dengan menggunakan serangkaian tahap pembagian frekuensi. Sementara itu, perangkat radio tabung yang digunakan memakan banyak ruang. Dalam beberapa dekade terakhir, teknologi radio semikonduktor telah berkembang pesat dan peralatan radio mini dan mikrominiatur telah dikembangkan berdasarkan teknologi tersebut. Hal ini memungkinkan pembuatan jam tangan kuarsa portabel berukuran kecil untuk navigasi laut dan udara, serta untuk berbagai pekerjaan ekspedisi. Kronometer kuarsa portabel ini ukuran dan beratnya tidak lebih besar daripada kronometer mekanis konvensional.
Namun, jika kronometer kelautan mekanis kelas kedua memiliki kesalahan laju harian tidak lebih dari ±0,4 detik, dan kelas pertama - tidak lebih dari ±0,2 detik, maka kronometer portabel kuarsa modern memiliki ketidakstabilan laju harian ±0,1 ; ±0,01 dan bahkan ±0,001 detik.
Misalnya, Chronotome yang diproduksi di Swiss memiliki dimensi 245X137X100 mm, dan ketidakstabilan pergerakannya per hari tidak melebihi ±0,02 detik. Kronometer kuarsa stasioner "Izotom" memiliki ketidakstabilan relatif jangka panjang tidak lebih dari 10 -8, yaitu kesalahan variasi harian sekitar ±0,001 detik.
Namun, jam tangan kuarsa bukannya tanpa kelemahan serius, yang keberadaannya penting untuk pengukuran astronomi dengan presisi tinggi. Kerugian utama jam astronomi kuarsa adalah ketergantungan frekuensi osilasi kuarsa pada suhu lingkungan dan “penuaan kuarsa”, yaitu perubahan frekuensi osilasi seiring waktu. Kelemahan pertama diatasi dengan mengatur termostat secara hati-hati pada bagian jam tangan tempat pelat kuarsa berada. Penuaan kuarsa, yang menyebabkan jam tangan melayang lambat, masih belum bisa dihilangkan.
"Jam Molekuler"
Mungkinkah membuat alat untuk mengukur interval waktu yang memiliki akurasi lebih tinggi daripada jam astronomi pendulum dan kuarsa?
Untuk mencari metode yang cocok untuk hal ini, para ilmuwan beralih ke sistem di mana getaran molekul terjadi. Pilihan ini, tentu saja, bukan suatu kebetulan dan dialah yang menentukan kesuksesan selanjutnya. “Jam molekuler” pertama kali memungkinkan peningkatan keakuratan pengukuran waktu hingga ribuan, atau bahkan ratusan ribu kali lipat. Namun, jalur dari molekul ke indikator waktu ternyata rumit dan sangat sulit.
Mengapa akurasi jam astronomi pendulum dan kuarsa tidak dapat ditingkatkan? Bagaimana molekul lebih baik daripada pendulum dan pelat kuarsa dalam mengukur waktu? Apa prinsip operasi dan struktur jam molekuler?
Ingatlah bahwa jam apa pun terdiri dari blok tempat terjadinya osilasi periodik, mekanisme penghitungan untuk menghitung jumlahnya, dan perangkat yang menyimpan energi yang diperlukan untuk mempertahankannya. Namun keakuratan pembacaan jam tangan secara umum tergantung pada kestabilan operasi elemen tersebut, yang mengukur waktu.
Untuk meningkatkan keakuratan jam astronomi pendulum, pendulumnya dibuat dari paduan khusus dengan koefisien minimum ekspansi termal, ditempatkan dalam termostat, digantung dengan cara khusus, ditempatkan di bejana tempat udara dipompa keluar, dll. Seperti diketahui, semua tindakan ini memungkinkan untuk mengurangi variasi kecepatan jam pendulum astronomi hingga seperseribu satu detik per hari. Namun, keausan bertahap pada bagian yang bergerak dan bergesekan, lambat dan perubahan yang tidak dapat diubah bahan konstruktif, secara umum, “penuaan” jam tangan tersebut tidak memungkinkan peningkatan akurasi lebih lanjut.
Dalam jam kuarsa astronomi, waktu diukur dengan osilator yang distabilkan oleh kuarsa, dan keakuratan pembacaan jam ini ditentukan oleh keteguhan frekuensi osilasi pelat kuarsa. Seiring waktu, perubahan ireversibel terjadi pada pelat kuarsa dan kontak listrik yang terkait dengannya. Dengan demikian, elemen utama jam tangan kuarsa ini “menjadi tua”. Dalam hal ini, frekuensi osilasi pelat kuarsa sedikit berubah. Inilah alasan ketidakstabilan jam tersebut dan membatasi peningkatan akurasinya lebih lanjut.
Jam molekul dirancang sedemikian rupa sehingga pembacaannya pada akhirnya ditentukan oleh frekuensi getaran elektromagnetik yang diserap dan dipancarkan oleh molekul. Sedangkan atom dan molekul menyerap dan mengeluarkan energi hanya sebentar-sebentar, hanya dalam porsi tertentu saja yang disebut kuanta energi. Proses-proses ini saat ini direpresentasikan sebagai berikut: ketika sebuah atom berada dalam keadaan normal (tidak tereksitasi), elektron-elektronnya menempati tingkat energi yang lebih rendah dan berada pada tingkat energi paling tinggi. jarak dekat dari inti. Jika atom menyerap energi, seperti cahaya, elektronnya melompat ke posisi baru dan terletak agak jauh dari intinya.
Mari kita nyatakan energi atom yang berhubungan dengan posisi terendah elektron dengan E dan energi yang berhubungan dengan lokasi terjauhnya dari inti dengan E 2 . Ketika atom, yang memancarkan getaran elektromagnetik (misalnya cahaya), berpindah dari keadaan tereksitasi dengan energi E 2 ke keadaan tidak tereksitasi dengan energi E 1, maka bagian energi elektromagnetik yang dipancarkan sama dengan = E 2 -E 1. Sangat mudah untuk melihat bahwa hubungan di atas tidak lebih dari salah satu ekspresi hukum kekekalan energi.
Sementara itu, diketahui bahwa energi kuantum cahaya sebanding dengan frekuensinya: ε = hv, dimana ε adalah energi osilasi elektromagnetik, v adalah frekuensinya, h = 6,62*10 -27 erg*sec adalah konstanta Planck. Dari kedua hubungan tersebut tidak sulit mencari frekuensi v cahaya yang dipancarkan atom. Jelas bahwa v = (E 2 - E 1)/h detik -1
Setiap atom dari jenis ini(misalnya, atom hidrogen, oksigen, dll.) memiliki tingkat energinya sendiri. Oleh karena itu, setiap atom yang tereksitasi, ketika bertransisi ke keadaan yang lebih rendah, memancarkan getaran elektromagnetik dengan serangkaian frekuensi yang sangat spesifik, yaitu memberikan karakteristik cahaya saja. Situasinya persis sama dengan molekul, dengan satu-satunya perbedaan bahwa mereka memiliki sejumlah tingkat energi tambahan yang terkait dengan perbedaan susunan partikel penyusunnya dan dengan gerakan timbal baliknya.
Dengan demikian, atom dan molekul hanya mampu menyerap dan memancarkan getaran elektromagnetik dengan frekuensi terbatas. Stabilitas sistem nuklir dalam melakukan hal ini sangatlah tinggi. Ini miliaran kali lebih tinggi daripada stabilitas perangkat makroskopis mana pun yang merasakan atau memancarkan jenis getaran tertentu, misalnya senar, garpu tala, mikrofon, dll. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa pada perangkat makroskopis mana pun, misalnya, mesin , alat ukur, dll., gaya yang menjamin stabilitasnya, dalam banyak kasus, hanya puluhan atau ratusan kali lebih besar daripada gaya eksternal. Oleh karena itu, seiring waktu dan seiring dengan perubahan kondisi eksternal, properti perangkat tersebut agak berubah. Inilah sebabnya mengapa musisi harus sering menyetel biola dan pianonya. Sebaliknya, dalam mikrosistem, misalnya atom dan molekul, gaya-gaya kuat bekerja di antara partikel-partikel penyusunnya sehingga gaya-gaya biasa terjadi. pengaruh eksternal ukurannya jauh lebih kecil. Oleh karena itu, perubahan biasa pada kondisi eksternal - suhu, tekanan, dll. - tidak menyebabkan perubahan nyata apa pun di dalam sistem mikro ini.
