現(xiàn)代天文學(xué)專題講座

現(xiàn)代天文學(xué)專題講座第一頁，共八十一頁，2022年，8月28日時間一、時間的本質(zhì)及其計量二、世界時及其測量方法三、現(xiàn)今的時間標準—原子時四、民用時間系統(tǒng)—協(xié)調(diào)世界時五、科學(xué)實驗時間系統(tǒng)—力學(xué)時六、衛(wèi)星定位導(dǎo)航時間系統(tǒng)—GPS時第二頁，共八十一頁，2022年，8月28日一、時間的本質(zhì)及其計量1、時間的本質(zhì)時間、空間是物質(zhì)存在的基本形式，物質(zhì)運動和變化都是在時間和空間中發(fā)生的。

時間和空間不能與物質(zhì)相分離，沒有物質(zhì)就沒有時空。時間只有在物質(zhì)運動中，才顯示其作為客觀存在的本質(zhì)。

物質(zhì)運動是絕對的、永不停頓。因此，時間是無限的，即無開端、又無終止。

第三頁，共八十一頁，2022年，8月28日

時間概念的產(chǎn)生源于人類生活、生產(chǎn)的需要和對自然現(xiàn)象的認識。晝夜交替,形成人們?nèi)粘龆?，日落而寢?/p>

時間概念的產(chǎn)生源于人類對宇宙空間的認識。我國戰(zhàn)國時期，就有《四方上下曰宇，古往今來曰宙》意思是人類生活的空間叫宇；不停流逝的時間稱為宙。宇宙便是空間和時間的總和。第四頁，共八十一頁，2022年，8月28日

牛頓的時空觀：牛頓認為存在不依賴物質(zhì)和運動的絕對時間和空間。絕對時間是均勻的、有方向性的，但沒有起點和終點。如果物質(zhì)消失了，時間和空間還會繼續(xù)存在。數(shù)學(xué)家萊布尼茲則認為，沒有絕對時間和空間，時間和空間不能脫離物質(zhì)而獨立存在。

愛因斯坦的時空觀：愛因斯坦認為時間是相對的，空間也是相對的，但時空作為一個整體是絕對的。時空是物質(zhì)伸展性和廣延性的表現(xiàn)，沒有物質(zhì)就沒有時空，時空與物質(zhì)同存和同滅。第五頁，共八十一頁，2022年，8月28日2、時間的計量

時間只有在物質(zhì)運動中，才顯示其作為客觀存在的本質(zhì)。因此，時間計量只能以物質(zhì)某種運動為依據(jù)。

時間計量：包含著既有聯(lián)系又有區(qū)別的兩個方面，即時間間隔和時刻。時間間隔的計量，就是計量物質(zhì)運動的過程中某種狀態(tài)經(jīng)歷了多長時間。

時刻的計量，就是計量物質(zhì)運動某種狀態(tài)發(fā)生在那一瞬間。

第六頁，共八十一頁，2022年，8月28日作為計量時間間隔和時刻的物質(zhì)運動需要滿足如下三點要求：一）、物質(zhì)運動規(guī)律應(yīng)當(dāng)是已知的，并且運動狀態(tài)是可觀測的。二）、物質(zhì)運動某一過程（某一段運動）可以作為計量時間的基本單位。三）、物質(zhì)運動的某一狀態(tài)可以作為計量時間的起算點。因此，選擇具備三點要求的某種物質(zhì)的運動是時間計量的基礎(chǔ)。第七頁，共八十一頁，2022年，8月28日天文學(xué)，時間計量是選擇觀測地球的運動，包括：地球自轉(zhuǎn)運動和公轉(zhuǎn)運動。以地球自轉(zhuǎn)運動為依據(jù)建立的計時系統(tǒng)，稱為世界時（UT）。1960年以前，世界時是時間計量的標準。選擇以地球公轉(zhuǎn)運動為依據(jù)建立的計時系統(tǒng)為歷書時。1960—1967年，時間計量標準是歷書時。

目前，是以原子內(nèi)部電子的能級躍遷時，輻射電磁波的振蕩頻率（物質(zhì)的微觀運動）作為計量時間的依據(jù)，稱為原子時。

原子時，從1967年起，作為時間計量的標準。第八頁，共八十一頁，2022年，8月28日3、時間工作時間工作包括：測時、守時和授時。測時：就是分布世界各地的天文臺采用天文方法，高精度測量地球自轉(zhuǎn)參數(shù)（x、y、UT），以獲得高精度的世界時。守時：目前時間基準是原子時秒。原子時是靠全世界240多臺原子鐘來維持。由國際時間局（BIH）統(tǒng)一進行數(shù)據(jù)處理。授時：通過各授時單位向世界發(fā)布精確的原子時；發(fā)布根據(jù)天文精確測時結(jié)果對已經(jīng)發(fā)布的世界時的時號改正值。我國由中科院國家授時中心負責(zé)（原陜西天文臺，地點陜西渭南）。第九頁，共八十一頁，2022年，8月28日4、時間計量系統(tǒng)的應(yīng)用時間計量系統(tǒng)在人們?nèi)粘Ｉ睢⒐まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國民經(jīng)濟、科學(xué)實驗和國防等部門都有廣泛的應(yīng)用。天文學(xué)、導(dǎo)航、航天、空間大地測量等部門都離不開高精度的時間支撐。廣泛應(yīng)用的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，沒有高精度的時間作為支撐是實現(xiàn)不了的。例如：要求GPS定位誤差小于1厘米時，要求GPS的時鐘誤差必需小于2.6×10－6秒。觀測者是通過接收GPS發(fā)射的無線電信號，確定觀測者和衛(wèi)星的距離。而精確測定信號傳播時間是關(guān)鍵，如果要求距離測量誤差小于1厘米，則要求信號傳播時間的測量誤差應(yīng)不超過32.6×10－11秒。第十頁，共八十一頁，2022年，8月28日二、世界時（UT）及其測定1、世界時（UT）它是以地球自轉(zhuǎn)運動為依據(jù)建立的時間計量系統(tǒng)。世界時的時間基本單位是“日”。

