Текст книги "Вчера, сегодня, завтра"

Автор книги: Михаил Ивановский

сообщить о нарушении

Текущая страница: 12 (всего у книги 15 страниц)

Штаб службы времени

У кварцевых и всех маятниковых часов, заключенных в подвале, есть часы-адъютанты. Это тоже точные астрономические часы, но находятся они наверху, в светлых и просторных комнатах службы времени.

В службе времени по стенам тянутся электрические провода. В первой комнате в простенке установлен аппарат, похожий на телеграфный; он точно так же постукивает, и из него вьется узкая бумажная лента. Тут же расположились приборы в серых металлических футлярах, с виду похожие на полевые радиостанции.

Обстановка напоминает штаб, и это действительно штаб, поддерживающий дисциплину в разнообразном часовом войске.

В углу около входа висят большие часы, а возле них у стены установлен щит с репродуктором, выключателями, сигнальными лампами и приборами.

Именно эти часы следят, чтобы все будильники, ходики, ручные, карманные, стенные и уличные часы, чтобы вся эта разношерстная братия соблюдала строй, держала равнение и маршировала «нога в ногу», минуту в минуту.

Чтобы солдаты армии часов не теряли равнения, штабные часы по радио подают в назначенное время команду – «равняйсь!»

Только по радио эта команда звучит иначе: каждый час из всех радиоприемников и репродукторов трансляционной сети раздается шесть коротких сигналов. Последний сигнал совпадает с моментом часа: столько-то часов ноль-ноль минут ноль-ноль секунд.

Обособленной компанией собрались в своем углу часы-адъютанты. Это и есть те самые часы со вспомогательным маятником, с которыми мы уже встречались. Они, как и все астрономические часы, не тикают, а громко, отчетливо щелкают. Так как их много, то это тиканье сливается в веселое перестукивание. Кажется, что это усердно трудятся сказочные гномы-кузнецы. Они постукивают маленькими молоточками и что-то неустанно и дружно куют.

Часы-адъютанты – рослые, в рост человека. Одеты они в деревянные футляры со стеклянными дверцами, имеют циферблаты, стрелки, маятник – и все у них, как у обычных часов. К ним можно подходить без опаски, разглядывать их устройство, разговаривать возле них. Эти часы не боятся присутствия человека, потому что их ход от них самих очень мало зависит.

Часы-адъютанты или, как их иногда называют сотрудники службы времени, – «рабы», связаны электрическими проводами с часами в подземелье. Там внизу качается главный маятник. При каждом взмахе он на мгновение включает ток. Электрический толчок – импульс, более короткий, чем удар сердца, – передается вспомогательным часам. Их маятник качается, в точности повторяя движения главного. Вспомогательные часы следуют за главными, как рабы за своим хозяином. Они выполняют за него всю черновую работу– движут шестереночный механизм, поворачивают стрелки, считают секунды и включают ток в электромагниты главных часов, а те в свою очередь приподнимают рычажок, который коротким щелчком подталкивает маятник.

От всех забот освобожден главный маятник; его дело одно – качаться как можно равномернее.

Сотруднику службы времени незачем спускаться в подвал. Часы-адъютанты особой стрелкой показывают ход главных часов. Они, громко щелкая, добросовестно докладывают и о здоровье и о работе своего хозяина.

Как всякий штаб, служба времени поддерживает постоянную связь с вышестоящим штабом и с соседями по фронту. Она сравнивает показания своих часов с радиосигналами времени из Москвы, Понтуаза (Франция), Регби (Англия) и других городов.

Во время Великой Отечественной войны, когда Париж был занят немцами, а Пулково было разбито варварским обстрелом, сигналы времени подавали свердловская и ташкентская радиостанции.

Для всех, кому необходимо знать время с очень высокой точностью, некоторые радиостанции передают особые сигналы точного времени. Для приема и записи таких сигналов служат специальные приборы. Лучшие из них позволяют уловить расхождение времени в одну десятитысячную секунды. Простейшие из таких приборов – хронографы, записывающие и печатающие.

