時(shí)間系統(tǒng)常識(shí)

人類根據(jù)天體的運(yùn)動(dòng)周期建立了時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)，本節(jié)和上節(jié)內(nèi)容均屬時(shí)間的計(jì)量，歷法度量年、月、日，時(shí)間度量時(shí)、分、秒。時(shí)間及其單位一般來說，在以上六種單位中，日是一種自然的單位，年、月為日的積累，時(shí)、分、秒為日的分割。現(xiàn)代計(jì)量中基本的時(shí)間單位是秒。最初的秒長是從日長中派生出來的。日是天體周日運(yùn)動(dòng)的周期，如：恒星日、太陽日、太陰日。其中與人類生活最密切的是太陽日。而太陽日可分為真太陽日和平太陽日。（一） 真太陽日和平太陽日（P71）1.真太陽日真太陽日即前述的太陽日，是太陽周日運(yùn)動(dòng)的周期，太陽連續(xù)兩次某地上中天的時(shí)間間隔。在1太陽日中，地球自轉(zhuǎn)了360059'。（1） 特點(diǎn)：長短不等，因季節(jié)而變化。（2） 原因：地球公轉(zhuǎn)速度的不均勻（太陽周年運(yùn)動(dòng)的不均勻）地球公轉(zhuǎn)的平均速度為59'/日，但在近日點(diǎn)附近為61'/日，遠(yuǎn)日點(diǎn)附近為57'/日。所以，當(dāng)?shù)厍颉?月初過近日點(diǎn)時(shí)，1真太陽日為地球自轉(zhuǎn)360度61'的時(shí)間，7月初過遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)，1真太陽日為地球自轉(zhuǎn)360度57'的時(shí)間。黃赤交角的影響即使地球在公轉(zhuǎn)軌道上的公轉(zhuǎn)速度是均勻的，由于￡的存在，真太陽日長短仍然不相等。上面討論地球自轉(zhuǎn)時(shí)，總是假設(shè)地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)在同一平面上，即地球自轉(zhuǎn)是赤道平面，太陽周年運(yùn)動(dòng)也是赤道平面，忽略了￡的存在。但實(shí)際上，太陽周年運(yùn)動(dòng)在黃道上進(jìn)行，￡=23026'。當(dāng)?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)時(shí)，太陽每日平均在黃道上東移59'，地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)不是一個(gè)平面，不能簡單相加。如圖：在二分日時(shí)，太陽每日黃經(jīng)差造成的赤經(jīng)差較小，此時(shí)地球自轉(zhuǎn)＜360059'；二至日時(shí)，太陽每日黃經(jīng)差造成的赤經(jīng)差較大，此時(shí)地球自轉(zhuǎn)＞360059'。因此，真太陽日的長度大體是二至日最長，二分日最短，二者的變幅約為±21S。綜合上面兩方面因素，￡的影響是主要的，其次才是公轉(zhuǎn)速度的變化。公轉(zhuǎn)速度的影響是使得冬至日要比夏至日更長一些，而春分日要比秋分日更短一些。由于真太陽日的長度是不斷變化的，不宜用作時(shí)間單位?？茖W(xué)家們以平太陽日取代真太陽日，以消除真太陽日中的不穩(wěn)定因素。平太陽日（1） 平太陽：在天赤道上以59'/日的速度作勻速運(yùn)動(dòng)的假想太陽。（2） 平太陽日：平太陽周日運(yùn)動(dòng)的周期。它是真太陽日長度的全年平均值。與真太陽日相比，平太陽日消除了真太陽日中的不穩(wěn)定因素，為地球自轉(zhuǎn)360059'所用的時(shí)間。平常所指的時(shí)間均是指平太陽系統(tǒng)而言的。如1回歸年=365.2422（平太陽）日，1朔望月=29.5306（平太陽）日。但是，平太陽日的穩(wěn)定性是以地球自轉(zhuǎn)的穩(wěn)定為前提的。當(dāng)?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)速度發(fā)生變化時(shí)，這種穩(wěn)定性便不存在了。因此，平太陽日的長度仍是變化的。（二） 科學(xué)上時(shí)間單位的演變以地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)周期為基礎(chǔ)確定的上述計(jì)時(shí)單位，在人類的生產(chǎn)、生活中，具有極其重要的實(shí)踐意義。