時(shí)間系統(tǒng)與坐標(biāo)參照系課件

1、時(shí)間系統(tǒng)與坐標(biāo)參照系授課教師：劉志強(qiáng)授課教師：劉志強(qiáng)主要內(nèi)容n（一）地球的運(yùn)轉(zhuǎn)（一）地球的運(yùn)轉(zhuǎn)n（二）時(shí)間系統(tǒng)（二）時(shí)間系統(tǒng)n（三）坐標(biāo)系統(tǒng)（三）坐標(biāo)系統(tǒng)一 地球的運(yùn)轉(zhuǎn)n1.1 天文學(xué)基本概念天文學(xué)基本概念n1.2 地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)n1.3 地球的自轉(zhuǎn)地球的自轉(zhuǎn)1.1 天文學(xué)基本概念天文學(xué)基本概念天球坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系北天極北天極1.1 地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)天球：以地球質(zhì)心為中心，半徑為任意長(zhǎng)的假想球體。以地球質(zhì)心為中心，半徑為任意長(zhǎng)的假想球體。 在天文學(xué)中，通常均把天體投影到天球的球面上，并利用球面坐標(biāo)來(lái)表達(dá)或研在天文學(xué)中，通常均把天體投影到天球的球面上，并利用球面坐標(biāo)來(lái)表

2、達(dá)或研究天體的位置及天體之間的關(guān)系。究天體的位置及天體之間的關(guān)系。黃道：地球公轉(zhuǎn)的軌道面與天球相交的大圓，即當(dāng)?shù)厍蚶@太陽(yáng)公轉(zhuǎn)時(shí)，地地球公轉(zhuǎn)的軌道面與天球相交的大圓，即當(dāng)?shù)厍蚶@太陽(yáng)公轉(zhuǎn)時(shí)，地球上的觀測(cè)者所見(jiàn)到的，太陽(yáng)在天球上運(yùn)動(dòng)的軌跡。球上的觀測(cè)者所見(jiàn)到的，太陽(yáng)在天球上運(yùn)動(dòng)的軌跡。黃極：通過(guò)天球中心，且垂直于黃道面的直線與天球的交點(diǎn)。其中靠近北天極的交通過(guò)天球中心，且垂直于黃道面的直線與天球的交點(diǎn)。其中靠近北天極的交點(diǎn)稱(chēng)為北黃極，靠近南天極的交點(diǎn)稱(chēng)為南黃極。點(diǎn)稱(chēng)為北黃極，靠近南天極的交點(diǎn)稱(chēng)為南黃極。春分點(diǎn)：當(dāng)太陽(yáng)在黃道上從天球的南半球向北半球運(yùn)行時(shí)，黃道與天球赤當(dāng)太陽(yáng)在黃道上從天球的南半球向北半

3、球運(yùn)行時(shí)，黃道與天球赤道的交點(diǎn)。道的交點(diǎn)。天球赤道面：通過(guò)地球質(zhì)心且與天軸垂直的平面。通過(guò)地球質(zhì)心且與天軸垂直的平面。天軸：地球自轉(zhuǎn)軸的延伸線稱(chēng)為天軸。地球自轉(zhuǎn)軸的延伸線稱(chēng)為天軸。天極：天軸與天球的交點(diǎn)稱(chēng)為天極（北天極與南天極）。天軸與天球的交點(diǎn)稱(chēng)為天極（北天極與南天極）。 在天文學(xué)中和研究衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)時(shí)，在天文學(xué)中和研究衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)時(shí)，春分點(diǎn)春分點(diǎn)和和天球赤道面天球赤道面，是建立參考系，是建立參考系的重要基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)面。的重要基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)面。1.1 地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn) 開(kāi)普勒第一運(yùn)動(dòng)定律開(kāi)普勒第一運(yùn)動(dòng)定律：地球運(yùn)行的軌道是一個(gè)橢圓，：地球運(yùn)行的軌道是一個(gè)橢圓，而橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)與太陽(yáng)的質(zhì)心相

4、重合。而橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)與太陽(yáng)的質(zhì)心相重合。 在開(kāi)普勒橢圓軌道上，地球離太陽(yáng)質(zhì)心最近的點(diǎn)稱(chēng)為在開(kāi)普勒橢圓軌道上，地球離太陽(yáng)質(zhì)心最近的點(diǎn)稱(chēng)為近日點(diǎn)近日點(diǎn)，而離而離太陽(yáng)質(zhì)心太陽(yáng)質(zhì)心最遠(yuǎn)的點(diǎn)稱(chēng)為最遠(yuǎn)的點(diǎn)稱(chēng)為遠(yuǎn)日點(diǎn)遠(yuǎn)日點(diǎn)；它們?cè)趹T性空間中的位置是；它們?cè)趹T性空間中的位置是固定不變的。固定不變的。 地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道面，是一個(gè)通過(guò)太陽(yáng)質(zhì)心的靜止平面。地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道面，是一個(gè)通過(guò)太陽(yáng)質(zhì)心的靜止平面。軌道橢圓一般稱(chēng)軌道橢圓一般稱(chēng)開(kāi)普勒橢圓開(kāi)普勒橢圓，其形狀和大小不變。，其形狀和大小不變。1.1 地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn) 開(kāi)普勒第二運(yùn)動(dòng)定律開(kāi)普勒第二運(yùn)動(dòng)定律：地球的太陽(yáng)質(zhì)心向徑，即地球質(zhì)心：地球的太

