מערכות זמן

מתוך Astropedia

קפיצה אל: ניווט, חיפוש

מערכות זמן (באנגלית: Time Systems) הם שעונים תקניים שבאצעותם עוקבים אחר הזמן לשימושים אזרחיים ומדעיים. שעונים שונים עשוים להיות מוגדרים בצורה שונה, להתקדם בקצב שונה זה מזה ואף להתקדם בקצב לא קבוע.

מדידת זמן תלויה בהגדרת זמן יחוס מסויים שבו מתחילים לספור את הזמן וכן בקצב שבו הזמן מתקדם במערכת היחוס של הצופה.

תוכן עניינים

משפחות של מערכות זמן

ניתן להגדיר ארבע משפחות של מערכות זמן המשמשות לקביעת ומדידת זמנים: זמן שמשי, זמן כוכבי, זמן דינמי וזמן אטומי. ההבדל בין השעונים הללו הוא התנועה הקצבית המגדירה אותם: הם מוגדרים ע"י מקורות קצב שונים, ולא בהכרך מתקדמים באותו קצב. בנוסף, בכל משפחת שעונים יש בד"כ מספר סוגי שעונים, שגם הם עשויים להתקדם בקצב שונה או בהפרשים קבועים זה מזה.

הזמן השמשי

הזמן השמשי (באנגלית: Solar Time) הוא העתיק מכולם בשימוש (מסיבות שאין צורך להסביר). הזמן השמשי מבוסס על תנועת השמש בשמיים הקשורה לסיבוב כדור הארץ סביב צירו (ראו גם: יממה שמשית ויממה כוכבית) וסביב השמש עצמה. במשפחה זו קימיים מספר שעונים, כגון UT1, ֹUT2 וזמן שמשי ממוצע. כיום הזמן השמשי איננו נמצא בשמוש אזרחי, אך הוא קשור קשר הדוק לשעון ה UTC הנמצא בשמוש אזרחי (ראו להלן).

הזמן הכוכבי

הזמן הכוכבי (באנגלית: Sidereal Time) מבוסס על תנועת הכוכבים בשמיים והוא קשור לסיבוב כדור הארץ סביב צירו (ראו: יממה כוכבית), לנקיפת ציר הסיבוב של ציר כדור הארץ ולתנודות הקטבים.

במשפחה זו שעונים כגון, זמן כוכבים נראה וזמן כוכבים ממוצע.

הזמן הדינמי

הזמן הדינמי (באנגלית: Dynamical Time) - משוואת התנועה (כפי שנגזרות מחוקי ניוטון או מתורת היחסות הכללית) המתארות את תנועתם של גופים, מכילות משתנה בלתי תלוי – הזמן. כאשר פותרים את משוואות התנועה, מקבלים את מיקום העצם או העצמים כתלות בזמן. זמן המוגדר על פי תנועת גופים נקרא, אם כן, זמן דינמי. כתוצאה מתורת היחסות הכללית, הזמן במערכת הנמצאת בשדה כבידה, או נעה, מתקדם בקצב שתלוי בעוצמת שדה הכבידה ובמהירות התנועה. על כן הזמן הדינמי הינו תלוי מערכת יחוס – למשל הזמן הדינמי עבור מרכז הכובד של מערכת השמש שונה מהזמן הדינמי במרכז הכובד של מערכת ארץ-ירח.

זמן המבוסס על שעונים אטומיים (ראו להלן), או שעונים מדוייקים אחרים, למשל מייזרים של מימן, הוא המימוש הטוב ביותר שיש לנו לזמן הדינמי.

הזמן האטומי

הזמן האטומי (באנגלית: Atomic Time) מבוסס על שניית האס-אי (SI Second – International System of Units) שמוגדרת כ 9,192,631,770 מחזורי קרינה של המעבר ברמת האנרגיה ההיפר-דקה (hyperfine level) ברמת היסוד של אטום הצסיום 133 וכפי שנמדד על גבי הגאואיד המסתובב של כדור הארץ. שניית ה SI נכנסה לשימוש בשנת 1967. שניית ה SI הוגדרה ע"י מרקוביץ' ושותפיו (Markowitz et al.) בשנת 1958. קימים מספר סוגי שעונים אטומים כגון השעון האטומי הבין לאומי (TAI) והשעון העולמי המתואם (UTC) שהוא השעון המצוי בשמוש אזרחי. שעון ה UTC מוגדר כ TAI+32.184 s.

הבסיס לכיול השעון האטומי הוא ש UT1-TAI היה שווה בערך אפס שניות ב 1 בינואר 1958.

