11. CZAS SŁONECZNY I CZAS GWAIZDOWY - DEFINICJE I ZALEŻNOŚCI.

CZAS SŁONECZNY - czas wynikający bezpośrednio z pozycji Słońca na niebie. Istnieją dwa rodzaje czasu słonecznego: prawdziwy i średni. Prawdziwy czas słoneczny definiowany jest jako kąt godzinny Słońca powiększony o 12 godzin.

Określone według czasu słonecznego południe prawdziwe następuje zawsze podczas górowania Słońca, gdy znajduje się ono nad lokalnym południkiem ziemskim, a północ podczas dołowania Słońca.

Miarą czasu słonecznego prawdziwego jest kąt godzinny środka tarczy Słońca. Aby mierzyć go od północy, a nie od środka dnia, kiedy to Słońce góruje na południku, definiujemy go jako: kąt godzinny środka tarczy Słońca plus 12^h:

T
= t
+ 12h

 Prawdziwy czas słoneczny nie upływa w sposób jednostajny z dwóch powodów (rys):

• z powodu nachylenia ekliptyki do równika. Jednakowym odcinkom na ekliptyce (na Rys. 13 łuki S₁S₂ i S₃S₄) nie odpowiadają jednakowe odcinki na równiku (łuki S'₁ S'₂ i S'₃ S'₄ ).

• ze względu na eliptyczność orbity Ziemi (niejednostajna prędkość na orbicie)

Ze względu na swój niejednostajny charakter prawdziwy czas słoneczny nie może stosowany w praktyce. Jedynymi zegarami wskazującymi ten czas są zegary słoneczne.

Aby uniknąć efektów niejednostajności prawdziwego czasu słonecznego wprowadza się jego postać uśrednioną, średni czas słoneczny, który jest definiowany jako kąt godzinny Słońca średniego powiększony o 12 godzin. Słońce średnie jest tutaj punktem matematycznym poruszającym się w sposób jednostajny po równiku niebieskim. Używany przez nas w życiu codziennym czas urzędowy jest oparty właśnie o średni czas słoneczny.

CZAS GWIAZDOWY - czas wyznaczany tempem rotacji sfery niebieskiej. Definiuje się go jako kąt godzinny punktu równonocy wiosennej (punktu Barana). Jest on zawsze równy rektascensji obiektu astronomicznego, który znajduje się w danej chwili w południku lokalnym. Czas gwiazdowy należy do czasów o charakterze lokalnym, w różnych miejscach Ziemi mamy różny czas gwiazdowy.

Naturalną jednostką czasu gwiazdowego jest doba gwiazdowa, która jest równa okresowi w jakim obraca się Ziemi dookoła osi względem gwiazd. Dobę gwiazdową dzielimy na 24 godziny gwiazdowe, te na 60 minut gwiazdowych, a te z kolei na 60 sekund gwiazdowych.

Czas używany przez nas w życiu codziennym jest średnim czasem słonecznym w którym obrót Ziemi wokół własnej osi względem kierunku ku Słońcu (doba słoneczna) trwa średnio 24 godziny, a obrót względem gwiazd (doba gwiazdowa) nieco mniej - 23 godziny, 56 minut i 4 sekundy. Różnica ta jest skutkiem ruchu orbitalnego Ziemi dookoła Słońca.

Rok zwrotnikowy trwa 365,2422 średnich dób słonecznych, albo 366,2422 dób gwiazdowych.

Czas gwiazdowy (T*) jest to kąt godzinny punktu Barana. Wyraża się go w mierze czasowej.

T* = t

Punktu Barana na niebie oczywiście nie widać, dlatego w praktyce mierzymy kąt godzinny t_G dowolnego obiektu o znanej rektascensji. Kąt godzinny punktu Barana równy jest bowiem sumie rektascensji i kąta godzinnego tego obiektu (patrz Rys. 12):

T* = t
= α_G + t_G

Kiedy dana gwiazda góruje (przechodzi przez lokalny południk) to jej kąt godzinny wynosi 0° i kąt godzinny punktu Barana równy jest tylko rektascensji tej gwiazdy:

T* = t
= α_{G górującej}

Oznaczenia:

S_m - czas gwiazdowy średni;

T_m - czas gwiazdowy średni;

t_ov - kąt godzinny Słońca prawdziwego (słońce prawdziwe -

rzeczywiście poruszające się po ekliptyce, jest to odwzorowanie

ruchu Ziemi po orbicie zgodnie z prawami Keplera)

t_om - Kąt godzinny Słońca średniego (słońce średnie -

porusza się po równiku ze stałą prędkością kątową równą

prędkości kątowej Słońca prawdziwego)

α - rektascensja

JD - data juliańska odniesiona do czasu ziemskiego

JD2000 - data juliańska na epokę 2000

28. EUVN - EUropean Vertical Reference Network (Europejska Zunifikowana Sieć Wysokościowa)

Koncepcja

- połączenie sieci EUREF, regionalnych sieci niwelacyjnych Europy (UPLN i UELN) oraz sieci mareografów w jednolitą, zintegrowaną sieć;

- Planowano 140 punktów z czego 40punktów sieci EUREF, 40 - UELN, 30 - UPLN, 30 mareografów;

- Projekt ten jest realizowany pod auspicjami Międzynarodowej Asocjacji Geodezyjnej, jednakże instytucjami odpowiedzialnymi w poszczególnych krajach są państwowe służby geodezyjne.