5、陽(yáng)質(zhì)心向徑，即地球質(zhì)心與太陽(yáng)質(zhì)心間的距離向量，在相同的時(shí)間內(nèi)所掃過(guò)的面積相與太陽(yáng)質(zhì)心間的距離向量，在相同的時(shí)間內(nèi)所掃過(guò)的面積相等。等。 根據(jù)根據(jù)能量守恒能量守恒定理定理，地球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其位能和動(dòng)能之和應(yīng)，地球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其位能和動(dòng)能之和應(yīng)保持不變。保持不變。 地球在橢圓上的地球在橢圓上的運(yùn)行速度運(yùn)行速度是不斷變化的，在近日點(diǎn)處速度為最大，是不斷變化的，在近日點(diǎn)處速度為最大，而在遠(yuǎn)日點(diǎn)處速度為最小。而在遠(yuǎn)日點(diǎn)處速度為最小。 開(kāi)普勒第三運(yùn)動(dòng)定律開(kāi)普勒第三運(yùn)動(dòng)定律：地球運(yùn)行周期的平方，與軌道：地球運(yùn)行周期的平方，與軌道橢圓長(zhǎng)半徑的立方之比為一常量。橢圓長(zhǎng)半徑的立方之比為一常量。 當(dāng)開(kāi)普勒橢圓的

6、長(zhǎng)半徑確定后，地球運(yùn)行的當(dāng)開(kāi)普勒橢圓的長(zhǎng)半徑確定后，地球運(yùn)行的平均角速度平均角速度便隨之確便隨之確定，且保持不變。定，且保持不變。 地球繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間是由其軌道的長(zhǎng)半軸的大小決定的，稱(chēng)地球繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間是由其軌道的長(zhǎng)半軸的大小決定的，稱(chēng)為一為一恒星年恒星年。1.2 地球的自轉(zhuǎn)地球的自轉(zhuǎn) 地球在繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的同時(shí)，繞其自身的旋轉(zhuǎn)軸（地地球在繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的同時(shí)，繞其自身的旋轉(zhuǎn)軸（地軸）自轉(zhuǎn)，從而形成晝夜變化。軸）自轉(zhuǎn)，從而形成晝夜變化。 地軸是過(guò)地球中心和兩極的軸線，在某一時(shí)刻的旋是過(guò)地球中心和兩極的軸線，在某一時(shí)刻的旋轉(zhuǎn)軸稱(chēng)為轉(zhuǎn)軸稱(chēng)為瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)軸，它在，它在空間的指向空間的指向、與地球的相

7、與地球的相對(duì)關(guān)系對(duì)關(guān)系、地球繞地軸的旋轉(zhuǎn)速度地球繞地軸的旋轉(zhuǎn)速度是不斷變化的，具體表是不斷變化的，具體表現(xiàn)為：現(xiàn)為：歲差和章動(dòng)極移日長(zhǎng)變化n地軸方向相對(duì)于空間的變化地軸方向相對(duì)于空間的變化1.2 地球的自轉(zhuǎn)地球的自轉(zhuǎn) 地球繞地軸旋轉(zhuǎn)，可以看做地球繞地軸旋轉(zhuǎn)，可以看做巨大的巨大的陀螺旋轉(zhuǎn)陀螺旋轉(zhuǎn)。由于日、月等天體的影響，。由于日、月等天體的影響，類(lèi)似于旋轉(zhuǎn)陀螺在重力場(chǎng)中的進(jìn)動(dòng)。地類(lèi)似于旋轉(zhuǎn)陀螺在重力場(chǎng)中的進(jìn)動(dòng)。地球旋轉(zhuǎn)軸在空間圍繞黃極發(fā)生緩慢旋轉(zhuǎn)，球旋轉(zhuǎn)軸在空間圍繞黃極發(fā)生緩慢旋轉(zhuǎn)，形成一個(gè)倒圓椎體，形成一個(gè)倒圓椎體，這種運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為這種運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為歲差歲差。 歲差是歲差是地軸方向相對(duì)于空間的長(zhǎng)周期運(yùn)地

