Les procès-verbaux du Bureau des longitudes

Sur l'exactitude de la détermination de l'Heure par M. H.R. Morgan

Title Sur l'exactitude de la détermination de l'Heure par M. H.R. Morgan
Creator Morgan, Herbert Rollo (1875-1957)
Contexte Volume 1919-1923
Date 1923-10-10
Identifier O1919_1923_292
Relation O1919_1923_289
Format 20,6 x 30,5 cm; image/jpeg;
Publisher Bureau des longitudes; Observatoire de Paris; Laboratoire d'Histoire des Sciences et de Philosophie - Archives Henri Poincaré (UMR 7117 CNRS / Université de Lorraine);
Rights CC BY-SA 3.0 FR
Type Dactylographié; Text; Mémoire;
Description

ASTRONOMICAL JOURNAL, Nos 825-826, p.80.

Sur l’exactitude de la détermination de l’Heure

par H.R. MORGAN.

(Communiqué par le Capitaine W.D. Mac DOUGALL, Superintendant de l’Observatoire Naval des ETATS UNIS)

De récentes intercomparaisons de signaux horaires par T.S.F. montrent des variations plutôt grandes dans l’heure envoyée par un observatoire par comparaison avec celle envoyée par d’autres, et on a pensé que ces variations pouvaient être dûes aux observations astronomiques. Quelques uns des résultats des recherches effectuées dans cette direction, particulièrement ceux qui portent sur la performance de grands instruments, peuvent être indiqués.

Les déterminations d’heure par des observations astronomiques peuvent être divisées en deux classes - provisoires et définitives. Quand on désire envoyer un signal qui lui même indique l’heure vraie telle qu’elle est demandée par les affaires, le commerce et la navigation, il devient nécessaire de prédire les corrections de la pendule étalon à l’aide d’observations et de réductions provisoires pour quelques jours, ou même pour une période plus longue dépendant du temps qu’il fait et mettre à l’heure vraie aussi exactement que possible une pendule émettrice. Généralement les déterminations d’heure employées dans ce but sont tout à fait provisoires. Avec les petits instruments, on cherche à éliminer les erreurs de collimation et de différence d'emboîture (position du cercle à l'Est ou à l'Ouest) en retournant chaque nuit, les erreurs d’azimut en observant des étoiles de part et d'autre du zénith, et les erreurs d'équation personnelle en employant le micromètre impersonnel à fil mobile. Les grands instruments sont retournés seulement de temps en temps ou pas du tout. Avec ceux-ci, la collimation est déterminée au moyen de collimateurs opposés ; l’azimut par des observations de deux ou trois polaires, dans quelques cas par l’intermédiaire de mires méridiennes ; et les termes d'emboîture sont négligés. Quelques uns de ces instruments sont munis d'un micromètre impersonnel à fils mobiles et avec d'autres il y a les appareils pour déterminer l'équation personnelle. Les petits instruments se servent de niveaux à alcool et les grands déterminent leur inclinaison sur le mercure. Parmi les erreurs ordinairement négligées dans le travail provisoire sont celles dues à la variation d'azimut, à la variation d’équation personnelle, aux erreurs de positions des étoiles et de marche provisoire de la pendule et aux erreurs du chronographe provenant des réglages de relais et des variations des courants de batterie surtout en tant que concernant les relais qui ferment le circuit du micromètre à fil mobile, et finalement aux erreurs dans la transmission et la réception des signaux. Les erreurs de positions d'étoiles, systématiques et accidentelles, sont de l'ordre de 0,s02. Les meilleures positions dont on peut disposer actuellement sont probablement celles déduites récemment par le Prof. EICHELBERGER et publiées dans l’“American Ephemeris” de 1925. Ces positions sont maintenant employées à WASHINGTON.

Dans le travail définitif, l’azimut et sa variation sont déterminés au moyen de mires méridiennes dont les positions sont déterminées par un grand nombre d’observations de circompolaires avec élimination de la position d’étoile. Ces mires méridiennes sont très stables et les erreurs des déterminations d’azimut sont notablement plus petites quand ces mires peuvent être utilisées. Dans les réductions définitives les équations personnelles sont déterminées ; les solutions pour la marche de la pendule s’étendent sur des périodes plus longues ; l’étude des différences d’emboîture est faite et les sauts dans les systèmes pendule et chronographe sont étudiés. Des corrections provenant de ces erreurs peuvent être appliquées dans le travail de longitude si le programme des observations est ainsi tracé.

