(天文选修课)时间和历法

时间和历法北京天文馆王玉民博士第一部分时间及其计量（1）时间的概念（2）计时仪器、时间服务（3）时间的种类、时间计量系统（4）新的世界时计量系统第一部分时间及其计量（1）时间的概念•时间的本质：物质运动变化的序列和持续的性质。时间有“时段”、“时刻”两个含义20002001200220032004地球、月球的运动给出三种天然的时间单位：日、月和年。时间的单位：年月日时分秒盛年不重来，一日难再晨，及时当勉励，岁月不待人。——陶渊明（2）计时仪器先民日出而作，日入而息，太阳是天然的钟表。日晷西汉漏壶沉箭漏浮箭漏多级漏壶水运仪象台惠更斯摆钟布拉格市政厅天文钟石英钟原子钟电波钟：在石英钟内增加了接收信号、数据处理、自动校正的功能。它可接收地面发射站以长波发送的标准时间信号来自动校正石英钟的走时误差。1.日晷2.漏壶（一天误差10分钟）3.机械钟——水运仪象台，惠更斯摆钟、天文钟（误差千分之几秒）4.石英钟（1929，300年差1秒）5.原子钟（1949，铯钟500万年差1秒）现代社会对高精度时间的要求用户时刻准确度频率稳定度电视校频±5×10-12电力传输网±1微秒±1×10-11高速数字通信网±0.5微秒±5×10-12长河二号导航台±100纳秒±3×10-12卫星测轨±50纳秒±1×10-12巡航导弹±50纳秒±5×10-13卫星导航±20纳秒±2×10-13电子侦察卫星±10纳秒±5×10-13时间的台阶时间服务包括：测时守时授时测时守时地球电台用户授时（3）时间的种类和时间计量系统•恒星日•真太阳日•平太阳日子午线恒星日：同一恒星连续两次通过某地天文子午面的时间间隔。真太阳日：太阳圆面中心连续两次通过某地天文子午面的时间间隔。•真太阳日长度不等，最长与最短的一天相差达51秒。真太阳平太阳赤道黄道春分点19世纪末，天文学家纽康设计了一个假想天体——平太阳平太阳日：平太阳圆面中心连续两次上中天的时间间隔。平太阳时1个“平太阳日”等分为24个“平太阳小时”，1个“平太阳小时”再等分为60个“平太阳分”，1个“平太阳分”又等分为60个“平太阳秒”。这就是我们日常生活中所使用的时间。•平太阳时与真太阳时的换算是严格固定的，称“时差”。时差曲线地方时区时世界时在地球上某个特定地点，根据太阳的具体位置所确定的时刻，称为“地方时”。1211109813141516北京伦敦巴格达区时东经120°时间的换算：两地的地方（平）时差等于经度差。15度＝1小时世界时：0°经线（本初子午线）所在地方的标准时。UT（UniversalTime）本初子午线国际日期变更线夏令时012189216153021181512963历书时（ET，EphemerisTime）原子时（AT，AtomicTime）协调世界时（UTC，CoordinatedUniversalTime）（4）新的世界时计量系统20世纪，随着测时精度的提高，人们发现地球自转并不是绝对均匀的。一年中有快有慢，并有长期减慢现象。1960年世界度量衡标准会议定义公元1900年为“平均太阳年”。秒定义更改为：一秒为平均太阳年之31556925.9747分之一，称1历书秒。历书时（ET，EphemerisTime）•历书时的特点：1.时间均匀；2.不易获得，精度低。世界第一台原子钟（1000年误差1秒）原子钟9192631770•秒的新定义：1967年举行的第十三届国际计量大会决定以铯原子的跃迁做为秒的新定义，即铯原子同位素Cs133基态超精细能阶跃迁的9,192,631,770个周期所持续的时间定为1秒，称作「原子秒」。•原子时（AT，AtomicTime）：由原子钟按原子秒导出的时间。老的时间定义：基本单位是日、回归年，再划分时、分、秒。新的时间定义：基本单位是秒，分、时、日、年由秒累加得出。原子钟不仅用来计量时间，它本身就是时间标度产生器。•1967年起，原子时取代历书时，从1958年1月1日世界时0时起算。•关于原子时存废的争论•协调世界时（UTC，CoordinatedUniversalTime）协调世界时秒长＝原子时秒长，从1972年起使用。积累起来比地球自转差0.9秒以上时，则跳1秒，称闰秒，有正闰秒、负闰秒之分。只在6月30日或12月31日最后1秒操作。目前所有的闰秒都是正闰秒，尚无负闰秒。展望：毫秒级脉冲星可与原子钟媲美，有可能使时间定义再回到宏观。第二部分历法（1）与历法有关的几个概念（2）太阴历（3）太阳历（4）阴阳历（5）其他记年记日法（1）与历法有关的几个概念年——回归年、恒星年月——朔望月日——太阳日恒星年：平太阳连续两次通过某恒星的时间间隔。恒星年是地球的真正公转周期。1恒星年＝365.2564日北天极南天极－－－天赤道－－－地平圈－－－－黄道天球示意图回归年：平太阳连续两次通过春分点的时间间隔。回归年构成四季。1回归年＝365.2422日（365天5小时48分46秒）为什么1恒星年≠1回归年？