יחידות זמן

יחידות זמן (באנגלית: Time Units) שבהן נעשה שימוש הינן הדקה ששוה ל 60 שניות והשעה ששוה ל 60 דקות או 3600 שניות. ביהדות מקובל לעשות שמוש במונח חלק או חלקים המציין 1 חלקי 1080 של השעה או כ 3 ושליש שניות. מאחר ומונח זה קשור היסטורית לאורך היממה, ומאחר ואורך היממה אינו קבוע, מונח זה אינו מוגדר היטב.

רשימת שעונים

באמצעות מערכות הזמן הנ"ל ניתן להגדיר מספר שעונים שבהם נעשה שימוש בישומים אסטרונומיים, לוייניים, גאודטיים ואזרחיים:

משפחת השעון השמשי

ראו מאמר מורחב בנושא: יממה שמשית.

זמן שמשי ממוצע

זמן שמשי ממוצע (Mean Solar Time) – מבוסס על התנועה הממוצעת (ממוצע שנתי) של השמש בשמיים (ראו: יממה שמשית).

זמן שמשי נראה

זמן שמשי נראה (Apparent Solar Time) – מבוסס על תנועתה הנראית של השמש בשמיים (ראו: יממה שמשית). קצב התנועה של השמש על פני כיפת השמיים איננו קבוע ואורך היממה השמשית הנראית יכול להיות ארוך יותר או קצר יותר מהיממה השמשית הממוצעת בעד כ-30 שניות לערך.

ההפרש בין הזמן השמשי הממוצע ובין הזמן השמשי הנראה נקרא: משוואת הזמן.

שעון שמש יראה (עד כדי ההפרש בין רצועת הזמן לקו האורך של הצופה) את הזמן השמשי הנראה.

זמן גריניץ' ממוצע

זמן גריניץ' ממוצע (באנגלית: Greenwich Mean Time או בקיצור: GMT) – גם הוא מבוסס על היממה השמשית אך איננו נמצא עוד בשימוש - כיום זהו שם שונה לשעון ה UT1 (ראו להלן).

משפחת שעון הכוכבים

ראו מאמר מורחב בנושא: יממה כוכבית.

זמן כוכבים (באנגלית: Sidereal Time) הינו שעון שהשנייה שלו קצרה יותר כך שב "24 שעות" של שעון זה יש 23 שעות 56 דקות ו-4 שניות בקירוב. זמן הכוכבים המקומי שווה בערך לעליה ישרה (Right Ascension) שעוברת במצהר. לדוגמא, כאשר נקודת השוויון האביבית (Vernal Equinox) עוברת במצהר של צופה מסוים אזי זמן הכוכבים עבור הצופה הנ"ל הינו אפס. לעיתים מבדילים בין זמן כוכבים במצהר של גריניץ' ו- זמן כוכבים מקומי , שמחושב עבור המצהר של הצופה.

זמן כוכבים ממוצע

זמן כוכבים ממוצע (באנגלית: Mean Sidereal Time) הינו העליה הישרה (במערכת קורדינאטות שמימית המוגדרת ביחס לנקודת השוויון הממוצעת של התאריך - במילים אחרות נקודת השוויון המתוקנת לפרסציה אך לא לנוטציה).

במילים אחרות זמן כוכבים ממוצע הינו זמן כוכבים שבו השינויים הנובעים מהנוטציה (Nutation) הוחלקו ונקודת השוויון מושפעת רק מהפרצסיה.

זמן כוכבים נראה

זמן כוכבים נראה (באנגלית: Apparent Sidereal Time) הינו זמן כוכבים שבו השינויים הנובעים מהנוטציה נלקחים בחשבון.

ההפרש בין זמן הכוכבים הנראה וזמן הכוכבים הממוצע נקרא משוואת הקשרים (Equation of Equinoxes). הפרש זה אינו עולה על כ 1.2 שניות.

זמן כוכבים מקומי

זמן כוכבים מקומי (באנגלית: Local Sidereal Time) הוא זמן כוכבים המתיחס למצהר של הצופה ולא למצהר של גריניץ'.

זמן UT1

זמן יו-טי-1 (באנגלית: Universal Time 1 או בקיצור UT1 או UT) – זמן המבוסס על תנועת השמש הממוצעת ומתוקן לתנודות הקטבים של כדור הארץ. זמן זה מוגדר ע"י נוסחה מתמטית הקושרת אותו לזמן הכוכבים ועל כן בפועל הוא נאמד מתצפיות בעצמים שמיימים (לנוסחא, ראו מאמר מורחב בנושא: יממה כוכבית).

זמן UT0

זמן יו-טי-0 (באנגלית: Universal Time 0 או בקיצור: UT0) - כמו זמן ה UT1, אך איננו מתוקן לתנודות הקטבים.