1960年以前，世界時是時間計量標準。地球上的觀測者：只能借助和觀測天體的周日視運動，來測量地球的自轉(zhuǎn)。可以借助和觀測的天體有：太陽或空間的假想點。由于選擇的觀測對象不同，世界時的稱謂也有所變化。有真太陽時、平太陽時、恒星時之分。

第十一頁，共八十一頁，2022年，8月28日1）、真太陽與真太陽時

選擇真太陽為觀測對象，觀測真太陽的周日視運動（即地球自轉(zhuǎn)運動），建立計時系統(tǒng)。定義真太陽（即太陽視園面的中心）在當(dāng)?shù)剡B續(xù)兩次上中天的時間間隔為一個“真太陽日”，并以真太陽上中天（真中午）的時刻作為時間的起算點。一個真太陽日分為24小時，一小時分為60分，一分鐘分為60秒。這樣所建立的時間系統(tǒng)為真太陽時。由于，人們習(xí)慣以子夜（下中天瞬間）作為一天開始，為與生活習(xí)慣相一致，將真太陽時定義改為：真太陽時角t+12?。真太陽時是以真太陽時角t來計量的。

第十二頁，共八十一頁，2022年，8月28日真太陽時存在的問題：

A、由于真太陽是在黃道上運動，而真太陽的時角t是在赤道上度量的。黃道與赤道之間有23°26′的夾角，因此會造成真太陽時角t度量上有誤差。即使真太陽在黃道上運動是均勻的，真太陽的周日視運動也是不均勻的。因此，真太陽時是不均勻的計時系統(tǒng)，最長真太陽日與最短真太陽日之間相差竟達51秒。

B、由于真太陽不是點光源，太陽視圓面中心難于確定，不能實現(xiàn)太陽高精度觀測。

天文實際測時不是觀測真太陽，得到真太陽時。

第十三頁，共八十一頁，2022年，8月28日2)、平太陽與平太陽時

為了避免觀測真太陽帶來的問題，實際工作中引進一個假想的平太陽。首先設(shè)想在黃道上有一個做等速運動的假想點，這個假想點其運行速度等于太陽周年視運動的平均速度值，以保證這個假想點在黃道上運行是均勻的。并且規(guī)定這個假想點和真太陽同時經(jīng)過近地點和遠地點。再引人第二個假想點，它在赤道上運行其運行速度與黃道上第一個假想點運行速度相同，并且應(yīng)與第一個假想點同時通過春分點。這個在赤道運行的第二個假想點就稱為：平太陽。平太陽在赤道上運動是均勻，它滿足計時要求。第十四頁，共八十一頁，2022年，8月28日

平太陽時m

：以平太陽在當(dāng)?shù)剡B續(xù)兩次上中天的時間間隔為一個平太陽日，并以平太陽在當(dāng)?shù)厣现刑焖查g作為平太陽日開始。一個平太陽日又分24平太陽時、一平太陽時又分60平太陽分、一平太陽分又分60平太太陽秒。這樣建立起來的計時系統(tǒng)，稱為平太陽時系統(tǒng)。為了和人們習(xí)慣一天從子夜開始，平太陽時定義改為：平太陽時等于：平太陽時角t+12?。

平太陽雖然滿足運動均勻的要求，但平太陽是一個假想點根本無法觀測，給平太陽時計時系統(tǒng)觀測帶來困難。為此，引進恒星時系統(tǒng)。第十五頁，共八十一頁，2022年，8月28日3）、恒星時S恒星時S

：根據(jù)春分點周日視運動建立起來的計時系統(tǒng)稱為恒星時S。

春分點是天球赤道和黃道二交點之一的升交接點。春分點在天球上也沒有明顯標志，也不能直接觀測。但是，根據(jù)球面天文學(xué)基礎(chǔ)知識可知，以小時表示的春分點時角t在數(shù)值上等于任意天體σ的赤經(jīng)α和時角t之和。當(dāng)天體σ中天時，春分點時角t就等于該天體的赤經(jīng)α，使得恒星時在世界時測定中顯得非常重要。第十六頁，共八十一頁，2022年，8月28日

恒星時系統(tǒng)：春分點連續(xù)兩次過天子午圈（指子午圈同一側(cè)）的時間間隔為一恒星日，并以春分點上中天作為一恒星日的起算點。一恒星日分為24恒星小時、一恒星小時又分為60恒星分、一恒星分分為60恒星秒。這樣的計時系統(tǒng)稱為恒星時系統(tǒng)。

在一恒星日內(nèi)，春分點時角t由0?增加到24

?，時角的變化和時間成正比。由此，可以得出以小時為單位表示的春分點時角t，在數(shù)值上等于當(dāng)?shù)氐胤胶阈菚r，也即恒星時S等于以小時表示的春分點t時角。等于知道春分點時角t就知道該地地方恒星時。第十七頁，共八十一頁，2022年，8月28日由上面分析可知，春分點時角t在數(shù)值上等于該時刻的地方恒星時S。換句話說，知道了春分點的時角t,就等于知道了該地的地方恒星時S。根據(jù)球面天文學(xué)理論，春分點時角t又等于任意天體的赤徑α和時角t之和。當(dāng)該天體（恒星）上中天時（即天體時角t

＝０），春分點的時角t的數(shù)值，就等于該天體的赤徑α值。

通過恒星的中天觀測，由已知恒星的赤徑α值得到地方恒星時S，再根據(jù)地方恒星時S與地方平太陽時m間的關(guān)系式，得到地方平太陽時m。第十八頁，共八十一頁，2022年，8月28日2、世界時的測量

