航海学Ⅱ天文航海3-时间

第三节 视时
• 视时(apparent time)是建立在地球自转基 础上的时间系统，它是以太阳⊙为参考点， 以其周日视运动的周期作为时间的计量单位。 • 一、视太阳日 • 在周日视运动中，太阳中心连续两次经过 某地子圈所经历的时间间隔称为l视太阳日。 l视太阳日可分为： • l视太阳日＝24视太阳小时(24h)； • l视太阳小时=60视太阳分钟(60m)； • l视太阳分钟=60视太阳秒钟(60s)。
• 正 跳 秒 ： 23h59m60s 之 后 是 次 日 的 00h00m00s 这实质上是把原子时AT的时 刻推迟ls。 • 负 跳 秒 ： 23h59m58s 之 后 是 次 日 的 00h00m00s 。这实质上是把原子时AT的 时刻提前1s。 • 具体跳秒时间和方法可查阅英版《无线 电信号表》第二卷或英版《航海通告》 第VI部分。
• 在天文航海中，恒星时是以春分点时角来表 示的。恒星时是天文学上采用的时间计量单 位。它不宜用于日常生活和工作中。这主要 是恒星时与昼夜关系不固定的缘故。我们已 知，春分点每天中天的时间比太阳提前约4m。 例如，3月21日，太阳位于春分点，这一天 春分点与太阳同时上中天，恒星日从中午开 始，到6月22日，春分点上中天的时间比太 阳提前约6h，恒星日从黎明开始。同理，9 月23日恒星日从午夜开始，12月22日恒星日 从黄昏开始，由此可见，恒星时的时刻与昼 夜的关系不固定。然而，人们的日常生活工 作一般是。根据“昼夜”来安排的，所以恒 星时不宜用于日常生活之中。
• 1．建立在地球自转基础上的世界时系统； • 2．建立在地球公转基础上由力学定律所 确定的历书时系统； • 3．建立在原子能级跃迁频率基础上的原 子时系统。
• 一、世界时系统 • 世界时系统(universal time system) 是建立在地球自转运动基础上的时间系 统。也就是说，以地球自转周期作为时 间的计量单位。 • 地球上的人们无法直接测量地球的自转 周期，但是，可以选择地球以外的一点 作为参考点，观测该点的周日视运动的 周期来间接地测出地球自转的周期，从 而得到时间的计量单位。选择不同的参 考点，得到的时间计量单位也不同。
• 以春分点为参考点得到：恒星时(sidereal time)； • 以 太 阳 为 参 考 点 得 到 ： 视 时 (apparent time)； • 以平太阳为参考点得到：平时(mean time)或世界时(universal time，UT， GMT)。
• 在相当长的一段时间内，人们把世界时 作为均匀的时间来使用，即认为地球自 转的速率是均匀的。随着观测资料年复 一年的积累和精密时钟的出现，人们才 从实测中证实地球自转的速率是不均匀 的，并具有相当复杂的表现形式，其中 包含周期性变化、长周期性变化、短周 期性变化和不规则变化等等各种因素， 从而导致以地球的自转周期作为时间的 计量单位也是不均匀的。
第节 平 时
• 平时(mean time)是建立在地球自转运动 基础上的时间系统，它是以平太阳⊕为参 考点，以其周日视运动的周期作为时间的 计量单位。
• 一、平太阳 • 平太阳⊕(mean sun)是一个假想的天 体，它在天赤道上向东作匀速的周年视 运动，其速度等于视太阳在黄道上运行 的平均速度。 • 二、平太阳日 • 在周日视运动中，平太阳连续两次经 过某地子圈所经历的时间间隔称为l平太 阳日(mean solar day)。 • l平太阳日=24平太阳小时(24h)； • l平太阳小时=60平太阳分钟(60m)； • l平太阳分钟=60平太阳秒钟(60s)。
太
阳 上 中 天 时 LAT=12h ， 下 中 天 时 LAT=00h。由于太阳地方时角LHA⊙是从 测者午圈起算的，而视时是从测者子圈 起算的，因此，同一时刻视时LAT与太 阳圆周地方时角LHA⊙相差180º (12h)， 即： LHA 180 ⊙ 180 LAT=LHA
• 协调世界时UTC从1972年1月1日世界时 00h开始实施。由于协调世界时UTC与世 界时UT1相差不超过±0 s.9，也就是说， 协调世界时UTC是采用以世界时UT1制 约的原子 时系统。它的体制仍沿用世界 时的体制。因此，1972年以后时间系统 的更换对人们的生活、 工作无任何明显 的影响。
LHA 180
• 三、视太阳日作为时间计量单位的缺陷 • 视太阳日作为时间计量单位的缺陷是它的长度逐 日不一致。如图1所示，例如，对某一测者Z来说，3 月21日太阳⊙位于春分点Υ ，在某一瞬间，太阳⊙、 春分点Υ 同时下中天，尔后，天球带着太阳⊙和春 分点Υ 一起向西作周日视运动。一天后，当春分点 了再次下中天时(天球旋转了360º )太阳⊙还没下中天 (即还没到l太阳日)。如图2所示。这是由于太阳在向 西作周日视运动的同时又沿黄道向东移动了一段弧 距，其赤经相应变化了d(RA⊙)(即太阳赤经日变化 量)，所以太阳⊙要连续两次下中天，则天球还要向 西旋转d(RA⊙)，如图3所示。因此， • 1视太阳日=天球旋转(360º +d(RA⊙))所经历的时间