Ini menjelaskan akurasi yang tinggi analisis spektral dan banyak metode dan instrumen lain yang didasarkan pada penggunaan getaran atom dan molekul. Inilah yang menjadikan penggunaan sistem kuantum sebagai elemen utama dalam jam astronomi begitu menarik. Bagaimanapun, sistem mikro seperti itu tidak mengubah sifat-sifatnya seiring berjalannya waktu, artinya, mereka tidak “menua”.
Ketika para insinyur mulai membuat jam molekuler, metode untuk membangkitkan getaran atom dan molekul sudah dikenal luas. Salah satunya adalah osilasi elektromagnetik frekuensi tinggi yang diterapkan pada bejana berisi gas tertentu. Jika frekuensi osilasi ini sesuai dengan energi eksitasi partikel-partikel ini, maka terjadi penyerapan energi elektromagnetik yang resonansi. Setelah beberapa waktu (kurang dari sepersejuta detik), partikel tereksitasi (atom dan molekul) secara spontan berpindah dari keadaan tereksitasi ke keadaan normal dan pada saat yang sama memancarkan kuanta energi elektromagnetik.
Tampaknya begitu langkah berikutnya Perancangan jam seperti itu harus terdiri dari penghitungan jumlah osilasi ini, karena dalam jam pendulum jumlah ayunan pendulum dihitung. Namun, jalur “frontal” yang langsung seperti itu ternyata terlalu sulit. Faktanya adalah frekuensi getaran elektromagnetik yang dipancarkan molekul sangat tinggi. Misalnya, dalam molekul amonia untuk salah satu transisi utama adalah 23.870.129.000 periode per detik. Frekuensi getaran elektromagnetik yang dipancarkan oleh berbagai atom bisa memiliki besaran yang sama atau bahkan lebih tinggi. Tidak ada perangkat mekanis yang cocok untuk menghitung jumlah osilasi frekuensi tinggi tersebut. Apalagi biasa saja perangkat elektronik juga ternyata tidak cocok untuk ini.
Jalan keluar dari kesulitan ini ditemukan dengan bantuan solusi yang cerdik. Gas amonia ditempatkan dalam tabung logam panjang (pandu gelombang). Untuk kemudahan penanganan, tabung ini digulung. Osilasi elektromagnetik frekuensi tinggi disuplai ke salah satu ujung tabung ini dari generator, dan di ujung lainnya dipasang alat yang mengukur intensitasnya. Generator mengizinkan, dalam batas tertentu, untuk mengubah frekuensi osilasi elektromagnetik yang dibangkitkannya.
Untuk transisi molekul amonia dari keadaan tidak tereksitasi ke keadaan tereksitasi, diperlukan energi yang terdefinisi dengan baik dan, oleh karena itu, frekuensi osilasi elektromagnetik yang terdefinisi dengan baik (ε = hv, di mana ε adalah energi kuantum, v adalah frekuensi osilasi elektromagnetik, h adalah konstanta Planck). Selama frekuensi osilasi elektromagnetik yang dihasilkan oleh generator lebih besar atau lebih kecil dari frekuensi resonansi ini, molekul amonia tidak menyerap energi. Ketika frekuensi ini bertepatan, sejumlah besar molekul amonia menyerap energi elektromagnetik dan memasuki keadaan tereksitasi. Tentu saja, dalam hal ini (karena hukum kekekalan energi) di ujung pandu gelombang tempat alat pengukur dipasang, intensitas osilasi elektromagnetik menjadi lebih kecil. Jika Anda dengan lancar mengubah frekuensi generator dan mencatat pembacaan alat pengukur, maka pada frekuensi resonansi penurunan intensitas osilasi elektromagnetik terdeteksi.
Langkah selanjutnya dalam membangun jam molekuler adalah dengan menggunakan efek ini. Untuk tujuan ini, perangkat khusus dirakit (Gbr. 23). Di dalamnya, generator frekuensi tinggi yang dilengkapi dengan catu daya menghasilkan osilasi elektromagnetik frekuensi tinggi. Untuk meningkatkan keteguhan frekuensi osilasi ini, generator distabilkan. menggunakan piezokuarsa. Pada perangkat jenis ini yang ada, frekuensi osilasi generator frekuensi tinggi dipilih sama dengan beberapa ratus ribu siklus per detik sesuai dengan frekuensi alami osilasi pelat kuarsa yang digunakan di dalamnya.
Beras. 23. Skema “jam molekuler”
Karena frekuensi ini terlalu tinggi untuk dikontrol secara langsung oleh perangkat mekanis apa pun, dengan menggunakan unit pembagian frekuensi frekuensi ini dikurangi menjadi beberapa ratus osilasi per detik dan hanya setelah itu disuplai ke relai sinyal dan motor listrik sinkron yang memutar panah penunjuk yang terletak di jam tangan. Jadi, bagian jam molekuler ini mengulangi desain jam kuarsa yang telah dijelaskan sebelumnya.
Untuk merangsang molekul amonia, sebagian dari osilasi elektromagnetik yang dihasilkan oleh generator frekuensi tinggi diumpankan ke pengganda frekuensi arus bolak-balik (lihat Gambar 23). Faktor perkalian frekuensi di dalamnya dipilih sedemikian rupa sehingga menghasilkan resonansi. Dari keluaran pengali frekuensi, osilasi elektromagnetik diumpankan ke pandu gelombang dengan gas amonia. Perangkat yang terletak di keluaran pandu gelombang, diskriminator, mencatat intensitas osilasi elektromagnetik yang melewati pandu gelombang dan bekerja pada generator frekuensi tinggi, mengubah frekuensi osilasi yang dibangkitkannya. Diskriminator dirancang sedemikian rupa sehingga ketika osilasi dengan frekuensi di bawah frekuensi resonansi mencapai input pandu gelombang, ia menyesuaikan generator, meningkatkan frekuensi osilasinya. Jika input pandu gelombang menerima osilasi dengan frekuensi lebih tinggi dari frekuensi resonansi, maka frekuensi generator akan berkurang. Dalam hal ini, penyetelan resonansi menjadi lebih akurat, semakin curam kurva penyerapannya. Oleh karena itu, penurunan intensitas osilasi elektromagnetik yang disebabkan oleh penyerapan energi resonansi oleh molekul diharapkan sesempit dan sedalam mungkin.
Semua perangkat yang saling berhubungan ini - generator, pengali, pandu gelombang dengan gas amonia, dan diskriminator - mewakili sebuah rangkaian masukan, di mana molekul amonia tereksitasi oleh generator dan pada saat yang sama mengendalikannya, menyebabkannya menghasilkan osilasi dengan frekuensi yang diinginkan. Dengan demikian, jam molekuler pada akhirnya menggunakan molekul amonia sebagai standar frekuensi dan waktu. Pada jam amonia molekuler pertama, yang dikembangkan berdasarkan prinsip ini oleh G. Lyons pada tahun 1953, ketidakstabilannya sekitar 10 -7, yaitu perubahan frekuensi tidak melebihi sepersepuluh juta bagian. Selanjutnya, ketidakstabilan dikurangi menjadi 10 -8, yang setara dengan kesalahan dalam mengukur interval waktu 1 detik selama beberapa tahun.