Des grands observatoires sont maintenant munis de pendules modernes à remontage automatique scellées dans des cages de verre sous pression constante et maintenues dans des caves à pendule à température constante. Un exemple de la marche de ces pendules est fourni par une des pendules de l’Observatoire Naval en 1905 : les corrections de pendule obtenues en 83 nuits s’étendant sur une période de cinq mois, portées sur un graphique, s’écartent d’une ligne droite de moins de 0s,1.

Un examen (Astr. Jour. N° 811) des différences des corrections de pendule prises à un certain nombre d’heures d’intervalle sur 2340 nuits dans les 20 dernières années, en employant les résultats de deux cercles méridiens, montre qu’il n’y a pas de variation certaine de ces corrections dépendant de l’angle horaire de la lune qui atteigne 0s,002 .

Comme tous les observateurs trouvent que les meilleures des pendules changent parfois de marche inopinément, il est d’une bonne pratique d’avoir deux pendules ou plus en marche et de les comparer régulièrement. Une des pendules RIEFLER à l’Observatoire Naval a varié de 0s,3 de sa normale en deux jours en Mars et de 0s,5 en deux ou trois jours en Août 1921 . De tels sauts dans la pendule causent dans les signaux horaires des erreurs accidentelles qui ressortent, mais elles sont décelées par les observations subséquentes.

La façon dont se comportent certains instruments est montrée dans ce qui suit.

On a comparé les corrections de pendule définitives prises à environ huit heures d’intervalle la même nuit par différents observateurs ou à environ quatorze heures d’intervalle dans deux nuits successives par le même observateur, sur 1026 nuits de 1903 à 1921 avec le cercle méridien de 9 pouces à l’Observatoire Naval. Après correction de l’équation personnelle, ces corrections de pendule furent ramenées à la même époque au moyen des marches de pendule adoptées et on fit leurs différences. Il n’y a eu qu’une différence dépassant 0s,1 dans les 18 ans, la différence moyenne étant 0s,03. Evidemment des observations sur cet instrument se reproduisent à moins de 0s,03 aussi loin que vont les erreurs accidentelles. En vue d’un examen pour les erreurs systématiques également, on a fait une autre comparaison (Astr. Jour. N° 817) en se servant des corrections de pendule prises à quelques heures d’intervalle dans la même nuit avec l’instrument de passages de 9 pouces et celui de 6 pouces. Durant la période 1913,5-1918,5, les corrections de pendules furent déterminées presque simultanément avec les deux instruments pendant 397 nuits. Les différences de ces corrections de pendule montrent des discontinuités marquées à chaque retournement de l’un à l’autre instrument. Le changement moyen aux 12 retournements du 9 pouces était de 0s,06 avec une variation de 0s,03 par rapport à la moyenne ; et le changement moyen aux 49 retournements du 6 pouces était de 0s,12 avec une variation de 0s,06 par rapport à la moyenne. Ces différences d’emboîture étaient prises seulement aux moments où un instrument était retourné et l’autre non - le 6 pouces était retourné plus fréquemment que le 9 pouces - et de plus elles résultaient d’observations d’étoiles équatoriales seulement. Après application des valeurs moyennes des différences d’emboîture, il n’y a que quatre de ces 397 différences qui atteignent 0s,1 ; et lorsqu’elles sont formées en 29 groupes de quelques semaines chaque, la plus grande différence de groupe est de 0s,07 et la différence de groupe moyenne de 0s,02. L’erreur probable d’une détermination d’une correction de pendule est ± 0s,014 . On trouve ainsi que ces instruments ont tenu ensemble durant les cinq années et la comparaison montre les discontinuités au retournement dont on doit tenir compte pour le temps absolu et le travail de longitude, mais qui ne peut être connu en travail provisoire à moins de 0s,1. Incidemment, on trouva que l’introduction d’un nouveau système de relais dans le circuit de la pendule étalon en 1915 avait changé de 0s,05 les corrections de pendule relatives déterminées avec ces deux instruments.

