اما برای ستاره شناسان سنجش زمان میتواند بسیار پیچیده شود . دلیل این است که واحدهای اندازه گیری زمان مانند روز و قسمتهای ان مانند ساعت ، دقیقه و ثانیه بر پایه پدیده های نجومی قرار دارند و این موارد ممکن است بسیار دشوارتر از ان چیزی باشند که تصور میکنید .
در سیستم زمانی تمدن ما بسیاری از این پیچیدگی ها توسط قوانین رسمی هموار شده اند . نتیجه ان یک سنجش زمان بسیار ساده برای استفاده است .
در اماده خلاصه ای از سیستم های زمانی مختلف را می اورم .
زمان محلی ظاهری ( Local Apparent Time = LAT )
این مورد که زمان خورشیدی ظاهری ( apparent solar time ) یا زمان افتابی ( sundial time ) نیز خوانده میشود در زمانهای بسیار دور استفاده میشده است . ظهر چیزی بود که مردم امروزه فکر میکنند : زمانی که خورشید از اوج ( meridian ) میگذرد _ و در این هنگام خورشید به جنوب متمایل است ( در عرضهای شمالی میانه ) . این زمان اوج روز است ، نیمه راه بین طلوع و غروب خورشید . کلمه meridian هم از کلمه لاتین mid-day نشات میگیرد .
اما هنگامی که ساعتهای دقیق اختراع شدند افراد زمان سنج متوجه شدند که زمان خورشیدی مشکلی دارد . خورشید ، وابسته به فصول ، تا 16 دقیقه سریعتر و تا 14 دقیقه کندتر در اسمان گذر میکند . این اثر از کجی محور چرخش زمین و همچنین بیضیت مدار زمین بدور خورشید ناشی میشود .
برای گریز از این مشکل سیستم زمانی زیر اختراع شد .
زمان محلی متوسط ( Local Mean Time = LMT )
ستاره شناسان یک خورشید مجازی در نظر گرفتند که با سرعت ثابت در طی استوای سماوی گذر میکرد و سیر سالانه خود را در میان صورتهای فلکی انجام میداد .خورشید مجازی بعد ( right ascension ) میانگین خورشید حقیقی را دارد . ظهر زمانی شد که خورشید مجازی از اوج میگذشت .
شمار دقایقی که خورشید واقعی از خورشید مجازی عقب میماند یا از ان جلو میفتد پس ماند زمان نجومی ( equation of time ) نام دارد . مقدار ان را برای هر تاریخی میتوان در یک الماناک ( almanac ) پیداکرد .
اما این تصحیحات کافی نبود ، مشکل بزرگتر گردی زمین بود .
زمان استاندارد ( Standard time )
بدلیل خمیدگی سطح زمین اسمان بالای سر شما با اسمان در چند کیلومتر دورتر متفاوت است . بطور مشابه ، هنگامیکه خورشید یا یک ستاره برای شما در اوج قرار دارد ، برای کسی که در غرب شما قرار دارد هنوز به اوج نرسیده و برای کسی که در شرق قرار دارد قبلا از اوج عبور کرده است .
در عرض جغرافیایی 40 درجه ( شمالی یا جنوبی ) مقدار این تغییرات 1 دقیقه به ازای هر 21 کیلومتر است . بنابراین هنگامیکه ساعت برای شما 12:00 میباشد برای کسی که در 21 کیلومتری غرب شما قرار گرفته ساعت 11:59 و برای انکه در 21 کیلومتر شرقی شما قرار گرفته 12:01 است . به این دلیل است که زمان متوسط ، محلی است .
هنگامی که سفرها و ارتباطات کند بود این موضوع اهمیتی نداشت اما مشکل در قرن نونزدهم رخ نمود . استفاده گسترده از تلگرام و راه اهن سبب یک نغییر شد . چگونه میتوانستی به یک قطار برسی هنگامی که هر شهر و شرکت راه اهن یک زمان جداگانه را در نظر میگرفت ؟
در 1883 ایالات متحده امریکا به محدوده های زمانی استانداردی تقسیم شد . این اتفاق برای بقیه جهان نیز اقتاد . در هر محدوده تمامی ساعتها بر اساس زمان متوسط محلی از طول جغرافیایی استاندارد تنظیم شده اند . هر محدوده زمانی 1 ساعت با محدوده کنار خود تفاوت دارد و این به این دلیل است که محدوده ها بصورت 15 درجه ای از یکدیگر مجزایند .