Secara umum, ini tentu saja merupakan akurasi yang sangat baik. Namun ternyata pada perangkat yang dibangun kurva penyerapan energi elektromagnetik ternyata jauh dari setajam yang diharapkan, melainkan “tercoreng”. Oleh karena itu, keakuratan seluruh perangkat ternyata jauh lebih rendah dari yang diharapkan. Studi cermat terhadap jam molekuler yang dilakukan pada tahun-tahun berikutnya mengungkapkan bahwa pembacaannya sampai batas tertentu bergantung pada desain pandu gelombang, serta suhu dan tekanan gas di dalamnya. Ditemukan bahwa efek-efek ini adalah sumber ketidakstabilan dalam pengoperasian jam tangan tersebut dan membatasi keakuratannya.
Selanjutnya, cacat pada jam molekuler ini tidak dapat dihilangkan sepenuhnya. Namun, dimungkinkan untuk menemukan jenis pengukur waktu kuantum lain yang lebih canggih.
Jam atom cesium
Perbaikan lebih lanjut dalam standar frekuensi dan waktu dicapai berdasarkan pemahaman yang jelas tentang penyebab kelemahan jam molekul amonia. Mari kita ingat bahwa kelemahan utama jam molekul amonia adalah “corengan” tertentu pada kurva serapan resonansi dan ketergantungan kinerja jam ini pada suhu dan tekanan gas dalam pandu gelombang.
Apa penyebab dari cacat-cacat tersebut? Apakah mungkin untuk menghilangkannya? Ternyata akibatnya terjadi resonansi smear gerakan termal partikel gas mengisi pandu gelombang. Bagaimanapun, beberapa partikel gas bergerak menuju gelombang elektromagnetik dan oleh karena itu frekuensi osilasinya sedikit lebih tinggi daripada yang diberikan oleh generator. Sebaliknya, partikel gas lainnya bergerak dari gelombang elektromagnetik yang datang, seolah-olah melarikan diri darinya; bagi mereka, frekuensi osilasi elektromagnetik sedikit lebih rendah dari frekuensi nominal. Hanya untuk sejumlah kecil partikel gas stasioner, frekuensi osilasi elektromagnetik yang dirasakan sama dengan frekuensi nominal, yaitu. diberikan oleh generator.
Fenomena yang dijelaskan adalah efek Doppler longitudinal yang terkenal. Hal inilah yang mengarah pada fakta bahwa kurva resonansi menjadi rata dan tercoreng dan ketergantungan kekuatan arus pada keluaran pandu gelombang pada kecepatan pergerakan partikel gas terungkap, yaitu. pada suhu gas.
Sekelompok ilmuwan dari American Bureau of Standards berhasil mengatasi kesulitan tersebut. Namun, yang mereka lakukan, secara umum, adalah standar frekuensi dan waktu yang baru dan jauh lebih akurat, meskipun menggunakan beberapa hal yang sudah diketahui.
Alat ini tidak lagi menggunakan molekul, melainkan atom. Atom-atom ini tidak hanya mengisi bejana, tetapi bergerak dalam satu berkas. Apalagi arah geraknya tegak lurus dengan arah rambat gelombang elektromagnetik. Sangat mudah untuk memahami bahwa dalam kasus ini tidak ada efek Doppler longitudinal. Perangkat ini menggunakan atom cesium, yang eksitasinya terjadi pada frekuensi osilasi elektromagnetik sebesar 9.192.631.831 periode per detik.
Alat yang sesuai dipasang dalam sebuah tabung, di salah satu ujungnya terdapat tungku listrik 1, yang memanaskan logam cesium hingga menguap, dan di ujung lainnya terdapat detektor 6, yang menghitung jumlah atom cesium yang telah mencapai. itu (Gbr. 24). Diantaranya adalah: magnet pertama 2, pandu gelombang 3, yang menyuplai osilasi elektromagnetik frekuensi tinggi, kolimator 4 dan magnet kedua 5. Saat tungku dinyalakan, uap logam masuk ke dalam tabung melalui celah dan sanggul sempit atom cesium terbang sepanjang porosnya, terkena medan magnet yang diciptakan oleh magnet permanen dan medan elektromagnetik frekuensi tinggi yang disuplai oleh pandu gelombang dari generator ke tabung sehingga arah rambat gelombang tegak lurus dengan arahnya. terbangnya partikel-partikel tersebut.
Alat semacam itu memungkinkan untuk memecahkan bagian pertama dari masalah: untuk menggairahkan atom, yaitu memindahkannya dari satu keadaan ke keadaan lain, dan pada saat yang sama menghindari efek Doppler longitudinal. Jika para peneliti membatasi diri hanya pada peningkatan ini, maka keakuratan perangkat akan meningkat, tetapi tidak banyak. Memang, dalam berkas atom yang dipancarkan dari sumber panas, selalu ada atom yang tidak tereksitasi dan tereksitasi. Jadi, ketika atom-atom yang dipancarkan dari sumbernya terbang melalui medan elektromagnetik dan tereksitasi, sejumlah atom tereksitasi ditambahkan ke atom-atom tereksitasi yang sudah ada. Oleh karena itu, perubahan jumlah atom yang tereksitasi relatif tidak terlalu besar dan akibatnya pengaruh aksi gelombang elektromagnetik pada berkas partikel tidak terlalu tajam. Jelas bahwa jika pada awalnya tidak ada atom yang tereksitasi sama sekali, dan kemudian muncul, maka efek keseluruhan akan jauh lebih kontras.
Jadi, muncul tugas tambahan: di area dari sumber ke medan elektromagnetik, lewati atom-atom yang berada dalam keadaan normal dan singkirkan atom-atom yang tereksitasi. Untuk mengatasi masalah ini, tidak perlu menemukan sesuatu yang baru, karena pada empat puluhan abad kita, Rabi dan kemudian Ramsey mengembangkan metode studi spektroskopi yang sesuai. Metode ini didasarkan pada kenyataan bahwa semua atom dan molekul mempunyai sifat listrik dan magnet tertentu, dan sifat ini berbeda untuk partikel tereksitasi dan tidak tereksitasi. Oleh karena itu, dalam medan listrik dan magnet, atom dan molekul yang tereksitasi dan tidak tereksitasi dibelokkan secara berbeda.
Dalam jam atom cesium dijelaskan jalur pancaran partikel antara sumber dan medan elektromagnetik frekuensi tinggi magnet permanen 2 (lihat Gambar 24) dipasang sehingga partikel yang tidak tereksitasi terfokus pada celah kolimator, dan partikel yang tereksitasi dikeluarkan dari berkas. Magnet kedua 5, yang berdiri di antara medan elektromagnetik frekuensi tinggi dan detektor, sebaliknya, dipasang sehingga partikel yang tidak tereksitasi dikeluarkan dari berkas, dan hanya partikel tereksitasi yang terfokus pada detektor. Pemisahan ganda ini mengarah pada fakta bahwa hanya partikel-partikel yang mencapai detektor yang tidak tereksitasi sebelum memasuki medan elektromagnetik, dan kemudian menjadi tereksitasi di medan ini. Dalam hal ini, ketergantungan pembacaan detektor pada frekuensi osilasi elektromagnetik menjadi sangat tajam dan, karenanya, kurva penyerapan resonansi energi elektromagnetik menjadi sangat sempit dan curam.
Sebagai hasil dari langkah-langkah yang dijelaskan, blok utama jam atom cesium ternyata mampu merespons bahkan pelepasan osilator frekuensi tinggi yang sangat kecil, dan dengan demikian akurasi stabilisasi yang sangat tinggi tercapai.
Perangkat lainnya, secara umum, berulang diagram skematik jam molekuler: generator frekuensi tinggi mengontrol jam listrik dan secara bersamaan menggairahkan partikel melalui sirkuit penggandaan frekuensi. Diskriminator yang terhubung ke tabung cesium dan generator frekuensi tinggi merespons pengoperasian tabung dan menyesuaikan generator sehingga frekuensi osilasi yang dihasilkannya bertepatan dengan frekuensi tereksitasi partikel.
Seluruh perangkat ini disebut jam atom cesium.