8、軸方向相對(duì)于空間的長(zhǎng)周期運(yùn)動(dòng)動(dòng)，其錐角等于黃赤交角其錐角等于黃赤交角=23.5 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)周期為周期為26000年，并使春分點(diǎn)每年向西年，并使春分點(diǎn)每年向西移動(dòng)移動(dòng)50.3。n地軸方向相對(duì)于空間的變化地軸方向相對(duì)于空間的變化1.2 地球的自轉(zhuǎn)地球的自轉(zhuǎn) 月球繞地球旋轉(zhuǎn)的軌道稱(chēng)為白道。由于月球繞地球旋轉(zhuǎn)的軌道稱(chēng)為白道。由于白道相對(duì)于黃道有約白道相對(duì)于黃道有約5的傾斜，且月球運(yùn)的傾斜，且月球運(yùn)行的軌道與地球之間距離是不斷變化的，行的軌道與地球之間距離是不斷變化的，使得使得月球引力產(chǎn)生的大小和方向不斷變化月球引力產(chǎn)生的大小和方向不斷變化，從而導(dǎo)致從而導(dǎo)致北天極北天極在天球上繞黃極旋轉(zhuǎn)的軌在天球上繞黃極

9、旋轉(zhuǎn)的軌道不是平滑的小圓，而是道不是平滑的小圓，而是類(lèi)似圓的波浪曲類(lèi)似圓的波浪曲線運(yùn)動(dòng)線運(yùn)動(dòng)。地球旋轉(zhuǎn)軸在歲差的基礎(chǔ)上疊加。地球旋轉(zhuǎn)軸在歲差的基礎(chǔ)上疊加18.6年的短周期運(yùn)動(dòng)，振幅為年的短周期運(yùn)動(dòng)，振幅為9.21 “，這種，這種現(xiàn)象稱(chēng)為現(xiàn)象稱(chēng)為章動(dòng)章動(dòng)。 在在歲差和章動(dòng)的共同影響歲差和章動(dòng)的共同影響下，地球在某一時(shí)刻的實(shí)際旋轉(zhuǎn)軸，稱(chēng)為下，地球在某一時(shí)刻的實(shí)際旋轉(zhuǎn)軸，稱(chēng)為真旋轉(zhuǎn)真旋轉(zhuǎn)軸軸或或瞬時(shí)軸瞬時(shí)軸，對(duì)應(yīng)的赤道為，對(duì)應(yīng)的赤道為真赤道真赤道。（。（瞬時(shí)瞬時(shí)真真天極、瞬時(shí)天極、瞬時(shí)真真春分點(diǎn)春分點(diǎn)） 假定假定只有歲差只有歲差的影響，則地球旋轉(zhuǎn)軸為的影響，則地球旋轉(zhuǎn)軸為平軸平軸，對(duì)應(yīng)的赤道為，對(duì)應(yīng)

10、的赤道為平赤道平赤道。（。（瞬瞬時(shí)時(shí)平平天極、瞬時(shí)天極、瞬時(shí)平平春分點(diǎn)春分點(diǎn)）n地軸相對(duì)于地球本體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置變化地軸相對(duì)于地球本體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置變化1.2 地球的自轉(zhuǎn)地球的自轉(zhuǎn) 地球自轉(zhuǎn)軸存在相對(duì)于地球體自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置變化，從而導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)軸存在相對(duì)于地球體自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置變化，從而導(dǎo)致極點(diǎn)在地球表面上的位置隨時(shí)間而變化極點(diǎn)在地球表面上的位置隨時(shí)間而變化（有一定周期性、約（有一定周期性、約434天），這種天），這種現(xiàn)象稱(chēng)為現(xiàn)象稱(chēng)為極移極移。 某一觀測(cè)瞬間地球極所在的位置稱(chēng)為某一觀測(cè)瞬間地球極所在的位置稱(chēng)為瞬時(shí)極瞬時(shí)極，某段時(shí)間內(nèi)地極的平均，某段時(shí)間內(nèi)地極的平均位置稱(chēng)為

11、位置稱(chēng)為平極平極。 地球極點(diǎn)的變化（幅度不會(huì)超過(guò)地球極點(diǎn)的變化（幅度不會(huì)超過(guò)10m），），導(dǎo)致地面點(diǎn)的緯度發(fā)生變化導(dǎo)致地面點(diǎn)的緯度發(fā)生變化。同一經(jīng)線上的點(diǎn)，緯度變化相同；經(jīng)度相差同一經(jīng)線上的點(diǎn)，緯度變化相同；經(jīng)度相差180的經(jīng)線上的點(diǎn)，緯度變化的經(jīng)線上的點(diǎn)，緯度變化符號(hào)相反。符號(hào)相反。 天文聯(lián)合會(huì)（天文聯(lián)合會(huì)（IAU）和大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)（）和大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)（IUGG）建議采用國(guó)）建議采用國(guó)際上際上5個(gè)緯度服務(wù)（個(gè)緯度服務(wù)（ILS）站）站以以19001905年的平均緯度所確定的平極年的平均緯度所確定的平極作為作為基準(zhǔn)點(diǎn)，通常稱(chēng)為基準(zhǔn)點(diǎn)，通常稱(chēng)為國(guó)際協(xié)議原點(diǎn)國(guó)際協(xié)議原點(diǎn)CIO （

