《地球概论》第三节 时间

由于真太阳日的长度是不断变化的，不宜用作时间单位。科学 家们以平太阳日取代真太阳日，以消除真太阳日中的不稳定因素。
２．平太阳日 （１）平太阳：在天赤道上以 59′/日的速度作匀速运动的
假想太阳。 （日长
度的全年平均值。 与真太阳日相比，平太阳日消除了真太阳日中的不稳定因素，
第三节 时间
人类根据天体的运动周期建立了时间计量系统，本节和上节内容 均属时间的计量，历法度量年、月、日，时间度量时、分、秒。 一．时间及其单位
一般来说，在以上六种单位中，日是一种自然的单位，年、月为 日的积累，时、分、秒为日的分割。
现代计量中基本的时间单位是秒。最初的秒长是从日长中派生出 来的。日是天体周日运动的周期，如：恒星日、太阳日、太阴日。其 中与人类生活最密切的是太阳日。而太阳日可分为真太阳日和平太阳 日。 （一）真太阳日和平太阳日（Ｐ71）
地球的自转和公转运动，实际上都不是匀速的。从长期看 来，地球自转速度有变慢的趋势，近 2000 年来，一日的长度大约每 过 100 年即增加 1.6 毫秒。根据天体运行周期确定的计时系统，在科 学技术水平低下的时代，可以满足人们生活、生产等活动对时间计量 的需要。科学技术的高度发展则要求时间计量具有与之相适应的高精 度。例如，宇航事业的发展，就要求时间计量必须高度的精确。这就
促进了时间计量技术不断发展，精确度越来越高。
１．平太阳秒 科学上采用的时间单位曾经长期为平太阳秒。 １平太阳秒＝1/86400 平太阳日 由于平太阳日随地球自转速度而发生改变，所以平太阳秒是变 化的，无法满足精密科学对时间的要求。因此天文学上自 1960 年起 采用新的单位。 2．历书秒 产生：由于平太阳秒长短不等，天文学家转向寻找长度不变的 “秒”。由长期观测得知，地球公转周期相当稳定，于是人们设想， 把地球公转周期的若干分之一定为“秒”长，也许会相当均匀。因此 诞生了新的时间单位“历书秒”。 长度：P128 优点：历书秒是等长的。由于历书秒联系地球的公转，而公转 比自转具有更大的稳定性；且历书秒不是联系每年的公转，而只是按 照 1900.0 年的情况，将回归年的秒数定为 31556925.9747 秒。无论 以后回归年的秒数发生怎样的改变，天文历书永远采用同样的秒长。 缺点：由于历书秒的测量精度不高，1967 年国际天文学联合 会定义了新的秒长： ３．原子秒 １原子秒＝铯原子跃迁振荡 9192631770 次所用时间。 原子秒既不联系地球公转也不联系自转，而是以原子跃迁振荡 为依据。原子秒既克服了平太阳秒的不均匀性，又克服了历书秒测时 精度低的缺点，是一种较为理想的时间单位。 二．时间的测定 时间是由天体的时角测定的。 因地球自西向东的自转表现为天体自东向西的周日运动，因此 一天中，时间的流逝表现为天体时角的持续变化。 被选定用来度量时间的天体有二：γ——恒星时；⊙——太阳 时。 （一）恒星时Ｓ 恒星时即春分点的时角。Ｓ＝ｔγ＝α＋ｔ＝α午 由于天球上并没有明显的春分点的标志，故恒星时并不是直接 测定的，而是根据恒星的赤经间接获得的。只要观测一下位于中天的 恒星，再查出该恒星的赤经，便可知当时当地的恒星时。 （二）太阳时ｍ 太阳时是根据ｔ⊙度量出来的时间。
〔特殊值〕Ｔ>24h，则在结果中－24h，日期为明日。 Ｔ<０h，则在结果中＋24h，日期为昨日。
〔例〕已知东８区Ｔ＝10 h，求西 8 区 T=？ 解：Ｔ１＝10 h，ｎ１＝＋８，ｎ２＝－８，Ｔ２＝？ Ｔ１－Ｔ２＝ｎ１－ｎ２
10－Ｔ２＝８－（－８） Ｔ２＝－６ －６＋24＝18 即昨日 18 h。