Pada model jam cesium pertama (misalnya jam cesium dari Laboratorium Fisika Nasional Inggris), ketidakstabilannya hanya 1 -9 . Pada perangkat jenis ini, yang dikembangkan dan dibuat dalam beberapa tahun terakhir, ketidakstabilan berkurang menjadi 10 -12 -10 -13.
Telah dikatakan sebelumnya bahwa jam astronomi mekanis terbaik sekalipun, karena keausan bagian-bagiannya, agak berubah arah seiring waktu. Bahkan jam astronomi kuarsa pun bukannya tanpa kelemahan ini, karena penuaan kuarsa, pembacaannya perlahan-lahan melayang. Tidak ada penyimpangan frekuensi yang terdeteksi pada jam atom cesium.
Saat membandingkan salinan berbeda dari jam-jam ini satu sama lain, terdapat kebetulan dalam frekuensi osilasinya dalam ±3 * 10 -12, yang setara dengan kesalahan hanya 1 detik dalam 10.000 tahun.
Namun, perangkat ini bukannya tanpa kelemahan: distorsi bentuk medan elektromagnetik dan durasi pengaruhnya yang relatif singkat terhadap atom-atom batas berkas semakin meningkatkan keakuratan pengukuran interval waktu menggunakan sistem tersebut.
Jam astronomi dengan generator kuantum
Langkah lain menuju peningkatan akurasi pengukuran interval waktu dilakukan dengan menggunakan generator molekuler- perangkat yang digunakan emisi gelombang elektromagnetik oleh molekul.
Penemuan ini tidak terduga dan wajar. Tak terduga - karena tampaknya kemungkinan metode lama telah habis, tetapi tidak ada metode lain. Alami - karena sejumlah efek yang diketahui telah membentuk hampir seluruh bagian dari metode baru dan yang tersisa hanyalah menggabungkan bagian-bagian ini dengan benar. Namun, kombinasi baru dari hal-hal yang diketahui adalah inti dari banyak penemuan. Selalu membutuhkan banyak keberanian untuk mewujudkannya. Seringkali, setelah ini selesai, segala sesuatunya tampak sangat sederhana.
Instrumen yang menggunakan radiasi molekuler untuk mendapatkan standar frekuensi disebut maser; kata ini terbentuk dari huruf awal ekspresi: amplifikasi gelombang mikro dengan emisi radiasi terstimulasi, yaitu amplifikasi gelombang radio dalam rentang sentimeter menggunakan radiasi terstimulasi. Saat ini, perangkat jenis ini paling sering disebut penguat kuantum atau generator kuantum.
Apa yang mempersiapkan penemuan generator kuantum? Apa prinsip dan struktur operasinya?
Para peneliti mengetahui bahwa ketika molekul yang tereksitasi, seperti molekul amonia, berpindah ke tingkat energi yang lebih rendah dan memancarkan radiasi elektromagnetik, lebar alami dari garis emisi ini sangat kecil, bagaimanapun juga, berkali-kali lebih kecil dari lebar garis serapan yang digunakan dalam jam molekuler. Sedangkan jika membandingkan frekuensi dua osilasi, ketajaman kurva resonansi bergantung pada lebar garis spektral, dan keakuratan stabilisasi yang dapat dicapai bergantung pada ketajaman kurva resonansi.
Jelas bahwa para peneliti sangat tertarik pada kemungkinan mencapai akurasi yang lebih tinggi dalam mengukur interval waktu dengan tidak hanya menggunakan penyerapan, tetapi juga emisi gelombang elektromagnetik oleh molekul. Tampaknya semuanya sudah ada untuk ini. Memang, dalam pandu gelombang jam molekuler, molekul amonia yang tereksitasi secara spontan memancarkan cahaya, yaitu bergerak ke tingkat energi yang lebih rendah dan pada saat yang sama memancarkan radiasi elektromagnetik dengan frekuensi 23.870.129.000 siklus per detik. Lebar garis emisi spektral ini memang sangat kecil. Selain itu, karena pandu gelombang jam molekul diisi dengan osilasi elektromagnetik yang disuplai dari generator, dan frekuensi osilasi ini sama dengan frekuensi kuanta energi yang dipancarkan oleh molekul amonia, maka terjadilah di pandu gelombang. diinduksi emisi molekul amonia tereksitasi, yang kemungkinannya jauh lebih besar daripada emisi spontan. Dengan demikian, proses ini meningkatkan jumlah kejadian radiasi.
Namun, sistem seperti pandu gelombang jam molekuler ternyata sama sekali tidak cocok untuk mengamati dan menggunakan radiasi molekuler. Memang, dalam pandu gelombang seperti itu terdapat lebih banyak partikel amonia yang tidak tereksitasi daripada partikel amonia yang tereksitasi, dan bahkan dengan memperhitungkan radiasi induksi, tindakan penyerapan energi elektromagnetik terjadi lebih sering daripada tindakan emisi. Selain itu, tidak jelas bagaimana mengisolasi kuanta energi yang dipancarkan oleh molekul dalam pandu gelombang ketika volume yang sama diisi dengan radiasi elektromagnetik dari generator, dan radiasi ini memiliki frekuensi yang sama dan intensitas yang jauh lebih tinggi.
Bukankah benar bahwa semua proses menjadi begitu campur aduk sehingga pada pandangan pertama tampaknya mustahil untuk memilih mana yang benar? Namun ternyata tidak. Bagaimanapun, diketahui bahwa molekul yang tereksitasi berbeda dalam sifat listrik dan magnetnya dari molekul yang tidak tereksitasi, dan ini memungkinkan untuk memisahkannya.
Pada tahun 1954-1955 masalah ini diselesaikan dengan cemerlang oleh N.G. Basov dan A.M. Prokhorov di Uni Soviet dan oleh Gordon, Zeiger dan Townes di AS*. Para penulis ini memanfaatkan fakta bahwa keadaan listrik molekul amonia yang tereksitasi dan tidak tereksitasi agak berbeda dan, ketika terbang melalui medan listrik yang tidak seragam, molekul tersebut dibelokkan secara berbeda.
* (J. Penyanyi, Mazery, IL, M., 1961; Basov N.G., Letokhov V.S., Standar frekuensi optik, UFN, vol. 4 tahun 1968.)
Ingatlah bahwa medan listrik seragam tercipta antara dua pelat paralel bermuatan listrik, misalnya pelat kapasitor; antara pelat bermuatan dan satu atau dua titik bermuatan - tidak homogen. Jika mereka menggambarkan medan listrik menggunakan kabel listrik, kalau begitu bidang seragam diwakili oleh garis-garis yang kepadatannya sama, dan garis-garis yang tidak seragam diwakili oleh garis-garis yang kepadatannya tidak sama, misalnya, lebih kecil di dekat bidang dan lebih besar di ujung, tempat garis-garis itu bertemu. Metode untuk menghasilkan medan listrik yang tidak seragam dalam satu atau lain bentuk telah lama diketahui.
Generator molekuler adalah kombinasi sumber molekul, pemisah listrik, dan resonator, yang dirangkai dalam tabung tempat udara dipompa keluar. Untuk pendinginan yang dalam, tabung ini ditempatkan nitrogen cair. Ini mencapai stabilitas tinggi di seluruh perangkat. Sumber partikel dalam generator molekuler adalah botol dengan bukaan sempit berisi gas amonia. Melalui lubang ini, seberkas partikel sempit memasuki tabung dengan kecepatan tertentu (Gbr. 25, a).
Sinar tersebut selalu mengandung molekul amonia yang tidak tereksitasi dan tereksitasi. Namun, biasanya ada lebih banyak orang yang tidak bersemangat dibandingkan mereka yang bersemangat. Di dalam tabung, di jalur partikel-partikel ini, terdapat kapasitor bermuatan listrik yang terdiri dari empat batang - yang disebut kapasitor quadrupole. Medan listrik di dalamnya tidak seragam, dan memiliki bentuk sedemikian rupa (Gbr. 25, b) sehingga, melewatinya, molekul amonia yang tidak tereksitasi tersebar ke samping, dan molekul amonia yang tereksitasi dibelokkan ke arah sumbu tabung dan dengan demikian menjadi fokus. Oleh karena itu, dalam kondensor seperti itu, terjadi pemisahan partikel dan hanya molekul amonia yang tereksitasi yang mencapai ujung tabung yang lain.