12、Conventional International Origin），其相對(duì)于），其相對(duì)于19001905年平均歷元年平均歷元1903.0。n地軸相對(duì)于地球本體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置變化地軸相對(duì)于地球本體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置變化1.2 地球的自轉(zhuǎn)地球的自轉(zhuǎn) 在在1984年之前，采用年之前，采用剛體地球理論剛體地球理論計(jì)算地球旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于計(jì)算地球旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于CIO的變的變化，其變化規(guī)律是以化，其變化規(guī)律是以CIO作為坐標(biāo)原點(diǎn)、以作為坐標(biāo)原點(diǎn)、以零子午線的方向零子午線的方向作為作為x軸、以軸、以270子午線子午線方向作為方向作為y軸而建立的軸而建立的地極坐標(biāo)系進(jìn)行描述，進(jìn)行描述，任意瞬時(shí)的極點(diǎn)任意瞬時(shí)的

13、極點(diǎn)位置位置可用可用 表示。表示。(,)ppxy 國(guó)際極移服務(wù)（國(guó)際極移服務(wù)（IPMS）和國(guó)際時(shí)間局）和國(guó)際時(shí)間局（BIH）采用）采用非剛體地球理論非剛體地球理論并融合傳統(tǒng)光并融合傳統(tǒng)光學(xué)觀測(cè)技術(shù)和學(xué)觀測(cè)技術(shù)和VLBI等空間觀測(cè)技術(shù)計(jì)算得到等空間觀測(cè)技術(shù)計(jì)算得到新新的協(xié)議地球極的協(xié)議地球極CTP（Conventional Terrestrial Pole），以，以1984.0為參考?xì)v元為參考?xì)v元的的CTP被廣泛采被廣泛采用，如：用，如： WGS84（GPS） ITRF（IERS）都是采用都是采用BIH1984.0的的CTP作為作為Z軸的指向。軸的指向。n地球自轉(zhuǎn)速度變化地球自轉(zhuǎn)速度變化1.2

14、地球的自轉(zhuǎn)地球的自轉(zhuǎn) 地球自轉(zhuǎn)不是均勻的，存在著多種短周期變化和長(zhǎng)期變化，短周期變地球自轉(zhuǎn)不是均勻的，存在著多種短周期變化和長(zhǎng)期變化，短周期變化是由于地球周期性潮汐影響，長(zhǎng)期變化表現(xiàn)為地球自轉(zhuǎn)速度緩慢變小。地化是由于地球周期性潮汐影響，長(zhǎng)期變化表現(xiàn)為地球自轉(zhuǎn)速度緩慢變小。地球的自轉(zhuǎn)速度變化，導(dǎo)致日長(zhǎng)的視擾動(dòng)并緩慢變長(zhǎng)，從而使以地球自轉(zhuǎn)為基球的自轉(zhuǎn)速度變化，導(dǎo)致日長(zhǎng)的視擾動(dòng)并緩慢變長(zhǎng)，從而使以地球自轉(zhuǎn)為基準(zhǔn)的準(zhǔn)的時(shí)間尺度產(chǎn)生變化。1.2 地球的自轉(zhuǎn)地球的自轉(zhuǎn)EOP - 地球定向參數(shù)地球定向參數(shù)ERP - 地球自轉(zhuǎn)參數(shù)地球自轉(zhuǎn)參數(shù)EOPERP歲差歲差 & 章動(dòng)章動(dòng)極移極移 & 地球自轉(zhuǎn)速度變化地球

15、自轉(zhuǎn)速度變化二 時(shí)間系統(tǒng)n 2.1 概述概述n 2.2 時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng)n時(shí)間系統(tǒng)分類(lèi)時(shí)間系統(tǒng)分類(lèi)2.1 概述概述 1）對(duì)于時(shí)間的描述，有）對(duì)于時(shí)間的描述，有原點(diǎn)原點(diǎn)和和尺度（度量單位）兩大要素。（度量單位）兩大要素。 原點(diǎn)可以根據(jù)需要進(jìn)行指定，度量單位采用時(shí)刻和時(shí)間間隔兩種形式。原點(diǎn)可以根據(jù)需要進(jìn)行指定，度量單位采用時(shí)刻和時(shí)間間隔兩種形式。 （對(duì)于衛(wèi)星系統(tǒng)或天文學(xué)，某一事件相應(yīng)的時(shí)刻稱(chēng)為（對(duì)于衛(wèi)星系統(tǒng)或天文學(xué)，某一事件相應(yīng)的時(shí)刻稱(chēng)為歷元。）。）2）周期運(yùn)動(dòng)滿足如下三項(xiàng)要求，可以作為計(jì)量時(shí)間的方法。）周期運(yùn)動(dòng)滿足如下三項(xiàng)要求，可以作為計(jì)量時(shí)間的方法。 運(yùn)動(dòng)是連續(xù)的；運(yùn)動(dòng)