В записывающем хронографе, как в телеграфном аппарате, протягивается бумажная лента, на которой два перышка непрерывно рисуют прямые линии. Против каждого пера установлен электромагнитик, который притягивает перо, если по нему пропустить электрический ток. При этом на линии, которую чертит перо, получится зубчик.

Для проверки часов по радиосигналам одно перо хронографа подключается к часам, и расстояние между двумя зубчиками, которые оно чертит, соответствует секунде по этим часам. Электромагнит второго перышка присоединяется к радиоприемнику. Оно записывает на ленте радиосигналы точного времени. Сравнивая обе записи, можно очень точно определить разницу между временем, переданным по радио, и тем, которое показывают часы. Ошибка или, как говорят, поправка часов после каждой проверки по радиосигналам тщательно записывается в специальный журнал.

Так работает хронограф, который печатает цифры секунд и минут.

Но ведь сами радиосигналы точного времени тоже могут иметь ошибку? Могут и всегда имеют, хоть и очень маленькую. Для того, чтобы учесть и эту ошибку, все службы времени сравнивают свои лучшие часы с «чужими» сигналами точного времени. Данные таких сравнений пересылаются во Всесоюзный «штаб» времени в Москву. Такие же данные, но от всех служб времени мира получает Международное бюро времени в Париже. В «штабе» обрабатывают полученные сводки, вычисляют ошибки, которые были сделаны при передаче сигналов точного времени, и печатают их в специальных бюллетенях.

Передача сигналов точного времени длится несколько минут, а проверка и вычисление ошибок может занимать многие месяцы.

Спешить нельзя, – служба времени требует высшей точности.

Современный способ проверки сигналов точного времени был введен в практику в 1928 году астрономами Пулкова, а затем несколько лет спустя его приняли парижская и другие крупнейшие обсерватории земного шара.

Неустанно, бдительно работники службы берегут секунду, следят за неутомимым бегом времени, следят за тем, чтобы на всем земном шаре все часы шли аккуратно, равномерно, точно и чтобы ход наших часов не расходился с великими часами природы – звездным небом.

Глава восьмая. Победа советской науки

Время «сообщают» звезды

Вечные жители подземелья, эталонные часы пользуются полным покоем и заботливым уходом. Их, как маленьких детей, лелеют и берегут. И можно подумать, что эталонные часы в службе времени делают самое важное дело. Однако это не так.

Эталонные часы хранят то, что им не принадлежит. Они не хозяева секунды, а только кладовщики ее. Если вдруг случится несчастье, часы остановятся и пропадет счет секунд, то восстановить утраченное время часы самостоятельно не смогут.

Вот поэтому, когда несколько суток подряд стоит пасмурная погода, астрономы службы времени тоже начинают хмуриться. Их тревожит возможное расхождение эталонных часов с величайшими часами природы – звездным небом.

Правда, в наши дни пасмурная погода для службы времени перестала быть такой неприятностью, как прежде. Сейчас гениальное творение А. С. Попова позволяет в случае необходимости сверить часы с часами любой обсерватории мира.

В прошлом столетии, когда не было радио, некоторые обсерватории частенько бедствовали. Особенно плохо приходилось Гринвичу и Пулкову. Эти обсерватории расположены в местах, которые изобилуют пасмурными ночами, а в Гринвиче к тому же часты туманы, непроглядные, как молоко.

А между тем сверять часы со звездным небом необходимо.

Земной шар вертится, как волчок, но только его вращение совершается в высшей степени плавно, и для нас, жителей этого гигантского волчка, оно совсем не ощутимо. Единственное, чем выдает себя вращение Земли, – это суточное движение небосвода. Глядя в пространство, нас окружающее, мы видим, как все светила вселенной бегут вокруг нас в вечном и равномерном хороводе. Это кажущееся движение. Когда катаешься на карусели, тоже кажется, что все предметы вокруг бегут навстречу, но движутся все-таки не окружающие предметы, а карусель.

Наблюдая звезды с Земли, видим, что все они описывают круги возле одной точки, которая называется полюсом мира. Неподалеку от полюса мира расположена всем известная Полярная звезда.

Нацелив обычный фотоаппарат на Полярную звезду, можно получить в безлунную ночь любопытный снимок. Все звезды отпечатают на пластинке правильные, словно циркулем вычерченные дуги.

