Přesný čas | Atomové hodiny

Měření času z pohledu astronomie

měsíc

Kolik je hodin? Přesně takhle zní jedna z nejčastěji používaných otázek vůbec. Moderní člověk totiž neustále potřebuje znát přesný čas. Musí vědět, za jak dlouho mu končí pracovní doba, kdy přesně mu pojede vlak, nebo kdy má být na smluveném místě. Především se pak potřebuje orientovat během dne.

Čas je základní fyzikální veličina. Díky ní je dokonce možné odvodit i celou řadu dalších veličin. A existuje hned několik možností, jak ho měřit.

V dřívějších dobách, kdy lidé neměli k dispozici přesnou moderní techniku, odhadovali čas podle jevů, které se pravidelně opakovaly. Postupně tak začali čas měřit podle pohybu Slunce, Měsíce a hvězd. Tato technika pochopitelně nepatřila mezi nejpřesnější a nejspolehlivější. Postupně tak člověk vymyslel celou řadu vynálezů, které mu pomohly čas odměřovat mnohem lépe. Patřily mezi ně například přesýpací a vodní hodiny. Ani ty ale neumožňovaly člověku zjistit odpověď na jeho otázku, kolik je hodin. Mohly mu akorát pomoci čas odměřovat. Na řadu proto přišly sluneční hodiny. Jejich podstatou je stín, který vrhá sluneční záření. Stín pak dopadá na určitou číslovku na ciferníku.

Mechanické hodiny a první přesné měření času

Přesné měření času umožnil až nástup mechanických hodin, které vznikly na konci 13. století. Pracují na základě pravidelného pohybu. To jim umožňují pravidelné pohyby oscilátoru, konkrétně kyvadla. Čas je tedy rozčleněn do určitých, stejně velkých intervalů. Na stejném principu fungují i přenosné a kapesní hodinky, které se poprvé začaly vyrábět v 15. století.

V současné době můžeme čas považovat za nejpřesněji měřitelnou veličinu. Umožňuje nám to vynález atomových hodin. Jejich základem je izotop Cesia 133. Jedna atomová sekunda je přesně 9 192 631 770 kmitů, což odpovídá přechodu základního stavu izotopu Cesia 133 mezi dvěma energetickými hladinami jeho struktury. Díky zpřesnění v roce 2005 může při měření času dojít k maximální chybě jedné sekundy za neuvěřitelných šedesát milionů let.

Světový astronomický čas závisí na rotaci Země

Atomová sekunda je však o něco kratší než sekunda světového astronomického času. Světový astronomický čas totiž závisí na rotaci Země, která není zcela rovnoměrná. Základem světového astronomického času je čas na nultém poledníku v anglickém Greenwichi, který se nazývá greeenwichský střední čas (GMT). Od něj se pak odvíjí rozdělení zeměkoule na další časová pásma. Těch je celkem čtyřiadvacet. Časové pásmo je prostor přibližně patnácti stupňů kolem určitého poledníku a čas je dán posunem od nultého poledníku.

Se světovým astronomickým časem je úzce spojeno občanské měření času vycházející z koordinovaného světového času, který se značí UTC. Někdy se též nazývá Zulu time. Od koordinovaného světového času se dále odvíjí jednotlivá časová pásma, která jsou dána právě odchylkou od UTC. Například středoevropský čas (SEČ) je od koordinovaného světového času posunut o jednu hodinu dopředu, značí se proto UTC+1. Znamená to, že pokud je v Greenwichi například šestnáct hodin, ve střední Evropě bude sedmnáct hodin. Na západní polokouli je naopak vždy méně hodin než na nultém poledníku. Například v americkém New Yorku platí pásmo UTC-5. Pokud tedy bude v Greenwichi pravé poledne, v New Yorku bude teprve sedm hodin ráno. V Praze však už bude jedna hodina odpoledne. Odchylka od koordinovaného světového času je dána i faktem, zda daný stát používá letní čas.

hodinkyK určitým nejasnostem může dojít také při přechodu takzvané datové čáry, která se nachází zhruba na 180. poledníku. Vytváří tak hranici mezi UTC+12 (Bakerův a Holandův ostrov) a UTC-12 (například Nový Zéland, Fidži, Marshallovy ostrovy a část Ruska). V takovém případě se v podstatě čas nemění, ale upraveno musí být datum. Jestliže při překročení datové čáry cestujete na západ, tedy ze západní polokoule na východní, posune se datum o jeden den dopředu. Při cestě z východní polokoule na západní je to naopak.

Přestupná sekunda snižuje odchylku v měření času

Koordinovaný světový čas je ale založen na atomových hodinách, a tak při porovnání s astronomickým časem závislým na zpomalující se rotaci Země vznikají rozdíly. Aby se koordinovaný světový čas co nejvíce přiblížil greenwichskému, využívá se takzvaná přestupná sekunda. Ta se ke koordinovanému světovému času připočítává jako poslední sekunda 31. prosince nebo 30. června v okamžiku, kdy se rozdíl mezi časem měřeným v Greenwichi a koordinovaným světovým časem přiblíží k hodnotě 0,9 sekundy. Od času měřeného atomovými hodinami se koordinovaný astronomický světový čas odlišuje dokonce hned o několik sekund. Atomový čas totiž není odvislý od pohybu Země.

Další odlišnosti v měření času

V oboru astronomie však existuje více odlišností v měření času. Jedním z nich je délka dne. Sluneční den je totiž delší než takzvaný hvězdný den. Konkrétně je to o tři minuty a šestapadesát sekund. Příčinou je způsob a délka oběhu naší Země kolem Slunce.

Hodnota času se dokonce musí upravovat i na umělých družicích, které krouží kolem zeměkoule a díky nimž je možné na jejím povrchu využít služeb navigace. Na základě obecné teorie relativity, jejímž autorem je německý teoretik Albert Einstein, totiž bylo dokázáno, že se zvětšováním vzdálenosti od měřícího tělesa a zmenšováním gravitace dochází ke zrychlování času. Přestože se jedná o poměrně zanedbatelné rozdíly, v případě, že by čas na těchto družicích nebyl upravován, mohlo by při navigaci docházet k chybám, které by dosahovaly až několika kilometrů.