Di ujung lain tabung ini terdapat bejana dengan ukuran dan bentuk tertentu - yang disebut resonator. Begitu berada di dalamnya, molekul amonia yang tereksitasi, setelah waktu yang singkat, secara spontan berpindah dari keadaan tereksitasi ke keadaan tidak tereksitasi dan pada saat yang sama mengeluarkan emisi. gelombang elektromagnetik frekuensi tertentu. Proses ini dikatakan sebagai molekul yang diterangi. Dengan cara ini, radiasi molekuler tidak hanya dapat diperoleh, tetapi juga diisolasi.
Mari kita pertimbangkan pengembangan lebih lanjut ide-ide ini. Radiasi elektromagnetik dengan frekuensi resonansi, berinteraksi dengan molekul yang tidak tereksitasi, memindahkannya ke keadaan tereksitasi. Radiasi yang sama, berinteraksi dengan molekul yang tereksitasi, memindahkannya ke keadaan tidak tereksitasi, sehingga merangsang radiasinya. Tergantung pada molekul mana yang lebih besar, tidak tereksitasi atau tereksitasi, proses penyerapan atau emisi energi elektromagnetik yang diinduksi mendominasi.
Dengan menciptakan dominasi signifikan molekul amonia tereksitasi dalam volume tertentu, misalnya resonator, dan memasukkan osilasi elektromagnetik frekuensi resonansi ke dalamnya, frekuensi ultratinggi dapat diperkuat. Jelas bahwa amplifikasi ini terjadi karena pemompaan molekul amonia yang tereksitasi secara terus menerus ke dalam resonator.
Peran resonator tidak terbatas pada fakta bahwa itu adalah wadah di mana molekul-molekul tereksitasi dilepaskan. Karena radiasi elektromagnetik dengan frekuensi resonansi menstimulasi radiasi molekul yang tereksitasi, semakin besar densitas radiasi ini, semakin aktif proses radiasi induksi ini.
Dengan memilih dimensi resonator sesuai dengan panjang gelombang osilasi elektromagnetik ini, maka dimungkinkan untuk menciptakan kondisi di dalamnya untuk terjadinya gelombang berdiri (mirip dengan memilih dimensi pipa organ untuk terjadinya gelombang berdiri dengan elastis yang sesuai. getaran suara di dalamnya). Dengan membuat dinding resonator dari bahan yang sesuai, dimungkinkan untuk memastikan bahwa dinding tersebut memantulkan osilasi elektromagnetik dengan kerugian paling sedikit. Kedua tindakan ini memungkinkan terciptanya energi elektromagnetik dengan kepadatan tinggi di resonator dan dengan demikian meningkatkan efisiensi seluruh perangkat secara keseluruhan.
Semua hal lain dianggap sama, semakin tinggi kerapatan fluks molekul yang tereksitasi, semakin besar penguatan perangkat ini. Sungguh luar biasa bahwa pada kerapatan fluks tertentu yang cukup tinggi dari molekul tereksitasi dan parameter resonator yang sesuai, intensitas radiasi molekul menjadi cukup besar untuk menutupi berbagai kehilangan energi, dan penguat berubah menjadi generator molekul osilasi gelombang mikro - yang disebut generator kuantum. Dalam hal ini, tidak perlu lagi menyuplai energi elektromagnetik frekuensi tinggi ke resonator. Proses emisi terinduksi dari beberapa partikel tereksitasi didukung oleh emisi partikel lainnya. Selain itu, dalam kondisi yang sesuai, proses pembangkitan energi elektromagnetik tidak berhenti meskipun sebagian energi tersebut dipindahkan ke samping.
Generator kuantum dengan stabilitas sangat tinggi Menghasilkan osilasi elektromagnetik frekuensi tinggi dengan frekuensi yang ditentukan secara ketat dan dapat digunakan untuk mengukur interval waktu. Tidak perlu bekerja terus menerus. Cukup dengan secara berkala, pada interval tertentu, membandingkan frekuensi generator listrik jam astronomi dengan standar frekuensi molekuler ini dan, jika perlu, melakukan koreksi.
Jam astronomi dengan koreksi generator amonia molekuler dibuat pada akhir tahun lima puluhan. Ketidakstabilan jangka pendeknya tidak melebihi 10 -12 per menit, dan ketidakstabilan jangka panjangnya sekitar 10 -10 , yang sesuai dengan distorsi dalam penghitungan interval waktu hanya 1 detik selama beberapa ratus tahun.
Perbaikan lebih lanjut dalam standar frekuensi dan waktu dicapai berdasarkan gagasan yang sama dan penggunaan beberapa partikel lain, seperti talium dan hidrogen, sebagai fluida kerja. Dalam hal ini, generator kuantum yang beroperasi pada berkas atom hidrogen, yang dikembangkan dan dibangun pada awal tahun enam puluhan oleh Goldenberg, Klepner dan Ramsey, ternyata sangat menjanjikan. Generator ini juga terdiri dari sumber partikel, pemisah dan resonator yang dipasang dalam tabung (Gbr. 26) yang direndam dalam cairan pendingin yang sesuai. Sumbernya memancarkan seberkas atom hidrogen. Sinar ini mengandung atom hidrogen yang tidak tereksitasi dan tereksitasi, dan jumlah atom hidrogen yang tidak tereksitasi jauh lebih banyak daripada atom hidrogen yang tereksitasi.
Karena atom hidrogen yang tereksitasi berbeda dengan atom hidrogen yang tidak tereksitasi keadaan magnetis (momen magnetik), maka untuk pemisahannya bukan lagi medan listrik, melainkan medan magnet yang diciptakan oleh sepasang magnet. Resonator generator hidrogen juga memiliki fitur penting. Itu dibuat dalam bentuk labu yang terbuat dari kuarsa yang menyatu, dinding bagian dalamnya dilapisi parafin. Berkat refleksi elastis berulang (sekitar 10.000) atom hidrogen dari lapisan parafin, panjang terbang partikel dan, karenanya, waktu tinggalnya di resonator, dibandingkan dengan generator molekuler, meningkat ribuan kali lipat. Dengan cara ini, dimungkinkan untuk memperoleh garis emisi spektral atom hidrogen yang sangat sempit dan, dibandingkan dengan generator molekuler, mengurangi ketidakstabilan seluruh perangkat hingga ribuan kali lipat.
Desain jam astronomi modern dengan generator kuantum hidrogen telah melampaui standar berkas atom cesium dalam kinerjanya. Tidak ada penyimpangan sistematis yang terdeteksi di dalamnya. Ketidakstabilan jangka pendeknya hanya 6*10 -14 per menit, dan ketidakstabilan jangka panjangnya adalah 2*10 -14 per hari, sepuluh kali lebih kecil dari standar cesium. Reproduksibilitas pembacaan jam dengan generator kuantum hidrogen adalah ±5*10 -13, sedangkan untuk standar cesium reproduktifitasnya adalah ±3*10 -12. Oleh karena itu, dalam indikator ini, generator hidrogen kira-kira sepuluh kali lebih baik. Jadi, dengan menggunakan jam astronomi hidrogen, dimungkinkan untuk memastikan keakuratan pengukuran waktu sekitar 1 detik dalam interval sekitar seratus ribu tahun.
Sementara itu, sejumlah penelitian dalam beberapa tahun terakhir menunjukkan bahwa akurasi pengukuran interval waktu yang tinggi, yang dicapai berdasarkan generator berkas atom, belum mencapai batasnya dan dapat ditingkatkan.