Если объектив был открыт один час, то каждая звезда опишет дугу, равную одной двадцать четвертой доле окружности.

За 24 часа звезды совершают вокруг полюса один полный оборот. Поэтому звездное небо может служить прекрасными часами.

Суточное вращение звездного неба.

Вообразите, что на небе нарисован циферблат с двадцатичетырехчасовыми делениями. Осью воображаемой стрелки небесных часов послужит Полярная звезда, а острием стрелки – две крайних звездочки из ковша Большой Медведицы.

И это будут весьма надежные часы, потому что вращение Земли – одно из самых равномерных из всех движений, какие только нам известны.

До сих пор всегда считалось, что сутки – устойчивая и постоянная природная мера времени. Очень многие думают, что сутки, то есть время одного оборота Земли вокруг оси, составляют по обычному нашему счету времени ровно двадцать четыре часа. Это не совсем верно. Убедиться в ошибке можно без всяких астрономических инструментов.

Вечером понаблюдайте из окна звездное небо и заметьте точное время, когда какая-либо достаточно яркая звезда зайдет за трубу или за стену дома, расположенного напротив. Допустим, это случилось в 22 часа и 19 минут.

Следующей ночью повторите наблюдение; и окажется, что выбранная вами звезда скроется из вида в 22 часа и 15 минут. На третью ночь это произойдет уже в 22 часа и 11 минут, то есть каждый день звезда будет скрываться на 4 минуты раньше.

Если же часы были выверены, то суточная разница составит не ровно 4 минуты, а немного меньше, – 3 минуты и 56 секунд.

Таким образом, каждая звезда, описав в небе полный круг, возвращается на замеченное вами место не через 24 часа, а быстрее, – через 23 часа 56 минут и 4 секунды. Это и есть время одного оборота Земли вокруг оси. Оно называется звездными сутками, в отличие от общеупотребительных в гражданской жизни среднесолнечных суток.

Сутки, измеренные с помощью звезд, оказываются короче солнечных. На первый взгляд немного странно, что в природе получилось два вида суток, но вспомним, – ведь Земля вращается не только вокруг своей оси, она обращается также вокруг Солнца.

В течение года она делает 366 оборотов вокруг оси и один оборот – около Солнца. Путешествуя по орбите вокруг Солнца, вращающийся земной шар невольно теряет триста шестьдесят шестые сутки, и мы, жители Земли, за год видим 365 раз восход Солнца, но 366 раз восход каждой звезды.

Получается нечто подобное ошибке моряков экспедиции Магеллана. Они совершили путешествие вокруг Земли и потеряли одни сутки, потому что двигались навстречу вращению Земли.

Мы же ежегодно совершаем путешествие вокруг Солнца и тоже теряем одни солнечные сутки.

Если бы земной шар вращался в другую сторону, то мы выгадывали бы одни солнечные сутки и имели бы в году 367 дней вместо 365.

В своей работе астрономы пользуются главным образом звездным, а не гражданским, то есть солнечным, счетом времени. Астрономические часы обычно отрегулированы по звездному времени. Их циферблаты тоже разделены на 24 часа, но каждый звездный час короче солнечного почти на 10 секунд. И каждая звездная минута тоже чуть-чуть короче обычной.

Звездные часы совершенно необходимы для астрономов, так как они идут в строгом согласии с движением звездного неба. Каждая звезда восходит по звездным часам всегда в одно и то же время. В Москве и на широте Москвы Сириус, например, ежедневно восходит в 2 часа и 21 минуту и заходит аккуратно в 11 часов и 5 минут по местному звездному времени. Благодаря звездным часам астроном всегда знает, когда и какие звезды находятся на небе, а запись наблюдений, пользование звездными каталогами значительно упрощается.

Для гражданской жизни звездные часы совершенно непригодны. Ведь звездные сутки, подобно лунным суткам, короче солнечных. Звездные часы спешат по сравнению с обычными и постоянно обгоняют их. Поэтому звездная полночь может прийтись на наш полдень, а при восходе солнца звездные часы могут показать поздний вечер.

