第三章_時間與歷法1

1、第三章 時間與歷法緒論時間計量系統(tǒng)地方時、世界時、區(qū)時恒星時與平時的換算現(xiàn)代時間服務(wù)歷法12345 時間是什么？中世紀(jì)著名思想家奧古斯丁有一句名言：“時間是什么？人不問我，我很清楚，一旦問起，我很茫然?！?時間的重要特性：流逝性、測度性 時間的本質(zhì)o 原始時間觀念:遠(yuǎn)古的人類感覺到發(fā)生的先后、物體運動的進(jìn)程，由直覺產(chǎn)生的時間概念。o 遠(yuǎn)古的原始時間觀古希臘的柏拉圖認(rèn)為空間是一個早已存在的框架，宇宙 裝在其中，而時間則是從宇宙中產(chǎn)生。強調(diào)說時間是“運動著的永恒的形象”。o 哲學(xué)家的時間觀18世紀(jì)康德唯心主義時間觀：時間不是外部客觀事物的 特征，而只是人們主觀對客觀存在的一種感受，是人類 本能的一

2、種表現(xiàn)形式。o 唯物主義的時間觀：時間不依賴于人的主觀意識，是客觀實際物質(zhì)運動的一種表現(xiàn)形式。要得到對時間的正確認(rèn)識，必須與對空間的認(rèn)識相結(jié) 合。時間用以描述之間的順序，而空間用以描述物體的位形。相對時空觀空間 時間未必能看作是可以脫離物質(zhì)世界的真實客體而獨立存在的東西，并不是物體存在于空間中， 而是這些物體具有空間廣延性。這樣看來，關(guān)于一無 所有的空間的概念就失去了意義。愛因斯坦物質(zhì)的引力作用使得時空彎曲，因而時空的性質(zhì)與物質(zhì)及 其運動有關(guān)。1、建立時間系統(tǒng)的目的判別和排列發(fā)生的先后順序和運動的快慢。 2、時間計量包含20062007200820092010時間有 “間隔”、“時刻”兩個含義

3、時刻：事物運動中，某一狀態(tài)發(fā)生的瞬間。間隔：事物某一運動過程所經(jīng)歷的時間。 先民日出而作，日入而息， 太陽是天然的鐘表。選擇某一運動規(guī)律已掌握， 運動狀態(tài)可觀測到的具體事物。選取該事物的某一運動過程為時間的基本單位。選取該事物的某一運動狀態(tài)為時間計量的起算點。一、恒星時：定義：以春分點的周日視運動為依據(jù)建立的時間系統(tǒng)。時間單位：恒星日 春分點連續(xù)兩次上中天的時間間隔。起始點：上中天等于春分點的時角S = tr = + t當(dāng)任一恒星上中天時t=0 即 s=定義：以太陽視圓面中心的周日視運動為依據(jù)建立的時間系統(tǒng)。時間單位：真太陽日真太陽連續(xù)兩次下中天的時間間隔。起始點：下中天真太陽時：以真太陽的時

4、角度量：m t12hm s 3m56s周年北極點春分點周日子午線赤道太陽在周日視運動的同時，又以逆時針方向做周年視運動， 每日在黃道上自西向東約運行1度，因此真太陽時比恒星時 約長4分鐘。（1） 太陽在黃道上的運動不均勻。（地球公轉(zhuǎn)軌道為橢圓）（2） 即使太陽在黃道上運動均勻，由于黃赤交角的存在， 投影在赤道上的太陽時角變化也不均勻。1.平太陽引入的一個假想?yún)⒖键c。 在黃道上建立第一個輔助點在黃道上均勻運動，其速度等于真太陽的平均速度， 并與真太陽同時過近日點和遠(yuǎn)日點。在赤道上建立第二個輔助點在赤道上勻速運動，其速度等于真太陽的平均速度， 與第一輔助點同時過春分點和秋分點。第二個輔助點為在赤道