（１）相同经度的地方有相同的地方时。即： Ｓ1＝Ｓ2；ｍ视 1＝ｍ视 2；ｍ平 1＝ｍ平 2。
（２）较东的地方有较快的地方时。 因天体自西向东做周日运动，较东的地方较先看到天体中天， 因而有较早的地方时。 （３）具体关系：ｔ1－ｔ2＝λ1-λ2
即两地的地方时之差等于它们的经度之差。 λ的＋、－号。λ为地方经度，东经为＋，西经为－。 ｔ与λ的单位要统一。 例：已知 150W 地方时为 10h，求 150E 的地方时？ 已知：ｔ1＝10h，λ1＝－150＝-1 h，λ2=+1 h
（４）区时与世界时的换算Ｔ０＝Ｔｎ－ｎ 世界时即００经线的地方平时，因此它也是０时区的区时。 Ｔｎ－Ｔ０＝０－ｎ Ｔ０＝Ｔｎ－ｎ ３．现实时区和法定时 以上所讲为理论时区和区时。时区的界线严格以经线为界。但 各国在实际应用时往往根据自己领土的情况，常以行政区界或某种自 然界线作为时区的界线，这样一个国家或一个地区可采用同一时间， 而不致被划分为不同时区采用不同的时间。这种人为规定的时区称为 现实时区。 在现实时区内采用的同一时间为法定时。 详见Ｐ138 图，Ｐ135 文。 ４．北京时间 定义：（Ｐ136）东８区的区时或 1200E 的地方平时。 与北京地方时的区别
作业：Ｐ141
时间测定公式
Ｓ＝ｔγ＝α午 ｍ视＝α午－α视＋12h
ｍ平＝ｍ视－η
三．各地的时间 时刻根据天体的时角测得。由量时天体的不同得到三种时刻： 恒星时（γ）、视太阳时（视日）、平太阳时（平日）。由于天体的时 角因地而异，故这种根据天体的时角测得的时刻也是因地而异的，由 此产生了各地的时间。 （一）地方时（ｔ） 各地根据天体时角测得的时刻因经度而不同，这种因经度而不 同的时刻称地方时。 １．定义：按本地经度测得的时刻，称地方时。包括地方恒星 时（Ｓ），地方视太阳时（ｍ视），地方平太阳时（ｍ平）。 ２．与经度的关系：ｔ1－ｔ2＝λ1-λ2
上 11～12h 休息。自 1986 年起，新疆民用时采用乌鲁木齐（东 6 区）
时间。
（四）日界线
在地球上，经度相差 3600 的两地，时间即相差 24h（１日），
这两地时刻相同但日期相差１日，区分两地的差异是通过安排日界线
来进行的。
１．理论上的日界线－－1800 经线
日界线的安排是人为规定的，它可以是任一条经线，但为了减
（１）同一时区有相同的区时。 （２）较东时区有较快的区时。 如：东 12 区比东 11 区快 1 小时；
东 12 区比东 10 区快 2 小时； 东 12 区比东 9 区快 3 小时；
东 12 区比 0 区快 12 小时；
东 12 区比西 12 区快 24 小时； （３）区时换算：Ｔ１－Ｔ２＝ｎ１－ｎ２ 式中：ｎ为时区序号（东＋西－）， Ｔ为相应时区的区时。
求：ｔ2 解：ｔ1－ｔ2＝λ1-λ2
10－ｔ2＝-1－1 ｔ2＝12 h 由于地方时因经度而不同，微小的经度差异便会带来时间上的 不同，不利于各地的相互交往。 （二）世界时（Ｔ０） １．定义：格林尼治（００经线）的地方平时。 ２．与地方时的换算：Ｔ０＝ｔ-λ Ｔ０－ｔ＝λ０-λ 而λ０＝０ 故Ｔ０＝ｔ-λ 世界时作为全球通用时间虽然统一，但与世界各地大多数地区 的生活习惯不相符。于是人们倾向于一种既在一定范围内时间保持一 致，又与人们生活习惯相差不多的时间系统。 （三）区时 １．时区（n） 划分：全球按经度划分为 24 个时区，每时区跨经度 150。 与经度的关系： n＝λ／150＝整数（四舍五入） 如：640E 所在时区：ｎ＝640／150＝＋４ 中央经线：位于每时区中央的经线。λ＝150＊n ２．区时 定义：每一时区中央经线的地方平时为该时区的区时。它是全 区的通用时间。 如：东８区的区时即 1200E 的地方平时。对于全区来说，它是 全区的通用时间；对于 1200E 来说，它也是地方时。 与时区的关系