岁差赤道黄道春分点岁差（春分点的西退）每年50.3•朔望月：月亮连续两次与太阳会合的时间间隔。•朔望月是月相变化的周期。•朔望月的长度并不是固定的，有时长达29天19小时多，有时仅为29天6小时多。•朔望月的平均长度为29天12小时44分3秒（29.5306日）。•年、月、日是历法的三大要素。•回归年、朔望月、真太阳日•历法之所以复杂，是由于它所依附的各种基本周期不能整除。全部历法史就是不断试着调整那些难以调整的日数、修改那些置闰体系的历史。历法需要规定的：•纪元：历法开始起算的年代。•岁首：一年的开端。•一部历法还要规定每年所含的日数，如何划分月份，每月有多少天。•历法就其基本原理来讲，只有三种：太阴历（阴历）太阳历（阳历）阴阳历（2）太阴历太阴历又叫阴历，是以月亮的圆缺变化为基本周期而制定的历法。世界上现存阴历的典型代表是伊斯兰教的阴历。•伊斯兰教阴历安排：•1年为12个月，单数月为“大建”，30天；双数月为“小建”，29天。•平年354天，闰年355天。•逢闰之年，将12月改大月为30天，30年11闰。•以儒略历公元622年为纪元，7月16日为元旦。回历的置闰年份•回历积32.6回归年，与回归年相差一年。（3）太阳历•太阳历又称为阳历，是以地球绕太阳公转的运动周期为基础而制定的历法。•太阳历的历年近似等于回归年，一年12个月，这个“月”，实际上与朔望月无关。•目前通行世界的公历就是一种阳历。•公历最早是古罗马人向埃及人学得制定的，并随着罗马帝国的扩张和基督教的兴起而传播于世界各地。•这部历法浸透了人类几千年间所创造的文明。古埃及儒略·恺撒大帝儒略历的主要内容：•每年分12个月，第1、3、5、7、8、10、12月是大月，大月每月31天。第4、6、9、11月为小月，小月每月30天，平年2月28天。平年一年365天；•每隔三年设一闰年，闰年366天；•历年平均长度为365.25日。•以冬至后第十天作为起算年的岁首。JanuaryFebruaryMarchAprilMayJuneJulyAugustSeptemberOctoberNovemberDecember•January:罗马神话门神Janus•February:拉丁文“洁净”，以度新年•March:罗马战神Mars•April：拉丁文“开启”•May：罗马女神“春与滋长”•June：罗马婚姻女神Juno•July：儒略大帝•August：奥古斯都大帝•September:拉丁文“7”•October:拉丁文“8”•November:拉丁文“9”•December:拉丁文“10”现行公历的纪元，是从“耶稣降生”的那年算起的。1582年格里高利改历1582年格里高利改历在1582年10月4日---1582年10月15日间去掉10天。以后“世纪年”只有被400整除的年份才是闰年。改变后的历法称“格里高利历”即现在通行的公历•格里高利历主要缺点：•1.元旦无天文学意义;•2.各月名称杂乱，日数不均等;•3.与星期关系不确定。（4）•阴阳历：兼顾月亮绕地球的运动周期和地球绕太阳的运动周期而制定的历法。•我国的农历是典型的阴阳历。我国农历的主要内容：•大月30天，小月29天，一年12个月，年长354-355天；•闰年13个月，长383-384天；•大小月依观测推算而定，初一永为朔日；•靠24节气确定太阳位置；•以无中气的月为闰月。•以春分点为0点，分黄道360度为二十四等分，两等分点相隔15度，太阳走15度为一节气：•立春、雨水、惊蜇、春分、清明、谷雨；立夏、小满、芒种、夏至、小暑、大暑；立秋、处暑、白露、秋分、寒露、霜降；立冬、小雪、大雪、冬至、小寒、大寒。二十四节气的确定：节气就实质而言是属于阳历范畴。•春雨惊春清谷天，夏满芒夏暑相连，秋处露秋寒霜降，冬雪雪冬小大寒。•上半年逢六廿一，下半年逢八廿三。每月两节日期定，最多不差一两天。闰月的安排规定含“中气”的月份为某月的标志不包含“中气”的月份为“闰月”。•节气中气节气中气节气中气•立春、雨水、惊蜇、春分、清明、谷雨；•一月二月三月•立夏、小满、芒种、夏至、小暑、大暑；•四月五月六月•立秋、处暑、白露、秋分、寒露、霜降；•七月八月九月•立冬、小雪、大雪、冬至、小寒、大寒。•十月十一月腊月天干：甲乙丙丁戊己庚辛壬癸地支：子丑寅卯辰巳午未申酉戌亥干支纪法•干支记年法：汉朝开始。•干支纪日法：夏商时就有了，到今天60天一循环，连续不断。•干支纪月法：闰月不算，5年为一周期。•干支纪时法：5日为一周期。三九：从冬至算起为一九，九天后为二九，等等。三伏：夏至日起第三个“庚”日为初伏（头伏），第四个“庚”日为中伏（二伏），立秋日起第一个“庚”日为末伏（三伏）。•儒略日：•不用年月的长期记日法。•法国人史加利泽（Scaliger）制定，•以公元前4713年（—4712年）1月1日世界时12时为起算点。•2004年1月0日世界时0点是儒略日2453004.5日。谢谢！