5、上做勻速運動的平太陽。赤道黃道平太陽真太陽春分點定義：以平太陽的周日視運動為依據(jù)建立的時間系統(tǒng)時間單位：平太陽日平太陽連續(xù)兩次下中天的時間間隔起始點：下中天平太陽時以平太陽的時角度量：m = tm + 12h日期4.166.159.112.242.125.157.2611.30000-14m24s+3m48s-6m18s+16m24s真太陽的時角與平太陽的時角之差。= t t m時差的零點與極大值：一年中四次為零四次為極大值 真太陽時o 真太陽視圓面中心連續(xù)兩次上中天的時間間隔為1真太陽日。1真太陽日劃分為24真太陽小時，又取1真太陽時=60真太陽分，1真太陽分=60真太陽秒。o 真太陽時的計

6、量起點是真太陽上中天，真太陽的時刻就是其時 角。 為了照顧生活習(xí)慣， 1925 年起， 把真太陽時定義為，即將起點定在下中天時刻。o 真太陽的視運動是地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)運動的共同反映。地球的公 轉(zhuǎn)軌道是橢圓，公轉(zhuǎn)速度不均勻，而且自轉(zhuǎn)軸不垂直于公轉(zhuǎn)軌 道面。以上原因使得真太陽日的長度每天都不同，最長和最短 相差可達(dá)51s。o 真太陽時與日常生活的節(jié)律一致。真太陽日的長度比地球的自 轉(zhuǎn)周期長。o 真太陽時不是均勻的時間計量系統(tǒng)。M Q = tQ 12ho 為了克服真太陽時的缺陷，引入了一個假想的參考點平太陽，據(jù)此建立了平太陽時，簡稱平時，并將格林 尼治子午圈的平時稱為世界時。o 第一輔助點黃道平太陽。

7、在黃道上做勻速運動，其視運動的速度等于太陽時運動速度的平均值，并且與真 太陽同時經(jīng)過近地點(1月3日前后)和遠(yuǎn)地點(7月4日前后)。o 第二輔助點赤道平太陽。在赤道上做勻速運動，不僅與第一輔助點速度相同，而且兩者同時經(jīng)過春分點(3 月21日)和秋分點(9月23日)。o 赤道平太陽連續(xù)兩次上中天的時間間隔為1平太陽日。o 春分點連續(xù)兩次上中天的時間間隔為1恒星日。恒 星日也劃分為恒星小時、恒星分和恒星秒。o 恒星時的起點定義為春分點上中天。o 恒星時與日常生活的節(jié)律有偏差，故不能用于日 常生活中的計時量。在天文觀測中，觀測時刻必 須用恒星時計量。s = tg計量系統(tǒng)的地方性（以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)）恒

8、星時、真太陽時、平太陽時是以春分點、真太陽、平太陽為參考點，以過當(dāng)?shù)刈游缛Φ臅r刻 為起算點，以時角度量的。對于觀測者，只要位于不同的地理經(jīng)圈，就對應(yīng)不同的天子午圈，因此，參考點經(jīng)過的天子午 圈不同，所得時刻也不同。定義：以本地子午面為起算平面，根據(jù)任意量時天體所確定的 時間。（s、m、m）地方時與地方經(jīng)度的關(guān)系：在同一計時系統(tǒng)內(nèi)，任意兩地同一瞬間測得的地方時之 差，在數(shù)值上等于這兩地的地方經(jīng)度之差。A-B= mA mB= tA tB SA SB= tA tB= A-B 本初子午線 世界時：（S、M、M） 以本初子午線為標(biāo)準(zhǔn)的地方時為世界時（= 0h）m - M = s - S = （ + 東、