La comparaison donnée ci-après est celle de quatre instruments. Durant la détermination de la différence de longitude PARIS-WASHINGTON d’Octobre 1913 à Avril 1914, l’instrument des passages de 9 pouces, celui de 6 pouces et deux de 3 pouces de PRIN se sont trouvés être employés simultanément à l’Observatoire Naval. Les instruments de 9 pouces et de 6 pouces sont installés à poste fixe dans de grandes constructions identiques, les instruments étant distants de 15 à 30 pieds des ouvertures méridiennes de 3 pieds. Les instruments de passages de 3 pouces étaient installés dans de petits bâtiments avec toit bas dont les deux moitiés s’enlevaient laissant les instruments grandement en plein air. Ces derniers instruments ont des fils mobiles entraînés par moteur et étaient retournés au milieu de chaque observation et on observait avec eux des étoiles zénithales [en note de bas de page : Les azimuts de tous les instruments étaient contrôlés par des lectures sur des mires méridienne.]. Les corrections de pendule déterminées les mêmes nuits furent ramenées au même instant à l’aide des marches de pendule adoptées, différenciées par paires d’instruments et les différences moyennes pour chacune des moitiés du travail écartées. On a trouvé alors que la plus grande différence était de 0s,08 pour les deux 3 pouces, un étant employé par les Français et un par les Américains, avec une moyenne de 0s,03 pour 53 nuits ; la plus grande différence était de 0s,07 pour les instruments de 9 pouces et de 6 pouces avec une moyenne de 0s,02 pour 44 nuits ; la plus grande différence était de 0s,06 pour les instruments de 6 pouces et 3 pouces américains avec une moyenne de 0s,02 pour 64 nuits. Un relais ferme-circuit en plus était employé avec les chronographes des instruments de longitude et la batterie d’accus actionnant ce circuit fut trouvée presque déchargée à la fin du travail. On a considéré que quelque peu du petit changement progressif de ces instruments relativement aux grands était dû à ce système de relais. Il apparaît qu’une correction de pendule isolée pour l’un quelconque de ces instruments s’écartant de 0s,1 de la moyenne est rare ; que le résidu moyen est moindre que 0s,03 ; et qu’il y a un faible choix d’instruments ou de bâtiments. Il apparaît aussi que des fluctuations soutenues de 0s,1 peuvent difficilement être attribuées à des observations réduites d’une manière définitive comme celles-ci l’ont été.