16、是連續(xù)的； 運(yùn)動(dòng)的周期具有足夠的穩(wěn)定性；運(yùn)動(dòng)的周期具有足夠的穩(wěn)定性； 運(yùn)動(dòng)是可觀測(cè)的。運(yùn)動(dòng)是可觀測(cè)的。 選取的物理對(duì)象不同，時(shí)間的定義不同選取的物理對(duì)象不同，時(shí)間的定義不同: 地球的自轉(zhuǎn)、地球的公轉(zhuǎn)、物質(zhì)的振動(dòng)等。地球的自轉(zhuǎn)、地球的公轉(zhuǎn)、物質(zhì)的振動(dòng)等。 n恒星時(shí)恒星時(shí)（ST - Sidereal Time）2.2 時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng) 1）以春分點(diǎn)作為基本參考點(diǎn)，由春分點(diǎn)周日視運(yùn)動(dòng)確定的時(shí)間，稱(chēng)為）以春分點(diǎn)作為基本參考點(diǎn)，由春分點(diǎn)周日視運(yùn)動(dòng)確定的時(shí)間，稱(chēng)為恒星時(shí)。 恒星時(shí)是地球旋轉(zhuǎn)的一種度量，它被定義為春分點(diǎn)的是地球旋轉(zhuǎn)的一種度量，它被定義為春分點(diǎn)的時(shí)角。春分點(diǎn)連續(xù)兩次。春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)同一子午

17、圈上中天的時(shí)間間隔為一個(gè)經(jīng)過(guò)同一子午圈上中天的時(shí)間間隔為一個(gè)恒星日，分為，分為24個(gè)恒星時(shí)。個(gè)恒星時(shí)。 某一地點(diǎn)的某一地點(diǎn)的地方恒星時(shí)，在數(shù)值上等于春分點(diǎn)相對(duì)于這一地方子午圈的時(shí)角。，在數(shù)值上等于春分點(diǎn)相對(duì)于這一地方子午圈的時(shí)角。如果度量是從格林尼治子午線起計(jì)的，那么恒星時(shí)就稱(chēng)為如果度量是從格林尼治子午線起計(jì)的，那么恒星時(shí)就稱(chēng)為格林尼治恒星時(shí)。 2）由于）由于歲差歲差和和章動(dòng)章動(dòng)的影響，地球自轉(zhuǎn)軸的指向在空間是變化的，的影響，地球自轉(zhuǎn)軸的指向在空間是變化的，從而從而導(dǎo)致春分點(diǎn)的位置發(fā)生變化。導(dǎo)致春分點(diǎn)的位置發(fā)生變化。 真春分點(diǎn)（某一時(shí)刻瞬時(shí)極）真春分點(diǎn)（某一時(shí)刻瞬時(shí)極） - 真恒星時(shí)真恒星時(shí)

18、平春分點(diǎn)（平極）平春分點(diǎn)（平極） - 平恒星時(shí)平恒星時(shí) 以春分點(diǎn)為參考點(diǎn)的地球自轉(zhuǎn)以春分點(diǎn)為參考點(diǎn)的地球自轉(zhuǎn)2.2 時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng) LAST - 真春分點(diǎn)真春分點(diǎn)的地方時(shí)的地方時(shí) LMST - 平春分點(diǎn)平春分點(diǎn)的地方時(shí)的地方時(shí)GAST - 真春分點(diǎn)真春分點(diǎn)的格林尼治時(shí)的格林尼治時(shí) GMST - 平春分點(diǎn)平春分點(diǎn)的格林尼治時(shí)的格林尼治時(shí)Greenwich Apparent Sidereal Time Greenwich Mean Sidereal TimeLocal Apparent Sidereal TimeLocal Mean Sidereal Time地方子午線地方子午線格林尼治子午線格

