基础天文学历法.

第四讲时间与历法时间是什么？中世纪著名思想家奥古斯丁有一句名言：“时间是什么？人不问我，我很清楚，一旦问起，我很茫然。”时间的重要特性：流逝性、测度性时间的本质原始时间观念:远古的人类感觉到事件发生的先后、物体运动的进程，由直觉产生的时间概念。远古的原始时间观古希腊的柏拉图认为空间是一个早已存在的框架，宇宙装在其中，而时间则是从宇宙中产生。强调说时间是“运动着的永恒的形象”。哲学家的时间观18世纪康德唯心主义时间观：时间不是外部客观事物的特征，而只是人们主观对客观存在的一种感受，是人类本能的一种表现形式。唯物主义的时间观：时间不依赖于人的主观意识，是客观实际物质运动的一种表现形式。要得到对时间的正确认识，必须与对空间的认识相结合。时间用以描述事件之间的顺序，而空间用以描述物体的位形。绝对时空观绝对的、真实的、数学的时间，由于它自身的本性，与任何外界事物无关地，均匀地流逝。——牛顿——存在着绝对时间和绝对空间，它们既彼此互不关联，又与物质和运动无关。相对时空观空间—时间未必能看作是可以脱离物质世界的真实客体而独立存在的东西，并不是物体存在于空间中，而是这些物体具有空间广延性。这样看来，关于‘一无所有’的空间的概念就失去了意义。——爱因斯坦——物质的引力作用使得时空弯曲，因而时空的性质与物质及其运动有关。时间的计量1、建立时间系统的目的判别和排列事件发生的先后顺序和运动的快慢。时间有“间隔”、“时刻”两个含义时刻：事物运动中，某一状态发生的瞬间。间隔：事物某一运动过程所经历的时间。200920102011201220132、时间计量包含3、时间计量的基本原则选择某一运动规律已掌握，运动状态可观测到的具体事物。选取该事物的某一运动过程为时间的基本单位。选取该事物的某一运动状态为时间计量的起算点。先民日出而作，日入而息，太阳是天然的钟表。§1、时间计量系统一、恒星时(siderealtime)：定义：以春分点的周日视运动为依据建立的时间系统。时间单位：恒星日—春分点连续两次上中天的时间间隔。起始点：上中天恒星时在数值上等于春分点的时角S=tr=α+t当任一恒星上中天时t=0即s=α二、真太阳时(truesolartime)定义：以太阳视圆面中心的周日视运动为依据建立的时间系统。时间单位：真太阳日—真太阳连续两次下中天的时间间隔。起始点：下中天真太阳时：以真太阳的时角度量：m⊙＝t⊙＋12h(thedatewillchangeatmidnight)1、真太阳时比恒星时每日约长4分钟太阳在周日视运动的同时，又以逆时针方向做周年视运动，每日在黄道上自西向东约运行1度，因此真太阳时比恒星时约长4分钟。北极点子午线春分点周年周日赤道m⊙≈s＋3m56s2、真太阳时的缺陷（1）太阳在黄道上的运动不均匀（地球公转轨道为椭圆）。（2）即使太阳在黄道上运动均匀，由于黄赤交角的存在，投影在赤道上的太阳时角变化也不均匀。三、平太阳时(meansolartime)引入的一个假想参考点。在黄道上建立第一个辅助点在黄道上均匀运动，其速度等于真太阳的平均速度，并与真太阳同时过近日点和远日点。在赤道上建立第二个辅助点在赤道上匀速运动，其速度等于真太阳的平均速度，与第一辅助点同时过春分点和秋分点。第二个辅助点为在赤道上做匀速运动的平太阳。1.平太阳2、平太阳时定义：以平太阳的周日视运动为依据建立的时间系统时间单位：平太阳日—平太阳连续两次下中天的时间间隔起始点：下中天平太阳时以平太阳的时角度量：m=tm+12h平太阳时是我们最经常使用的计时系统春分点赤道黄道平太阳真太阳四、时差真太阳的时角与平太阳的时角之差。η=t⊙–tm时差的零点与极大值：一年中η四次为零四次为极大值日期4.166.159.112.242.125.157.2611.3η0000-14m24s+3m48s-6m18s+16m24s真太阳时真太阳视圆面中心连续两次上中天的时间间隔为1真太阳日。