زمان استاندارد یک پیشرفت بزرگ برای جوامع بود اما نه برای نظاره گران اسمان ، گرچه چرخه های اسمان ( star wheels ) هنوز با زمان متوسط محلی کار میکنند .
خوشبختانه تصحیح LMT ساده است . برای هر درجه که در غرب طول جغرافیایی استاندارد محدوده زمانیتان قرار دارید 4 دقیقه به LMT اضافه کنید تا زمان استاندارد را بدست اورید . برای هر درجه که در شرق قرار دارید 4 دقیقه کم کنید .
از این فرمول استفاده کنید : Standard time = LMT + Correction که تصحیح برای غرب مثبت و برای شرق منفی میباشد . در مورد daylight saving time 1 ساعت به زمان استاندارد اضافه میشود . daylight saving time در ایالات متحده و کانادا و از 2:00 a.m. اولین یکشنبه اوریل تا اخرین یکشنبه اکتبر استفاده میشود .
زمان جهانی ( Universal Time = UT )
اگر محدوده زمانی داده شود زمان استاندارد خوب عمل خواهد کرد . اما هنگامی که یک زمان جهانی میخواهیم چه ؟ مثلا در یک الماناک کدام محدوده زمانی بایستی جانبداری شود ؟
بطور منطقی در 1884 پذیزفته شد که طول جغرافیایی 0 بایستی بعنوان محدوده زمانی جهانی مورد استفاده قرار گیرد . این طول جغرافیایی بر حسب تعریف همان خطی است که توسط زهی برنجی از زمین رصدخانه سلطنتی گرینویچ انگلستان میگذرد . از این رو زمان جهانی اغلب زمان متوسط گرینویچ ( Greenwich Mean Time = GMT ) نامیده میشود .
بر طبق سنت زمان جهانی به صورت 24 ساعتی بیان میشود ، بدینگونه که ظهر 12:00 و نیمه شب 0:00 خوانده میشود .
زمان تقویمی ؛ دینامیکی ؛ زمینی ( Ephemeris Time ; Dynamical Time ; Terrestrial Time )
هنگامی که سیستم جهانی محدوده های زمانی رخ داد و UT بوجود امد بایستی برای همیشه پذیرفته میشد ، اما چنین نشد . ستاره شناسانی که با دینامیک منظومه شمسی سر و کار داشتند متوجه یک اختلال شدند . طول روز نیز متغیر بود .
سرعت چرخش زمین به مقدار ناچیز و غیر قابل پیش بینی ای کند و تند میشود . این کند شدن تدریجی در اثر جذر و مدی که خورشید و ماه اعمال میکنند ایجاد میشود . تصور میشود که تغییرات نامنظم از حرکت مواد در هسته سیال زمین نشات میگیرند . تغییرات در بادها ، توده های هوایی و غیره عوامل دیگری هستند که سبب ایجاد تغییرات کوتاه دوره میشوند .
در مواجهه با این مشکل ستاره شناسان در 1952 ET ( Ephemeris Time ) را بنیاد نهادند که در 1984 زمان زمین دینامیک ( Terrestrial Dynamical Time = TDT ) جایگزین ان شد و در 1991 نام ان به زمان زمینی ( Terrestrial Time ) تغییر یافت . این سیستم زمانی با حذف چرخش زمین عمل کرده و بسیار مفید است و در محاسبات نجومی و پیش بینی های الماناکی استفاده میشود . TT در 1902 با UT تطبیق یافت . از ان وقت UT تدریجا از ان فاصله گرفته . چنانکه ازسال 2003 UT 65 ثانیه عقب مانده است .
اگر با زمانی در سیستم TT مواجه شدید و دقت 1 دقیقه برای شما مهم است ، نیاز دارید که اختلاف انرا با UT بدانید ، الماناک ها این اختلاف را به صورت Delta T دارند . از این فرمول استفاده کنید : UT = TT – Delta T . تعیین Delta T بدقت بدلیل چرخش غیر قابل پیش بینی زمین غیر ممکن است .