9、 - 西 ）把全球分成24 個時區(qū)，每區(qū)跨經(jīng)度15， 各區(qū)把中央經(jīng)線的地方時作為本區(qū)統(tǒng)一使用的標(biāo)準(zhǔn)時。這樣的區(qū)域稱為時區(qū)；這樣的時間稱為區(qū)時。帕米爾時區(qū)長白時區(qū)中原時區(qū)回藏時區(qū)隴蜀時區(qū) 我國從東向西橫跨五個時區(qū),統(tǒng)一采用北京所在的東八時區(qū)的區(qū)時，即東經(jīng)度經(jīng)線的地區(qū)（無錫）的地方時為 “北京時間” 注意:北京時間不是北京地方平時，二者相差約14.5分鐘。日太平洋中經(jīng)度1800線（避開陸地與島嶼畫出的一條國際日 期變更線）。日界線東西兩側(cè)是東12時區(qū)與西12時區(qū)重合的區(qū)域，時分 秒相同，但日期相差一天。由西向東每過一個時區(qū)，就要增加一個小時，因此，由西 向東越過日界限，日期減少一天；而由東向西越過

10、日界限， 日期增加一天。；o平時系統(tǒng)和恒星時系統(tǒng)的特點：時刻起算點周期性重復(fù)。平時系統(tǒng)中，平時為0h的時刻作為一天的起點，標(biāo)以日期 但在恒星時系統(tǒng)中沒有日期的概念。通常所說的某月某日恒 星時某時，日期是平時系統(tǒng)的日期。o對于同一日期的兩個瞬間1、只要給出了它們的平時時刻，即可由數(shù)值的大小判斷發(fā)生 的先后順序。2、對于恒星時時刻，要視兩個時刻在恒星時0h的同側(cè)還是兩 側(cè)而定，并不僅取決于數(shù)值的大小。S、是兩個不同的時間計量系統(tǒng)）時間單位不同：恒星日平太陽日）起始點不同：上中天；下中天因此,兩時間計量系統(tǒng)的時間間隔不同，時刻也不同。時間間隔換算與時刻換算?；貧w年：平太陽連續(xù)兩次過春分點的時間間隔。

11、1回歸年365.2422平太陽日366.2422恒星日1恒星日=365.2422/366.2422平太陽日（11/366.2422）0.9972696平太陽日ms（11366.2422）1平太陽日=366.2422/365.2422 恒星日（11365.24221.0027379恒星日sm（11365.2422）1、格林尼治的時刻換算（=0o）MS1）已知平時求恒星時：SSoM（11365.2422）2）已知恒星時求平時：SMMMoS（11366.2422）MS（11366.2422）-（24h或-Mo）M1= 0hM0S（11366.2422）24 h-M0M2= 0hMs0M（11365.

12、2422）sSoS=0So是當(dāng)日世界時為零時所對應(yīng)的恒星時。Mo是當(dāng)日或前一日恒星時為零時所對應(yīng)的世界時。（Ss；Mm；MThNh）1）已知區(qū)時化地方恒星時：SSoM（11365.2422） sSo（ThNh）（11365.2422）2）已知地方平時化地方恒星時：sSo（m）（11365.2422）3）已知地方恒星時換地方平時：MMoS（11366.2422） mMo（s）（11366.2422）Mos（s）1366.2422簡易換算：春秋分和冬夏至的S0值（世界時0h的格林尼治恒星時） 每隔一天加4m，每隔一月加2h（不論大小月） 地方恒星時s=S0+m+T(m:地方平時;T:日期改正)例：

13、10月1日北京時間19h35m南京地方恒星時(=7h55m4s)10月1日-9月23日=9日，T=4m9=36mm=T8-(8h-7h55m4s)=19h35m-4m56s=19h30m4ss=0h7m+19h30m4s+36m=20h13m4s20h13ms=+t日期春分(3月21日)夏至(6月22日)秋分(9月23日)冬至(12月22日)S011h53m18h0m0h7m6h0m1、9月23日日落1小時后，天狼星（6 h43 m）的時角等于多少？2、一年里哪一天天狼星（6 h43 m）在子夜上中天？3、某地觀測到獵戶座星(=5h55m = 724）在天頂以南上中天時世界恒星時為3h ，天頂

