Czas ziemski, czas współrzędnych

Czas Ziemski (TT)

TT został zatwierdzony przez XXI Zgromadzenie Generalne IAU (Buenos Aires, 1991; Rezolucja A4) jako skala czasu przeznaczona do praktycznego odmierzania czasu na Ziemi, w szczególności jako czas odniesienia dla pozornych efemeryd geocentrycznych. Czas ziemski praktycznie wprowadzony był już w 1976 roku jako tzw. Ziemski Czas Dynamiczny (TDT), który z dniem 1 stycznia 1977 roku zastąpił Czas Efemeryd (ET).

TT jest zdefiniowany jako skala czasu różniąca się od skali czasu współrzędnych geocentrycznych TCG o współczynnik LG będący funkcją potencjału siły ciężkości na geoidzie.

Z uwagi na niedostateczną dokładność wyznaczenia potencjału siły ciężkości na geoidzie oraz zmienność w czasie pola siły ciężkości Ziemi XXIV Zgromadzenie Generalne IAU (Manchester, 2000; Rezolucja B1.9) przyjęło stałą wartość współczynnika LG, określoną na podstawie ustalonej wartości potencjału siły ciężkości, i uznało ją za jedną ze stałych definiujących obowiązujące systemy astronomiczne i geodezyjne.

Związek między Międzynarodowym Czasem Atomowym (TAI), a Czasem Ziemskim (TT) jest następujący:

TT − TAI = 32.184 s

zaś relacje między Czasem Ziemskim (TT), a czasem współrzędnych geocentrycznych wyraża wzór:

TCG − TT = LG × (JD − 2443144.5) × 86400

gdzie LG = 6.969290134 × 10−10

Zależności te gwarantują zgodność jednostki pomiaru TT z sekundą SI na powierzchni bardzo bliskiej geoidzie.

 

Czas współrzędnych geocentrycznych (TCG)

TCG wprowadzony przez XXI Zgromadzenie Generalne IAU (Buenos Aires, 1991; Rezolucja A4), jest czasem w czterowymiarowej czasoprzestrzeni — Niebieskim Geocentrycznym Systemie Odniesienia (GCRS), który porusza się w przestrzeni wraz z ruchem orbitalnym Ziemi wokół barycentrum Układu Słonecznego, przy czym kierunek osi tego systemu pozostaje niezmienny w odniesieniu do systemu inercjalnego (praktycznie BCRS). Czas ten należy do zdefiniowanej w Rezolucji B1.5 XXIV Zgromadzenia Generalnego IAU (Manchester, 2000) metryki relatywistycznej GCRS. W tej samej rezolucji znajduje się definicja Niebieskiego Barycentrycznego Systemu Odniesienia (BCRS) oraz związanego z nim czasu współrzędnych barycentrycznych.

 

Czas współrzędnych barycentrycznych (TCB)

TCB jest czasem współrzędnych czterowymiarowego Niebieskiego Barycentrycznego Systemu Odniesienia (BCRS), który jest traktowany jako system quasi–inercjalny. Czas ten należy do metryki relatywistycznej niebieskiego systemu barycentrycznego. Zależność pomiędzy TCB i TCG jest wyrażona za pomocą pełnej 4–wymiarowej transformacji Lorentza (Rezolucja B1.5). W przybliżeniu (z dokładnością 10−14) można używać wyrażenia

TCB − TCG = LC × (JD − 2443144.5) × 86400 + c − 2 v(x − xe) + P

gdzie LC = 1.48082686741 × 10−8 ± 2 × 10−17
zaś xe i ve oznaczają wektory barycentrycznej pozycji i prędkości środka mas Ziemi, x jest wektorem barycentrycznej pozycji obserwatora, a P przedstawia wyrazy okresowe, których łączna amplituda nie przekracza 1.6 ms (Rezolucja B1.6).
XVI Zgromadzenie Generalne IAU (Grenoble, 1976) wprowadziło, obok skali Ziemskiego Czasu Dynamicznego TDT również skale czasu dynamicznego odniesionego do barycentrum Układu Słonecznego. Czas ten nazwano Barycentrycznym Czasem Dynamicznym.

 

Barycentryczny Czas Dynamiczny (TDB)

TDB jest czasem atomowym używanym od 1984 roku jako argument efemeryd, np. Księżyca, planet, odniesionych do barycentrum Układu Słonecznego, a także jako argument precesji. TDB może być określony jako argument w algorytmach efemerydalnych DE405/LE405 opracowanych przez JPL (efemerydy planetarne zazwyczaj są wyrażane w funkcji czasu Teph, który jest bardzo zbliżony do TDB). TDB różni się od TDT o wyrazy okresowe spowodowane ruchem orbitalnym Ziemi w polu grawitacyjnym Słońca, Księżyca i planet. Różnica ta, zawierająca efekty relatywistyczne, nie przekracza 2 ms.
Uznając potrzebę zachowania spójności ze skala czasu Teph, XXVI Zgromadzenie Generalne IAU (Praga, 2006) (Rezolucja 3) wprowadziło nową definicję TDB oparta na TCB

TDB = TCB − LB × (JDTCB − T0) × 86400 + TDB0

gdzie LB = 1.550519768 × 10−8 ; T0 = 2443144.5003725  ; TDB0 = −6.55 × 10−5

są stałymi definiującymi {W Rezolucji B2 ZG IAU 2009 wielkość T0 nie została zaliczona do stałych definiujących.}.
Wzorce atomowe nie dostarczają żadnych charakterystycznych momentów, jakie dawałyby możność stworzenia naturalnej skali czasu atomowego. Początek skali czasu atomowego musi być obrany umownie przez nawiązanie do skali o trwałej ciągłości. Aspekt chronologiczny metrologii czasu wymaga zegara wzorcowego, który gwarantowałby pomiary bardzo wielkich interwałów czasu i zapewniał skale dla zdarzeń bardzo odległych w przeszłości i w przyszłości. Naturalnymi skalami czasu są skale czasu astronomicznego. W szczególności, naturalną skalą czasu jest skala czasu obrotowego słonecznego, do której odnoszą się pojęcia dnia i nocy, i z którą wiąże się cykl biologiczny żywych organizmów na Ziemi. W skali czasu słonecznego są wyrażane niewymagające wysokiej precyzji efemerydy ciał niebieskich.