为地球自转 360059′所用的时间。平常所指的时间均是指平太阳系 统而言的。如１回归年＝365.2422(平太阳)日,1 朔望月＝29.5306(平 太阳)日。
但是，平太阳日的稳定性是以地球自转的稳定为前提的。当地 球自转速度发生变化时，这种稳定性便不存在了。因此，平太阳日的 长度仍是变化的。
（二）科学上时间单位的演变 以地球自转和公转运动周期为基础确定的上述计时单位，在人 类的生产、生活中，具有极其重要的实践意义。在漫长的人类社会历 史中，春种、夏锄、秋收、冬藏，“日出而作，日没而息”。一直是人 们共同遵循的活动规律。
北京时间为 1200E 的地方平时，而北京地方时为 116019′Ｅ
的地方平时。
北京时间为全国通用时间。我国幅员辽阔，自 730E～1350E，
跨５个时区（东５～东９区）。理论上，这５个时区有各自的区时，
但为了全国各地相互协调，目前以北京时间为全国通用时间。因此，
各地有不同的作息时间，如新疆：上午 10h 上班，中午 2h 午饭，晚
１．真太阳日 真太阳日即前述的太阳日，是太阳周日运动的周期，太阳连续两 次某地上中天的时间间隔。在１太阳日中，地球自转了 360059′。
（1）特点：长短不等，因季节而变化。 （2）原因： z 地球公转速度的不均匀（太阳周年运动的不均匀） 地球公转的平均速度为 59′/日，但在近日点附近为 61′/日， 远日点附近为 57′/日。所以，当地球—— 1 月初过近日点时，1 真太阳日为地球自转 360061′的时间， 7 月初过远日点时，1 真太阳日为地球自转 360057′的时间。 z 黄赤交角的影响 即使地球在公转轨道上的公转速度是均匀的，由于ε的存在， 真太阳日长短仍然不相等。 上面讨论地球自转时，总是假设地球自转和公转在同一平面 上，即地球自转是赤道平面，太阳周年运动也是赤道平面，忽略了ε 的存在。但实际上，太阳周年运动在黄道上进行，ε＝23026′。当 地球自转时，太阳每日平均在黄道上东移 59′，地球自转和公转不 是一个平面，不能简单相加。 如图：在二分日时，太阳每日黄经差造成的赤经差较小，此时 地球自转<360059′；二至日时，太阳每日黄经差造成的赤经差较大， 此时地球自转>360059′。 因此，真太阳日的长度大体是二至日最长，二分日最短，二者 的变幅约为±21S。 综合上面两方面因素，ε的影响是主要的，其次才是公转速度 的变化。公转速度的影响是使得冬至日要比夏至日更长一些，而春分 日要比秋分日更短一些。
随着社会的发展，人们需要更精密的时间计量，于是产生 了更小的时间计量单位——时、分、秒。它们都是对日这一时间计量 单位进一步等分而得出的。如时是日的 1/24，分是日的 1/1440，秒 是日的 1/86400。时、分、秒的测定和表示，也是以具有稳定周期性 和复现性的物质运动为依据的。利用摆的周期性运动，人们制做了用 于测定和表示时间的机械钟表。后来，人们发现晶体每秒钟振荡几百 万次，而且，这种振荡运动的周期非常稳定。本世纪 30 年代制成了 石英钟，使时间计量达到每 300 年仅相差 1 秒的精确程度。随着现代 物理学的飞速发展，人们从微观世界中发现了更加精确、稳定的运动 周期。例如，当原子受到 X 射线辐射时，其轨道电子从一个位置跃迁 到另一个位置所产生的电磁波，振动周期每秒钟可达几十亿次，而且 周期极其精确、稳定。本世纪中叶以来，根据这种振动周期而制做的 各种原子钟相继问世，使时间计量达到了更加精确的程度。