14、距為30，試確定該地的地理經(jīng)緯度？時間計量工作的三項內(nèi)容測時、守時、授時測定恒星的瞬時位置，經(jīng)過歸算獲得準(zhǔn)確時刻（圭表、日晷、中星儀等）用守時工具把所測時間持續(xù)下去，是整個時間工作中最 關(guān)鍵的一環(huán)，它的任務(wù)是產(chǎn)生和保持高精度的準(zhǔn)確時間。（滴漏、沙漏、計時香、天文鐘、石英鐘、原子鐘）3、授時：時間服務(wù)、播時授時系統(tǒng)是確定和發(fā)播精確時刻的工作系統(tǒng)。把測得的時間用各種手段播報出（鳴鑼擊鼓、無線電報時、電視系統(tǒng)授時、網(wǎng)絡(luò)授時）用戶電臺地球定義：0的地方平時 M測定：UTtm12h（Sm）12h為什么要對世界時(地球自轉(zhuǎn)時間) 進(jìn)行改正?世界時不是一個均勻的時間計量系統(tǒng)1984-20021、極移：地球瞬

15、時自轉(zhuǎn)軸在地球本體內(nèi)的運動。（地極移動造成地理經(jīng)緯度的變化）長期變化：自轉(zhuǎn)減慢,日長增0s.0016/百年月球引力引起的海洋潮汐潮汐作用相當(dāng)于把地球自轉(zhuǎn)向回拉,使一天變長,將來一天的長度可相當(dāng)于現(xiàn)在一個月 根據(jù)中國日食記錄約4億年前,約1億年前,一年有400天一天只有現(xiàn)在的20小時長季節(jié)變化：自轉(zhuǎn)上半年慢，下半年快0s.001,（大氣環(huán)流）不規(guī)則變化：時快時慢。（各種因素）顯然，地球自轉(zhuǎn)速率的不均勻性和極移的影響都包含在 世界時中。1956年起，把世界時劃分為三種：（1） UT0：天文臺直接測量的結(jié)果（2） UT1：對UT0做經(jīng)度的修正UT1UT0（3） UT2：對UT1做季節(jié)變化的改正UT2

16、UT1TsUT2系統(tǒng)不僅含有地球自轉(zhuǎn)的長期變化及不規(guī)則變化， 同時還受經(jīng)驗改正Ts不夠嚴(yán)格的影響，它并非是一個均 勻的時間計量系統(tǒng)。（地球鐘的穩(wěn)定度0.710-9秒）。 由于地球自轉(zhuǎn)的不均勻性使得天文方法所得到的時間（世界時）精度只能達(dá)到3年不差一秒，這已無法滿足 二十世紀(jì)社會經(jīng)濟(jì)各方面的需求。于是，一種更為精 確和穩(wěn)定的時間標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運而生，這就是“原子時”。目前最好的銫原子鐘的穩(wěn)定度能夠達(dá)到1500萬年不差 一秒（ 美制造出世界最準(zhǔn)確時鐘， 每3 億年只差1 秒（2009.4.17科學(xué)雜志） ）。現(xiàn)在國際上普遍采用銫原子鐘來產(chǎn)生和保持標(biāo)準(zhǔn)時間定義：以原子內(nèi)部的運動規(guī)律為基礎(chǔ)建立的時間計量系統(tǒng)。

17、原子鐘的穩(wěn)定度達(dá)10 -13（高1萬倍） （物理時）時間單位：原子時秒 （SI）：在海平面上銫原子133基態(tài)的兩個超精細(xì)能級在零磁場中躍遷輻射振蕩9192631770周所持續(xù)時間。（定義它等于1820年時一秒的平均長度）= 0h 。原子時起始點：為1958年1月1日UT（即規(guī)定此瞬間原子時TAI與世界時UT重合。事后發(fā)現(xiàn)當(dāng)初取的這一瞬間并非重合，而是相差了-0s.0039，并一直保留下來。）UTTAI0s.0039原子時自1972年1月1日0時正式啟用?？咳澜?00多臺原子鐘維持，經(jīng)“國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)組織（IERS)”統(tǒng)一進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，由各授時單位向全世界發(fā)布。（國家授時中心）。特點：原子時