مشکلات بیشتری هم وجود دارند . برای مواجهه با این واپیچی های زمانی کوچک که در اثر تئوری نسبیت عام انیشتن ایجاد میشوند در 1976 Barycentric Dynamical Time (TDB) معرفی شده و سپس در 1991 Geocentric Coordinate Time ( TCG ) و Barycentric Coordinate Time ( TCB ) جایگزین ان شدند . این سیستم ها در سفینه های فضایی استفاده میشوند و اماتورها عموما از انها صرفه نظر میکنند .
زمان هماهنگ جهانی ( Coordinated Universal Time = UTC )
بشریت و نه فقط ستاره شناسان به یک سیستم زمانی سرراست مانند زمان زمینی نیاز دارند .
قسمتی از راه حل در گرو تعریف مجدد واحدهای زمانی پایه است . ثانیه دیگر 1/86400 روز متوسط خورشیدی نیست . از 1967 ثانیه اینگونه تعریف شده است : مدت زمانی که طول میکشد تا اتم سزیم 133 ، 9192631770 هرتز موج مایکروویو در یک ساعت اتمی تولید کند .
با تعریف ثانیه به صورت غیر نجومی چرخش زمین ساعتهای جهان را تغییر نخواهد داد . اما در عوض روز دیگر 24 ساعت نخواهد بود . اکنون به طور متوسط 24.0000003 ساعت در یک روز وجود دارد .
برای هماهنگی ساعتها با گردش زمین ، هنگامی که نیاز باشد یک leap second در ساعت جهانی درج میکنیم بطور متوسط یکبار در هر سال . leap second در اخر سی ام جون یا سی و یکم دسامبر اضافه میشود و اخرین دقیقه بصورت 61 ثانیه در میاید .
در نتیجه زمان هماهنگ جهانی بدست میاید ، سیستمی که تمامی ساعتهای جهان بر طبق ان تنظیم میشوند . این سیستم در حوزه های غیر نجومی زمان جهانی ( World Time ) ، زمان Z ( Z Time ) و به صورت غیر رسمی زمان متوسط گرینویچ ( Greenwich Mean Time = GMT ) نیز خوانده میشود
در سیستم زمانی تمدن ما بسیاری از این پیچیدگی ها توسط قوانین رسمی هموار شده اند . نتیجه ان یک سنجش زمان بسیار ساده برای استفاده است .
در اماده خلاصه ای از سیستم های زمانی مختلف را می اورم .
زمان محلی ظاهری ( Local Apparent Time = LAT )
این مورد که زمان خورشیدی ظاهری ( apparent solar time ) یا زمان افتابی ( sundial time ) نیز خوانده میشود در زمانهای بسیار دور استفاده میشده است . ظهر چیزی بود که مردم امروزه فکر میکنند : زمانی که خورشید از اوج ( meridian ) میگذرد _ و در این هنگام خورشید به جنوب متمایل است ( در عرضهای شمالی میانه ) . این زمان اوج روز است ، نیمه راه بین طلوع و غروب خورشید . کلمه meridian هم از کلمه لاتین mid-day نشات میگیرد .
اما هنگامی که ساعتهای دقیق اختراع شدند افراد زمان سنج متوجه شدند که زمان خورشیدی مشکلی دارد . خورشید ، وابسته به فصول ، تا 16 دقیقه سریعتر و تا 14 دقیقه کندتر در اسمان گذر میکند . این اثر از کجی محور چرخش زمین و همچنین بیضیت مدار زمین بدور خورشید ناشی میشود .
برای گریز از این مشکل سیستم زمانی زیر اختراع شد .
زمان محلی متوسط ( Local Mean Time = LMT )
ستاره شناسان یک خورشید مجازی در نظر گرفتند که با سرعت ثابت در طی استوای سماوی گذر میکرد و سیر سالانه خود را در میان صورتهای فلکی انجام میداد .خورشید مجازی بعد ( right ascension ) میانگین خورشید حقیقی را دارد . ظهر زمانی شد که خورشید مجازی از اوج میگذشت .