由上面分析可知，春分點時角在數(shù)值上等于該時刻的地方恒星時S。換句話說，知道了春分點的時角t,就等于知道了該地地方恒星時。根據(jù)球面天文學(xué)理論，春分點時角t又等于任意天體的赤徑α和時角t之和。當(dāng)該天體上中天時（即天體時角t

＝０），以小時表示的春分點時角t，就等于該天體的赤徑α值。

通過恒星的中天觀測，由已知恒星的赤徑α值得到地方恒星時S，再根據(jù)地方恒星時S與地方平時m間的關(guān)系式，得到地方平太陽時m。第十九頁，共八十一頁，2022年，8月28日3、地方時與世界時真太陽時、平太陽時和恒星時都是以天體（或假想點）過天子午圈時刻作為計量時間的起算點。由于各地天子圈是不同的，同一天體過兩地的天子午圈不在同一瞬間，因此這些計時系統(tǒng)都具有地方性。

兩地地方時之間關(guān)系是什么？由右圖可知:觀測同一天體σ，

A和B兩地所得天體時角差等于兩地地理經(jīng)度差：t?-t?=λ?-λ?第二十頁，共八十一頁，2022年，8月28日由此，可以得出在同一計時系統(tǒng)中，同一瞬間兩地的地方時之差，在數(shù)值上等于兩地地理經(jīng)度之差。

恒星時S?-S?=t?-t?=λ?-λ?

平太陽時m?-m?=t?-t?=λ?-λ?

根據(jù)國際上規(guī)定：格林尼治天文臺的子午線為本初子午線，它所對應(yīng)的經(jīng)度λ=0。并規(guī)定格林尼治地方平時m（平太陽時）叫做世界時，用大寫字母M表示。格林尼治地方恒星時也用大寫字母S表示。由此可知，地理經(jīng)度λ處地方時：恒星時s-S=λ

平時m-M=λ

λ：東經(jīng)為正，西經(jīng)為負。第二十一頁，共八十一頁，2022年，8月28日4、恒星時與平時兩個系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換1）、恒星時與平時的區(qū)別A、單位不同：平太陽日比恒星日長4分鐘；B、起算點不同：恒星時和平時（即平太陽時）兩個系統(tǒng)的時間起算點不同，即兩個系統(tǒng)0

?時刻不會出現(xiàn)在同一瞬間;2）、平時與恒星時單位間轉(zhuǎn)換A、平太陽日與恒星日不等原因

根據(jù)定義，平太陽在赤道上是以真太陽在黃道上周年視運動的平均速度運動。因此，平太陽在赤道上不僅有周日視運動，而且還有與周日視運動（自東向西）相反方向的周年視運動。第二十二頁，共八十一頁，2022年，8月28日造成一平太陽日長于一恒星日（約等于4分鐘）。一恒星日是春分點連續(xù)兩次過天子午圈（同一側(cè)）時間間隔。春分點在赤道上只有周日視運動。平太陽沿赤道不僅有周日視運動，還有周年視運動。平太陽沿赤道連續(xù)兩次過春分點的時間間隔，稱為一回歸年。根據(jù)天文觀測，目前一回年長度為：365.24218968日、通常近似取為365.2422日。

在一回歸年內(nèi)，平太陽沿赤道運行360°，每一平太陽日運行360°/365.2422≌59′.2。也就是說，每一平太陽日內(nèi)平太陽以和周日視運動相反的方向上移動了59′.2。造成平太陽過天子午圈時刻的延遲，產(chǎn)生平太陽日比恒星日長。第二十三頁，共八十一頁，2022年，8月28日B、平太陽日與恒星日換算方法參照右下圖，假定在某一瞬間，春分點和平太陽同時在某地上中天。當(dāng)天球旋轉(zhuǎn)一周后，春分點再次上中天、平太陽因為它在隨天球旋轉(zhuǎn)同時，一天內(nèi)還要東移360°/365.2422≌59′.2，平太陽沒有上中天。當(dāng)平太陽上中天時，春分點已經(jīng)過了中天到達圖中A點。這樣平太陽一天比一天落后春分點上中天。等下次春分點第二十四頁，共八十一頁，2022年，8月28日和平太陽再同時上中天時，春分點剛好比平太陽多跑了一圈，即多了一恒星日。平太陽兩次過春分點的時間間隔是一回歸年，即365.2422平太陽日。由此得出：一回歸年內(nèi)包含366.2422恒星日。

366.2422平太陽日=366.2422恒星日。上式就是恒星時單位與平太陽時（平時）單位之間轉(zhuǎn)換關(guān)系式。

1平太陽日=（1+μ）恒星日μ=1/365.2422

1恒星日=（1-ν）平太陽日ν=1/366.2422第二十五頁，共八十一頁，2022年，8月28日3）、平時與恒星時時間起算點的轉(zhuǎn)換由于平太陽日和恒星日長短不等，兩個系統(tǒng)的時間起算點也會不同，即恒星時和平時的0?時刻不會出現(xiàn)在同一瞬間。只有知道兩系統(tǒng)時間起算點之間的對應(yīng)關(guān)系，才能進行兩個系統(tǒng)的時刻轉(zhuǎn)換。由地方時與世界時的關(guān)系式可知，恒星時s-S=λ

平時m-M=λ

只要格林尼治地方平時M和地方恒星時S起算點間的關(guān)系知道了，平時和恒星時兩系統(tǒng)的起算點的關(guān)系也就知道了。

第二十六頁，共八十一頁，2022年，8月28日設(shè)α?為平太陽的赤經(jīng)值、t?為平太陽的時角，世界時M即格林尼治地方平時。根據(jù)定義，M等于平太陽時角t+12?。當(dāng)世界時M=0?時：可以導(dǎo)出平太陽的時角

t?