• 1视太阳日=天球旋转(360º +d(RA⊙))所经历的时间
• 由于在一年中，太阳赤经日变化量d(RA⊙) 最大约66′.6，最小约53′.8，所以最长和 最短的视太阳日相差约51s，并且在逐日变 化。作为时间计量单位，长短必须固定，所 以视太阳日不宜作为时间的计量单位。
图1
图2
图3
• 虽然视太阳日不宜作为时间的计量单位， 但它与昼夜交替的关系固定，符合人们 工作、休息的习惯。因此，人们又考虑 在这个基础上制定一种既与昼夜交替关 系稳定，长短又均匀的时间计量单位， 于是产生了平时。
• ①UT0：直接由天文观测得到的世界时。 由于极移的影响，使世界各地的天文台 测得的 UT0有微小的差别； • ②UTl：UT0经极移改正后得出的世界 时，这是真正反映地球自转的统一时间。 也是天 文航海所需要的世界时； • ③UT2：UTl经过季节改正后得出的世 界时。 • UT2是1972年以前国际上公认的时间 标准。但是，它仍然还受地球自转速率 的长期变 化和不规则变化的影响，所以 UT2还是不均匀的。
• 在一个视太阳日中，太阳在同一子圈上 连续两次下中天，这期间太阳正好完成 一整周360º 的周日视运动。所以视时与 角度之间同样存在着如同前面所述的时、 度换算的关系。
• 二、视时 • 由视太阳日的定义可知，视时(local apparent time，LAT)是太阳中心经过某 地子圈时起算的，而子圈随着测者的经 度不同而不同，因此，视时具有地方性。 在周日视运动中，太阳中心由某地子圈 起，向西运行所经历的时间间隔称为视 时LAT。
• 二、原子时系统 (atomic time system) • 原子时系统是建立在原子能级跃迁频率 基础上的时间系统。 • 1．原子时(atomic time，AT)：以铯 (Cs)133原子基态超精细能级跃迁的电磁 振荡9 192 63l 770周所经历的时间间隔 定义为原子时ls的长度。 • 原子时的起始历元为1958年1月1日0时 (世界时UT2)。
• 另外，地球在自转的过程中还存在“扭 动”现象，从而使地极产生移动，简称 极移。极移使地球上各点的经纬度发生 变化，导致世界各地天文台测得的世界 时之间存在微小的差别。 • 尽管由于上述诸因素引起的时刻误差很 小，但是，随着科学的发展，人们对时 间的精确性的要求也随之越来越高。 1955年国际天文学联合会决定自1956年 起，对直接观测到的世界时作两项改正。 因此，世界时UT又可分为以下三种：
第四章 时间
• 第一节 时间系统概述 • 人们通过科学实践，相继选用了各种周期 性变化过程作为时间的测量标准，即时间 的计量单位。然而，无论采用什么计量单 位，均应同时满足两个要求：第一，周期 运动的稳定性(均匀性)；第二，周期运动 的复现性(重复性)。这就是说，只能用一 种均匀的、具有连续重复周期的现象作为 时间的计量单位。历史上，时间计量单位 的发展反映了不断满足上述要求的过程。 迄今为止时间计量标准基本可分为三类：
三、恒星时与春分点时角的关系
• 春分点时角是从午圈开始起算的，而恒星 时也是从测者午圈开始起算的。由此可见， 在同一时刻，任意经度上的春分点时角在 数值上等于该时刻的恒星时，即： • LST=LHAΥ 或 GST=GHAΥ
• 由于春分点Υ 在天球上没有标志，所以人 们无法直接观测它的周日视运动的周期。 在下图中，★为某天体，可以得到： • LST=LHAΥ =RA★+LHA★ • 若已知某天体的赤经RA★，则只要测定 它在某一瞬间的地方时角LHA★，就可利 用上式求出该瞬间的地方恒星时LST。当 恒星上中天时LHA★=0º ，LST= RA★，即 该时刻的地方恒星时LST在数值上等于该 星的赤经RA★。
• 例l：试将08h14m28s换算成角度单位。 • 例2：试将218º17′.5换算成时间单位。
• 解： 例1 例2 • 8h 120º 218º 14h32m • 14m 3º 30′ 17′.5 lml0s • 28s 7′ 218º 17′.5 14h33m10s 8h14m28s 123º 37′
• 2．协调世界时(coordinated universal time，UTC)：以原子时秒为时间计量单 位，在时刻上与世界时UTl保持在0s.9之 内。 • 协调世界时满足上述条件是通过“跳秒” 来实现的。 • 调整的时刻是在12月31日或6月30日最 后一秒。对原子时增加ls称正跳秒，减少 ls称负跳秒。
• • • •
l恒星日可分为： l恒星日＝24恒星小时(24h)； l恒星小时＝60恒星分钟(60m)； 1恒星分钟＝60恒星秒钟(60s)。
• 在一个恒星日中，春分点Υ在同一个午圈 上连续两次上中天，这期间春分点Υ正好 完成 一整周360º 的周日视运动，所以时 间与角度之间存在着如下时、度换算的 关系： • 24h=360º ； • 1h=15º ； • lm=15′； lº m； =4 • ls=15″=0′.25； 1′=4s