Наша жизнь и жизнь всей природы на Земле регулируется Солнцем, а не звездами.

Только астрономы пользуются звездным временем. Они по звездам определяют поправку сначала своих основных звездных часов, потом, пользуясь таблицами, переносят поправку на среднесолнечные часы, которые в свою очередь дают точное время часам-сигналистам, а те сообщают время всем желающим.

Служба пассажного инструмента

Для определения точного времени существуют отдельные астрономические инструменты в обсерваториях и назначены на небе особые, «часовые» звезды, или «звезды времени». Эти звезды достаточно ярки, и их положение на небе определено с величайшей точностью. Астроном знает, во сколько часов, минут, секунд и сотых долей секунды та или иная «часовая» звезда пройдет через меридиан.

В Пулковской обсерватории при ее основании было выбрано 44 часовых звезды. Сейчас их число значительно увеличено, с тем чтобы каждую ночь в любой час можно было проверить часы по нескольким звездам.

Вот этот коренастый астрономический инструмент, изображенный на рисунке, и является главным добытчиком точного времени; он повелитель и судья всех астрономических часов, их прямой и непосредственный начальник.

По рисунку трудно догадаться, как в эту трубу смотрят астрономы. Снизу у нее какие-то рычаги, средняя часть имеет форму куба; весь инструмент больше напоминает миномет, чем астрономическую трубу.

Однако это самая настоящая астрономическая труба, и притом очень удобная. Она гораздо удобнее, чем обычные школьные телескопы, возле которых приходится стоять или сидеть, выгнув шею и подняв голову.

Около пассажного инструмента – а этот инструмент называется пассажным– наблюдатель работает совершенно спокойно. Как бы ни была наклонена труба, астроному не приходится менять положения. Ось, поддерживающая трубу, оттого такая толстая, что она полая и служит продолжением инструмента. В конце ее, который выступает за опору инструмента, находится окуляр.

А в металлическом кубе в средней части инструмента помещена трехгранная стеклянная призма. Она принимает изображение звезды от объектива и отражает вдоль оси к окуляру. Поэтому объектив можно поднимать, опускать, а окуляр остается всегда неподвижным. Наблюдатель смотрит в него, как в окошечко.

Пассажный инструмент установлен на массивном основании так, что его трубу можно поворачивать только в одном направлении – с севера на юг – и обратно, точно по меридиану, то есть двигать ее только вверх или вниз. Вправо или влево труба не поворачивается, Поэтому в пассажный инструмент нельзя рассматривать любую звезду на небе, а только ту, которая в данный момент проходит через меридиан. Перед наблюдением астроному приходится поджидать, когда нужная ему «часовая» звезда сама заглянет в объектив.

Этой особенностью инструмента объясняется его название – пассажного, так как звезды появляются и проходят в поле зрения, как проезжие, как пассажиры.

Пассажный инструмент. В кружке видно, как проходит звезда в поле зрения трубы.

Ограничение подвижности пассажного инструмента не является его недостатком– наоборот, это его достоинство. Всегда лучше уметь делать одно дело, да как следует, чем много дел, но кое-как. Пассажный инструмент и приспособлен для выполнения одного дела: он позволяет очень точно замечать момент прохождения звезды через меридиан. И с этой обязанностью инструмент справляется прекрасно, гораздо лучше, чем иной большой телескоп. Неподвижная установка предохраняет астронома от многих ошибок при измерениях.

Внутри трубы пассажного инструменты натянуты тончайшие нити: одна – горизонтальная и несколько – вертикальных. Дождавшись появления «часовой» звезды, астроном подводит инструмент так, чтобы «посадить» звезду на горизонтальную нить. Звезда движется вдоль горизонтальной линии, как по дорожке. По пути ей попадаются вертикальные нити; она их пересекает, а астроном в эти мгновения нажимает клавишу, связанную с хронографом. Клавиша включает ток в одну из катушек хронографа; от этого его перышко вздрагивает и оставляет на бумажной ленте зубчик.

Одновременно к другому перышку хронографа подведены сигналы секунд эталонных часов, и оно на соседней дорожке ставит каждую секунду по зубчику.