=-12?。

格林尼治地方恒星時用S表示，根據(jù)地方恒星時定義，以小時為單位表示的春分點時角t?，在數(shù)值上等于當(dāng)?shù)氐胤胶阈菚rs；春分點時角t?又滿足任意天體同一瞬間的赤經(jīng)α和時角t之和。

對于平太陽有關(guān)系式：S?=α?+

t?=α?-12?第二十七頁，共八十一頁，2022年，8月28日根據(jù)紐康（Newcomb）的平太陽定義可以得到α?

。1982年國際天文學(xué)會（IAU）決議，目前平太陽的赤經(jīng)α?取值為：

α?=18

?

41m50s.54841+8640184s.812866T+…T=(JD-2451545.0)/36525和世界時0?對應(yīng)的格林尼治平恒星時S?取值為：

S?=6

?41m50s.54841+8640184s.812866T

+…

T=(JD-2451545.0)/36525

兩個時間系統(tǒng)的時間基本單位（即恒星日和平太陽日）和時間起算點（即0?時刻）之間轉(zhuǎn)換關(guān)系解決了，就可以進行平時時刻與恒星時時刻的換算。第二十八頁，共八十一頁，2022年，8月28日4）、平時與恒星時時刻的轉(zhuǎn)換A、格林尼治的時刻換算已知M求S:S=S?+M(1+μ)已知S求M：M=M?+S(1-ν)B、經(jīng)度λ地方的時刻換算已知m求ss=S?+m+(m-λ)μ已知s求mm=M?+s–(s-λ)ν第二十九頁，共八十一頁，2022年，8月28日5、世界時(UT)的一系列修正平太陽時（平時）就是世界時（UT）。世界時（UT）是通過恒星中天觀測得到恒星時。然后通過恒星時與平時之間轉(zhuǎn)換關(guān)系求平時即世界時（UT

）。由平時與恒星時之間轉(zhuǎn)換關(guān)系得到的世界時，稱為：世界時UT?

。在世界時UT?

基礎(chǔ)上，做了地極移動引起的觀測站經(jīng)度變化改正后的世界時，稱為UT?。

在世界時UT?

基礎(chǔ)上，做了地球自轉(zhuǎn)速率季節(jié)性變化改正后的世界時，稱為UT?。世界時UT?是比較均勻的計時系統(tǒng)。但地球自轉(zhuǎn)速率還有長期變化和不規(guī)則變化沒有修正。第三十頁，共八十一頁，2022年，8月28日6、世界時的測定1）、經(jīng)典天文方法長期以來，世界時的測定通常采用恒星中天觀測法和觀測位于同一個等高圈上的兩顆恒星即等高觀測法。

恒星中天時有：S＝α+us觀測瞬間恒星鐘的鐘面時、α恒星的赤經(jīng)（已知的恒星歷表位置）、u鐘差；

觀測位于同一個等高圈上的兩顆恒星時有：

sinφsinδ?+cosφCOSδ?cos(s?+u-α?)=sinφsinδ?+cosφCOSδ?cos(s?+u-α?)；第三十一頁，共八十一頁，2022年，8月28日經(jīng)典天文方法測定世界時，恒星中天法測時采用的是光電中星儀；恒星過等高圈方法測時采用是光電等高儀經(jīng)典天文方法測時精度僅能達到±0.001秒。隨著觀測技術(shù)更新，經(jīng)典天文方法測時已經(jīng)被新的技術(shù)和新的方法所取代。目前，世界時的測量通常采用甚長基線干涉儀（VLBI）和激光測月、激光測衛(wèi)星等手段。

甚長基線干涉測量觀測對象是射電源。射電源在空間位置坐標（赤經(jīng)α、赤緯δ）是已知的。觀測量是射電源信號相對于基線b兩端的射電望遠鏡幾何時間延遲（時延τ）。采用多次觀測方法，就可按最小二乘法求解基線b的向量坐標。第三十二頁，共八十一頁，2022年，8月28日甚長基線干涉儀（VLBI）第三十三頁，共八十一頁，2022年，8月28日由前頁原理圖可知：B′是基線向量AB方向在天球上的投影位置。第三十四頁，共八十一頁，2022年，8月28日由觀測量時延τ求解基線的向量坐標（XYZ）的表達式：τ=1/c《cosδ?＜cos(αg-α?)X-sin(αg-α?)

Y＞+sinδ?Z

》其中：射電源赤道坐標（α?

、δ?）已知、

αg為格林尼治恒星時S、c光速；進一步由基線向量及其變化求出地球自轉(zhuǎn)速率變化（UT?）和極移。目前，甚長基線干涉儀世界時的測定精度為±0.00005秒。

第三十五頁，共八十一頁，2022年，8月28日激光測月（或測衛(wèi)星）原理：都是測量臺站和月球（衛(wèi)星）表面上的激光反射器之間的時間間隔t。然后，再根據(jù)時間t求出臺站和月球（或衛(wèi)星）之間的距離r。r是實測值，再和根據(jù)軌道參數(shù)導(dǎo)出的理論值R做比較。分析二者的誤差，進而確定世界時。目前激光測月（或測衛(wèi)星）測量世界時的精度可以達到±0.0002秒。第三十六頁，共八十一頁，2022年，8月28日三、歷書時歷書時是1960年~1966年間時間計量基準。歷書時是以地球公轉(zhuǎn)運動為依據(jù)建立起來的計時系統(tǒng)。他的時間基本單位是一回歸年長度。根據(jù)紐康（Newcomb）分析250年間太陽觀測資料導(dǎo)出的太陽平黃經(jīng)的表達式。導(dǎo)出的1900年1月0日格林尼治平午的回歸年長度為31556925“.9747（平太陽時秒）。歷書時的秒長就定義成31556925.9747分之一為一歷書時秒。86400歷書時秒為一歷書日。規(guī)定太陽幾何平黃經(jīng)等于279°41?48“.04瞬間，作為歷書時1900年1月0日12時正。這一瞬間剛好是1990年1月0日世界時12時。第三十七頁，共八十一頁，2022年，8月28日四、原子時－1967年以后的時間標準