משפחת השעונים הדינמיים

זמן אפימרידים

זמן אפימרידים (באנגלית: Ephemeris Time או בקיצור ET) - זמן המבוסס על משוואת התנועה (למשל תנועת השמש, הירח וכוכבי הלכת) והשניה שלו מוגדרת כ 1/31556925.975 מאורכה של השנה הטרופית בשנת 1900.0. כיום, זמן זה אינו בשימוש והוא הוחלף על ידי הזמן הדינמי הארצי.

זמן דינמי ארצי

זמן דינמי ארצי (באנגלית: Terrestrial Dynamical Time או בקיצור TT או TDT) – זמן דינמי המוגדר עבור צופה ממרכז כדור הארץ. מאחר והשעון האטומי הבין לאומי מהווה אומדן זמן מדויק מספיק, מעשית מוגדר הזמן הדינמי הארצי ע"י השעון האטומי הבין לאומי כ: TT=TAI+32.184 s. רוב טבלאות האפימרידים מחושבות במערכת זמן זו ומומרות לשעונים אחרים במידת הצורך.

זמן דינמי בריצנטרי

זמן דינמי בריצנטרי (באנגלית: Barycentric Dynamical Time או בקיצור TDB) – זמן דינמי מוגדר עבור צופה במרכז הכובד של מערכת השמש. באופן מעשי, זמן זה מוגדר על ידי הזמן הדינמי הארצי, על ידי נוסחא הלוקחת בחשבון את ההשפעות היחסותיות. החלק המשתנה בהפרש בין שעון ה TDT לבין שעון ה TDB אינו עולה על כ 2x10-3 s.

זמן גאוצנטרי של הקורדינאטות

זמן גאוצנטרי של הקורדינאטות (באנגלית: Geocentric Coordinate Time או בקיצור: TCG) - דומה לשעון ה TT אך מתקדם בקצב מעט שונה המבטא טרנספורמציה בין מערכות יחוס שונות. לזמן זה קיים זמן מקביל במערכת היחוס של מרכז הכובד של מערכת השמש.

משפחת השעונים האטומים

שעונים אטומים הם שעונים המבוססים על סטנדרטים מדויקים מאד של זמן והם למעשה מהוויה שיטה פרקטית למדידת זמנים באופן מדויק. שעונים אלו מבוססים על שעונים אטומים, אך גם על שיטות אחרות מדויקות למדידת זמן.

זמן אטומי בין לאומי

זמן אטומי בין לאומי (באנגלית: International Atomic Time או בקיצור: TAI) – מערכת זמן המשמשת כבסיס מעשי למערכות הזמן האטומיות והדינמיות. מעשית, הזמן האטומי הבין לאומי מבוסס על מיצוע של מספר רב של שעונים אטומיים ותקני זמן אחרים הפזורים ברחבי כדור הארץ. מאחר ואפקטים יחסותיים משפיעים על הגדרת הזמן, הזמן האטומי מוגדר במערכת גיאוצנטרית (מרכז כדור הארץ) והיחידה הבסיסית שלו, שניית ה SI, נמדדת על פני הגאואיד המסתובב של כדור הארץ.

זמן עולמי מתואם

זמן עולמי מתואם (באנגלית: Coordinated Universal Time או בקיצור UTC) משמש כבסיס לזמן האזרחי החוקי במדינות העולם. שעון ה UTC מבוסס על הזמן האטומי הבין לאומי, כך שיתאים בקירוב לזמן השמשי הממוצע (UT1). ההבדל בין שעון זה לזמן האטומי הבין לאומי הינו תמיד מספר שלם של שניות. מאחר וסיבוב הארץ סביב צירו אינו אחיד, אזי יש צורך להוסיף או לגרוע שניות מהשעון העולמי המתואם כך שיתאים ליממה השמשית. על כן, לעיתים, מוסיפים או גורעים שנייה משעון זה ב 30 ביוני או 31 בדצמבר, כך שההבדל בינו לבין שעון ה UT1 לא יעלה על 0.9 שניות.

הזמן העולמי המתואם, כמו כל יתר השעונים התקניים מותאם למצהר של גריניץ' כך שהשממ הממוצעת תצהר בקרוב ב 12 בצהרים עבור צופה הנמצא במצהר של גריניץ'.

ברוב מדינות העולם משתמשים כאמור בשעון ה UTC כבסיס לזמן האזרחי, כאשר מוסיפים לו אן גורעים ממנו מספר שלם של שעות בהתאם לרצועת הזמן של האזור (ראו להלן).

הפרשים בין שעונים

ההבדלים בין חלק מהשעונים הנ"ל, כאמור, אינם קבועים ונהוג לבטא אותם ע"י הגדלים הבאים:

\Delta{T}=\,TT-UT1=\,TAI+32.184 s - UT1

\Delta{AT}=\,TAI-UTC

\Delta{ET}=\,ET-UTC

\Delta{TT}=\,TT-UTC

\Delta{UT}=\,UT1-UTC

ובקירוב:

TDB=\,TDT+0.^{s}001658 \sin(g) + 0.^{s}000014 \sin(2g)

כאשר

g=\,357.^{\circ}53 + 0.^{\circ}9856003 (JD - 2451545.0)

וכאשר JD הינו היום היוליאני.