在漫長的人類社會(huì)歷史中，春種、夏鋤、秋收、冬藏，“日出而作，日沒而息”。一直是人們共同遵循的活動(dòng)規(guī)律。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們需要更精密的時(shí)間計(jì)量，于是產(chǎn)生了更小的時(shí)間計(jì)量單位一一時(shí)、分、秒。它們都是對日這一時(shí)間計(jì)量單位進(jìn)一步等分而得出的。如時(shí)是日的1/24，分是日的1/1440，秒是日的1/86400。時(shí)、分、秒的測定和表示，也是以具有穩(wěn)定周期性和復(fù)現(xiàn)性的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)為依據(jù)的。利用擺的周期性運(yùn)動(dòng)，人們制做了用于測定和表示時(shí)間的機(jī)械鐘表。后來，人們發(fā)現(xiàn)晶體每秒鐘振蕩幾百萬次，而且，這種振蕩運(yùn)動(dòng)的周期非常穩(wěn)定。本世紀(jì)30年代制成了石英鐘，使時(shí)間計(jì)量達(dá)到每300年僅相差1秒的精確程度。隨著現(xiàn)代物理學(xué)的飛速發(fā)展，人們從微觀世界中發(fā)現(xiàn)了更加精確、穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)周期。例如，當(dāng)原子受到X射線輻射時(shí)，其軌道電子從一個(gè)位置躍遷到另一個(gè)位置所產(chǎn)生的電磁波，振動(dòng)周期每秒鐘可達(dá)幾十億次，而且周期極其精確、穩(wěn)定。本世紀(jì)中葉以來，根據(jù)這種振動(dòng)周期而制做的各種原子鐘相繼問世，使時(shí)間計(jì)量達(dá)到了更加精確的程度。地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)際上都不是勻速的。從長期看來，地球自轉(zhuǎn)速度有變慢的趨勢，近2000年來，一日的長度大約每過100年即增加1.6毫秒。根據(jù)天體運(yùn)行周期確定的計(jì)時(shí)系統(tǒng)，在科學(xué)技術(shù)水平低下的時(shí)代，可以滿足人們生活、生產(chǎn)等活動(dòng)對時(shí)間計(jì)量的需要。科學(xué)技術(shù)的高度發(fā)展則要求時(shí)間計(jì)量具有與之相適應(yīng)的高精度。例如，宇航事業(yè)的發(fā)展，就要求時(shí)間計(jì)量必須高度的精確。這就促進(jìn)了時(shí)間計(jì)量技術(shù)不斷發(fā)展，精確度越來越高。1.平太陽秒科學(xué)上采用的時(shí)間單位曾經(jīng)長期為平太陽秒。1平太陽秒=1/86400平太陽日由于平太陽日隨地球自轉(zhuǎn)速度而發(fā)生改變，所以平太陽秒是變化的，無法滿足精密科學(xué)對時(shí)間的要求。因此天文學(xué)上自1960年起采用新的單位。歷書秒產(chǎn)生：由于平太陽秒長短不等，天文學(xué)家轉(zhuǎn)向?qū)ふ议L度不變的“秒”。由長期觀測得知，地球公轉(zhuǎn)周期相當(dāng)穩(wěn)定，于是人們設(shè)想，把地球公轉(zhuǎn)周期的若干分之一定為“秒”長，也許會(huì)相當(dāng)均勻。因此誕生了新的時(shí)間單位“歷書秒”。長度：P128優(yōu)點(diǎn)：歷書秒是等長的。由于歷書秒聯(lián)系地球的公轉(zhuǎn)，而公轉(zhuǎn)比自轉(zhuǎn)具有更大的穩(wěn)定性；且歷書秒不是聯(lián)系每年的公轉(zhuǎn)，而只是按照1900.0年的情況，將回歸年的秒數(shù)定為31556925.9747秒。無論以后回歸年的秒數(shù)發(fā)生怎樣的改變，天文歷書永遠(yuǎn)采用同樣的秒長。缺點(diǎn)：由于歷書秒的測量精度不高，1967年國際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)定義了新的秒長：原子秒1原子秒=銫原子躍遷振蕩9192631770次所用時(shí)間。原子秒既不聯(lián)系地球公轉(zhuǎn)也不聯(lián)系自轉(zhuǎn)，而是以原子躍遷振蕩為依據(jù)。原子秒既克服了平太陽秒的不均勻性，又克服了歷書秒測時(shí)精度低的缺點(diǎn)，是一種較為理想的時(shí)間單位。