由于世界時（UT）和歷書時（ET）的缺陷，人們發(fā)現(xiàn)原子內(nèi)部電子運動比地球自轉(zhuǎn)運動穩(wěn)定性要好得多。實驗表明，對于一種元素的原子，電子在確定的兩條軌道之間躍遷輻射的電磁波其頻率是一定的，而且是極其穩(wěn)定。原子時就是利用原子中電子躍遷振蕩頻率作為計量時間基礎(chǔ)（運動）。

1、原子時的時間單位：原子時秒

一個原子時秒長等于，位于海平面上的銫原子基態(tài)兩個超精細能級間在零磁場中躍遷輻射振蕩9192631770周所經(jīng)歷的時間間隔作為一秒第三十八頁，共八十一頁，2022年，8月28日的長度，稱為國際單位秒（SI）。由國際單位秒（SI）這樣的時間單位，確定的計時系統(tǒng)，稱為國際原子時（TAI）。原子時秒長的定義是1967年10月第十三屆國際度量衡大會通過。

原子時秒長實際是用歷書時秒長量度銫原子鐘頻率的結(jié)果，因此可以認為原子時秒長與歷書時秒長相等。

2、國際原子時系統(tǒng)的起算點取為：1958年1月1日0?UT。該瞬間世界時與原子時極為接近，原子時與世界時相差：-0.0039秒，而且這個差值會一直延續(xù)下去。需要指出的是，由于世界時存在不均勻性，世界時的秒長不是固定不變的。第三十九頁，共八十一頁，2022年，8月28日平時的秒長是根據(jù)平太陽日導(dǎo)出來。3、近二十年來，世界時（UT）每年比國際原子時（TAI）慢約1秒，這樣世界時和國際原子時之間的差距將隨時間的推移會越來越大。

原子時與歷書時之間差距是一個常量，即歷書時（ET）=TAI+32s.184,32s.184是原子時在1958年1月1日0?UT時與該瞬間歷書時之差。第四十頁，共八十一頁，2022年，8月28日五、協(xié)調(diào)世界時（UTc）---即民用時間

世界時（UT）是依據(jù)地球自轉(zhuǎn)運動建立的計時系統(tǒng)，由恒星的中天觀測得到了世界時UT?；在世界時UT?的基礎(chǔ)上，做了地極移動引起的觀測臺站經(jīng)度變化改正后得到了世界時UT?；在世界時UT?基礎(chǔ)上，做了地球自轉(zhuǎn)速率季節(jié)性變化改正后得到了世界時UT?；世界時UT?是比較均勻的計時系統(tǒng)。但地球自轉(zhuǎn)速率還有長期變化和不規(guī)則變化沒有修正。世界時UT?還不是真正的均勻時系統(tǒng)。從1960年以后時間的基準不再是世界時，被歷書時和原子時取代。但由于世界時在天文學(xué)、大地測量學(xué)、地球物理學(xué)中有廣泛的應(yīng)用，目前仍然需要高精度的世界時。第四十一頁，共八十一頁，2022年，8月28日協(xié)調(diào)世界時（UTC）

它是協(xié)調(diào)原子時（TAI）和世界時（UT）兩種不同的時間尺度，以滿足人們千百年來養(yǎng)成的生活習(xí)慣而產(chǎn)生的計時系統(tǒng)，稱為：協(xié)調(diào)世界時（UTC）

，并從1979年起，成為世界各國使用的正式時間標準。協(xié)調(diào)世界時的時間單位是原子時秒長（原子時秒長保持不變）。發(fā)播時按世界時發(fā)播，它與原子時（TAI）之差保持為整數(shù)秒；在時刻上與世界時UT?之差的絕對值保持在0.9秒以內(nèi)。當(dāng)UTC領(lǐng)先UT?0.9秒時，加一個負潤秒。當(dāng)UTC落后UT?0.9秒時，加一個正潤秒。

一年跳秒兩次，每年的12月31日最后1秒或者年中的6月30日最后1秒進行。潤秒由國際時間局（BIH）根據(jù)天文觀測決定第四十二頁，共八十一頁，2022年，8月28日附錄：時間單位原子時秒（TAI）：銫原子133

Cs基態(tài)能級躍遷輻射的電磁波振蕩9192631770周所經(jīng)歷的時間。時間的度量是采用歷書時秒。1958年1月1日世界時0?啟用。平太陽日：平太陽連續(xù)兩次上中天的時間間隔。平太陽的赤經(jīng)α?α?

=18

?41m50s.54841+8640184s.812866T+…

T=(JD-2451545.0)/36525JD為儒略日回歸年=365.24219264平太陽日（2000.0）儒略年

=365.25日（平太陽日以下同）朔望月=29.5305882日第四十三頁，共八十一頁，2022年，8月28日六、力學(xué)時（坐標時）－相對論時間相對論認為：時間和空間是密不可分的統(tǒng)一體，每個坐標系都具有自己的時間系統(tǒng)，稱為坐標時，不同的坐標系的坐標時也不同。地心坐標系所具有的坐標時，叫做地球力學(xué)時（TT）；日心（太陽系質(zhì)心）坐標系所具有的坐標時，稱為質(zhì)心力學(xué)時（TDB）。

1、地球力學(xué)時（TT）

TT＝TAI＋32.184秒在天文觀測中，采用協(xié)調(diào)世界時UTC計時。第四十四頁，共八十一頁，2022年，8月28日資料處理中的坐標轉(zhuǎn)換，又需要知道UTC對應(yīng)的地球力學(xué)時（TT）和世界時（UT1）。因此需要知道：

?UT1=UT1－UTC和?AT=TAI－UTC

?T=TT－UT1

?UT1、?AT和?T的準確值可以從國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)（IERS）網(wǎng)站下載（

