时间和历法

4) 国际日期变更线
1519年9月20日，麦哲伦率领5只船共265人从西班牙塞维利亚城 出发向西远航，历时近三年，环球一周，到1522年9月6日，仅 剩的一只船载着18名船员回到塞维利亚，结果发现他们比岸上人 少做了一个礼拜，查航海日志中所记载的星期天比岸上少了一个 ，但船上是根据日出日落或天明天暗记载日期的，肯定没有错。 这少过了一个星期天是怎么回事，向西航行的航海家们为什么" 丢失"了1天？当时莫名其妙，谁也没法说清楚这些问题。
日期如何变更呢？从图可以看出，日界线的东侧是西12区，日 界线的西侧是东12区。国际上规定，东12区比西12区早1日。 所以，从西12区进入东12区，日期要加1日；从东12区进入西 12区，要减1日。但东12区和西12区这两个半时区，在方向上 ，东12区在西，西12区在东，所以，自东向西越过日界线（相 当于从西12区进入东12区）要加1日；自西向东越过日界线（ 相当于从东12区进入西12区）要减1日。
日期 极值
2月12日左右 －14.4秒
5月15日左右 ＋3.8秒
7月26左右 －6.3秒
11月3日左右 16.4秒
5 恒星日和恒星时
以地球自转一周的时间，也就是天穹视转一周的时间作为 基本单位，称为“恒星日”。要定出一个“恒星日”，最 方便就是观测天上的恒星，只观测恒星周日旋转一周的周 期即可。为了天文工作的需要，把天球上春分点连续两次 上中天的时间间隔，定义为“恒星日”。这和某颗恒星连 续两次上中天的时间间隔是一回事。这种以春分点作为量 时天体所计量的时间称为恒星时。目前，天文界规定:春 分点的时角就是恒星时，以春分点上中天作零时起算，即 恒星时等于春分点的时角，有： S=tγ
为什么要分成24个时区?
如果已知某地的经度，求其所在时区，只要将已知经度除以15°，所得商 数保留一位小数后，四舍五入取整，就可判定是哪个时区。 例如：西经117°在哪一时区？ 解：117°÷15°＝7.8，故在西8区。
如果已知甲、乙两地相隔的时区数和甲地的区时，则： 乙地的区时=甲地区时±两地相隔时区数×1h 乙地在甲地之东为"+"， 乙地在甲地之西为"-"。
太阳的中心连续两次经过春分点的 时间间隔，称为一个“回归年”的时 间长度。回归年等于365.2422天， 或者为365d5h48m46s。
真太阳日：真太阳日就是太阳中心连续两次上中天的时间间隔。 真太阳日的长度每天都变化，这是因为： (1)太阳视运动是不均匀的； (2)太阳是在黄道上做周年视运动，即使这种运动是均匀的，它投 影到赤道上也会产生不均匀性。 这导致了真太阳日的长短不是固定的。 真太阳时：定义太阳中心的时角为真太阳时，用符号t⊙。根据此 定义，当太阳在上中天的时候为0，为真正午，为真太阳时的起 算点。下中天为真子夜。为了符合人们的生活习惯，有时把定义 改为：真太阳时在数值上等于真太阳的时角t⊙加上12h，用符号 m⊙来表示，有： m⊙= t⊙+12h。
4 真太阳时和平太阳时
太阳存在周日视运动和周年视运动。太阳周年视运动的轨迹就是黄道 。太阳约365.25天在黄道上运行一周。太阳周年运动的主要时刻如下： （1）三月二十一日：春分。太阳在春分点穿过赤道，由南半天球移到 北半天球。地球北半球开始了“天文春季”; （2）六月二十二号：夏至。这天太阳达到最大的北赤纬，即到达上点 Q点的位臵，δ=23°26’。这天正午，太阳的日影最短。这天北半球 白天最长，夜晚最短； （3）九月二十三日：秋分。太阳在秋分点从北向南穿过赤道; （4）十二月二十二日：冬至。太阳达到最大的南赤纬，即大大下点 Q’， δ=-23°26’。这天北半球夜晚最长，白天最短。
思考题：母亲乘飞机从斐济往西飞机，在路上生下双胞胎。其 中哥哥于2010年1月1日上午9时出生于斐济，弟弟于两小时后 出生于萨摩亚群岛，此时记录下弟弟在萨摩亚群岛的出生日期 为？