תאום הזמנים ועיבור שניות

תאום השעונים השונים והוספת או גריעת שניות מהשעון הבין לאומי המתואם הינו באחריות ההארגון הבין לאומי לסיביב כדור הארץ ומערכות יחוס. הוספת או גריעת שניות משעון ה UTC נעשים כיום ב 31 בדצמבר או ב 30 ביוני. מאז שנת 1972 ועד שנת 2009 נוספו לשעון העולמי המתואם 24 שניות. ב 1 בינואר 2009, עמד ההפרש TAI-UTC על 34.0 שניות.

רצועות זמן על כדור הארץ

מפת כדור הארץ ועליה מסומנים רצועות הזמן התיקניות במקומות שונים בעולם.
מפת כדור הארץ ועליה מסומנים רצועות הזמן התיקניות במקומות שונים בעולם.

כאמור שעון ה UTC ויתר השעונים האטומים מותאמים כך שבקרוב השמש תצהר ב 12 בצהריים עבור צופה הנמצא במצהר של גריניץ'. על מנת להתאים את זמן צהירת השמש ל 12 בצהריים לכל מקום בעולם יש להוסיף לשעון המקומי בכל מקום בעולם את קו האורך נמזרחי שלו במעלות מוכפל ב 4 דקות למעלה. למשל עבור צופה בישראל בקו אורך 35 מעלות מזרח אם נוסיף שעתיים ו 20 דקות לשעון העולמי המתואם אזי השמש הממוצעת תצהר ב 12 בצהריים. מאחר ואין זה מעשי לקבוע תוספת זמן שונה לכל צופה בקו אורך שונה, אזי מדינות שונות בעולם מגדירות עבור השעון שלהן רצועת זמן. רצועת הזמן היא התוספת בשעון המקומי ביחס לשעון העולמי המתואם.

כך למשל רצועת הזמן התקנית בישראל היא +2 שעות. על כן עבור צופה בישראל השמש צוהרת בממוצע בשעה 11:40 בצהריים ולא ב 12:00 בצהריים. כאשר מגדירים בישראל שעון קיץ (ראו להלן) אזי ההפרש בין השעון העולמי המתואם לשעון התקני בישראל הופך להיות +3 שעות.

נציין עוד כי זמן צהירת השמש משתנה מיום ליום כתוצאה ממגוון סיבות וההבדל בין זמן השמש האמיתית לשמש הממוצעת קרוי משוואת הזמן - ראו מאמר מורחב בנושא: יממה שמשית.

באיור משמאל מוצגת מפה של כדור הארץ ועליה רצועות הזמן התיקניות הנהוגות במקומות שונים בעולם.

שעון קיץ

שעון קיץ (באנגלית: Daylight Saving Time) הוא תוספת של שעה או שעתיים לשעון הסטנדרטי של מדינה מסוימת. תוספת זו מתבצעת על מנת לגרום לשעת שקיעת השמש להיות מאוחרת יותר.


שעון קיץ בישראל

משנת 2005 שעון הקיץ בישראל מוסדר ע"פ חוק. כל שנה נכנס שעון הקיץ בישראל לתוקף בשעה 02:00 ביום שישי שלפני ה-2 באפריל ומסתיים בשעה 02:00 ביום ראשון שבין ראש השנה ליום כיפור. במהלך שעון הקיץ מתווספת לשעון שעה, כך ששעון ישראל מוגדר ע"י UTC+3 שעות במקום UTC+2 שעות.

בטבלה הבאה ניתן למצוא את התאריכים בהם מתחיל ומסתיים שעון הקיץ בישראל עד שנת 2020:

שעון קיץ בישראל עד שנת 2020
שנה תחילת שעון קיץ סיום שעון קיץ
2009 27 במרץ 27 בספטמבר
2010 26 במרץ 12 בספטמבר
2011 1 באפריל 2 באוקטובר
2012 30 במרץ 7 באוקטובר
2013 29 במרץ 6 באוקטובר
2014 28 במרץ 5 באוקטובר
2015 27 במרץ 4 באוקטובר
2016 1 באפריל 2 באוקטובר
2017 31 במרץ 8 באוקטובר
2018 30 במרץ 7 באוקטובר
2019 29 במרץ 6 באוקטובר
2020 27 במרץ 4 באוקטובר

ראו גם

הרצאות וידאו

קישורים חיצוניים

ספרות מקצועית


מחברים


ערן אופק

כלים אישיים