）。2、質(zhì)心力學(xué)時（TDB）地球力學(xué)時（TT）與質(zhì)心力學(xué)時（TDB）轉(zhuǎn)換TDB=TT+0.001657ssinh+0.000022ssin（L-LJ）第四十五頁，共八十一頁，2022年，8月28日其中

h=357.53°+0.98560028（t–J2000.0）

L-LJ=246.00°+0.90251792（t-J2000.0）

h為地-月系質(zhì)心的平近點角

L為太陽的平黃經(jīng)LJ為木星的平黃經(jīng)

當(dāng)?shù)厍蜻^近日點時h=0°、當(dāng)?shù)厍蜻^遠日點時h=90°，這兩個時刻TDB≌TT。

當(dāng)h=90°和h=270°TDB與TT

之間差別最大值為：±1.7毫米第四十六頁，共八十一頁，2022年，8月28日第四十七頁，共八十一頁，2022年，8月28日第四十八頁，共八十一頁，2022年，8月28日七、GPS時間系統(tǒng)

1、時間的基本單位：以原子時（ATI）的秒長作為計時的基本單位。

2、時間起算點：定義在1980年1月6日協(xié)調(diào)世界時（UTC）0?

時作為GPS時起算點。系統(tǒng)啟動后不需跳保持時間連續(xù)。隨著時間的積累，GPS時間與UTC之間的差異，將通過時間服務(wù)部門定期公布。

GPS衛(wèi)星播放的衛(wèi)星鐘差，也是相對GPS時的鐘差。

3、GPS時與原子時（ATI）之間轉(zhuǎn)換關(guān)系二者在任一瞬間均有一常量誤差，即

TTAI-TGPS=19秒第四十九頁，共八十一頁，2022年，8月28日歷法一、歷法的原則二、現(xiàn)行的公歷三、我國的農(nóng)歷四、儒略日和干支紀日第五十頁，共八十一頁，2022年，8月28日一、歷法簡介

1、歷法的由來

歷法的產(chǎn)生源于人類對自然界、天象的觀察和思考。從太陽東升西落和大地的晝夜交替，產(chǎn)生了太陽“日”的概念。從日影長短變化、大地寒來署往的季節(jié)變化產(chǎn)生了回歸“年”概念。從月相盈虧變化產(chǎn)生了朔望“月”概念。

歷法就是安排和協(xié)調(diào)年、月、日之間關(guān)系并制定行成一定的時間序列的法則。遠古時代，歷法直接為農(nóng)牧生產(chǎn)、狩獵和族群遷徙等活動服務(wù)。歷法是人類社會文明進步的重要標志。世界文明古國都重視歷法編制。

第五十一頁，共八十一頁，2022年，8月28日2、歷法的基礎(chǔ)

歷法編制的基礎(chǔ)：通過天文觀測，精確測定回歸年和朔望月的長度,以及與此相關(guān)的地球和月球的運動規(guī)律。

回歸年，太陽在天球上周年視運動的回歸周期，是太陽連續(xù)兩次過春分點的時間間隔。太陽周年視運動是地球繞太陽公轉(zhuǎn)運動的反映。

朔望月，月球盈虧變化周期。是月球連續(xù)兩次朔（或望）的時間間隔。它是月球繞地球轉(zhuǎn)動相對太陽而言的周期。要是以恒星為背景則稱為恒星月。朔望月（S）、恒星月（T）和地球的公轉(zhuǎn)周期（E）三者關(guān)系是：1/S=1/T-1/E第五十二頁，共八十一頁，2022年，8月28日3、歷法的基本原則從古到今，歷法的編算、頒布和實施，都是社會組織和政府的重要職能。

1）、歷法的一年、一月必須包含日的整數(shù)倍實際的回歸年長度為：365.24218968日、朔望月長度為：29.530589日，兩者都不是日的整數(shù)倍，而且也不能通約。這就要考慮社會、民族習(xí)俗、宗教活動等的需要，合理安排年、月、日。

2）、回歸年和朔望月長度采用值的精確化，是歷法編制和修訂的前提

天文對太陽、月球觀測研究，是回歸年、朔望月和日精確化的保證。

第五十三頁，共八十一頁，2022年，8月28日二、太陽歷、太陰歷和陰陽合歷1、太陽歷（陽歷）

以日為單位，只按太陽周年視運動回歸年的周期安排年、不以月球月相的朔望周期安排月的歷法，叫做太陽歷（陽歷）。由于，一回歸年長度為：365.24218968日、一朔望月長度為：29.530589日，兩者都不是日的整數(shù)倍，而且又互不通約。給歷法的編算帶來極大麻煩。一種方法是通過置潤規(guī)則解決年和日互不通約的問題。規(guī)定：一年長度有兩種即365日和366日；月長有：28、29、30和31天四種。第五十四頁，共八十一頁，2022年，8月28日通過設(shè)置大、小月和置潤辦法：大月為31天、小月為30天；選取年長366日為閏年，閏年2月為29天，平年2月為28天，以其達到對回歸年的最佳近似。這種只按回歸年周期安排年和月，不按月球朔望周期安排月的歷法叫太陽歷（陽歷）。陽歷年與太陽周年視運動同步，月與月相無關(guān)。世界上很多民族早期歷法都是太陽歷，如埃及、瑪雅、波斯和羅馬。史料研究表明，我們?nèi)A夏民族在上古時代就采用過太陽歷。2、太陰歷另一種方法是解決月和日通約，以達到月長和

第五十五頁，共八十一頁，2022年，8月28日月球的朔望月長度接近。現(xiàn)今的伊斯蘭教國家和地區(qū)所采用的回歷，就是通過嚴格安排大月與小月辦法，以保證月長與月相同步、始終保持月首是朔日?；貧v一平年為354日，設(shè)置12個月。奇數(shù)月為30天、偶數(shù)月為29天?；貧v以30年為一周期，并在一周期的第2、5、7、10、13、16、18、21、24、26和第29年的12月各增加一個潤日，即當(dāng)年12月為30天。這樣30年一個周內(nèi)共計增加了11個潤日。以保證伊斯蘭教義對于年首和月首都在朔日（新月）的要求。這種只按朔望月周期安排月、不按回歸年周期安排年、月長與朔望周期同步、年與季節(jié)無關(guān)的歷法，叫太陰歷。第五十六頁，共八十一頁，2022年，8月28日3、陰陽合歷