在划分时区时，把0°、15°和15° 倍数的经线作为中央经线，时区界线 的经度就不是整数。其中0°经线所在 的时区称0时区（称为格林威治时区） ；东经半球的时区称东时区，也可用 符号"+"表示；西经半球的时区称为西 时区，也可用符号"-"表示；东12区和 西12区都是半个时区，它们合成一个 完整的时区，称东西12区，或就称12 区。
历书时 1952年，国际天文协会联合会作出决议，把1900年1月1日 12时正的回归年长度作为标准，把这一年长度的 1/365.2422×24×60×60(1/31 556 925.9747)即这一年的平太阳秒 作为1秒的固定长度.称为历书秒（用于制订天文历书的标准秒） 以平太阳时为基础，以历书秒作为计时的基本单位所确定的时间称 为历书时。它是从1960年开始实行的。因历书秒的长度是固定的， 但这样的"秒"是很难取得的，虽经多年的观测和运算，其精度比太 阳秒差不了十倍。而且，这种秒也很难保存，现在几乎不用历书时 。
第三章 时间和历法
3.1 关于时间的计量
1. 时间和时间的本质 时间和空间一样，都是物质存在的一种形式
时间既是无始无终的，又是连续不断的。
这种物质运动变化的Fra Baidu bibliotek列和持续的性质，就是时间的本质。
时间不能完全脱离于空间，而必须和空间结合在一起。 物质的运动变化，永远在时间和空间中进行。
2. 时间的含义
由于春分点在天球上没有标志，故春分点的时角是通过测定 恒星的时角导出的。设有任意恒星M，其赤经为αM，在恒星 时为S的瞬间它的时角为tM，根据恒星时定义有： S=tγ= αM+tM 上式中αM可在星表中查到，tM可测。当恒星上中天时，tM=0 ，此时S= αM。所以，任何瞬间的恒星时，在数值上等于该瞬 间上中天的恒星的赤经。
恒星日比平太阳日短3m56s，所以它的长 度为23h56m4s平太阳时。在一个固定地 点连续注意同一恒星消失在远处高楼后面 的时候就能证明这件。每晚恒星消失的时 刻，对照我们的钟表发现，每天都比前一 晚早3m56s。恒星日和平太阳日一样，也 可以划分为24h，在“时”以下也分为“ 分”和“秒”。每一个恒星小时、恒星分 、恒星秒都比平太阳时相应的短一些。
平太阳时和真太阳时除按预定的年首和 年尾吻合外，其他时间都有有一个差值 ，天文界定义：真太阳时和平太阳时之 差为时差，用η表示，即：η= t⊙-tm 。时 差有正有负，可大可小。时差与观测者 的地理位臵无关，只与观测日期有关。 时差每年四次等于零，在4月16日、6月 5日、9月1日和12月24日前后。四次极 值，如下边所示。时差的周年变化，是 视太阳日长度的周年变化的结果。
国际日期变更线
为了防止类似的错误，国际上规定了一条日期变更线，由于180°经 线大部分在海域，人烟稀少，所以被选作日界线。但实际日界线是 折线，在180°经线作了几处偏折处理：一是在俄国西伯利亚东端向 东偏折，使西伯利亚东端不致长期处在与西伯利亚大部分地区不同 的日期；二是在美国阿留申群岛处向西偏折，可使阿留申群岛与阿 拉斯加大部分地区处在同一日；三是在新西兰向东偏折，可使斐济 、 加和新西兰相邻近，且关系密切的国家可基本上处于同一日期。
3. 测量时间的原则 时间要用物质的运动来度量。选择不同的物质运动形式来表达 或计量时间的过程中，选择的物质需要： （1）具有固定的周期---周期性； （2）均匀等速运动---稳定性； （3）大多数人都能观测到---可测性。 地球公转运动、月球公转运动和地球自转运动都符合这三个原 则，分别用它们的运动周期来计量时间，便产生了“年”、“ 月 ”、“日”的基本单位。然而，同一种周期运动，选择不同的 量时天体（参考点），其周期时值也不同，于是便产生了不同 的时间计量系统。例如依据地球自转的恒星时、太阳时系统， 依据地球公转的历书时系统；依据原子振荡的原子时系统等。
当经度相差1 °时，地方时就差4m，经度值差15 °，地方时相 差一个小时。由于地球是自西向东自转的，所以东边的时间早 ，即绝对数值大；西边的时间晚，即绝对数值小。若已知甲、 乙两地的经度和甲地的地方时，乙地的地方时可以按照下面公 式求得：
