Страница 5 из 22
Каждый день обсерваторию посещало невероятное количество людей, и в конечном счете городской муниципалитет обязал астронома выполнять заодно и функции службы точного времени. В 1836 году ученый делегировал эти полномочия своему помощнику Джону Генри Беллвиллу. Утром каждого понедельника Беллвилл производил калибровку своих часов по эталонным часам обсерватории. Часы Беллвилла представляли собой небольшой карманный хронометр, выпущенный выдающейся часовой фабрикой «Джон Арнольд и сын» по заказу герцога Суссекса. Затем он выезжал в Лондон к своим клиентам – часовщикам, банкирам и ремесленникам, выполнявшим ремонт наручных часов, а также к частным лицам, которым предоставлялись платные услуги синхронизации их часов с показаниями часов Беллвилла и, если уж на то пошло, с эталонными часами обсерватории. (В итоге Беллвиллу пришлось заменить золотой корпус часов на серебряный, чтобы не привлекать к себе лишнего внимания в «непопулярных кварталах города».) После кончины Беллвилла в 1856 году дело унаследовала вдова, а в 1892 году, когда и она отошла от дел, роль службы точного времени взяла на себя ее дочь Рут, которую прозвали «продавщицей времени из Гринвича». Все с тем же хронометром в кармане, который отныне звался «Арнольд 345», мисс Беллвилл отправлялась в Гринвичскую обсерваторию, а затем передавала клиентам точное время, которое позже назовут гринвичским средним временем – государственным временем Великобритании. Когда изобретение телеграфа позволило производить синхронизацию часов по Гринвичу в удаленном режиме практически одномоментно и по низкой цене, мисс Беллвилл фактически осталась не у дел, хотя нельзя сказать, что ее профессия в одночасье превратилась в анахронизм. Около 1940 года, на девятом десятке лет, она удалилась на покой, имея в активе около пятидесяти постоянных клиентов.
Я приехал в Париж, чтобы встретиться с современной последовательницей Рут Беллвилл, распределяющей сигналы точного времени в мировом масштабе. Разрешите представить вам доктора Элизу Фелицитас Ариас, директора отдела службы времени Международного бюро мер и весов (МБМВ). Эта хрупкая женщина с длинными каштановыми волосами производит впечатление благодушной аристократической дамы. Получив образование астронома, Ариас четверть века проработала в различных обсерваториях родной Аргентины, причем последние десять лет она сотрудничала с Военно-морской обсерваторией США. Ариас специализируется на астрометрии – науке о правильном измерении расстояний между небесными телами во внешнем космическом пространстве. Совсем недавно ей довелось сотрудничать с Международной службой вращения Земли, где занимаются мониторингом изменений положения нашей планеты, вплоть до самых незначительных, и на основании собранных данных рассчитывают, когда придется добавить в смесь времен еще одну високосную секунду. Я встретился с доктором Ариас в ее кабинете, и она угостила меня чашечкой кофе. «Нас объединяет общая цель, – сказала Ариас о своем отделе. – Мы должны разработать временную шкалу, которая окажется пригодной для международного применения». «Наша цель, – позже добавила она, – достичь абсолютного единообразия измерений».
Из сотен часов и групп тактовых генераторов, которые обслуживают представители пятидесяти восьми стран – участниц МБМВ, насчитывается около пятидесяти налаженных ведущих генераторов синхроимпульсов, ежечасно генерирующих секунды, – по одному на каждую страну, и этого достаточно для передачи сигналов официального времени в любой точке государства. Однако воспроизведение секунд у разных хронометров все равно расходится на несколько наносекунд – на миллиардные доли секунды. Этого недостаточно, чтобы озадачить электронные корпорации, учитывающие погрешности только до миллисекунд, или создавать помехи в работе телекоммуникаций, у которых трафик измеряется в микросекундах. С другой стороны, обеспечение бесперебойного функционирования различных систем навигации, таких как система GPS, управляемая Министерством обороны США, или система «Галилео», разработанная в ЕС, требует согласования часов до наносекунд. Показания часов в разных странах мира должны быть согласованы или хотя бы приведены к некоторой общей точки синхронизации. В роли целевого ориентира выступает всемирное координированное время.