Transfer waktu yang tepat
Tugas layanan waktu tidak terbatas pada menerima dan menyimpan waktu yang tepat. Bagian yang sama pentingnya adalah pengorganisasian transmisi waktu yang tepat sedemikian rupa sehingga keakuratannya tidak hilang.
Di masa lalu, sinyal waktu ditransmisikan menggunakan perangkat mekanis, suara, atau cahaya. Di Sankt Peterburg, sebuah meriam ditembakkan tepat pada tengah hari; Anda juga dapat membandingkan jam tangan Anda dengan jam menara Institut Metrologi, yang sekarang dinamai D.I. Di pelabuhan, bola yang jatuh digunakan sebagai sinyal waktu. Dari kapal-kapal yang ditempatkan di pelabuhan, terlihat bagaimana tepatnya pada siang hari bola jatuh dari atas tiang khusus dan jatuh ke kakinya.
Untuk kehidupan normal yang intensif modern, hal ini sangat penting tugas penting mewakili penyediaan waktu yang akurat kereta api, kantor pos, telegraf dan kota-kota besar. Di sini, ketelitian yang tinggi tidak diperlukan seperti dalam pekerjaan astronomi dan geografis, tetapi diperlukan agar, akurat hingga ke menitnya, di semua bagian kota, di semua bagian negara kita yang luas, semua jam menunjukkan waktu yang sama. Masalah ini biasanya diselesaikan dengan menggunakan jam listrik.
Dalam industri jam perkeretaapian dan institusi komunikasi, dalam industri jam kota modern, jam listrik berperan peran besar. Perangkatnya sangat sederhana, namun dengan akurasi satu menit, mereka menunjukkan waktu yang sama di semua titik kota.
Jam listrik bersifat primer atau sekunder. Jam listrik primer memiliki pendulum, roda, escapement, dan merupakan pengukur waktu nyata. Jam listrik sekunder hanyalah penunjuk: jam tersebut tidak memiliki mekanisme jam, tetapi hanya perangkat yang relatif sederhana yang menggerakkan jarum jam sekali dalam satu menit (Gbr. 27). Dengan setiap gangguan arus, elektromagnet melepaskan jangkar dan “cakar” yang menempel pada jangkar, bertumpu pada roda ratchet, memutarnya dengan satu gigi. Sinyal arus listrik disuplai ke jam sekunder baik dari instalasi pusat atau dari jam listrik primer. Dalam beberapa tahun terakhir telah muncul jam bicara, dirancang berdasarkan prinsip sinema suara, yang tidak hanya menampilkan, tetapi juga menunjukkan waktu.
Untuk transmisi Waktu tepatnya Saat ini, sinyal listrik terutama dikirim melalui telepon, telegraf, dan radio. Selama dekade terakhir teknik transmisinya ditingkatkan, dan akurasinya pun meningkat. Pada tahun 1904, Bigurdan mengirimkan sinyal waktu berirama dari Observatorium Paris, yang diterima oleh Observatorium Montsouris dengan akurasi 0,02-0,03 detik. Pada tahun 1905, Observatorium Angkatan Laut Washington mulai mentransmisikan sinyal waktu secara teratur; sejak tahun 1908, sinyal waktu berirama mulai ditransmisikan dari Menara Eiffel, dan dari tahun 1912, dari Observatorium Greenwich.
Saat ini, transmisi sinyal waktu yang tepat dilakukan di banyak negara. Di Uni Soviet, siaran semacam itu dilakukan oleh Institut Astronomi Negara. P.K.Sternberg, serta sejumlah organisasi lainnya. Pada saat yang sama, sejumlah program berbeda digunakan untuk mengirimkan pembacaan waktu matahari rata-rata melalui radio. Misalnya, siaran sinyal waktu ditransmisikan pada akhir setiap jam dan terdiri dari enam pulsa pendek. Permulaan yang terakhir sesuai dengan waktu pada jam dan 00 menit 00 detik tertentu. Dalam navigasi maritim dan udara, digunakan program lima rangkaian 60 pulsa dan tiga rangkaian enam sinyal pendek, dipisahkan oleh sinyal yang lebih panjang. Selain itu, ada sejumlah program isyarat waktu khusus. Informasi tentang berbagai program khusus Sinyal waktu yang tepat diterbitkan dalam publikasi khusus.
Kesalahan transmisi sinyal waktu untuk program siaran adalah sekitar ±0,01 - 0,001 detik, dan untuk beberapa program khusus ±10 -4 dan bahkan ±10 -5 detik. Oleh karena itu, kini telah dikembangkan metode dan instrumen yang memungkinkan untuk menerima, menyimpan, dan mengirimkan waktu dengan tingkat akurasi yang sangat tinggi.
DI DALAM Akhir-akhir ini Di bidang penyimpanan dan transmisi waktu yang tepat, ide-ide baru secara signifikan diterapkan. Mari kita asumsikan bahwa di sejumlah titik di wilayah mana pun keakuratan jam yang berdiri di sana tidak boleh lebih buruk dari ±30 detik, asalkan semua jam ini beroperasi terus menerus sepanjang tahun. Persyaratan tersebut berlaku, misalnya, untuk jam kota dan kereta api. Persyaratannya tidak terlalu ketat, tetapi untuk memenuhinya dengan bantuan jam tangan yang berdiri sendiri, kecepatan harian setiap jam tangan harus lebih baik dari ±0,1 detik, dan ini memerlukan kronometer kuarsa yang presisi.
Sedangkan jika untuk mengatasi masalah ini digunakan sistem waktu yang seragam, terdiri dari jam primer dan sejumlah besar jam sekunder yang terkait dengannya, maka hanya jam primer yang memiliki akurasi tinggi. Akibatnya, bahkan dengan peningkatan biaya untuk jam utama dan biaya rendah untuk jam sekunder, akurasi yang baik di seluruh sistem dapat dipastikan dengan biaya total yang relatif rendah.
Tentu saja, Anda perlu memastikan bahwa jam sekunder itu sendiri tidak menimbulkan kesalahan. Jam sekunder yang dijelaskan sebelumnya dengan roda ratchet dan pawl, di mana jarum jam bergerak dengan sinyal sekali dalam satu menit, terkadang mengalami kegagalan fungsi. Selain itu, seiring berjalannya waktu, kesalahan dalam pembacaannya menumpuk. Jam tangan sekunder modern menggunakan berbagai jenis pemeriksaan dan koreksi pembacaan. Akurasi yang lebih besar diberikan oleh jam sekunder yang menggunakan arus bolak-balik frekuensi industri (50 Hz), yang frekuensinya distabilkan secara ketat. Bagian utama jam ini adalah motor listrik sinkron yang digerakkan oleh arus bolak-balik. Jadi, pada jam ini, arus bolak-balik itu sendiri merupakan sinyal waktu kontinu dengan periode pengulangan 0,02 detik.
Saat ini, Sinkronisasi Jam Atom Sedunia telah dibuat. Jam utama utama sistem ini terletak di Roma, New York, AS, dan terdiri dari tiga jam atom (jam atom cesium), yang pembacaannya dirata-ratakan. Ini memastikan akurasi waktu sama dengan (1-3)*10 -11. Jam primer ini terhubung ke jaringan jam sekunder di seluruh dunia.
Pengujian menunjukkan bahwa ketika mentransmisikan sinyal waktu yang tepat melalui WHOAC dari negara bagian New York (AS) ke pulau Oahu (Kepulauan Hawaii), yaitu sekitar 30.000 km, penyelarasan waktu dipastikan dengan akurasi 3 mikrodetik.
Akurasi tinggi dalam menyimpan dan mentransmisikan stempel waktu, yang dicapai saat ini, memungkinkan penyelesaian masalah navigasi luar angkasa yang kompleks dan baru, serta, meskipun lama, namun tetap penting dan pertanyaan menarik tentang gerakan tersebut kerak bumi.
Ke manakah arah benua-benua tersebut?