乙地地方时=甲地地方时±甲乙两地相隔经度×4m 若乙地在甲地之东，为"+"；若乙地在甲地之西，为"-"。
因为真太阳时的长度不固定，所以真太阳时的其它单位（时、分 、秒）也有变化，也不固定。这种真太阳时同步的计时系统，不 但不方便而且不可能。
平太阳时：为了弥补真太阳时的不足，引入平太阳时。 设想有一个点，它不是在黄道上移动，而是在赤道上移动：它 在赤道上运动是均匀的；这个点在赤道上滑动一周（即连续两次 在赤道上经过春分点）所需的时间，和真太阳在黄道上滑动的那 个一周（即真太阳连续两次经过春分点）所需的时间相等。这个 假设的点，定义为平太阳。平太阳在天球上绕行一圈的时间，即 连续两次过春分点的时间间隔，就是一回归年。平太阳赤经在一 天之内的增加为一常数，即每天增加： μ=1/365.2422=3m56s 这是真太阳日向东移动的平均值。平太阳上中天就是平午，下中 天就是平子夜，它的时角就定义为平太阳时角，用tm来表示，平 太阳连续两次上中天的时间间隔，就是一个平太阳日。平太阳日 是均匀的，它的其它时间单位也是均匀的。平太阳时简称为“平 时”，用m来表示。为了符合人的习惯，经常以平子夜作为起算 点来度量。所以平时m和平太阳时角tm的关系如： m=tm+12
若已知某地的经度和地方时，求它的区时，只要求其中央经线的地方时即是 区时。若已知甲地经度和它的地方时，求乙地的区时，则解法有多种：或先 求甲地的区时，再算出乙地所在时区，并算出两地相隔时区数，最后求出乙 地的区时；或先找到乙地所在时区的中央经线，再算出其地方时即可。
作业1：已知西经132°的地方时为4月30日10时50分，求 东经167°的区时是多少？
例如：已知东经119°的地方时为6月6日8时，西经106°的 地方时则为： 6月6日8时-（119°+106°）×4m=6月5日17时 各地都以视太阳时角来确定，并把正午定为12h，不同经度时间 不一样的时间系统，称为地方视时。同理，除地方视时外，还有 地方平时和地方恒星时。
2)．区时 以经线为界，把全球分为24个区，每区跨经度15°，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，称为时区； 这样的时间，称为区时。
6 时间的种类
1)．地方时 （1）地方时的概念 以本地子午面作起算平面，根据任意量时天体所确定的时间，均称该 地的地方时。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、地方真太阳时、地方平太阳时。 （2）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，与这两地 的地方经度差可用下式表示： SA-SB=（λA-λB）×1恒星小时/15° m⊙A-m⊙B=（λA-λB）×1视太阳小时/15° mA-mB=（λA-λB）×1平太阳小时/15°
3)．国家标准时和法定时
尽管时区的划分是比较合理的，但有的国家毕竟要跨几 个时区，有的国家偏在半个时区，有的国家习惯于以大山 、大河作为界线。为了更方便和合理地使用时间，有的国 家和地区规定把某一时区的区时或某一经线的地方时作为 全国、全地区统一使用的标准时，有的国家在理论时区的 基础按自然界线重新划定时区，在一国内使用几个区时。 这样的时间，统称为国家标准时。我国的国家标准时称为" 北京时间"，它是北京所在的东8区的区时，即其中央经线 东经120°的地方平时，而并不是北京（东经116°19′） 的地方时。
时间包括两个方面的含义： （1）时段：测量两个瞬时的间隔，即时间经过的长短。要确定时段的长 短，必须要有一个计量时间长短的标准来作为单位，然后用这个单位来 度量两个事件发生的时间间隔，如：年、月、日、时、分和秒等。 （2）时刻：指无限流逝时间中的某一瞬间，就像时刻尺度上的刻度和标 记-用以确定事件发生的先后。要准确的确定时刻，需要选择某一特定的 时刻，来作为起算点的零点，只要计量“某事”和“起算点”之间的时 间间隔，就可以确定这件事发生的时刻了。