時(shí)間的測定時(shí)間是由天體的時(shí)角測定的。因地球自西向東的自轉(zhuǎn)表現(xiàn)為天體自東向西的周日運(yùn)動(dòng)，因此一天中，時(shí)間的流逝表現(xiàn)為天體時(shí)角的持續(xù)變化。被選定用來度量時(shí)間的天體有二：y——'恒星時(shí)；。一一太陽時(shí)。（一） 恒星時(shí)S恒星時(shí)即春分點(diǎn)的時(shí)角°S=ty=a+t=a午由于天球上并沒有明顯的春分點(diǎn)的標(biāo)志，故恒星時(shí)并不是直接測定的，而是根據(jù)恒星的赤經(jīng)間接獲得的。只要觀測一下位于中天的恒星，再查出該恒星的赤經(jīng)，便可知當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐暮阈菚r(shí)。（二） 太陽時(shí)m太陽時(shí)是根據(jù)t?度量出來的時(shí)間。1.定義：m=tG）+12h測定：太陽時(shí)不是直接由t?測定的。因太陽有一視圓面，難以精確測定其中心，故直接測定t?誤差極大，而是由恒星時(shí)間接得出的。VS=t?+a??而S=a午.'.t?=S—a?=a午一a?因此：m=a午一a?+12h視太陽時(shí)m視=a午一a視+12h（視時(shí)長短不等）平太陽時(shí)m平=a午一a平+12h（為m視的平均值，均勻等長）通常所用的時(shí)間即平太陽時(shí)m平。但因平太陽不存在，a平不能直接測出，故m平不能直接測定，而由m視換算。3.時(shí)差n?.?m平為m視的平均值，m視長短不等，m平均勻等長?.?m視與m平之間存在差值，即時(shí)差。定義：視太陽時(shí)與平太陽時(shí)的差值。公式：n=隊(duì)視一隊(duì)平n可由視太陽與平太陽的運(yùn)動(dòng)規(guī)律逐日計(jì)算得出，天文年歷中載有每日的時(shí)差值。n有正負(fù)。{+值：m視〉m平，即t視〉t平，視太陽在西，先過中天；-值：m視5平，即t視＜t平，平太陽在西，先過中天。m平=隊(duì)視一n時(shí)間測定公式S=tY=a午m視=a午一a視+12hm平=m視一n??作業(yè)：P141各地的時(shí)間時(shí)刻根據(jù)天體的時(shí)角測得。由量時(shí)天體的不同得到三種時(shí)刻：恒星時(shí)（Y）、視太陽時(shí)（視日）、平太陽時(shí)（平日）。由于天體的時(shí)角因地而異，故這種根據(jù)天體的時(shí)角測得的時(shí)刻也是因地而異的，由此產(chǎn)生了各地的時(shí)間。（一）地方時(shí)（t）各地根據(jù)天體時(shí)角測得的時(shí)刻因經(jīng)度而不同，這種因經(jīng)度而不同的時(shí)刻稱地方時(shí)。1.定義：按本地經(jīng)度測得的時(shí)刻，稱地方時(shí)。包括地方恒星時(shí)（S），地方視太陽時(shí)（m視），地方平太陽時(shí)（m平）。2.與經(jīng)度的關(guān)系：t1—t2=A1-入2（1） 相同經(jīng)度的地方有相同的地方時(shí)。即：S1=S2；m視1=m視2；m平1=m平2。（2） 較東的地方有較快的地方時(shí)。因天體自西向東做周日運(yùn)動(dòng)，較東的地方較先看到天體中天，因而有較早的地方時(shí)。（3） 具體關(guān)系：t1—t2=A1-入2即兩地的地方時(shí)之差等于它們的經(jīng)度之差。入的+、一號。入為地方經(jīng)度，東經(jīng)為+,西經(jīng)為一。t與入的單位要統(tǒng)一。例：已知150W地方時(shí)為10h,求150E的地方時(shí)？已知：t1=10h,入1=—150=-1h,入2=+1h求：t2解：t1—t2=A1-入210—t2=-1—1t2=12h由于地方時(shí)因經(jīng)度而不同，微小的經(jīng)度差異便會(huì)帶來時(shí)間上的不同，不利于各地的相互交往。（二） 世界時(shí)（TO）1.定義：格林尼治（00經(jīng)線）的地方平時(shí)。2.與地方時(shí)的換算：TO=t-久TO—t=A0-入 而入0=0故T0=t-入世界時(shí)作為全球通用時(shí)間雖然統(tǒng)一，但與世界各地大多數(shù)地區(qū)的生活習(xí)慣不相符。于是人們傾向于一種既在一定范圍內(nèi)時(shí)間保持一致，又與人們生活習(xí)慣相差不多的時(shí)間系統(tǒng)。（三） 區(qū)時(shí)1.