Sekarang kita dapat kembali ke masalah pergerakan benua yang telah dijelaskan pada bab sebelumnya. Hal ini semakin menarik karena dalam setengah abad yang telah berlalu sejak munculnya karya-karya Wegener hingga zaman kita, perselisihan ilmiah seputar gagasan-gagasan tersebut belum juga mereda. Misalnya, W. Munk dan G. MacDonald menulis pada tahun 1960: “Namun, beberapa data Wegener tidak dapat disangkal kebanyakan argumennya sepenuhnya didasarkan pada asumsi yang sewenang-wenang." Dan selanjutnya: "Pergeseran benua yang besar terjadi sebelum penemuan telegraf, pergeseran menengah - sebelum penemuan radio, dan setelah itu praktis tidak ada pergeseran yang teramati."
Ucapan pedas tersebut bukannya tanpa dasar, setidaknya pada bagian pertama. Memang, pengukuran longitudinal yang dilakukan pada suatu waktu oleh Wegeper dan kolaboratornya dalam ekspedisi mereka ke Greenland (di mana Wegener meninggal secara tragis) dilakukan dengan akurasi yang tidak cukup untuk menyelesaikan tugas yang ada dengan tepat. Hal ini dicatat oleh orang-orang sezamannya.
Salah satu pendukung paling yakin teori pergerakan benua dalam versi modernnya adalah P. N. Kropotkin. Pada tahun 1962, ia menulis: “Data paleomagnetik dan geologi menunjukkan bahwa selama Mesozoikum dan Kenozoikum, motif utama pergerakan kerak bumi adalah fragmentasi dua benua kuno - Laurasia dan Gondwana dan penyebaran bagian-bagiannya ke samping. Samudera Pasifik dan ke sabuk geosinklinal Tethys." Mari kita ingat bahwa Laurasia meliputi Amerika Utara, Greenland, Eropa dan seluruh bagian utara Asia, Gondwana - benua selatan dan India. Samudra Tethys membentang dari Mediterania melalui Pegunungan Alpen, Kaukasus dan Himalaya hingga Indonesia.
Penulis yang sama lebih lanjut menulis: “Kesatuan Gondwana kini telah ditelusuri dari Prakambrium hingga pertengahan Kapur, dan fragmentasinya sekarang tampak seperti proses panjang yang dimulai pada Paleozoikum dan mencapai skala yang sangat besar sejak pertengahan Kapur. periode. Sejak saat itu, 80 juta tahun telah berlalu. Akibatnya, jarak antara Afrika dan Amerika Selatan meningkat sebesar 6 cm per tahun. Kecepatan yang sama diperoleh dari data paleomagnetik pergerakan Hindustan dari belahan bumi Selatan ke utara." Setelah merekonstruksi lokasi benua di masa lalu menggunakan data paleomagnetik, P. N. Kropotkin sampai pada kesimpulan bahwa "pada saat itu benua-benua tersebut benar-benar terhimpun menjadi satu blok yang menyerupai garis besar platform benua utama Wegener."
Jadi, penjumlahan data yang diperoleh dengan berbagai metode menunjukkan bahwa letak benua saat ini dan garis besarnya terbentuk di masa lalu sebagai akibat dari serangkaian patahan dan pergerakan blok benua yang signifikan.
Pertanyaan tentang gerakan modern benua ditentukan berdasarkan hasil studi longitudinal yang dilakukan dengan akurasi yang cukup. Apa yang ada di pada kasus ini berarti keakuratan yang cukup, dapat dilihat dari fakta bahwa, misalnya, di garis lintang Washington, perubahan garis bujur sebesar sepersepuluh ribu detik sama dengan perpindahan sebesar 0,3 cm, karena perkiraan kecepatan pergerakan adalah sekitar 1 m per tahun, dan layanan waktu modern sudah mampu menentukan momen dalam waktu , penyimpanan dan transmisi waktu yang tepat dengan ketelitian seperseribu dan sepuluh ribu detik, maka untuk memperoleh hasil yang meyakinkan cukup melakukan pengukuran yang tepat pada interval beberapa tahun atau beberapa dekade.
Untuk tujuan ini, pada tahun 1926, jaringan 32 titik pengamatan dibuat dan studi longitudinal astronomi dilakukan. Pada tahun 1933, studi longitudinal astronomi berulang kali dilakukan, dan 71 observatorium telah terlibat dalam pekerjaan tersebut. Pengukuran ini, dilakukan dengan baik tingkat modern, meskipun dalam jangka waktu yang tidak terlalu lama (7 tahun), menunjukkan, khususnya, bahwa Amerika tidak menjauh dari Eropa sebesar 1 m per tahun, seperti yang diperkirakan Wegener, namun mendekatinya dengan kecepatan sekitar 60 cm per tahun. tahun.
Jadi, dengan bantuan pengukuran longitudinal yang sangat tepat, keberadaan pergerakan modern blok benua besar telah dikonfirmasi. Selain itu, dimungkinkan untuk mengetahui bahwa masing-masing bagian dari blok benua ini memiliki pergerakan yang sedikit berbeda.
Istilah “jam astronomi” dalam berbagai buku referensi memiliki makna yang ambigu. Ensiklopedia modern dan sumber ilmiah Mereka dengan tegas mengklaim bahwa ini adalah instrumen akurat yang digunakan untuk pengamatan astronomi dan untuk menyimpan waktu (dan selanjutnya - kesalahan absolut yang diizinkan dalam milidetik). Kamus Brockhaus dan Efron juga memberikan interpretasi kedua.
Jam manakah yang dianggap astronomis?
Menurut definisi publikasi ini, jam astronomi dapat dianggap sebagai perangkat yang menjalankan fungsi tidak hanya sebagai kronometer presisi, tetapi juga planetarium “mekanis” yang menunjukkan pergerakan benda langit besar. tata surya, fase bulan seperti yang diproyeksikan ke langit berbintang. Jam tangan paling rumit di kelas ini mampu mencerminkan lebih dari seratus variabel berbeda yang dimilikinya hubungan langsung untuk astronomi, dan sampel terbaik bukan hanya karya seni teknik tinggi, tetapi juga mahakarya terbesar kebudayaan dunia.
Artefak Antikythera
Fragmen mekanisme kuno yang ditemukan dari dasar laut dekat pulau Antikythera (Yunani) pada tahun 1902 mengejutkan para arkeolog dan peneliti. Usia bagian yang rusak parah (roda gigi perunggu, pelat jam, dan jarum jam) diperkirakan mencapai 2.200 tahun. Sebelum penemuan ini, asumsi paling berani tentang penemuan dan pembuatan penggerak roda gigi sudah ada sejak tahun 800.
Selama lebih dari seratus tahun, pecahan-pecahan itu dipelajari dengan cermat, dan prasasti-prasasti yang masih ada secara ajaib diuraikan. Hanya aplikasi metode modern Penelitian (computed tomography, pemetaan tekstur polinomial) memungkinkan terciptanya model mekanisme Antikythera dan menentukan fungsinya. Perangkat tersebut diidentifikasi tidak hanya sebagai jam astronomi yang menunjukkan posisi Matahari, Bulan, dan lima planet yang diketahui saat itu dengan latar belakang konstelasi zodiak, tetapi juga sebagai komputer analog pertama dalam sejarah manusia yang mampu menentukan tempatnya. bola langit kapan saja di masa lalu dan masa depan, lakukan operasi aritmatika. Studi tentang artefak terus berlanjut, dan mungkin penemuan baru menanti kita.
Penciptaan Giovanni Dondi
Dalam sumber-sumber sejarah terdapat referensi awal mengenai pembuat jam tangan dan produk-produknya, namun abad-abad yang lalu tidak meninggalkan nama atau rincian apa pun. Jam tangan J. Dondi adalah perangkat pertama dari jenisnya yang keberadaannya didokumentasikan.
Sayangnya, mekanisme pembuat jam tangan asal Italia itu sendiri belum bertahan. Itu dibakar bersama dengan biara St. Justus, di mana ia disimpan sampai tahun 1809. Sejarawan hanya memilikinya Detil Deskripsi, dibuat oleh orang Italia sendiri.
