时间与历法概述

第二章 时S. Z间HAN与G 历法
§2.1、时间的本质
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的，均
匀的流逝。 —— 牛顿 ——
当宇宙开始收缩时，时间不颠倒方 向。人们会继续变老，所以不能指望等 待宇宙收缩时去恢复你的青春。
—— 史蒂芬 霍金——
时间是什么？
时间是建立在物质的运动和变化 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。脱离了 物质，脱离了物质的运动和变化，时 间和空间都将是毫无意义的。
投影在赤道上的太阳时角变化也不均匀。
二、平太阳时
1.平太阳
19世纪末美天文学家钮康 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。 第二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
是一种基本均匀的时间系统
3、时差：
真太阳的时角与平太阳的时角之差。
时差：η= t ⊙ – t m 时差的零点与极大值：
2、以地球自转为计量标准世界时（UT）
1）原始的时间计量系统 初民 日出而作，日落而息— 以日出为起点，以
一天为计量单位，计量标准为地球自转 。 古人确立了以太阳连续两次在一地上中天的时间间
隔为一天——用圭表、日晷计时（用铜壶滴漏守 时）
真太阳时——与地球自转不同步 19世纪90年代人们设计了
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，经国际时间局 统一进行数据处理，由各授时单位向全世界发布。
§2.3、世界时中的几种时间计量系统
一、真太阳时
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：
S2S2
S3S3
R21=(x-x1) 2+(y-y1) 2+(z-z1) 2 R22=(x-x2) 2+(y-y2) 2+(z-z2) 2 R23=(x-x3) 2+(y-y3) 2+(z-z3) 2
信号传播时间 t = R/c
解方程得 x、y、z
t 的百万分之一秒的误差会造成 300m 的定位
误差，因此必须有很高的钟的同步准确度。
起算历元:
1900年1月0日12时 (公历1899.12.31) λ⊙=279o41’48”.04
历书时的测定：
在UT的某一瞬间，观测太阳位置，对照 太阳历表，找出对应的时间。
小结：
均匀，秒长固定。但观测复杂，且精度 不高。1960年启用，1967年后原子时取代 了历书时，1984年后停用。
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”，它的稳定度能够达到30万年 不差一秒。目前世界各国都采用原子钟来产生和 保持标准时间。
（一年中η四次为零，四次为极大值）
日 期 4.16 6.15 9.1 12.24 2.12
5.15 7.26 11.3
η
0
00
0-
+3m48 -
+16m24
14m24s s
6m18s s
三、恒星时
定义：以春分点的周日视运动为依据建立的时间 系统。
精密时间的应用举例
与时间有关的计量基础 光速＝ 299,792,458 m/s 光在真空中传播1m只需 - 1s/3亿 - 3 ns
例：
标准计量实验室中1m长度的校准 所有与米长有关的物理量均与时间有关， 速度、 加速度、功率和能量单位等等
空间导航、定位 地面和海上导航、定位
S1S1
4、以原子内部能级跃迁频率 为计量标准的原子时（TAI）
定义： 原子钟的稳定度达10 -13 秒 （物理
时） 以原子内部的运动规律为基础建立的时间计 量系统。
“ 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 、电子商务(股票交易、 工业用电计费等---时间戳）
§2.2、时间计量标准的发展
1、时间计量和时间标准
时间的计量包括时刻和间隔的计算， 是既有差别又有联系的两个内容 时刻：事物运动中，某一状态发生的瞬间。 （可看成均匀流失的单方向几何直线--时间轴，轴上 的一点为瞬间，人们建立一定的时间计量系统计量 这个瞬间，赋予它以定量的标志即得到时刻。同一 瞬间，所用时间计量系统不同，得到的时刻不同。） 间隔：事物某一运动过程所经历的时间 （两个瞬间之间的距离为时间间隔）
9,192,631,770
133Cs
1H 199Hg+
1,420,405,752 Hz
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
-0 s.0039，并一直保留下来。）
UT＝ATI－0 s.0039
ET=ATI+32s.84
平太阳时、恒星时——与地球自转同步 但都不是均匀的时间系统
古代和现代的天文定时
3、以太阳系天体的运动为计量标准的历书时 （ET）
定义：
以地球公转为依据，即观测太阳位置反演 时间。是由力学定律确定的均匀时间。又称 牛顿时。
时间单位 ：
1回归年（1900年回归年长度） =365.2422 历书日
1历书秒=1／365.2422×24×60×60＝1／ 31556925.9747
m⊙ ＝ t⊙＋12h 与日常生活节律一致， 但不能适应科学发展的需要。
真太阳时的缺陷：
最长（12.23）与最短（9.13）的真太阳日差51秒 真太阳的视运动是地球自转与公转运动的共同反映 （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，