net.time4j.scale.TimeScale Maven / Gradle / Ivy
/*
* -----------------------------------------------------------------------
* Copyright © 2013-2017 Meno Hochschild, Defines some time scales for usage both in civil life and in science.
*
* Any conversion is usually not bijective. That means that for example
* an UTC-timestamp can be mapped in a unique way to UT1, GPS or TAI (provided
* that there are no negative leap seconds) but in reverse not. More important:
* Conversions often happen in millisecond-precision or worse so they are
* more or less like approximation procedures.
*
* @author Meno Hochschild
*/
/*[deutsch]
* Definiert verschiedene Zeitskalen sowohl zur Verwendung im zivilen
* Alltag als auch in der Wissenschaft.
*
* Konvertierverfahren sind im allgemeinen nicht bijektiv. Das bedeutet,
* daß z.B. zwar einem UTC-Zeitpunkt meist eindeutig ein UT1-, GPS- oder
* TAI-Zeitpunkt zugeordnet werden kann (positive UTC-Schaltsekunden
* vorausgesetzt), umgekehrt aber nicht. Noch wichtiger: Konversionen
* erfolgen oft in Millisekundengenauigkeit (oder schlechter), sind
* also grundsätzlich Näherungsverfahren.
*
* @author Meno Hochschild
*/
public enum TimeScale {
//~ Statische Felder/Initialisierungen --------------------------------
/**
* Counts the seconds relative to UNIX-epoch 1970-01-01T00:00:00Z
* which is two years before UTC-epoch.
*
* Leap seconds are not counted but ignored according to POSIX-standard.
* Before the UTC-epoch 1972-01-01 the second is effectively defined as
* the 86400th part of mean solar day (UT1). After this UTC-epoch the
* POSIX-second is with the exception of leap second events equal to
* the SI-second based on atomic clocks, but in long term effectively
* similar to the UT1-second based on mean solar time.
*
* POSIX is more present in computer realms than UTC although there is
* no precision in calculation of SI-seconds (a bug of UNIX-specification).
* The definition of the reference timezone on zero meridian of Greenwich
* is the same as in UTC.
*
* During a leap second the transformation of POSIX-time to an
* UTC-timestamp is not defined. An old convention in the UNIX world
* tries to reset the clock by one second AFTER the leap second, so
* effectively mapping the leap second to the next day despite of
* its obvious written form as last second of current day (see also
* Wikipedia-page).
* The current description of POSIX-time
* explicitly states however that the relation between the current day
* time and the current POSIX-value is not specified and dependent on
* the implementation. Time4J maps the leap second to the current day
* as the last second. This corresponds to an UNIX-variation where a
* clock is reset at the begin of a leap second instead of at the end
* of a leap second.
*/
/*[deutsch]
* Zählt die Sekunden relativ zur UNIX-Epoche 1970-01-01T00:00:00Z,
* die zwei Jahre vor der UTC-Epoche liegt.
*
* Schaltsekunden werden nicht mitgezählt, sondern gemäß
* dem POSIX-Standard ignoriert. Vor der UTC-Epoche 1972-01-01 wird die
* Sekunde effektiv als der 86400-te Teil des mittleren Sonnentags
* interpretiert (UT1). Danach ist die POSIX-Sekunde mit der Ausnahme von
* Schaltsekunden im Kurzzeit-Bereich die SI-Sekunde auf Atomuhrzeitbasis,
* auf lange Sicht aber effektiv als UT1-Sekunde auf Basis der mittleren
* Sonnenzeit zu interpretieren.
*
* POSIX ist im Computer-Bereich präsenter als UTC, auch wenn von
* einer Genauigkeit in der Berechnung von SI-Sekunden nicht mehr gesprochen
* werden kann (ein Bug der UNIX-Spezifikation). Die Definition der
* Referenzzeitzone auf dem Null-Meridian von Greenwich ist wie in UTC
* gegeben.
*
* Während einer Schaltsekunde ist die Transformation einer
* POSIX-Zeit zu einem UTC-Zeitstempel im Prinzip undefiniert.
* Eine alte Konvention in der UNIX-Welt versucht jedoch, erst am Ende
* einer Schaltsekunde die zugehörige Uhr um eine Sekunde
* zurückzusetzen, rechnet also die Schaltsekunde selbst entgegen
* seiner offensichtlichen Schreibform zum Folgetag (so auch gelistet im
* Wikipedia-Artikel).