Когда звезда уйдет из поля зрения инструмента, астроном берет ленту хронографа и сравнивает вычерченные на ней линии с зубчиками. На одной из них отпечатались секунды по сигналам эталонных часов, а на другом – сигналы от клавиши, на которую нажимал астроном в моменты пересечения звездой вертикальных нитей.

Так как время прохождения звездой меридиана известно заранее и очень точно, то, измеряя расхождение зубчиков от звезды и от часов, астроном определяет, насколько ушли или отстали часы.

Обычно наблюдений только одной «часовой» звезды бывает недостаточно. Для большей надежности за ночь повторяют наблюдения над несколькими звездами и поправку часов определяют с точностью в несколько сотых долей секунды.

Таким сравнительно несложным способом пользовались до конца прошлого столетия. Астрономов тогда удручали чересчур большие ошибки наблюдений. И это было понятно, – астроному приходилось выполнять одновременно два ответственных дела: следить за звездой, улавливая момент пересечения ею нити, и нажимать клавишу хронографа. Внимание рассеивалось, рождалась ошибка. При этом способе она была совершенно неизбежна.

Как установил великий русский физиолог И. М. Сеченов, сигналы головного мозга передаются по нервам с некоторой и сравнительно небольшой скоростью. В среднем она равна всего лишь двадцати семи метрам в секунду. Заметив, как звезда пересекает нить, астроном при всем своем желании не может в тот же момент нажать клавишу. Зрительное впечатление должно сначала передаться в головной мозг, а головной мозг подает команду пальцам руки: «нажать клавишу». Его приказ помчится по нервам, как по телеграфной проволоке, и достигнет пальцев примерно через шесть сотых секунды.

Если бы скорость передачи сигналов головного мозга всегда была постоянной, то это запаздывание можно было бы учесть, но нервы – не телеграфная проволока, и скорость передачи команд головного мозга может сильно изменяться. На нее влияет все – хорошее или дурное настроение, утомление, лишний стакан чая или кофе.

Можно ли добиться идеальной точности?

Астронома надо было освободить от обязанности самому нажимать клавишу. Это должен делать какой-либо механизм.

Был изобретен прибор, названный саморегистрирующим, контактным микрометром. Его присоединяют к пассажному инструменту вместо окуляра. В поле зрения микрометра натянуты параллельно друг другу две горизонтальные нити и три вертикальные. Горизонтальные нити и одна из вертикальных нитей неподвижны, а две вертикальные можно передвигать вправо и влево, поворачивая небольшие, обшитые мягкой материей рукоятки.

Как только звезда появится в поле зрения, астроном направляет инструмент так, чтобы изображение звезды попало в «коридорчик» между двумя горизонтальными линиями.

Звезда движется по этому «коридору», а наблюдатель подводит к ней одну из подвижных вертикальных линий, совмещает ее с изображением звезды и, тихонько поворачивая рукоятки, ведет нить, не позволяя ей отрываться от звезды.

Рукоятки, которыми астроном ведет нить, соединены со специальным контактным барабаном. Когда барабан поворачивается, в нужные моменты замыкаются контакты и пропускают ток к хронографу. Перышко хронографа щелкает и ставит зубчики (некоторые современные хронографы прямо печатают на ленте минуты, секунды и десятые и сотые доли секунды).

С изобретением саморегистрирующего микрометра у астронома осталось только одно дело – вести нить так, чтобы она не разлучалась со звездой. Остальное делает сам микрометр.

Этот способ был введен в Пулкове с 1897 года, и точность астрономического определения времени значительно увеличилась. Впоследствии метод наблюдения был еще больше упрощен. Астрономы установили моторчик, который вращает барабан микрометра и ведет нить со скоростью, близкой к скорости звезды в поле зрения. Наблюдателю приходится только немножко подправлять нить, наводя ее на звезду.

Первое время астрономы считали саморегистрирующий микрометр прекрасным, совершенным инструментом, но одновременно совершенствовались и часы. Точность часов опять стала превышать точность и астрономических наблюдений.

Получилось нечто совсем нежелательное, – не астроном поправлял часы, а часы поправляли его.