陰陽合歷：是即考慮按太陽周年視運動周期回歸年安排年，又要考慮按月球朔望月周期安排月，兼顧兩種天象的歷法叫做陰陽合歷。我國幾千年來使用的農(nóng)歷（夏歷），就是最完備的一種陰陽合歷。陰陽合歷是要實現(xiàn)：以朔望月周期逼近回歸年?；貧w年與朔望月的比值為：365.24218968/29.530589=12.368266

這一比值說明，一年設(shè)置12個月少了，設(shè)置13個月又多了。參照陽歷和陰歷閏日的辦法，采用適時、恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置閏月的方法可以做到，第五十七頁，共八十一頁，2022年，8月28日既滿足回歸年周期要求，又能滿足朔望周期的要求。早在春秋時期，我國歷法中就采用19年置7個閏月的置潤規(guī)則。到了公元421年頒布實行的元始歷更采用了600年221潤的新置潤規(guī)則。以后又經(jīng)過多次修正中國的農(nóng)歷日趨完善。古代巴比倫、希臘、以色列和印度等使用的也是陰陽合歷。第五十八頁，共八十一頁，2022年，8月28日三、現(xiàn)行的公歷

現(xiàn)行公歷又稱格里歷，它是公元1582年由羅馬教皇格里哥利十三世（Gregory）頒布實行的。它的前身是儒略歷。儒略歷是公元前46年古羅馬統(tǒng)治者儒略.凱撒采納天文學(xué)家索西琴尼的意見制定的。

1、儒略歷：一年長為365.25日、一年分12個月，單數(shù)月份為大月31天，雙數(shù)月份為小月30天。為了使儒略年長與365.25日相一致，采用4年設(shè)置三個平年和一個閏年。平年為365天、閏年為366天。平年的2月份為29天,閏年的2月份為30天。這樣

4個儒略年長的平均值就是365.25日。第五十九頁，共八十一頁，2022年，8月28日由于凱撒生日是在7月份，他的名字叫JULY，所以7月的月份名字就以凱撒名字JULY命名。公元前44年凱撒去世，奧古斯都繼位。奧古斯都（Augstus）大帝的生日是8月，他下令把8月改成大月，并以Augstus命名。同時把9月、11月改成小月30天；10月、12月改成大月31天。2月閏年29天、平年28天。平均年長仍為365.25日。儒略歷一直使用到1582年新歷，即格里歷誕生為止。

2、格里歷：公元325年，羅馬帝國尼西亞基督教大會決定：將春分日定在每年3月21日。由于儒略歷的年長為365.25日與回歸年自然周期

第六十頁，共八十一頁，2022年，8月28日

365.24218968平太陽日就有一個差數(shù)，累積到128年就要多出一天，到1582年已累積到長達10天。造成儒略歷中的春分日3月21日與太陽周年視運動中實際春分日期偏離太遠。再加上基督教把復(fù)活節(jié)定在每年春分之后第一個月圓以后的第一個星期日（復(fù)活節(jié)是基督教紀念耶穌死后3日又復(fù)活的節(jié)日）。復(fù)活節(jié)日期確定也是一個問題。格里哥里十三世于1582年下令改歷：（以前實行的儒略歷稱為舊歷，改歷后的稱為新歷即格里歷）把舊歷1582年10月4日的下一天定義為新歷的10月15日。一次就將10天的累積誤差消掉了。第六十一頁，共八十一頁，2022年，8月28日使天文學(xué)定義的春分日和歷法中規(guī)定的春分日相吻合。為了以后不再累積誤差而產(chǎn)生大的偏離，改變閏年的規(guī)則。新規(guī)則規(guī)定：凡是公元年數(shù)能被4正除的年為閏年366天，不能被4整除的為平年365天。同時又規(guī)定，對整世紀年如1600、1700、1800、1900只有世紀數(shù)也能被4整除的才是閏年。1600是閏年，其余3個不是閏年。這樣400年中就少了三個閏年。400個格里歷的年長與400個回歸年的年長就非常接近了，累積達到一天的誤差需要3300多年。格里歷一直沿用到今天。第六十二頁，共八十一頁，2022年，8月28日3、現(xiàn)行的公歷

1）、公歷以太陽周年視運動自然周期一回歸年的長度為歷年的基本單位。

2）、一年必須包含日的整數(shù)，即一公歷年為365日。規(guī)定：1、3、5、7、8、10、12每月為31天。4、6、9、11為30天。平年2月為28天，閏年2月為29天。3）、

四年設(shè)置一個潤年：凡是公元年數(shù)能被4整除的年份為潤年。如2012年即為潤年，2月為29天。

第六十三頁，共八十一頁，2022年，8月28日4）、為保持公歷年與回歸年接近,400年只能設(shè)置97個潤年。凡是世紀數(shù)，不能被4整除的年份就不設(shè)潤年。如1900年就不是閏年。

5）、400個公歷年和400個回歸年長度比較

公歷年365×(400－97)+366×97=146097(天)

回歸年365.24218968×400=146096.875872(天)一公歷年與一回歸年只相差:0.0003天。如果累積達到一天誤差，則需要3300年。第六十四頁，共八十一頁，2022年，8月28日四、我國農(nóng)歷