- CBK otrzymało stosowne zlecenie na ten projekt od Głównego Urzędu Geodezji i Kartografii w ramach grantu zamawianego KBN.

- W 1997 roku w ramach tego projektu przeprowadzono międzynarodową kampanię GPS w celu nawiązania krajowej podstawowej osnowy wysokościowej do europejskiej sieci wysokościowej EUVN.

- W wyniku realizacji tego zadania zgromadzony został materiał obserwacyjny z punktów polskich oraz brytyjskich, który następnie został wstępnie opracowany.

- Tak przygotowane dane obserwacyjne zostały przesłane do banku danych kampanii EUVN'97 w Lipsku.

-Ukończony został również etap właściwego opracowania obserwacji GPS sieci EUVN przy użyciu profesjonalnego programu BERNESE.

Cele EUVN

• stworzenie zintegrowanego układu wysokościowego,

• ujednolicenie krajowych układów wysokościowych w Europie,

• dostarczenie punktów oporowych dla potrzeb badania przebiegu geoidy w Europie,

• dostarczenie powiązań między poziomami odniesienia w różnych krajach europejskich zdefiniowanymi przez lokalny średni poziom mórz i oceanów,

• dostarczenie danych do obecnie tworzonego absolutnego, globalnego układu wysokościowego,

• stworzenie sieci fundamentalnej dla następnego geokinematycznego układu wysokościowego np. UELN 2000, uwzględniającego m.in. wypiętrzanie się Skandynawii i regionu Karpacko-Bałkańskiego,

TYP PUNKTU	ILOŚĆ
Punkt EUREF	63
Reper sieci UELN/UPLN	52
Mareograf	41
Punkt sieci EUREF i reper	6
Punkt sieci EUREF i mareograf	13
Mareograf i reper	16
Punkt sieci EUREF, mareograf i reper	5

• dostarczenie informacji umożliwiających rozdzielenie ruchów pionowych skorupy ziemskiej od zmian poziomu mórz i oceanów,

• umożliwienie wyrażania wyników opracowania regionalnych projektów geodynamicznych w jednolitym układzie odniesienia EUREF (ETRS89) w celu ich późniejszej poprawnej interpretacji geofizyczne.

Kampania pomiarowa

- międzynarodowa kampania GPS

- 21 -29 maja 1997r.

- pomiar 196 punktów w 32 krajach

- użyte odbiorniki : TRIMBLE SSE i SSI, ASHTECH Z12, TURBO ROUGES;

Rys. Rozmieszczenie punktów kampanii EUVN'97, opracowanych przez Centrum Analiz (AC) w CBK PAN

Projekt polskiej części sieci EUVN:

• 4 permanentne stacje GPS: Borowiec, Józefosław, Borowa góra, Lamkówko

• Punkt sieci EUREF na Rozewiu;

• 5 reperów wiekowych sieci UELN95: Borowa Góra, Prostki, Sanok, Brudzowice, Chełmsko;

• Nowy punkt EUVN w Świnoujściu ze względu na bliskość mareografu;

• Punkt w Ustce (Baltic Sea Level Project)

EUREF - EUropean REference Frame

(Europejski Układ Odniesienia)

Koncepcja

- układ odniesienia dla Europy, którego podstawę stanowi geocentryczny układ globalny definiowany przez ITRS (International Terrestrial Reference System) i realizowany przez około 70 stacji prowadzących permanentne obserwacje laserowe Księżyca (LLR) i sztucznych satelitów Ziemi (SLR) oraz 20 stacji VLBI;

Cele

- na obszarze całego kontynentu możliwość odnoszenia wyników pomiarów wykonanych techniką satelitarną GPS do tego samego układu, w jakim zostały one wykonane;

- istotne znaczenie dla międzynarodowej nawigacji powietrznej, morskiej i lądowej;

- istotne znaczenie dla niektórych międzynarodowych projektów inżynieryjnych.