18、是一種均勻的時間計量系統(tǒng)，秒長固定， 測定容易。但它是一種“物理時”，與前兩種“天文時”在實現(xiàn)方式上有根本的區(qū)別。老的時間定義：基本單位是日、回歸年，再劃分 時、分、秒。新的時間定義：基本單位是秒，分、時、日、年由秒累加得出。原子鐘不僅用來計量時間，它本身就是時間標(biāo)度產(chǎn)生器 UTC的定義 1、在速率上UTC與TAI完全一致， 2、在時刻上UTC與TAI相差若干整秒， 3、UTC是通過插入或者去掉整秒（正跳秒或負(fù)跳秒）來調(diào)整的，以確保它和世界時UT1 的時刻近似相同(差異 0.9 s)。時間單位：原子時秒（SI）協(xié)調(diào)：用跳秒（也叫閏秒即增加1s或減少1s）的方法， 使其與世界時（UT1）的偏離在

19、0s.9之內(nèi)。（通常是 正閏秒）調(diào)整時刻：每年首選是12月31日和6月30日或 3月31日和9月30日的最后一秒，由國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)中心局（IERS）根據(jù)天文觀測做出決定，并預(yù)先 。啟用時間：1972.1.1UTC系統(tǒng)有高的精度和穩(wěn)定性。銫原子鐘要求時間實驗室有足夠數(shù)量的高穩(wěn)定性的原子鐘，形 成穩(wěn)定度高的地方原子時TA(k)作為參考時間尺度，以監(jiān) 測和控制實時UTC(k)，確保其相對于UTC的準(zhǔn)確度。一、制歷的基本概念：1、歷法：推算年、月、日的時間長度，協(xié)調(diào)它們的關(guān)系，制定一定的時間序列法則。地球、月球運動給出三種天然的時間單位：日、月和年5、歷法年：以地球公轉(zhuǎn)為依據(jù)、四季變化的周期。1回歸

20、年365.2422平日月：以月球公轉(zhuǎn)為依據(jù)、月相變化的周期。1朔望月29.5306平日日：以地球自轉(zhuǎn)為依據(jù)、晝夜交替的周期。1平太陽日年、月、日是歷法的三大要素。立法中的年、月、日在 理論上近似等于天然的時間單位回歸年、朔望月、真太 陽日，稱為歷年、歷月和歷日。（1）盡可能準(zhǔn)確反映天文客觀規(guī)律，正確的反映天象和四季變化。（2）日歷要簡單、明了、易記。寧可犧牲精度以滿足簡單。（3）有通用性，能為廣大地區(qū)所接受。（4）任何一種具體的歷法，必須明確規(guī)定起始點開始計算的年代；歲首規(guī)定一年的開端。規(guī)定每年所含的日數(shù)，月份的劃分，每月所含天數(shù)。歷史上，在世界各地，存在過千差萬別的歷法，但就 其基本原理來講

21、，不外乎三種：即太陰歷（陰歷）、太陽 歷（公歷）、陰陽歷（農(nóng)歷）。（1） 太陰歷：（回歷）以朔望月為基本單位。（2） 太陽歷：（公歷）以回歸年為基本單位。（3） 陰陽歷：（農(nóng)歷）以朔望月計月，以回歸年計年， 二者兼顧。定義：以朔望月為基礎(chǔ)，1朔望月=29.5306日規(guī)定：每年12個月。大月30天 ， 小月29天，平均29.5天。12個太陰月（歷月）：29.512354日12個朔望月：29.530612354.36708日一年相差8小時48分36秒置閏：為保證每年的年初與月初都為殘月，30年加11個閏日。、30年的歷年長：354301110631日30年朔望月長：29.5306123010631