Всемирное координированное время рассчитывается путем сведения показаний часов стран-участниц при одновременном воспроизводстве секунд, в результате чего выясняется, какие из хронометров спешат, какие отстают и насколько велика разница в показаниях. Выполнение задачи сопряжено с рядом технических сложностей. Начнем с того, что часы разделяют сотни и тысячи километров. Учитывая продолжительность пересылки электронного сигнала, содержащего команду начать отсчет времени, на большие расстояния, трудно понять, что подразумевается под одновременным началом отсчета на практике. В отделе Ариас научились обходить эту проблему путем передачи данных с помощью спутников GPS. Местоположение каждого спутника в системе координат хорошо известно, причем на каждом из них установлены часы, синхронизированные с сигналами Военно-морской обсерватории США. Располагая данными сведениями, МБМВ может точно рассчитать момент, в который происходит отправка ответного сигнала от часов, расположенных в разных странах мира.
РАСЧЕТ ВСЕМИРНОГО КООРДИНИРОВАННОГО ВРЕМЕНИ – ДЛИТЕЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС. ТОЛЬКО НА УТОЧНЕНИЕ ДАННЫХ И УСТРАНЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ШУМА ВСЕХ GPS-ПРИЕМНИКОВ УХОДИТ ДВА-ТРИ ДНЯ
Тем не менее все равно поблизости маячит тень неопределенности. Невозможно точно установить местоположение спутника; влияние неблагоприятных погодных условий и состояния атмосферы способно замедлить или исказить тракт передачи сигнала, что может помешать верному определению времени его распространения. Оборудование глушит электронный шум, искажающий результаты измерений. Для наглядности Ариас обратилась к аналогии, встав у двери своего кабинета: «Если я сейчас спрошу вас, который час, вы ответите, а я сравню показания ваших часов с показаниями моих часов, – сказала она. – Мы стоим лицом к лицу. Если я попрошу вас выйти и закрыть дверь, а затем спрошу вас, который час, я задам вопрос, а потом скажу: „Нет, повторите еще раз, здесь шумно“, – тут ее губы издали смешной жужжащий звук: – Бррррррррп!» Внесение поправок на шум и проверка достоверности сообщений, которые МБМВ принимает от часов, разбросанных по всему миру, требует огромного количества ресурсов и усилий.
«У нас восемьдесят лабораторий в разных странах мира, – сообщила Ариас. В некоторых странах две лаборатории и более. – И везде нам нужно организовать синхронизацию показаний часов». Голос моей собеседницы звучал мягко и ободряюще, как у Джулии Чайлд, разъясняющей почтенной публике тонкости приготовления хорошего вишисуаза. Для начала парижская команда Ариас собирает все необходимые ингредиенты: сведения о разнице показаний для каждой пары абонентских хронометров в масштабах наносекунд плюс объемный массив локальных данных по истории функционирования каждого часового агрегата. Далее собранные сведения пропускают через то, что Ариас называла алгоритмом, учитывающим количество работающих хронометров (в произвольно выбранный день отдельные экземпляры могут находиться в ремонте или проходить повторную поверку), а также дают незначительную статистическую поблажку более точным хронометрам и под конец взбивают все ингредиенты до образования однородной смеси.
Для обработки данных одной вычислительной техники недостаточно. Для учета мелких, но существенных нюансов требуется человеческий интеллект. Во-первых, не во всех лабораториях расчет данных по часам ведется одним и тем же способом. Во-вторых, какие-то часы с недавних пор ведут себя странно, так что их показания нуждаются в пересмотре. В-третьих, из-за сбоя в работе программного обеспечения часть минусов в электронной таблице случайным образом превратилась в плюсы, и нужно восстановить первоначальные знаки. Работа с алгоритмом также в некоторой степени требует участия человека, виртуозно производящего математические действия. «Здесь сказывается индивидуальный подход», – утверждает Ариас. По ее выражению, итогом всех произведенных операций становится модель среднестатистических часов в лучшем значении слова: время, которое они показывают, точнее, чем можно ожидать от отдельных часов или группы тактовых генераторов. По определению и по всеобщему согласию, по крайней мере по соглашению пятидесяти восьми стран, подписавших договор, показания среднестатистических часов считаются эталонными.