Первым эталоном, с которым сравнивали показания часов службы времени, был период вращения Земли вокруг своей оси относительно звезд, т. е. звездные сутки. Астрономические наблюдения были важнейшей задачей службы времени: от частоты и точности этих наблюдений фактически зависела равномерность шкалы времени. Хранение времени между астрономически ми наблюдениями, осуществлявшимися с помощью различных типов астрономических часов, приводило к тому, что шкала времени сильно искажалась. С изобретением в 1930 г. кварцевых часов и использованием их в службах времени появилась возможность надежно хранить время в перерывах между наблюдениями. Кварцевые часы быстро совершенствовались и стало возможным использовать их как независимый эталон времени для небольших, в несколько месяцев, отрезков времени: на больших интервалах сказалось старение кварца, заметно изменившее ход часов. По этой причине кварцевые часы нельзя было использовать в качестве постоянного эталона времени. Поэтому с 1956 г. поправки часов стали вычисляться в системе всемирного времени (TV2) по эфемеридному времени (ЕТ). В качестве эталона была принята секунда, равная 1/31556925,9747 части тропического года эпохи 1900 г. Однако эфемеридное время тоже нельзя считать идеально равномерным из- за ошибок наблюдений и неточности теории движения Луны.
Коренной перелом в вопросах хранения времени произошел с изобретением атомных и молекулярных стандартов частоты, с помощью которых физикам удалось создать независимые от вращения Земли эталоны времени исключительно высокой стабильности. Мы свидетели окончившегося соревнования между незримыми атомами и молекулами с небесными светилами за право быть хранителем времени. Если теперь и существует такое соревнование, то уже только между двумя системами: одна основана на применении атомов в эталонах времени, другая — на применении молекул. Обе эти системы свели погрешность определяемого времени к величинам меньшим 10~10 с, однако для обеих систем это еще не предел и, по-видимому, погрешность будет уменьшаться на один-два порядка. Задача ученых и конструкторов — создать такую систему атомных и молекулярных часов, в которых зависимость их хода от внешних условий была бы возможно минимальной. Независимая шкала времени, задаваемая с помощью атомных и молекулярных стандартов частоты, получила название атомного времени и условно обозначена ТА-1. Результаты сравнения шкал атомного времени некоторых обсерваторий показывают, что на интервале в несколько лет продолжительность секунды атомного времени у различных обсерваторий изменяется на величину около 10-1 0 с.
Наличие атомного времени дает астрономам возможность производить самые тонкие исследования неравномерности вращения Земли, так как можно сравнить астрономическую секунду с другой, более точной и независимой от вращения Земли единицей времени. Астрономические наблюдения по-прежнему будут производиться, а их результаты использоваться для решения научных и практических задач, связанных с вращением Земли, для уточнения дол гот и исходных данных, необходимых для геофизических исследований, и т. д. Атомную шкалу времени бессмысленно непрерывно контролировать с по мощью астрономических наблюдений, так как точность этих наблюдений значительно ниже из-за ошибок наблюдений и неучтенных флуктуации во вращении Земли.