1真太阳日划分为24真太阳小时，又取1真太阳时=60真太阳分，1真太阳分=60真太阳秒。真太阳时的计量起点是真太阳上中天，真太阳的时刻就是其时角。为了照顾生活习惯，1925年起，把真太阳时定义为，即将起点定在下中天时刻。真太阳的视运动是地球自转和公转运动的共同反映。地球的公转轨道是椭圆，公转速度不均匀，而且自转轴不垂直于公转轨道面。以上原因使得真太阳日的长度每天都不同，最长和最短相差可达51s。真太阳时与日常生活的节律一致。真太阳日的长度比地球的自转周期长。真太阳时不是均匀的时间计量系统。htM12平太阳时为了克服真太阳时的缺陷，引入了一个假想的参考点——平太阳，据此建立了平太阳时，简称平时，并将格林尼治子午圈的平时称为世界时。第一辅助点——黄道平太阳。在黄道上做匀速运动，其视运动的速度等于太阳时运动速度的平均值，并且与真太阳同时经过近地点和远地点。第二辅助点——赤道平太阳。在赤道上做匀速运动，不仅与第一辅助点速度相同，而且两者同时经过春分点和秋分点。赤道平太阳连续两次上中天的时间间隔为1平太阳日。恒星时春分点连续两次上中天的时间间隔为1恒星日。恒星日也划分为恒星小时、恒星分和恒星秒。恒星时的起点定义为春分点上中天。恒星时与日常生活的节律有偏差，故不能用于日常生活中的计时量。在天文观测中，观测时刻必须用恒星时计量。st§2、地方时、世界时、区时恒星时、真太阳时、平太阳时是以春分点、真太阳、平太阳为参考点，以过当地子午圈的时刻为起算点，以时角度量的。对于观测者，只要位于不同的地理经圈，就对应不同的天子午圈，因此，参考点经过的天子午圈不同，所得时刻也不同。计量系统的地方性（以地球自转为基础）1、地方时定义：以本地子午面为起算平面，根据任意量时天体所确定的时间。（s、m⊙、m）地方时与地方经度的关系：在同一计时系统内，任意两地同一瞬间测得的地方时之差，在数值上等于这两地的地方经度之差。λA-λB=mA–mB=tA–tBSA–SB=tA–tB=λA-λB2、世界时与区时世界时：（S、M⊙、M）以本初子午(Greenwich)为标准的地方时为世界时（λ=0h）m-M=△λs-S=△λ（+东、-西）本初子午线区时（Th）为平时系统（λN=N15º）把全球分成24个时区，每区跨经度15º，各区把中央经线的地方时作为本区统一使用的标准时。这样的区域称为时区；这样的时间称为区时。我国从东向西横跨五个时区,统一采用北京所在的东八时区的区时，即东经１２０度经线的地区（无锡）的地方时为“北京时间”注意:北京时间不是北京地方平时，二者相差约14.5分钟。帕米尔时区回藏时区陇蜀时区中原时区长白时区3、国际日期变更线——日界线日界线：太平洋中经度1800线（避开陆地与岛屿画出的一条国际日期变更线）。日界线东西两侧是东12时区与西12时区重合的区域，时分秒相同，但日期相差一天。由西向东每过一个时区，就要增加一个小时，因此，由西向东越过日界限，日期减少一天；而由东向西越过日界限，日期增加一天。时刻的有关概念平时系统和恒星时系统的特点：时刻起算点周期性重复。平时系统中，平时为0h的时刻作为一天的起点，标以日期；但在恒星时系统中没有日期的概念。通常所说的某月某日恒星时某时，日期是平时系统的日期。对于同一日期的两个瞬间1、只要给出了它们的平时时刻，即可由数值的大小判断发生的先后顺序。2、对于恒星时时刻，要视两个时刻在恒星时0h的同侧还是两侧而定，并不仅取决于数值的大小。§3、恒星时与平时的换算S、ｍ是两个不同的时间计量系统１）时间单位不同：１恒星日≠１平太阳日２）起始点不同：上中天；下中天因此,两时间计量系统的时间间隔不同，时刻也不同。时间间隔换算与时刻换算。一、时间间隔的换算回归年：平太阳连续两次过春分点的时间间隔。