22、.0124日30年共差17 m1 s在30年的第2、5、7、10、13、16、18、21、24、26 29年為閏年，閏日加在閏年的最后一天。（可保證朔在月初和年首）優(yōu)點：日期和月相吻合很好，對于預(yù)測海洋潮汐、安排漁業(yè)生產(chǎn)等有一定的作用。缺點：歷年長354+1130354.3666日與回歸年365.2422比，一年就相差11日左右，3年短1個月，約16.3年就會出現(xiàn)月序與季節(jié)倒置的現(xiàn)象。與季節(jié)變化嚴(yán)重脫節(jié)，使太陰歷不適用于農(nóng)牧業(yè)的需要?；貧v：積32.6回歸年，與回歸年相差一年。因此，歲首逐年提前，與季節(jié)完全脫節(jié)。目前只有少數(shù)國家和地區(qū)在節(jié)日上使用?，F(xiàn)公歷（格里高利歷）的前身是儒略歷： 是羅馬的儒

23、略凱撒在埃及亞歷山大的希臘數(shù)學(xué)家兼天文學(xué)家索西琴尼的幫助下制訂， 于公元前46年仿照古埃及歷法制定的。公元前 46 年， 羅馬皇帝儒略 愷撒（Julius Caesar）執(zhí)政，第二年即著手改革歷法，誕生“儒略歷”。定義：以回歸年為基礎(chǔ), 回歸年=365.2422日規(guī)定：每年12個月，大月31天（單）、小月30天（雙）、2月（處決人犯的月份）平年29天。年首：每年冬至后第十天。置閏：每隔三年一閏，閏年366天，加在2月。 平均歷年長：365 +14365.25日回歸年長：365.2422日400年差3天。公元前8年奧古斯都對歷法又一次改革1、從公元前8年到公元3年不再閏年， 把多閏的3年扣回。2

24、、將他出生的8月改成大月，有1、3、5、7、8、10、12為大月（31 天），4、6、9、11月為小月（30 天），平年2月28天。，1、規(guī)定：1582年10月4日的第二天為10月15日，但星期序 號仍然連續(xù)計算，10月4日是星期四，第二天10月15日是 星期五。這樣，就把積累的老賬一筆勾銷了。2、為避免以后再發(fā)生春分飄離的現(xiàn)象，改為400年97閏： 凡是年數(shù)可被四整除的為閏年，世紀(jì)年要被400整除才是 閏年。格里歷平均歷年長：365+97400365.2425 日而1回歸年長：365.2422 日，相差 25s.9年 = 2h52m48s400年； 3300年差一天以太陽周年視運動為依據(jù)的太

25、陽歷，如現(xiàn)行的公歷（又稱 格里歷），是由儒略歷改進(jìn)而來；優(yōu)點：內(nèi)容比較簡潔，便于記憶，而且精度較高，與天時 符合較好 。缺點：公歷中的月人為定義，并無天文意義。我國1912年開始采用格里歷，但不用其紀(jì)年，直到解放后 才采用。宣布 誕生的那一年為公元元年。而不是儒略凱撒下令修改歷日的開始時間。在公元532年后宣布532年前一年為元年，是出自 的需要， 保證 節(jié)過532年會在同一日期、同一月相、同一星期序數(shù)重復(fù)出現(xiàn)。體現(xiàn)了不同民族文化的奇特結(jié)合。 四大文明古國（埃及、巴比倫、 、中國) 對天上的七顆星：日、月、金、木、水、火、土，都有記載，并用它和日期相配產(chǎn)生了七天一輪換的周期，稱為星期。中講述了

26、上帝六天創(chuàng)造世界并于第七天休息的七天周期，于是天主 們把這七天稱為禮拜一至禮拜日。歷月長：大月30天、小月29天，大小月不固定，依實際 天象推算。歷年長：使其平均歷年長與回歸年長盡量一致。 置閏：19年加7個閏月平年：12個月354或355天。閏年：13個月383或384天。19個回歸年長：365.2422196939.601819個歷年長：29.5306（19127）6939.6886519年相差2h05m04s閏月大致在第3、6、9、11、14、17、19年。節(jié)氣中氣節(jié)氣中氣立春3150雨水3300驚蟄3450春分00清明150谷雨300立夏450小滿600芒種750夏至900小暑1050大暑1200立秋1350處暑1500白露1650秋分1800寒露1950霜降2100立冬2250小雪2400大雪2550冬