中國農(nóng)歷已有幾千年的歷史了，是一部陰陽合歷。農(nóng)歷對年、月和節(jié)氣的安排完全以太陽周年視運動和月相盈虧的自然周期為依據(jù)，沒有人為干擾。農(nóng)歷年長以回歸年為基本單位。月長則以月相的朔望周期為依據(jù)。由于月相的朔望周期平均為29.53059日，它既不是日的整數(shù)倍，而且朔望周期本身也不是固定值有長有短，最長與最短相差0.5天。因此，決定每個月開始的那一天和月長是一個專業(yè)性極強的工作。

第六十五頁，共八十一頁，2022年，8月28日農(nóng)歷歷法規(guī)定：

以月相朔所在的那一天，為每個月的初一（即月的開始日），下次月相朔對應(yīng)的日期為下個月的初一。農(nóng)歷月長有大有小，大月為30天、小月為29天。積12個朔望月會有354日或355日，與回歸年一年長365.2422日相差有11天。累積3年就要超過一個月。農(nóng)歷采用設(shè)置閏月的辦法加以解決，農(nóng)歷閏年為13個月。農(nóng)歷置閏的規(guī)則是根據(jù)24節(jié)氣來決定的。第六十六頁，共八十一頁，2022年，8月28日24節(jié)氣：是中國農(nóng)歷歷法特有的，它是根據(jù)太陽在天球上周年視運動的軌跡（即天球上的黃道），將太陽在黃道上的黃經(jīng)值每隔15°的對應(yīng)時刻賦予一個名稱，一回歸年共有24個對應(yīng)時刻和名稱，稱為“24節(jié)氣”。

從春分開始，每隔一個節(jié)氣又稱為中氣。一共有12個“中氣”和12個“節(jié)氣”。按順序分別是：春分、清明、谷雨、立夏、小滿、芒種、夏至、小暑、大暑、立秋、處暑、白露、秋分、寒露、霜降、立冬、小雪、大雪、冬至、小寒、大寒、立春、雨水、驚蟄。《12個黃色字體是“中氣”》

第六十七頁，共八十一頁，2022年，8月28日

由于節(jié)氣有24個，月只有12個，只能選出半數(shù)的節(jié)氣與月對應(yīng)。農(nóng)歷歷法選擇包括兩分（春分、秋分）、兩至（夏至、冬至）在內(nèi)的12個中氣作為農(nóng)歷月的標志。含有12個中氣的12個正規(guī)月份命名為：正月、二月……十一、十二月。根據(jù)歷史沿革，目前農(nóng)歷的歲首（正月）定為中氣雨水所在的月份。農(nóng)歷一個月內(nèi)，一定要包含有一個中氣。如果出現(xiàn)沒有中氣的月份，這個月就沒有對應(yīng)的月名，這個月就是農(nóng)歷的閏月。

閏月沒有自己的月名，而是借用前一個月的月名。如前一個月是二月，這個月就稱為“閏二月”。第六十八頁，共八十一頁，2022年，8月28日

需要指出的是：平均而言，朔望月的長度小于兩個中氣時間間隔。但在地球過近日點附近時，朔望月長度常常會大于兩個中氣時間間隔。這時有可能出現(xiàn)一個月內(nèi)沒有中氣情況，但一定會在附近月份中出現(xiàn)二個中氣

補充規(guī)定：如果在一個朔望月中有二個中氣，在這個月之后一個或二個月中出現(xiàn)那個沒有中氣的月份，這個沒有中氣的月份就不算閏月，仍然是正常月。歷史上呈出現(xiàn)過，1984~1985年農(nóng)歷乙丑年正月就沒有中氣，但前一年甲子年的十一月卻含有兩個中氣，所以就認定農(nóng)歷乙丑年正月，仍然是正常月份而不是閏月。

第六十九頁，共八十一頁，2022年，8月28日第七十頁，共八十一頁，2022年，8月28日五、儒略日

儒略日：它是以日為單位連續(xù)計時系統(tǒng)。在科學(xué)計算中被廣泛使用。

儒略日系統(tǒng)是法國學(xué)者史伽利日（1540~1609年）提出來的。之所以叫儒略日，是為紀念他的父親儒略.史伽利日，由于他的父親與頒布實施儒略歷的羅馬統(tǒng)治者儒略.凱撒同名。儒略日系統(tǒng)是以公元前4713年1月1日正午為起算點，向后連續(xù)計算,簡記為JD。儒略日一直累積到現(xiàn)在，已經(jīng)是一個很龐大的數(shù)字。例如：2000年1月1日地球力學(xué)時12時的儒略日的記法就是：JD2451545.0

。第七十一頁，共八十一頁，2022年，8月28日

JD2451545.0是一個非常重要的時刻，目前使用的天文參考系對應(yīng)的歷元就是2000年1月1日地球力學(xué)時12時，特別記為J2000.0

。

由于儒略日連續(xù)累積數(shù)據(jù)特別龐大，國際天文學(xué)會于1973年做了簡化，稱為簡化儒略日用MJD表示。MJD=JD–2400000.5

MJD對應(yīng)的起點是1858年11月17日世界時0?（即2400000.5是1858年11月17日世界時0?時的儒略日數(shù)）。

儒略日系統(tǒng)的起算點選在公元前4713年1月1日正午的原因是:史伽利日在構(gòu)建這個系統(tǒng)時，考慮了三種周期。第七十二頁，共八十一頁，2022年，8月28日一個是陽歷日期與星期日會合的28年周期（365.25×4×7日）；一個是陽歷與陰歷會合的19年周期。即《29.53×（12×19+7）≌6979.75日=365.25×19

出現(xiàn)陰歷19年設(shè)置7個閏月的規(guī)則。另一個是羅馬政府登記財產(chǎn)15周期。

取三個會合周期最小公倍數(shù)7980年為儒略周期。然后上推得到公元前4713年1月1日為這三個周期同時開始的歷元即：這一天既是公歷的元旦、又是陰歷或陰陽合歷的正月初一和星期日

第七十三頁，共八十一頁，2022年，8月28日六、干支紀法

干支紀法是我國自古以來，使用的一種特殊的紀時辰