第二章 时间计量系统天文学

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1回归年=365.2422平日
月:以月球公转为依据、月相变化的周期。
1朔望月=29.5306平日
日:以地球自转为依据、昼夜交替的周期 。
这是三种完全独立的运动,没有简单的通约关 系,日是基本单位不能分割,这种整日数的年和 月为历年、历月。
2、历法的制定原则
(1)尽可能准确反映天文客观规律的历法, 才能正确的反映天象和四季变化。 (2)日历要简单、明了、易记。宁可牺牲精 度以满足简单。

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
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:
1、真太阳时比恒星时每日约长4分钟
太阳在周日视运动的同时,又以逆时针方 向做周年视运动,每日在黄道上自西向东约 运行1度,因此真太阳时比恒星时约长4分钟。 m⊙ ≈ s +3m56s
周年
北极点
子午线
春分点
周日
赤道
太阳时和 恒星时
(协调原子时秒长与世界时时刻的时间计量系统)
四、协调世界时(UTC)
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 子时秒。”
9,192,631,770
133Cs
1H 1,420,405,752 Hz
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 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
UTC系统
时间单位:原子时秒(SI) 协调:用跳秒(也叫闰秒即增加1s或减少1s)的方法, 使其与世界时(UT1)的偏离在0s9之内。(通常是 正闰秒) 调整时刻:每年首选是12月31日和6月30日或 3月31 日和9月30日的最后一秒,由国际地球自转服务中 心局(IERS)根据天文观测做出决定,并预先通知。 启用时间:1972、1、1 它虽不是严格均匀的时间系统,但与原子时有确定 的换算关系,故其时刻能纳入均匀的时间计量。 当前钟表所指示的时刻正是协调世界时。
Mo
S=0
0h
M
s0 s So是当日世界时为零时所对应的恒星时。 Mo是当日或前一日恒星时为零时所对应的世界时。
2、任意经度区的时刻的换算
(S=s-λ ; M=m-λ ; M=Th-Nh) 1)已知区时化地方恒星时:
S=So+M(1+1/365.2422)
s=S0+(Th-Nh)(1+1/365.2422)+λ
§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。
§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: 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:
S2S2
S3 S3
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。
m=s(1-1/366.2422)
1平太阳日= (1+1/365.2422)恒星日 =1.0027379恒星日
s=m(1+1/365.2422)
二、平时时刻与恒星时时刻的换算
1、格林尼治的时刻换算:(λ =0o)
1)已知平时求恒星时:M→S S=So+M(1+1/365.2422) 2)已知恒星时求平时:S→M: M=Mo+S(1-1/366.2422)
(一年中η 四次为零,四次为极大值)
日 期 η
4.16
6.15 9.1 12.24 2.12
5.15
7.26
11.3
0
源自文库
0
0
0
14m24s
+3m48
s
6m18s
+16m24
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。 时间单位:恒星日—春分点连续两次上中天的时 间间隔。 起始点:上中天 恒星时在数值上 等于春分点的时角。 S = tr = α + t 当任一恒星时上中天时 t=0;即s=α 。
起算历元: 历书时的测定:
1900年1月0日12时 (公历1899.12.31) λ ⊙=279o41’48”.04
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。

计量系统的地方性
恒星时、真太阳时、平太阳时是以春分 点、真太阳、平太阳为参考点,以过当地 子午圈的时刻为起算点,以时角量的。 对于观测者,只要位于不同的地理经圈, 就对应不同的天子午圈,因此,参考点过 的天子午圈不同,所得时刻也不同。
1、地方时:
定义:
以本地子午面为起算平面,根据任意量时天体所 确定的时间。(s、m ⊙、m) 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,在数值上等于这两地的地方经度之 差。
国际标准时间(UTC、TAI)的形成
UTC: Official Time for the World 但UTC、TAI 是软钟(纸面钟)

全球约50个时间实验室 总共约280个高稳定性原子钟 国际间高精度时间比对
高精度时间传递技术,参加BIPM 组织的国际 时间比对网
§2.4、地方时、世界时、区时
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
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, 例: 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

S1 S1
199Hg+
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 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)已知地方平时化地方恒星时:
s=So+(m-λ )(1+1/365.2422)+λ
3)已知地方恒星时换地方平时:
M=Mo+S(1-1/366.2422)
m=Mo+(s-λ )(1-1/366.2422)+λ =M0+s-(s-λ)1/366.2422
§2.6、历法
一、制历的基本原则:
1、历法:推算年、月、日的时间长度,协调它们的关系, 制定一定的时间序列法则。 年:以地球公转为依据、四季变化的周期。
电力传输系统 电子政务、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)
λ A -λ B = mA –mB = tA – tB SA – SB = tA – tB = λ A -λ B
2、世界时与区时:
世界时:(S、M⊙、M)以本初子午线为标
的地方时为世界时。 (λ = 0h ) m - M = △λ ( + 东、 - 西 ) s - S = △λ ( + 东、 - 西 ) 准
(3)有通用性,能为广大地区所接受。
3、主要有三种类型
(1)太阴历:(回历)以朔望月为基本单位。
(2)太阳历:(公历)以回归年为基本单位。
(3)阴阳历:(农历)以朔望月计月,以回
§2.5、恒星时与平时的换算
S、m是两个不同的时间计量系统 1)时间单位不同:1恒星日≠1平太阳日 2)起始点不同: 上中天;下中天
因此,两时间计量系统的时间间隔不同,时刻 也不同。 时间间隔换算与时刻换算。
一、时间间隔的换算
回归年:平太阳连续两次过春分点的时间间隔。
1 回归年=365.2422平太阳日 =366.2422恒星日 1恒星日=(1-1/366.2422)平太阳日 =0.9972696平太阳日
世界时与原子时的折衷协调产物 大地测量、天文导航、空间探测器的跟踪、定位需 要以地球自转为依据的世界时时刻,精密校频等物 理领域则要求以原子时为基准的均匀时间间隔。 由于世界时的秒长逐年增加,势必造成世界时落后 于原子时,一年内可累计达1秒左右。为避免原子 时与世界时产生太大的偏离,1975年决定采用 UTC系统,其时间单位用SI秒,其时刻与UT1的偏 离保持在0.9秒内,保持方法为跳秒,跳秒前预先 通知各使用门。
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。
4、以原子内部能级跃迁频率 为计量标准的原子时(TAI)
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, 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。
区时: (Th)为平时系统 ( λN = N150)
把全球分成24个时区,每区跨经度150,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 的区域称为时区 ;这样的时间称为区时。
3、国际日期变更线——日界线
日界线:太平洋中经度1800线(避开陆地与岛屿画出的 一条国际日期变更线)。 日界线东西两侧是东12时区与西12时区重合的区域, 时分秒相同,但日期相差一天。 由西向东每过一个时区,就要增加一个小时,因此, 由西向东越过日界限,日期减少一天;而由东向西越 过日界限,日期增加一天。
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