1回归年＝365.2422平太阳日＝366.2422恒星日1恒星日=365.2422/366.2422平太阳日＝（1－1／366.2422）＝0.9972696平太阳日m＝s（1－1／366.2422）1平太阳日=366.2422/365.2422恒星日＝（1＋1／365.2422＝1.0027379恒星日s＝m（1＋1／365.2422）二、平时时刻与恒星时时刻的换算1、格林尼治的时刻换算（λ=0o）1）已知平时求恒星时：M→SS＝So＋M（1＋1／365.2422）2）已知恒星时求平时：S→MM＝Mo＋S（1－1／366.2422）或[M＝S（1－1／366.2422）-（24h-Mo）]So是当日世界时为零时所对应的恒星时。Mo是当日或前一日恒星时为零时所对应的世界时。S=0s0sMM2=0hM（1＋1／365.2422）SoS（1－1／366.2422）M1=0h24h-M0Mo§4、现代时间服务时间计量工作的三项内容测时、守时、授时1、测时测定恒星的瞬时位置，经过归算获得准确时刻（圭表gnomon、日晷sundial、中星仪transitinstrument等）2、守时用守时工具把所测时间持续下去.是整个时间工作中最关键的一环，它的任务是产生和保持高精度的准确时间。（滴漏、沙漏、计时香、天文钟、石英钟、原子钟）惠更斯摆钟布拉格市政厅天文钟多级漏壶沙漏地球电台用户3、授时：时间服务、播时授时系统是确定和发播精确时刻的工作系统。把测得的时间用各种手段播报出（鸣锣击鼓、无线电报时、电视系统授时）一、世界时的改正：定义：λ＝0º的地方平太阳时M测定：UT＝tm＋12h＝（S－αm）＋12h为什么要对世界时(地球自转时间)进行改正?世界时不是一个均匀的时间计量系统影响的因素——扰动地球自转的各种力1、极移：地球瞬时自转轴在地球本体内的运动。（地极移动造成地理经纬度的变化）1984-20022、地球自转不均匀（地球自转速度变化）长期变化：自转减慢，日长增0s.0016／百年月球引力引起的海洋潮汐潮汐作用相当于把地球自转向回拉使一天变长,将来终有一天的长度相当于现在一个月约4亿年前,一年有400天约1亿年前,一天只有现在的20小时长季节变化:自转上半年慢，下半年快±0s.001（大气环流）不规则变化:时快时慢。（各种因素）UT的三种系统显然，地球自转速率的不均匀性和极移的影响都包含在世界时中。1956年起，把世界时划分为三种：（1）UT0：天文台直接测量的结果（2）UT1：对UT0做经度的修正UT1＝UT0＋△λ（3）UT2：对UT1做季节变化的改正UT2＝UT1＋△TsUT2系统不仅含有地球自转的长期变化及不规则变化，同时还受经验改正△Ts不够严格的影响，它并非是一个均匀的时间计量系统。（地球钟的稳定度0.7×10-9秒）由于地球自转的不均匀性使得天文方法所得到的时间（世界时）精度只能达到3年不差一秒，这已无法满足二十世纪社会经济各方面的需求。于是，一种更为精确和稳定的时间标准应运而生，这就是“原子时”。目前最好的铯原子钟的稳定度能够达到1500万年不差一秒。现在国际上普遍采用铯原子钟来产生和保持标准时间。二、原子时（TAI）定义：以原子内部的运动规律为基础建立的时间计量系统。原子钟的稳定度达10-13时间单位：原子时秒（SI）：在海平面上铯原子133基态的两个超精细能级在零磁场中跃迁辐射振荡9192631770周所持续时间。1H199Hg+9,192,631,770133Cs定义时间-基本单位(SI秒定义)原子时秒（SI）：位于海平面上的铯133原子基态两个超精细能级间在零磁场中跃迁辐射振荡9,192,631,770周所持续的时间为一个原子时秒。1,420,405,752Hz原子时起始点：为1958年1月1日UT=0h。（即规定此瞬间原子时TAI与世界时UT重和。事后发现当初取的这一瞬间并非重合，而是相差了-0s.0039，并一直保留下来。）UT＝TAI－0s.0039原子时自1972年1月1日0时正式启用。靠全世界100多台原子钟维持，经“国际地球自转服务组织（IERS)”统一进行数据处理，由各授时单位向全世界发布。（国家授时中心）北京时间由国家授时中