Par une comparaison des heures de réception des signaux horaires par T.S.F. envoyés de WASHINGTON, PARIS et BERLIN à GREENWICH, UCCLE et EDIMBOURG, le Professeur SAMPSON (M.N. Janv. 1922) a montré récemment la variation de l’heure déterminée à chaque observatoire par rapport à la moyenne de 21 mois en 1920-21. Ces variations se montent à 0s,3 ou 0s,4. Aux stations réceptrices, les corrections de pendule étaient extrapolées et dans tous les cas les comparaisons dépendent des déterminations provisoires de l’heure dont les erreurs viennent d’être indiquées. Comme l’on n’opère pas ici avec le travail le plus définitif tel qu’il est effectué dans les déterminations de longitude, la conclusion du Prof. SAMPSON quant à la portée de cette comparaison sur les résultats de longitude serait par conséquent considérablement modifiée. Les signaux de WASHINGTON furent examinés de la manière suivante. Les corrections de pendule définitives d’après les observations faites à l’instrument de 9 pouces furent formées en normales d’une période de quelques jours et portées sur un graphique, et une courbe régulière fut tracée entre leurs points représentatifs. Sur cette courbe, les corrections de la pendule étalon furent lues pour chaque jour des 21 mois embrassés par la comparaison et on en déduisit les corrections aux signaux horaires tels qu’ils étaient enregistrés sur le chronographe par la pendule émettrice. Les signaux de WASHINGTON tels qu’ils sont envoyés par la station d’ANNAPOLIS furent reçus à GREENWICH et un élément d’incertitude se présenta dans la comparaison parce qu’on ne savait pas combien de signaux étaient reçus chaque semaine ou si un signal parasite accidentel était employé. Durant cette période, les corrections de pendule sur lesquelles les signaux de WASHINGTON furent basés furent déterminées par des observations d'étoiles près du zénith avec le cercle méridien de 6 pouces. Cet instrument fut retourné trois fois, et par une comparaison des corrections de pendule d'après des observations simultanées à cet instrument et au cercle méridien de 9 pouces, comme il a été expliqué plus haut, les discontinuités dans les corrections de pendule aux retournements du 6 pouces furent trouvées être : + 0s,14, Nov. 5,1920 ; - 0s,16, Mars 2,1921 ; et + 0s,08, Mai 26,1921 ; et les corrections correspondantes aux signaux sont : + 0s,06 avant Nov. 6 ; - 0s,08, de Nov. 6 à Mars 1 ; + 0s,08, Mars 2 à Mai 25 ; et 0s,00 depuis Mai 26. Après l’application de ces corrections, les variations systématiques dans les signaux de WASHINGTON disparaissent en grande partie. Les variations accidentelles furent aussi considérablement réduites en appliquant ces corrections aux corrections d’heure interpolées, et en employant ces deux corrections, la moyenne des différences par semaine pour WASHINGTON telles qu’elles sont données par le Prof. SAMPSON a été ramenée de ± 0s,060 à ± 0s,038. En employant les corrections de la courbe de l'instrument de 9 pouces, cette moyenne aurait été ± 0s,043 . La différence entre les deux instruments était de ± 0s,028 . Comme les deux instruments se soutenaient l'un l'autre, on ne rechercha pas d'autres corrections. Les observateurs, instruments, chronographes, constantes instrumentales, méthodes d'observation et de réduction et positions d'étoiles furent tous différents et indépendants. Il est possible que quelque condition locale affecte les résultats obtenus par les deux instruments de la même manière. Comme des variations du même ordre apparaissent pour tous les observatoires, on considère que, avec des corrections qui peuvent être trouvées par des examens ailleurs, les différences des heures pour chaque observatoire par rapport à une nouvelle moyenne de toutes seront tout à fait différentes de, et effectivement plus petites que, celles déduites d'abord. Plusieurs observatoires trouvent des résidus importants dus à des déterminations d'azimut précaires. Des positions dans les National Ephemerides sont tellement mauvaises pour au moins deux des circompolaires que les azimuts déterminés avec elles sont erronés de 0s,1 et ces étoiles peuvent être employées pour un certain nombre de semaines à la fois pour déterminer l’azimut. Des erreurs de transmission et de réception sont possibles. Ces recherches montrent que les variations des heures déterminées dans les grands observatoires sont dues plus ou moins à la nature provisoire des observations astronomiques et des réductions utilisées ; que, en préparant convenablement le travail provisoire, les variations dans les heures préliminaires peuvent être en partie éliminées et en partie corrigées par des réductions définitives ; et que des déterminations de longitude ne sont pas sujettes à de telles incertitudes.

Comme conclusion, on suggère que, pour les déterminations à envoyer chaque jour pour les besoins commerciaux et autres, des observations d’étoiles zénithales soient faites aux petits instruments méridiens facilement retournables et qu’une étude de la conduite de ces instruments pendant une longue période soit faite par comparaison avec des instruments d’observatoires étalons.

Il a été suggéré aussi que des observatoires fixes munis d’instruments étalons constamment en étude reçoivent quelques signaux et les mêmes, de mois en mois, d'année en année, dans toutes conditions de température et en toutes saisons. Les données ainsi accumulées seraient sans aucun doute d'une grande valeur dans la détermination des longitudes et pour la détermination de variations de longitude coordonnées avec les variations de latitude.

Type de document Procès-verbal
Transcripteur Muller, Julien
Commentaires Numéroté de 11 à 20.
Collection Volume 1919-1923
Citation “Sur l'exactitude de la détermination de l'Heure par M. H.R. Morgan”, 1923-10-10, Les procès-verbaux du Bureau des longitudes, consulté le December 6, 2021, http://purl.oclc.org/net/bdl/items/show/6818
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