Kampania pomiarowa

- planowano 93 stacje na terenie Europy Zachodniej, ostatecznie tylko 89 stacji udało się włączyć do końcowego rozwiązania i wyznaczyć im współrzędne

- kampanię przeprowadzono 16 - 28 maja 1989r - stąd nazwa EUREF - 89 (współrzędne wyznaczone na epokę 1989.0 - związane z wzajemnymi ruchami jednostek tektonicznych);

- dwuetapowe opracowanie obserwacji:

A - opracowanie wyników obserwacji laserowych (SLR), VLBI oraz GPS dla czterech stacji GPS; poprawienie parametrów orbit satelitów GPS;

B - Opracowanie wyników obserwacji GPS w pięciu grupach stacji, które wyodrębniono ze zbioru stacji EUREF; wyrównanie w oparciu o stacje bazowe z etapu A

- w 1990 roku do Sieciu EUREF włączono punkty na Islandii, Grenlandii i na Spitzbergenie; w roku 1991 obszar Wschodnich Niemiec, Węgier i ówczesnej Czechosłowacji.

Rys. Szkic rozmieszczenia wszystkich punktów kampanii GPS EUREF-POL'92

EUREF-POL

- Zmiany polityczne w naszym kraju po 1989 roku stworzyły możliwość włączenia Polski do jednolitego europejskiego układu odniesienia EUREF;
- Zaproponowano sieć składającą się z 11 punktów, przy doborze których, poza warunkami geometrycznymi obowiązującymi dla sieci EUREF, uwzględniono również ich przynależność do istniejących lub projektowanych sieci;

- Punkty polskiej części sieci zostały tak dobrane, że została stworzona możliwość powiązania istniejącej sieci astronomiczno-geodezyjnej z układem EUREF i wykorzystana z wcześniejszych prac z zakresu geodezji satelitarnej.

- Została stworzona podstawa do zapewnienia ciągłości prac badawczych w zakresie geodynamiki w Polsce.

- W dniach 4-8 lipca 1992 roku przeprowadzona została międzynarodowa kampania pomiarowa EUREF-POL'92, której celem było włączenie Polski do sieci EUREF.

- obserwacje przeprowadzone zostały na 30 punktach rozmieszczonych na obszarze całej Europy, w tym na 11 w Polsce (Grybów, Zubowice, Rogaczew, Studnice, Józefosław, Borowiec, Borowa Góra, Czarnkowo, Masze, Lamkówko, Rozewie).

POLREF - POLish Reference Frame

państwowa osnowa I klasy założona techniką GPS

Ze względu na rozmiar przedsięwzięcia jakim był pomiar i opracowanie danych przy użyciu techniki GPS sieci I-go rzędu POLREF, całość prac na tym obiekcie została podzielona na trzy części - kampanie obserwacyjne. W celu zapewnienia jednorodności całej sieci POLREF, dla wszystkich trzech kampanii obserwacyjnych przyjęte zostały jednakowe kryteria dotyczące zarówno sposobu pomiaru jak i typu odbiorników GPS użytych na poszczególnych typach punktów

Wykonanie sieci POLREF umożliwia praktyczne wprowadzenie w Polsce nowego układu odniesienia EUREF, który jest zaakceptowany jako standard dla obszaru Europy przez Komisję służb geodezyjnych CERCO.

Jednocześnie POREF stanowi nową jakość w zakresie sieci geodezyjnych w naszym kraju. Wynika to nie tylko z dokładności współrzednych jaka została osiągnięta w wyniku opracowania, ale przede wszystkim z jej charakteru. Jest to w pełni trójwymiarowa osnowa geodezyjna, a uwzględniając dodatkowe pomiary niwelacyjne i grawimetryczne można wręcz mówić o osnowie zintegrowanej. Przykładem mogą tu być prace związane z wyznaczaniem odstępów quasi-geoidy od elipsoidy i porównanie grawimetrii, niwelacji i GPS

Wyniki opracowań kontrolnych i analiza końcowego opracowania programem BERNESE jednoznacznie wskazuje na zrealizowanie warunków technicznych odnośnie dokładności wyznaczenia zarówno punktów głównych, jak i kierunkowych. Błąd współrzędnych punktów POLREF w układzie EUREF-89 dla składowych poziomych jest znacznie mniejszy od 1 cm w stosunku do punktów EUREF-POL, natomiast dla składowej wysokościowej należy oszacować go na około 1cm (oznacza to błąd względny boku na poziomie 1_*10^-7 lub mniej).

W ramach umowy wykonano również przeliczenia współrzędnych istniejącej osnowy SAG-SW do nowego układu.

Szczególnie pomocną okolicznością w uzyskaniu wysokiej dokładności w przeliczaniu dotychczas stosowanych układów na EUREF-89 było uzyskanie w tymże Zakładzie w tym samym czasie modelu quasi-geoidy o wysokiej dokładności.

---