19、林尼治子午線真春分點(diǎn)真春分點(diǎn)平春分點(diǎn)平春分點(diǎn)=GMSTLMSTGASTLASTn世界時(shí)世界時(shí)（UT - Universal Time）2.2時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng) 1）以真太陽(yáng)作為基本參考點(diǎn)，由其周日視運(yùn)動(dòng)確定的時(shí)間，稱(chēng)為）以真太陽(yáng)作為基本參考點(diǎn)，由其周日視運(yùn)動(dòng)確定的時(shí)間，稱(chēng)為真太陽(yáng)時(shí)。 一個(gè)一個(gè)真太陽(yáng)日就是真太陽(yáng)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)同一子午圈上中天所經(jīng)歷的時(shí)間。就是真太陽(yáng)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)同一子午圈上中天所經(jīng)歷的時(shí)間。 由于真太陽(yáng)的視運(yùn)動(dòng)速度是不均勻的，因而真太陽(yáng)時(shí)不是均勻的時(shí)間尺度，為由于真太陽(yáng)的視運(yùn)動(dòng)速度是不均勻的，因而真太陽(yáng)時(shí)不是均勻的時(shí)間尺度，為此引入虛擬的赤道上勻速運(yùn)行的此引入虛擬的赤道上勻速運(yùn)行的平

20、太陽(yáng)，其速度等于真太陽(yáng)周年運(yùn)動(dòng)的平均速度。，其速度等于真太陽(yáng)周年運(yùn)動(dòng)的平均速度。 一個(gè)一個(gè)平太陽(yáng)日就是平太陽(yáng)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)同一子午圈上中天所經(jīng)歷的時(shí)間，分就是平太陽(yáng)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)同一子午圈上中天所經(jīng)歷的時(shí)間，分為為24個(gè)個(gè)平太陽(yáng)時(shí)。 2）以格林尼治子夜起算的平太陽(yáng)時(shí)稱(chēng)為）以格林尼治子夜起算的平太陽(yáng)時(shí)稱(chēng)為世界時(shí)。 UT0 - 未經(jīng)任何改正的世界時(shí)未經(jīng)任何改正的世界時(shí) UT1 - 經(jīng)過(guò)極移改正的世界時(shí)經(jīng)過(guò)極移改正的世界時(shí) UT2 - 進(jìn)一步經(jīng)過(guò)地球自轉(zhuǎn)速度季節(jié)性改正后的世界時(shí)進(jìn)一步經(jīng)過(guò)地球自轉(zhuǎn)速度季節(jié)性改正后的世界時(shí)10UTUT 21UTUTT 以太陽(yáng)為參考點(diǎn)的地球自轉(zhuǎn)以太陽(yáng)為參考點(diǎn)的地球自轉(zhuǎn)2.2

21、時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng) 在地球完成自轉(zhuǎn)期間（一個(gè)恒星日），地球沿著其圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)在地球完成自轉(zhuǎn)期間（一個(gè)恒星日），地球沿著其圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道也移動(dòng)很短的距離（約為的軌道也移動(dòng)很短的距離（約為5908）。因此，經(jīng)過(guò)一個(gè)恒星日后，）。因此，經(jīng)過(guò)一個(gè)恒星日后，地球還要旋轉(zhuǎn)一個(gè)很小的角度才能使太陽(yáng)達(dá)到最高點(diǎn)地球還要旋轉(zhuǎn)一個(gè)很小的角度才能使太陽(yáng)達(dá)到最高點(diǎn)。因此，。因此，太陽(yáng)日太陽(yáng)日比比恒星日恒星日約長(zhǎng)約長(zhǎng)4分鐘。一年中的太陽(yáng)日要比恒星日少一天。這使得分鐘。一年中的太陽(yáng)日要比恒星日少一天。這使得恒恒星日星日=365.24366.24太陽(yáng)日太陽(yáng)日，即為，即為23小時(shí)小時(shí)56分分4.1秒。秒。地球地球地球地球太陽(yáng)

22、太陽(yáng) 春分點(diǎn)春分點(diǎn)太陽(yáng)太陽(yáng) 春分點(diǎn)春分點(diǎn)59 08n歷書(shū)時(shí)歷書(shū)時(shí)（ET - Ephemeris Time）2.2 時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng) 1）由于地球自轉(zhuǎn)速度不均勻，導(dǎo)致用其測(cè)得的時(shí)間不均勻。）由于地球自轉(zhuǎn)速度不均勻，導(dǎo)致用其測(cè)得的時(shí)間不均勻。1958年第年第10屆屆IAU決定，自決定，自1960年起開(kāi)始以地球公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為基準(zhǔn)的年起開(kāi)始以地球公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為基準(zhǔn)的歷書(shū)時(shí)來(lái)量度時(shí)間，來(lái)量度時(shí)間，用歷書(shū)時(shí)系統(tǒng)代替世界時(shí)，其秒長(zhǎng)規(guī)定為用歷書(shū)時(shí)系統(tǒng)代替世界時(shí)，其秒長(zhǎng)規(guī)定為1900年年1月月1日日12時(shí)整回歸年長(zhǎng)度時(shí)整回歸年長(zhǎng)度的的1/31556925.9747。 2）根據(jù)廣義相對(duì)論，太陽(yáng)質(zhì)心系和地球質(zhì)心系的時(shí)間將不

