Зачем нужны сверхточные часы?

Первые часы, - солнечные, - появились тысячи лет назад, задолго до нашей эры. Солнечные часы никогда не спешат и не опаздывают, но их не назовешь сверхточными, - точное время по Солнцу не определить. Но в повседневной жизни даже сейчас человеку в большинстве случаев не нужны минуты с секундами. А чтобы засечь какой-то временной интервал, - чтобы, например, сварить яйцо в мешочек, — хорошо подходят песочные или водяные часы. Так что тысячи лет простейших часов вполне хватало для бытовых нужд.

Точные часы впервые понадобились мореплавателям в эпоху Великих географических открытий — чтобы переплыть океан. Определить без часов широту ещё можно — например, по высоте Полярной звезды над горизонтом. А вот долготу без часов не установить. Сколько кораблей из-за этого после шторма сбилось с курса или было унесено течением!

Именно для морской навигации в первой половине XVIII века английский механик Джон Харрисон изобрёл точные механические часы, которые позволили измерять время с точностью до минут и за сутки убегали не более чем на несколько секунд. Джон Харрисон за это изобретение получил премию Британского правительства, равную почти 5 миллионам современных долларов.

Но современные сверхточные часы работают совсем на других принципах – это атомные часы, принцип действия которых основан на свойствах мельчайших частичек вещества – атомов.

Зачем нужны такие часы? Ты имеешь дело со сверхточными часами каждый раз, когда пользуешься навигатором в смартфоне. Сверхточные часы находятся на борту спутников глобальных навигационных систем, таких как GPS и ГЛОНАСС, и выдают сигнал времени, который получает смартфон с помощью встроенного приёмника. Зная расположение спутников и скорость распространения сигнала (знаешь, кстати, чему равна скорость света?), программы вычисляют расстояние от смартфона до спутника. Используется сигнал сразу от четырёх спутников: вычислив расстояние до каждого из них, смартфон на Земле устанавливает свои координаты.

Насколько они будут точными, зависит от точности часов на борту спутника. Характеристик нынешних спутников достаточно, чтобы определить геопозицию с точностью от 1 до 10 м. Наглядное тому подтверждение — поведение навигатора в автомобиле. Едете вы себе по дороге, а он внезапно сообщает: «Маршрут потерян». А следовало бы сказать: «Я обнаружил, что вы теперь едете не по проспекту, а по дублёру». Это происходит потому, что навигатор не идеально точно определяет геопозицию — для него это пятно радиусом около 10 м или больше.

Более высокая точность определения координат нужна, например для беспилотных автомобилей, или в современном судоходстве: корабли давно пересекают моря и океаны на автопилоте, а вот для швартовки необходима точность до метра, чтобы учитывать волнение моря. Сейчас суда швартуются вручную. Самолёты летают на автопилоте по системам спутникового позиционирования: диаметр воздушного коридора — сотни метров. А вот для автоматических взлёта и посадки нужна точность до 10 см, поэтому пока эти процессы требуют контроля пилотов.