* Die aktuelle Beschreibung der POSIX-Zeit
* sagt jedoch ausdrücklich, daß die Beziehung zwischen der
* aktuellen Tageszeit und dem aktuellen POSIX-Wert unspezifiert und
* implementierungsabhängig ist. Time4J rechnet die Schaltsekunde
* immer zu dem Tag, der sie als letzte Sekunde enthält. Das
* entspricht einer UNIX-Variante, in der eine Uhr zu Beginn statt
* zum Ende einer Schaltsekunde zurückgesetzt wird.
*/
POSIX,
/**
* Counts the seconds relative to UTC-epoch which started at
* midnight on the calendar days 1972-01-01 (1972-01-01T00:00:00Z)
* inclusive all leap seconds.
*
* Time4J handles all {@code UniversalTime}-timestamps before
* the UTC-epoch as mean solar time (UT1). The second is therefore
* defined as the 86400th part of the mean solar day before 1972.
* After the UTC-epoch 1972-01-01 the second is always the
* SI-second based on atomic clocks.
*
* @see UniversalTime
*/
/*[deutsch]
* Zählt die Sekunden relativ zur UTC-Epoche, die zu Mitternacht
* des Datums 1972-01-01 begann (1972-01-01T00:00:00Z in der UTC-Zeitzone),
* inklusive aller Schaltsekunden.
*
* Time4J behandelt in allen {@code UniversalTime}-Implementierungen
* Zeitangaben vor der UTC-Epoche rückwirkend als mittlere Sonnenzeit
* UT1. Vor der UTC-Epoche 1972-01-01 wird also die Sekunde als der 86400-te
* Teil des mittleren Sonnentags definiert. Danach ist die Sekunde stets
* die SI-Sekunde auf Atomuhrzeitbasis.
*
* @see UniversalTime
*/
UTC,
/**
* International atomic time which is based on the SI-seconds of an
* atomic clock and presents a continuous scale relative to 1972-01-01.
*
* There is no second which is interpreted respective labelled as
* leapsecond. Hence this scale is decoupled from civil day and only
* usefule in a scientific context. As consequence the astronomic day has
* no meaning on this scale.
*
* Strictly spoken, the scale definition of TAI is a statistical
* approximation to the definition of an SI-second because the average of
* around 250 atomic clocks worldwide is used. But the deviations are
* in picoseconds or smaller which is not in the focus of this API.
*
* Although TAI knows historical ancestors already since 1958
* Time4J only supports TAI from UTC-epoch 1972-01-01. First to note
* the SI-second was introduced in year 1967. Second, the nowadays
* used TAI-scale had got its name on a conference in year 1971, third
* to note, the TAI-ancestors were still directly synchronized with
* UT2 hence had still got a vague astronomical reference. At the
* calendar date 1972-01-01 the difference between TAI and UTC was
* defined as exactly 10 seconds (TAI = UTC + 10). This difference is
* fixed for all timestamps in epoch seconds because both TAI and UTC
* counts in pure SI-seconds. But note: If TAI and UTC are resolved
* to an element-oriented notation (YYYY-MM-DD HH:MM:SS) then the
* difference between TAI and UTC increases with every inserted
* leap second because of the different labelling. A TAI day does not
* know leap seconds. In the year 2017 this difference between a TAI
* day and an UTC day has increased to 37 seconds.
*/
/*[deutsch]
* Internationale Atomuhrzeit, die auf den SI-Sekunden einer Atomuhr
* basiert und eine monoton fortlaufende Skala relativ zu 1972-01-01
* darstellt.
*
* Es werden also keine Sekunden als Schaltsekunden interpretiert.
* Somit ist diese Skala vom zivilen Alltag abgekoppelt und nur im
* Wissenschaftsbetrieb von Bedeutung. Konsequent hat der astronomische
* Tag in dieser Skala keine Bedeutung.
*
* Streng genommen ist auch das Skalenmaß von TAI nur eine
* statistische Annäherung an die Definition einer SI-Sekunde als
* einer bestimmten Anzahl von Cäsium-Atomschwingungen, denn es wird
* über ca. 250 Atomuhren weltweit gemittelt. Jedoch liegt die
* Abweichung im Bereich von Pikosekunden, was nicht im Fokus dieses API
* liegt.
