时间系统常识

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）

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：

1.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360度61′的时间，

7月初过远日点时，1真太阳日为地球自转360度57′的时间。

1.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。

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。

（２）平太阳日：平太阳周日运动的周期。它是真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，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。

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。

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

1.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”。

2.长度：P128

3.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。

4.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。

１．定义：ｍ＝ｔ⊙＋12h