شمار دقایقی که خورشید واقعی از خورشید مجازی عقب میماند یا از ان جلو میفتد پس ماند زمان نجومی ( equation of time ) نام دارد . مقدار ان را برای هر تاریخی میتوان در یک الماناک ( almanac ) پیداکرد .
اما این تصحیحات کافی نبود ، مشکل بزرگتر گردی زمین بود .
زمان استاندارد ( Standard time )
بدلیل خمیدگی سطح زمین اسمان بالای سر شما با اسمان در چند کیلومتر دورتر متفاوت است . بطور مشابه ، هنگامیکه خورشید یا یک ستاره برای شما در اوج قرار دارد ، برای کسی که در غرب شما قرار دارد هنوز به اوج نرسیده و برای کسی که در شرق قرار دارد قبلا از اوج عبور کرده است .
در عرض جغرافیایی 40 درجه ( شمالی یا جنوبی ) مقدار این تغییرات 1 دقیقه به ازای هر 21 کیلومتر است . بنابراین هنگامیکه ساعت برای شما 12:00 میباشد برای کسی که در 21 کیلومتری غرب شما قرار گرفته ساعت 11:59 و برای انکه در 21 کیلومتر شرقی شما قرار گرفته 12:01 است . به این دلیل است که زمان متوسط ، محلی است .
هنگامی که سفرها و ارتباطات کند بود این موضوع اهمیتی نداشت اما مشکل در قرن نونزدهم رخ نمود . استفاده گسترده از تلگرام و راه اهن سبب یک نغییر شد . چگونه میتوانستی به یک قطار برسی هنگامی که هر شهر و شرکت راه اهن یک زمان جداگانه را در نظر میگرفت ؟
در 1883 ایالات متحده امریکا به محدوده های زمانی استانداردی تقسیم شد . این اتفاق برای بقیه جهان نیز اقتاد . در هر محدوده تمامی ساعتها بر اساس زمان متوسط محلی از طول جغرافیایی استاندارد تنظیم شده اند . هر محدوده زمانی 1 ساعت با محدوده کنار خود تفاوت دارد و این به این دلیل است که محدوده ها بصورت 15 درجه ای از یکدیگر مجزایند .
زمان استاندارد یک پیشرفت بزرگ برای جوامع بود اما نه برای نظاره گران اسمان ، گرچه چرخه های اسمان ( star wheels ) هنوز با زمان متوسط محلی کار میکنند .
خوشبختانه تصحیح LMT ساده است . برای هر درجه که در غرب طول جغرافیایی استاندارد محدوده زمانیتان قرار دارید 4 دقیقه به LMT اضافه کنید تا زمان استاندارد را بدست اورید . برای هر درجه که در شرق قرار دارید 4 دقیقه کم کنید .
از این فرمول استفاده کنید : Standard time = LMT + Correction که تصحیح برای غرب مثبت و برای شرق منفی میباشد . در مورد daylight saving time 1 ساعت به زمان استاندارد اضافه میشود . daylight saving time در ایالات متحده و کانادا و از 2:00 a.m. اولین یکشنبه اوریل تا اخرین یکشنبه اکتبر استفاده میشود .
زمان جهانی ( Universal Time = UT )
اگر محدوده زمانی داده شود زمان استاندارد خوب عمل خواهد کرد . اما هنگامی که یک زمان جهانی میخواهیم چه ؟ مثلا در یک الماناک کدام محدوده زمانی بایستی جانبداری شود ؟
بطور منطقی در 1884 پذیزفته شد که طول جغرافیایی 0 بایستی بعنوان محدوده زمانی جهانی مورد استفاده قرار گیرد . این طول جغرافیایی بر حسب تعریف همان خطی است که توسط زهی برنجی از زمین رصدخانه سلطنتی گرینویچ انگلستان میگذرد . از این رو زمان جهانی اغلب زمان متوسط گرینویچ ( Greenwich Mean Time = GMT ) نامیده میشود .
بر طبق سنت زمان جهانی به صورت 24 ساعتی بیان میشود ، بدینگونه که ظهر 12:00 و نیمه شب 0:00 خوانده میشود .
