第三章天文观测时间系统

第三章天文时间与历法时间是建立在物质运动和变化的基础上的，时间和空间都是物质存在的基本形式，物质的运动与变化永远是在时间和空间中进行的。宇宙万物都是在时间的长河中发生、发展与变化着。斗转星移，日月盈亏，寒来暑往，潮涨潮落……总是一件事接着一件事，一个过程跟着另一个过程，绵延不断，反映出时间是无始无终的，时间又是连续的。这种物质运动变化的序列和持续的性质，就是时间的本质。时间的本原：时间的本原就是事物的存在过程。时间是所有事物皆具有的天然属性，时间是存在的表征，是过程的记录，是人们描述事物存在过程及其片段的参数。时间和时间的本质Time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。200620072008200920102.时间计量包含3.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。古人日出而作，日入而息！太阳是天然的钟表。§3.1时间计量系统一、恒星时S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：上中天二、真太阳时m⊙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⊙＋12h1.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。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m1.平太阳m引入的一个假想参考点。第一个辅助点建立在黄道上：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。第二个辅助点建立在赤道上：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。第三个辅助点为在赤道上做匀速运动的平太阳。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—平太阳连续两次上中天的时间间隔;起始点：下中天平太阳时以平太阳的时角度量m=tm+12h春分点赤道黄道四、时差真太阳的时角与平太阳的时角之差。时差：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§3.2地方时、世界时、区时计量系统的地方性恒星时、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，以时角来度量的。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，参考点过的天子午圈不同，所得时刻也不同。即计时系统具有地方性。一、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。如量时天体分别为春分点、真太阳、平太阳所测量的地方时分别为：地方恒星时、地方视时、地方平时。（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。SA-SB=（λA-λB）×1恒星时/15°m⊙A-m⊙B=（λA-λB）×1视太阳时/15°mA-mB=（λA-λB）×1平太阳时/15°二、世界时与区时世界时（UT）：（S、M⊙、M）以本初子午线为标准的地方时为世界时（λ=0h）本初子午线1675年，英国建立格林尼治天文台。从18世纪后半叶开始，格林尼治时间已被一些国家在编制为航海服务的天文历书时作为通用的标准时。1884年，在美国华盛顿召开的国际子午线（经线）会议把当时格林尼治天文台子午仪镜头上十字丝交点在地面上的垂点所在的经度定为0°经线（本初子午线），作为经度和时间计量的标准参考线。这样格林尼治时间就成为世界时了。世界时简写为UT，就是世界通用的时间，也是换算地方时和区时的标准，它是0°经线的地方时。区时（Th）为平时系统（λN=N150）把全球分成24个时区，每区跨经度150，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。中国地域辽阔，横跨五个时区。为有利于国家建设、促进民族交往，新中国成立后全国各地均使用东8区的区时，又称“北京时间”（东经1200的地方时）三、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。一、制历的基本原则1.历法：推算年、月、日的时间长度，协调它们的关系，制定一定的时间序列法则。地球、月球的运动给出三种天然的时间单位：日、月和年。§3.3历法年：以地球公转为依据、四季变化的周期。1回归年＝365.2422平日月：以月球公转为依据、月相变化的周期。1朔望月＝29.5306平日日：以地球自转为依据、昼夜交替的周期。这是三种完全独立的运动，没有简单的通约关系，日是基本单位不能分割，这种整日数的年和月为历年、历月。2.历法的制定原则（1）尽可能准确反映天文客观规律的历法，才能正确的反映天象和四季变化。（2）日历要简单、明了、易记。宁可牺牲精度以满足简单。（3）有通用性，能为广大地区所接受。3.主要有三种类型（1）太阴历：（回历）以朔望月为基本单位。（2）太阳历：（公历）以回归年为基本单位。（3）阴阳历：（农历）以朔望月计月，以回归年计年，二者兼顾。