J. Donny (1318-1387) menciptakan ciptaannya selama lebih dari 15 tahun. Sebuah jam astronomi (“Astrarium”) dipasang di alun-alun di Padua pada tahun 1364. Solusi teknis yang digunakan setidaknya satu abad lebih maju dari zamannya. Jadi, untuk mengimbangi librasi Bulan (osilasi kecil seperti pendulum), sang master menggunakan roda gigi dengan jarak sudut yang tidak rata antar gigi. Dari dial tersebut dimungkinkan untuk menentukan tanggal tahunan perpindahan hari libur Katolik.
Banyak planetarium mekanis telah menjadi hiasan dan bagian integral dari kota-kota di Eropa Barat. Diantaranya adalah jam tangan Katedral Strasbourg (Prancis) dan Lund (Swedia), alun-alun kota Olomouc (Republik Ceko), serta lonceng Feichtinger yang terkenal (Austria, Linz). Jam astronomi Katedral Santo Petrus (Beauvais, Prancis) dianggap yang terbesar di dunia (1868). Dengan tinggi 12 m, lebar 6 m dan kedalaman sekitar 3 meter, produk ini berisi lebih dari 90 ribu bagian.
Dan jam menara Lyon diakui sebagai salah satu yang tertua di dunia, yang pertama kali disebutkan berasal dari tahun 1379. Dari ketiga dialnya Anda dapat mengetahui waktu dan data kalender, letak benda langit di atas kota Perancis Dan hari libur gereja hingga tahun 2019.
Pada tahun 1562, jam tersebut dihancurkan, tetapi pada akhir abad ke-17 jam tersebut dipulihkan oleh Guillaume Nourrisson. Selama restorasi, tingkat lain ditambahkan. Dari siang hingga jam 3 sore, setiap jam yang lewat diumumkan oleh kokok ayam jantan, dan figur otomatis memerankan adegan Kabar Sukacita dengan bunyi lonceng yang merdu.
Kota Tua Orloj - lonceng, yang menerima namanya sendiri dan menjadi simbol nyata ibu kota Republik Ceko. Mereka telah mendekorasi menara balai kota sejak tahun 1410. Penulis proyek jam ini adalah astronom dan matematikawan Jan Schindel. Berdasarkan sketsanya, master dari Kadani Mikulas membuat bagian tertua Orloy - jam dan mekanisme astronomi.
Desain pahatannya dibuat di bengkel arsitek P. Parler. Dan jika Anda tidak memperhitungkan yang wajib pekerjaan restorasi, para tamu ibu kota Ceko melihat lonceng hampir dalam bentuk aslinya. Pengecualiannya adalah indeks fase bulan, dilengkapi pada tahun 1597, patung Kematian dan dua belas rasul (1659).
Pelat jam kalender asli, yang dibuat pada akhir abad ke-15 oleh master Jan Rouge, tidak bertahan. Penulis versi saat ini adalah arsiparis Praha K.J. Erben. Mekanismenya dipasang pada tahun 1866. Desain artistik pelat jam saat ini merupakan salinan lain dari karya asli seniman J. Manes.
Orloy bukan sekadar jam astronomi. Di Praha, banyak legenda dikaitkan dengannya, salah satunya menyatakan bahwa tidak ada yang mengancam rakyat Republik Ceko selama panah Orloj bergerak.
Dari menara ke saku
Seiring berjalannya waktu, fungsi astronomi menjadi populer pada jam tangan pribadi - pada perangkat yang berdiri di lantai, desktop, dan bahkan perangkat genggam.
Jam astronomi unik, yang dibuat oleh penemu budak Ural E. G. Kuznetsov (Zhepinsky) lebih dari 250 tahun yang lalu, saat ini dapat dilihat di museum sejarah dan teknis “Rumah Cherepanovs” (N. Tagil). Panel depan, selain dial yang menunjukkan jam dan menit, juga terdapat slot untuk menunjukkan fase Bulan dan posisi Matahari. Mekanisme kalender, selain data biasa (hari, bulan, tahun), menunjukkan Orang Suci - nama orang suci yang sesuai dengan hari tertentu ditampilkan di jendela terpisah. Jam menunjukkan pukul enam komposisi musik. Bagian teatrikalnya menggambarkan bengkel pandai besi.
Perangkat mekanik dan penemu brilian Rusia lainnya - I. P. Kulibin, L. S. Nechaev - juga membangkitkan kekaguman.
Pekerjaan hidup
Dane Jens Olsen mengabdikan seluruh hidupnya untuk jam tangannya. Sejak kecil, ia bercita-cita menjadi pembuat jam, dan ketika ia melihat jam astronomi di Strasbourg pada tahun 1897, ia memutuskan untuk menciptakan mekanisme yang sama sempurnanya. Sang master membutuhkan waktu sekitar 30 tahun untuk membuat perhitungan dan gambar. Baru pada tahun 1943 dia mengalokasikan uang yang diperlukan. Proyek ini membutuhkan waktu 12 tahun untuk diselesaikan, dan sayangnya, Olsen tidak melihat arlojinya terbuat dari logam dan kaca. Dia meninggal pada tahun 1945, dan pekerjaannya dilanjutkan oleh muridnya O. Mortensen.
Jam Jens Olsen pada saat diluncurkan pada bulan Desember 1955 di kotamadya Kopenhagen diakui sebagai perangkat mekanis paling kompleks di planet ini (15.448 bagian).
Selain fungsinya yang biasa, jam tangan Olsen menunjukkan pergerakan setiap orang planet terkenal(kecuali Pluto), presesi poros bumi (revolusi 25.753) dan langit berbintang di atas Denmark, sekaligus menunjukkan akurasi yang luar biasa (kesalahan gerak 0,4 detik per 300 tahun).
Penjaga waktu
Jangan lupakan fungsi lain dari kronometer bintang - menyimpan waktu yang akurat. Hingga abad ke-20, tugas ini ditugaskan pada jam astronomi yang presisi pendulum kedua. Untuk memastikan getaran yang seragam, kami mencoba menciptakan kondisi ideal:
- suhu konstan;
- tekanan udara rendah;
- penghapusan atau kompensasi bahkan pengaruh mekanis pihak ketiga yang kecil.
Instrumen Short dengan dua pendulum dan batas variasi harian hingga 0,003 detik menunjukkan akurasi yang tinggi. Ilmuwan dan insinyur Soviet F.M. Fedchenko berhasil mengurangi nilai ini sebanyak urutan besarnya pada tahun lima puluhan abad terakhir dengan meningkatkan kompensasi termal pendulum dan mengembangkan desain suspensi baru.
Inti dari penemuan ini adalah bahwa pendulum bebas dihubungkan ke mekanisme jam dial hanya melalui sirkuit listrik, yang memungkinkan untuk menempatkan silinder tertutup dengan pendulum dalam kondisi ideal (ruang bawah tanah yang dalam atau ruangan termostat), dan kronometer langsung di lokasi pengamatan. Jam astronomi elektronik-mekanis Fedchenko menyelesaikan evolusi perangkat pendulum.
Standar atom
Jam tangan kuarsa belum banyak digunakan sebagai acuan waktu. Meskipun keakuratannya hanya seperseribu detik per hari, kristal kuarsa dapat mengalami penuaan, dan kesalahan terus berlanjut.
Jam atom didasarkan pada penggunaan tingkat energi kuantum atom (molekul) sebagai sumber frekuensi resonansi. Transisi sistem "inti atom - elektron" dari tingkat ke tingkat menciptakan kesamaan rangkaian osilasi. Sejak tahun 1967, durasi 9192631770 transisi antara tingkat keadaan dasar isotop stabil cesium-133 diambil sebagai satu detik.
Jam atom saat ini adalah perangkat yang sepenuhnya otonom. Pekerjaan sedang dilakukan secara aktif untuk memperkecilnya. Jam tangan atom batch pertama telah dirilis di Amerika Serikat.