23、同。）根據(jù)廣義相對(duì)論，太陽(yáng)質(zhì)心系和地球質(zhì)心系的時(shí)間將不同。1976年，年，IAU定義了這兩個(gè)坐標(biāo)系的時(shí)間：定義了這兩個(gè)坐標(biāo)系的時(shí)間：TDT - 地球質(zhì)心力學(xué)時(shí)地球質(zhì)心力學(xué)時(shí) TDB - 太陽(yáng)系質(zhì)心力學(xué)時(shí)太陽(yáng)系質(zhì)心力學(xué)時(shí) TDT和和TDB可以看做是可以看做是ET分別在兩個(gè)坐標(biāo)系中的實(shí)現(xiàn)。分別在兩個(gè)坐標(biāo)系中的實(shí)現(xiàn)。 3）基于地球公轉(zhuǎn)的）基于地球公轉(zhuǎn)的歷書(shū)時(shí)歷書(shū)時(shí)，已被原子時(shí)所代替已被原子時(shí)所代替。 Terrestrial Dynamic TimeBarycentric Dynamic Time基于地球公轉(zhuǎn)基于地球公轉(zhuǎn)n原子時(shí)原子時(shí)（AT Atomic Time）2.2 時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng) 1）原子時(shí)

24、原子時(shí)是一種以原子諧振信號(hào)周期為標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)它進(jìn)行連續(xù)計(jì)數(shù)的是一種以原子諧振信號(hào)周期為標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)它進(jìn)行連續(xù)計(jì)數(shù)的時(shí)標(biāo)。基本單位是時(shí)標(biāo)?；締挝皇窃訒r(shí)秒原子時(shí)秒，其定義為：其定義為：在零磁場(chǎng)下，銫原子基態(tài)兩個(gè)超精在零磁場(chǎng)下，銫原子基態(tài)兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)間躍遷輻射細(xì)能級(jí)間躍遷輻射9192631770周所持續(xù)的時(shí)間。周所持續(xù)的時(shí)間。 在在1967年第年第13屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)上，正式確定原子秒的定義，把海平面屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)上，正式確定原子秒的定義，把海平面實(shí)現(xiàn)的原子時(shí)秒作為實(shí)現(xiàn)的原子時(shí)秒作為國(guó)際參照時(shí)標(biāo)國(guó)際參照時(shí)標(biāo)，規(guī)定為國(guó)際單位制中的時(shí)間單位，規(guī)定為國(guó)際單位制中的時(shí)間單位，即即SI （Internatio

25、nal System）秒）秒。 2）BIH比較、綜合世界各地的原子鐘數(shù)據(jù)，最后確定的原子時(shí)稱(chēng)為比較、綜合世界各地的原子鐘數(shù)據(jù)，最后確定的原子時(shí)稱(chēng)為國(guó)際原子時(shí)，簡(jiǎn)稱(chēng)，簡(jiǎn)稱(chēng)TAI。TAI是基于原子秒的，是基于原子秒的，IERS利用來(lái)自分布在全球的利用來(lái)自分布在全球的60多個(gè)實(shí)驗(yàn)室的多個(gè)實(shí)驗(yàn)室的200多個(gè)鐘，來(lái)計(jì)算多個(gè)鐘，來(lái)計(jì)算TAI。TAI起點(diǎn)：起點(diǎn)：1958年年1月月1日日UT2的的0時(shí)（時(shí)（-0.0039s） 由于地球自轉(zhuǎn)速度的不均勻，世界時(shí)與原子時(shí)之間的時(shí)間差逐年累積。由于地球自轉(zhuǎn)速度的不均勻，世界時(shí)與原子時(shí)之間的時(shí)間差逐年累積。 現(xiàn)在的現(xiàn)在的TDT計(jì)量是用原子鐘實(shí)現(xiàn)的，二者起點(diǎn)不同，有如下

26、關(guān)系：計(jì)量是用原子鐘實(shí)現(xiàn)的，二者起點(diǎn)不同，有如下關(guān)系：32.184TDTTAI基于原子鐘基于原子鐘n協(xié)調(diào)世界時(shí)協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC - Coordinated Universal Time ）2.2 時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng) 1）原子時(shí)與地球自轉(zhuǎn)沒(méi)有直接聯(lián)系。由于地球自轉(zhuǎn)速度長(zhǎng)期變慢的趨）原子時(shí)與地球自轉(zhuǎn)沒(méi)有直接聯(lián)系。由于地球自轉(zhuǎn)速度長(zhǎng)期變慢的趨勢(shì)，原子時(shí)與世界時(shí)的差異將逐漸變大，秒長(zhǎng)不等，大約每年相差勢(shì)，原子時(shí)與世界時(shí)的差異將逐漸變大，秒長(zhǎng)不等，大約每年相差1秒。為秒。為了保證時(shí)間與季節(jié)的協(xié)調(diào)一致，便于日常使用，使用原子秒的秒長(zhǎng)，又通過(guò)了保證時(shí)間與季節(jié)的協(xié)調(diào)一致，便于日常使用，使用原子秒的秒長(zhǎng)，又通過(guò)