時(shí)區(qū)（n）劃分：全球按經(jīng)度劃分為24個(gè)時(shí)區(qū)，每時(shí)區(qū)跨經(jīng)度150。與經(jīng)度的關(guān)系：n=A/150=整數(shù)（四舍五入）如：640E所在時(shí)區(qū)：n=640/150=+4中央經(jīng)線：位于每時(shí)區(qū)中央的經(jīng)線。入=150大n區(qū)時(shí)定義：每一時(shí)區(qū)中央經(jīng)線的地方平時(shí)為該時(shí)區(qū)的區(qū)時(shí)。它是全區(qū)的通用時(shí)間。如：東8區(qū)的區(qū)時(shí)即1200E的地方平時(shí)。對于全區(qū)來說，它是全區(qū)的通用時(shí)間；對于1200E來說，它也是地方時(shí)。1.與時(shí)區(qū)的關(guān)系（1） 同一時(shí)區(qū)有相同的區(qū)時(shí)。（2） 較東時(shí)區(qū)有較快的區(qū)時(shí)。如：東12區(qū)比東11區(qū)快1小時(shí)；東12區(qū)比東10區(qū)快2小時(shí)；東12區(qū)比東9區(qū)快3小時(shí)；東12區(qū)比0區(qū)快12小時(shí)；東12區(qū)比西12區(qū)快24小時(shí)；（3） 區(qū)時(shí)換算：T1—T2=n1—n2式中：n為時(shí)區(qū)序號（東+西一），T為相應(yīng)時(shí)區(qū)的區(qū)時(shí)?！蔡厥庵担㏕>24h，則在結(jié)果中一24h,日期為明日。T<Oh,則在結(jié)果中+24h，日期為昨日?！怖┮阎獤|8區(qū)T=10h,求西8區(qū)T=?解：T1=10h,n1=+8,n2=—8,T2=?T1—T2=n1—n210—T2=8—（—8）T2=—6—6+24=18即昨日18h。（4） 區(qū)時(shí)與世界時(shí)的換算TO=Tn—n世界時(shí)即OO經(jīng)線的地方平時(shí)，因此它也是O時(shí)區(qū)的區(qū)時(shí)。Tn—TO=O—nTO=Tn—n現(xiàn)實(shí)時(shí)區(qū)和法定時(shí)以上所講為理論時(shí)區(qū)和區(qū)時(shí)。時(shí)區(qū)的界線嚴(yán)格以經(jīng)線為界。但各國在實(shí)際應(yīng)用時(shí)往往根據(jù)自己領(lǐng)土的情況，常以行政區(qū)界或某種自然界線作為時(shí)區(qū)的界線，這樣一個(gè)國家或一個(gè)地區(qū)可采用同一時(shí)間，而不致被劃分為不同時(shí)區(qū)采用不同的時(shí)間。這種人為規(guī)定的時(shí)區(qū)稱為現(xiàn)實(shí)時(shí)區(qū)。在現(xiàn)實(shí)時(shí)區(qū)內(nèi)采用的同一時(shí)間為法定時(shí)。詳見P138圖，P135文。北京時(shí)間定義：（P136）東8區(qū)的區(qū)時(shí)或1200E的地方平時(shí)。與北京地方時(shí)的區(qū)別北京時(shí)間為1200E的地方平時(shí)，而北京地方時(shí)為116019'E的地方平時(shí)。1.北京時(shí)間為全國通用時(shí)間。我國幅員遼闊，自730E?1350E，跨5個(gè)時(shí)區(qū)（東5?東9區(qū)）。理論上，這5個(gè)時(shí)區(qū)有各自的區(qū)時(shí)，但為了全國各地相互協(xié)調(diào)，目前以北京時(shí)間為全國通用時(shí)間。因此，各地有不同的作息時(shí)間，如新疆：上午10h上班，中午2h午飯，晚上11?12h休息。自1986年起，新疆民用時(shí)采用烏魯木齊（東6區(qū)）時(shí)間。（四）日界線在地球上，經(jīng)度相差3600的兩地，時(shí)間即相差24h（1日），這兩地時(shí)刻相同但日期相差1日，區(qū)分兩地的差異是通過安排日界線來進(jìn)行的。1.理論上的日界線一一1800經(jīng)線

日界線的安排是人為規(guī)定的，它可以是任一條經(jīng)線，但為了減少日期進(jìn)退給當(dāng)?shù)鼐用駧淼牟槐悖?884年國際經(jīng)度會(huì)議決定將1800經(jīng)線定為日界線。實(shí)際上的日界線事實(shí)上，為照顧各國的領(lǐng)土界線，日界線并不完全是1800經(jīng)線，而是有所彎曲：P139日界線以西為東12區(qū)，以東為西12