二、太阴历（回历）定义：以朔望月为基础，朔望月=29.5306日规定：每年12个月，大月30天、小月29天，平均29.5天。12个太阴月：29.5×12＝354日12个朔望月：29.5306×12＝354.36708日一年相差8小时48分36秒置闰：为保证每年的年初与月初都为残月，30年加11个闰日。置闰：30年11闰太阴历年长：35411/30=354.3666日12个朔望月：29.5306×12＝354.36708日30年的历年长：354×30＋11＝10631日30年朔望月长：29.5306×12×30＝10631.0124日30年共差17m1s，一年差41s.5在30年的第2、5、7、10、13、16、18、21、24、26、29年为闰年，闰日加在闰年的最后一天。（可保证朔在月初和年首）•优点：日期与月相吻合的较好缺点：历年长35411／30＝354.3666日与回归年365.2422比，一年就相差11日左右，3年就要短1个月，约17年就会出现月序与季节倒置的现象。因此，岁首逐年提前，与季节完全脱节。目前只有少数伊斯兰国家和地区在宗教节日上使用。三、太阳历（公历）起源于古埃及现公历（格里高利历）的前身是儒略历：是罗马的儒略.凯撒（Julius）于公元前46年仿照古埃及历法制定的。儒略历定义：以回归年为基础,回归年=365.2422日规定：每年12个月，大月31天（单）、小月30天（双）、2月（处决人犯的月份）平年29天。年首：每年冬至后第十天。置闰：每隔三年一闰，闰年366天，加在2月。平均历年长：3651／4＝365.25日回归年长：365.2422日400年差3天。七月July儒略.凯撒于公元前45年逝世，掌权的僧侣把“每隔三年一闰”误解为“每三年一闰”。这样在短短的33年，就多了3个闰年。公元前8年奥古斯都（Augustus）对历法又一次改革1、从公元前8年到公元3年不再闰年，把多闰的3年扣回。2、将他出生的8月改成大月，有1、3、5、7、8、10、12为大月（31天），4、6、9、11月为小月（30天），平年2月28天。八月英文August的来源公元1582年：测得太阳3月11日过春分点比规定的3月21日提早10天，历日与天象不符，必对历法进行修正。格里历：罗马教皇格里高利十三世对历法又作了一次重大改革，定形为今天的公历。1、规定：1582年10月4日的第二天为10月15日。2、改为400年97闰：凡是年数可被四整除的为闰年，世纪年要被400整除才是闰年。格里历平均历年长：36597／400＝365.2425回归年长：365.242225s.9／1年；2h52m48s／400年3300年才差一天优点：与季节相吻合缺点：月只是一个过渡单位，与月相无关。我国1912年采用格里历，但不用其纪年，直到解放后才采用。四、阴阳历（农历）1历月长：大月30天、小月29天，大小月不固定，依实际天象推算。2历年长：使其平均历年长与回归年长尽量一致。3置闰：19年加7个闰月平年12个月354或355天。闰年13个月383或384天。19年7闰19个回归年长：365.2422×19＝6939.601819个历年长：29.5306×（19×12＋7）＝6939.6886519年相差2h05m04s闰月大致在第3、6、9、11、14、17、19年。4二十四节气农历中表示太阳位置的特殊方法每一节气太阳黄经均匀增加15度，但时间间隔不同.每月第一个节气为“节气”，第二个节气为“中气”.节气中气节气中气立春3150雨水3300惊蛰3450春分00清明150谷雨300立夏450小满600芒种750夏至900小暑1050大暑1200立秋1350处暑1500白露1650秋分1800寒露1950霜降2100立冬2250小雪2400大雪2550冬至2700小寒2850大寒3300二十四节气歌春雨惊春清谷天，夏满芒夏暑相连。秋处露秋寒霜降，冬雪雪冬小大寒。每月两节不变更，最多不差一两天。上半年来六、廿一，下半年来八、廿三。5农历的闰月只能加在无中气的月份农历月：29或30天二十四节气的平均间隔：365.2422／12＝30.4368日30.4368＞29或30这样无中气的月为闰月，前一月是几月就闰几月。2012年农历是闰年，闰四月。6阴阳历的特点（1）以月相定日序，朔为初，两朔间隔定大小月。（2）以中气定月序，无中气为闰月。（3）二十四节气与阴阳历并行，阴阳历用于记事，二十四节气安排农时。五、干支纪法我国历法的重要创造天干和地支按顺序搭配，共60个顺序又称“六十花甲子”，周而复始，循环使用。用来纪年、纪月、纪日、纪时。人出生时的年、月、日、时四组干支就是所谓的“生辰八字”。可通过网络版“日梭万年历”查询自己的“生辰八字”。序号01234567891011天干庚辛壬癸甲乙丙丁戊己地支申酉戌亥子丑寅卯辰巳午未干支序号表对于任一公元年数：天干序号=公元年尾数；地支序号=（公元年数/12）的余数例如1911年是辛亥年，2013年是年？2012年（壬辰龙年）•干支最早是纪日，殷商时代就有了，六十日一循环，一直纪到现在（可在万年历上查）。•干支纪月：大概始于春秋时代，同样是六十日一循环，直到现在。•干支纪年：是从东汉章帝元和二年（公元85年）至今未断。§2.4儒略日（JD）定义：一种不用年、月的长期纪日法起算点：公元前4713年儒略历1月1日世界时12点。优点：便于计算相隔若干年两事件的天数改进儒略日（MJD）：起算点：1858.11.17世界时零时MJD＝JD－2,400,000.5例如：2012年3月14日世界时零时，MJD=2456001.5