*
* Obwohl Vorgänger von TAI schon seit 1958 bekannt sind, erlaubt
* Time4J TAI-Angaben nur ab der UTC-Epoche 1972-01-01. Erstens wurde die
* SI-Sekunde erst ab 1967 definiert, zweitens bekam die heutige TAI-Skala
* ihren Namen auf einer Konferenz im Jahre 1971, drittens waren die
* Vorgänger von TAI noch direkt mit UT2 synchronisiert, hatten
* also noch einen etwas vagen astronomischen Bezug. Zum Datum 1972-01-01
* wurde der Versatz zwischen TAI und UTC genau auf 10 Sekunden festgelegt
* (TAI = UTC + 10). Diese Differenz gilt fest für alle Zeitangaben
* in Epochensekunden, weil sowohl TAI als auch UTC in reinen SI-Sekunden
* zählen. Aber: Werden TAI und UTC zu Zeitstempeln in einer
* feldorientierten Notation (YYYY-MM-DD HH:MM:SS) aufgelöst,
* dann ändert sich der Versatz seit 1972 laufend mit jeder
* eingefügten Schaltsekunde, weil ein TAI-Tag keine Schaltsekunden
* kennt. Im Jahr 2017 ist dieser Versatz zwischen TAI-Tag und UTC-Tag
* auf 37 Sekunden angewachsen.
*/
TAI,
/**
* Is used by the GPS-navigation system and counts SI-seconds relative
* to the start of GPS.
*
* GPS was introduced on 6th of January 1980. All earlier timestamps
* are not supported by Time4J. Between 1972 and 1980 there were 9
* leap seconds therefore following relation holds leaving aside the
* different epoch reference: GPS + delta = UTC - 9 = TAI - 19 where
* delta stands for the POSIX-difference between 1972-01-01 and
* 1980-01-06.
*
* @see #TAI
*/
/*[deutsch]
* Wird vom GPS-Navigationssystem verwendet und wird relativ zum Start
* von GPS in SI-Sekunden gezählt.
*
* GPS wurde am 6. Januar 1980 eingeführt. Alle Zeitangaben davor
* werden von Time4J mit einer Ausnahme quittiert. Zwischen 1972 und 1980
* gab es 9 Schaltsekunden, deshalb gilt abgesehen vom unterschiedlichen
* Epochenbezug folgende Relation: GPS + delta = UTC - 9 = TAI - 19, wo
* delta für die POSIX-Differenz zwischen 1972-01-01 und
* 1980-01-06 steht.
*
* @see #TAI
*/
GPS;
// /**
// * Die Terrestrial Time ist nicht an die Erdrotation gebunden
// * und ist als dynamische Zeit aus Bewegungssätzen abgeleitet
// * (theoretisches Ideal).
// *
// * Ab 1991 unter Berücksichtigung der Höhe einer Atomuhr
// * relativ zur Erdoberfläche (allgemeine Relativitätstheorie)
// * neu definiert. Die Vorgänger ET (Ephemeris Time) und TDT
// * (Terrestrial Dynamic Time) sind jedoch bis in den Millisekundenbereich
// * hinein nahezu gleich. Time4J verwendet als Näherung die Formel
// * TT = TDT = ET = TAI + 32,184 Sekunden.
// *
// * @see #TAI
// */
// TT,
//
// /**
// * Mittlere Sonnenzeit mit variabler erdrotationsgebundener Sekunde.
// *
// * UT1 wird häufig mit UTC verwechselt, weil Schaltsekunden selten
// * auftreten und im zivilen Alltag mit seinen meist deutlich geringeren
// * Anforderungen an die Genauigkeit kaum wahrnehmbar sind. Die Abweichung
// * von UT1 relativ zu TT (historisch eigentlich zu ET, Differenz TT - UT1)
// * wird in der Astronomie als Delta-T bezeichnet und wird laufend vom IERS
// * veröffentlicht. Time4J verwendet zum Abschätzen von Delta-T
// * polynomiale Ausdrücke, die auf den belgischen Astronomen Jean Meeus
// * zurückgehen und kann so begrenzt zwischen UT1 und den anderen
// * nicht an die Erdrotation gebundenen Zeitskalen umrechnen.
// */
// UT1;
/**
* Estimates the delta between TT and UT1 in decimal seconds depending on given year and month.
*
* The estimation is based
* on a polynomial expression of the NASA.
*
* @param year gregorian/julian year from -2000 until +3000
* @param month gregorian/julian month in range 1-12
* @return estimated difference deltaT = TT - UT1 in seconds
* @throws IllegalArgumentException if any parameter is out of range
* @since 3.33/4.28
*/
/*[deutsch]
* Liefert eine Schätzung der Differenz zwischen TT und UT1 in dezimalen Sekunden
* abhängig von den angegebenen Parametern Jahr und Monat.