زمان تقویمی ؛ دینامیکی ؛ زمینی ( Ephemeris Time ; Dynamical Time ; Terrestrial Time )
هنگامی که سیستم جهانی محدوده های زمانی رخ داد و UT بوجود امد بایستی برای همیشه پذیرفته میشد ، اما چنین نشد . ستاره شناسانی که با دینامیک منظومه شمسی سر و کار داشتند متوجه یک اختلال شدند . طول روز نیز متغیر بود .
سرعت چرخش زمین به مقدار ناچیز و غیر قابل پیش بینی ای کند و تند میشود . این کند شدن تدریجی در اثر جذر و مدی که خورشید و ماه اعمال میکنند ایجاد میشود . تصور میشود که تغییرات نامنظم از حرکت مواد در هسته سیال زمین نشات میگیرند . تغییرات در بادها ، توده های هوایی و غیره عوامل دیگری هستند که سبب ایجاد تغییرات کوتاه دوره میشوند .
در مواجهه با این مشکل ستاره شناسان در 1952 ET ( Ephemeris Time ) را بنیاد نهادند که در 1984 زمان زمین دینامیک ( Terrestrial Dynamical Time = TDT ) جایگزین ان شد و در 1991 نام ان به زمان زمینی ( Terrestrial Time ) تغییر یافت . این سیستم زمانی با حذف چرخش زمین عمل کرده و بسیار مفید است و در محاسبات نجومی و پیش بینی های الماناکی استفاده میشود . TT در 1902 با UT تطبیق یافت . از ان وقت UT تدریجا از ان فاصله گرفته . چنانکه ازسال 2003 UT 65 ثانیه عقب مانده است .
اگر با زمانی در سیستم TT مواجه شدید و دقت 1 دقیقه برای شما مهم است ، نیاز دارید که اختلاف انرا با UT بدانید ، الماناک ها این اختلاف را به صورت Delta T دارند . از این فرمول استفاده کنید : UT = TT – Delta T . تعیین Delta T بدقت بدلیل چرخش غیر قابل پیش بینی زمین غیر ممکن است .
مشکلات بیشتری هم وجود دارند . برای مواجهه با این واپیچی های زمانی کوچک که در اثر تئوری نسبیت عام انیشتن ایجاد میشوند در 1976 Barycentric Dynamical Time (TDB) معرفی شده و سپس در 1991 Geocentric Coordinate Time ( TCG ) و Barycentric Coordinate Time ( TCB ) جایگزین ان شدند . این سیستم ها در سفینه های فضایی استفاده میشوند و اماتورها عموما از انها صرفه نظر میکنند .
زمان هماهنگ جهانی ( Coordinated Universal Time = UTC )
بشریت و نه فقط ستاره شناسان به یک سیستم زمانی سرراست مانند زمان زمینی نیاز دارند .
قسمتی از راه حل در گرو تعریف مجدد واحدهای زمانی پایه است . ثانیه دیگر 1/86400 روز متوسط خورشیدی نیست . از 1967 ثانیه اینگونه تعریف شده است : مدت زمانی که طول میکشد تا اتم سزیم 133 ، 9192631770 هرتز موج مایکروویو در یک ساعت اتمی تولید کند .
با تعریف ثانیه به صورت غیر نجومی چرخش زمین ساعتهای جهان را تغییر نخواهد داد . اما در عوض روز دیگر 24 ساعت نخواهد بود . اکنون به طور متوسط 24.0000003 ساعت در یک روز وجود دارد .
برای هماهنگی ساعتها با گردش زمین ، هنگامی که نیاز باشد یک leap second در ساعت جهانی درج میکنیم بطور متوسط یکبار در هر سال . leap second در اخر سی ام جون یا سی و یکم دسامبر اضافه میشود و اخرین دقیقه بصورت 61 ثانیه در میاید .
در نتیجه زمان هماهنگ جهانی بدست میاید ، سیستمی که تمامی ساعتهای جهان بر طبق ان تنظیم میشوند . این سیستم در حوزه های غیر نجومی زمان جهانی ( World Time ) ، زمان Z ( Z Time ) و به صورت غیر رسمی زمان متوسط گرینویچ ( Greenwich Mean Time = GMT ) نیز خوانده میشود