27、跳秒始終保持與跳秒始終保持與UT1接近（接近（dUT1小于小于0.9s），建立），建立協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC。 2）UTC時(shí)間作為一種折衷的時(shí)間尺度，就是平時(shí)廣播、電視及其它時(shí)間作為一種折衷的時(shí)間尺度，就是平時(shí)廣播、電視及其它時(shí)間服務(wù)中所發(fā)布的時(shí)間。時(shí)間服務(wù)中所發(fā)布的時(shí)間。 如果如果UTC與與UT1差值超過(guò)限制，由差值超過(guò)限制，由IERS來(lái)控來(lái)控制制UTC的跳秒。國(guó)際原子時(shí)的跳秒。國(guó)際原子時(shí)TAI是不調(diào)整的，這樣是不調(diào)整的，這樣UTC跟跟TAI之間就會(huì)相差之間就會(huì)相差整秒數(shù)。整秒數(shù)。11UTUTCdUTsecUTCTAIn跳秒跳秒 Leap SeconddUT1n

28、TAIUTC11dUTUTUTC跳秒跳秒 Leap SecondnGPS時(shí)時(shí)（GPST - GPS Time ）2.2 時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng) GPST也是一種原子時(shí)，由美國(guó)海軍觀測(cè)實(shí)驗(yàn)室（也是一種原子時(shí)，由美國(guó)海軍觀測(cè)實(shí)驗(yàn)室（USNO）負(fù)責(zé)維持。）負(fù)責(zé)維持。 在在1980年年1月月6日（星期日）日（星期日）0時(shí)，將時(shí)，將GPST設(shè)置成與設(shè)置成與UTC完全一致。完全一致。GPST采用采用TAI原子時(shí)秒長(zhǎng)，并且不跳秒。原子時(shí)秒長(zhǎng)，并且不跳秒。GPST與與TAI相差常數(shù)，為相差常數(shù)，為19.0s。 GPST與與UTC間的差異將隨著跳秒次數(shù)的增加而越來(lái)越大，如間的差異將隨著跳秒次數(shù)的增加而越來(lái)越大，如20

29、04年年7月，月，GPST超前超前UTC14s。19.0secGPSTTAIGPS week+towGPST=doy 【格里高利歷【格里高利歷 - Gregorian date】- 目前，世界上廣泛采用的歷法。目前，世界上廣泛采用的歷法。它以一個(gè)由它以一個(gè)由146097天所組成的天所組成的400年周期為基礎(chǔ)，年周期為基礎(chǔ)，1年的平均長(zhǎng)度為年的平均長(zhǎng)度為365.2425天。天。1年被劃分為年被劃分為12個(gè)月，閏年的二月為個(gè)月，閏年的二月為29天，否則為天，否則為28天。天。 【儒勒日【儒勒日J(rèn)D - Julian Date 】- JD（儒勒日）是方便的平太陽(yáng)日（儒勒日）是方便的平太陽(yáng)日連續(xù)計(jì)時(shí)連

30、續(xù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)，它從公元前系統(tǒng)，它從公元前4713年開(kāi)始。傳統(tǒng)上，儒勒日是從年開(kāi)始。傳統(tǒng)上，儒勒日是從UT1的的正午正午12時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)開(kāi)始計(jì)的。的。 【約化儒勒日【約化儒勒日MJD - Modified Julian Date 】- MJD = JD 2400000.5 儒勒日儒勒日J(rèn)D到約化儒勒日到約化儒勒日MJDa）可以減?。┛梢詼p小JD數(shù)值的大??；數(shù)值的大??；b）MJD的日期的日期從子夜從子夜0時(shí)起計(jì)時(shí)起計(jì)，而改變，而改變JD從正午從正午12時(shí)起計(jì)的特點(diǎn)。時(shí)起計(jì)的特點(diǎn)。2.2 2.2 時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng)n儒勒日儒勒日n格里高利歷格里高利歷相互轉(zhuǎn)換GregorianJulianJulianGPSTGregoriandoy【儒勒歷元Julian Epoch 】J2000.0 Julian EpochJulian date 2451545.0 January 1, 2000, 11:59:27.816 TAI January 1, 2000, 11:58:55.816 UTC 一個(gè)儒勒年的長(zhǎng)度為一個(gè)儒勒年的長(zhǎng)度為365.25個(gè)平太陽(yáng)日。個(gè)平太陽(yáng)日。Julian Epoch = 2000.0 + (Julian Date 2451545.0) / 365.252