*
* Die Schätzung basiert auf einem
* Polynom-Ausdruck der NASA.
*
* @param year gregorian/julian year from -2000 until +3000
* @param month gregorian/julian month in range 1-12
* @return estimated difference deltaT = TT - UT1 in seconds
* @throws IllegalArgumentException if any parameter is out of range
* @since 3.33/4.28
*/
// public static double deltaT(
// int year,
// int month
// ) {
//
// if ((year < -2000) || (year > 3000)) {
// throw new IllegalArgumentException("Year out of range: " + year);
// } else if ((month < 1) || (month > 12)) {
// throw new IllegalArgumentException("Month out of range: " + month);
// }
//
// double y = year + (month - 0.5) / 12;
//
// if (year > 2150) {
// double u = (y - 1820) / 100;
// return -20 + 32 * Math.pow(u, 2);
// } else if (year >= 2050) {
// double u = (y - 1820) / 100;
// return -20 + 32 * Math.pow(u, 2) - 0.5628 * (2150 - y);
// } else if (year >= 2005) {
// double t = y - 2000;
// return 62.92
// + 0.32217 * t
// + 0.005589 * Math.pow(t, 2);
// } else if (year >= 1986) {
// double t = y - 2000;
// return 63.86
// + 0.3345 * t
// - 0.060374 * Math.pow(t, 2)
// + 0.0017275 * Math.pow(t, 3)
// + 0.000651814 * Math.pow(t, 4)
// + 0.00002373599 * Math.pow(t, 5);
// } else if (year >= 1961) {
// double t = y - 1975;
// return 45.45
// + 1.067 * t
// - Math.pow(t, 2) / 260
// - Math.pow(t, 3) / 718;
// } else if (year >= 1941) {
// double t = y - 1950;
// return 29.07
// + 0.407 * t
// - Math.pow(t, 2) / 233
// + Math.pow(t, 3) / 2547;
// } else if (year >= 1920) {
// double t = y - 1920;
// return 21.20
// + 0.84493 * t
// - 0.076100 * Math.pow(t, 2)
// + 0.0020936 * Math.pow(t, 3);
// } else if (year >= 1900) {
// double t = y - 1900;
// return -2.79
// + 1.494119 * t
// - 0.0598939 * Math.pow(t, 2)
// + 0.0061966 * Math.pow(t, 3)
// - 0.000197 * Math.pow(t, 4);
// } else if (year >= 1860) {
// double t = y - 1860;
// return 7.62
// + 0.5737 * t
// - 0.251754 * Math.pow(t, 2)
// + 0.01680668 * Math.pow(t, 3)
// -0.0004473624 * Math.pow(t, 4)
// + Math.pow(t, 5) / 233174;
// } else if (year >= 1800) {
// double t = y - 1800;
// return 13.72
// - 0.332447 * t
// + 0.0068612 * Math.pow(t, 2)
// + 0.0041116 * Math.pow(t, 3)
// - 0.00037436 * Math.pow(t, 4)
// + 0.0000121272 * Math.pow(t, 5)
// - 0.0000001699 * Math.pow(t, 6)
// + 0.000000000875 * Math.pow(t, 7);
// } else if (year >= 1700) {
// double t = y - 1700;
// return 8.83
// + 0.1603 * t
// - 0.0059285 * Math.pow(t, 2)
// + 0.00013336 * Math.pow(t, 3)
// - Math.pow(t, 4) / 1174000;
// } else if (year >= 1600) {
// double t = y - 1600;
// return 120
// - 0.9808 * t
// - 0.01532 * Math.pow(t, 2)
// + Math.pow(t, 3) / 7129;
// } else if (year >= 500) {
// double u = (y - 1000) / 100;
// return 1574.2
// - 556.01 * u
// + 71.23472 * Math.pow(u, 2)
// + 0.319781 * Math.pow(u, 3)
// - 0.8503463 * Math.pow(u, 4)
// - 0.005050998 * Math.pow(u, 5)
// + 0.0083572073 * Math.pow(u, 6);
// } else if (year >= -500) {
// double u = y / 100;
// return 10583.6
// - 1014.41 * u
// + 33.78311 * Math.pow(u, 2)
// - 5.952053 * Math.pow(u, 3)
// - 0.1798452 * Math.pow(u, 4)
// + 0.022174192 * Math.pow(u, 5)
// + 0.0090316521 * Math.pow(u, 6);
// } else {
// double u = (y - 1820) / 100;
// return -20 + 32 * Math.pow(u, 2);
// }
//
// }
}