基础天文学历法ppt课件

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1、第四讲 时间与历法,时间是什么？,中世纪著名思想家奥古斯丁有一句名言： “时间是什么？人不问我，我很清楚，一旦问起，我很茫然。” 时间的重要特性：流逝性、测度性,时间的本质,原始时间观念:远古的人类感觉到事件发生的先后、物体运动的进程，由直觉产生的时间概念。 远古的原始时间观 古希腊的柏拉图认为空间是一个早已存在的框架，宇宙装在其中，而时间则是从宇宙中产生。强调说时间是“运动着的永恒的形象”。 哲学家的时间观 18世纪康德唯心主义时间观：时间不是外部客观事物的特征，而只是人们主观对客观存在的一种感受，是人类本能的一种表现形式。 唯物主义的时间观：时间不依赖于人的主观意识，是客观实际物质运动的一

2、种表现形式。 要得到对时间的正确认识，必须与对空间的认识相结合。时间用以描述事件之间的顺序，而空间用以描述物体的位形。,绝对时空观 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地，均匀地流逝。 牛顿 存在着绝对时间和绝对空间，它们既彼此互不关联，又与物质和运动无关。,相对时空观 空间 时间未必能看作是可以脱离物质世界的真实客体而独立存在的东西，并不是物体存在于空间中，而是这些物体具有空间广延性。这样看来，关于一无所有的空间的概念就失去了意义。 爱因斯坦 物质的引力作用使得时空弯曲，因而时空的性质与物质及其运动有关。,时 间 的 计 量,1、建立时间系统的目的 判别和排列事件

3、发生的先后顺序和运动的快慢。,时间有 “间隔”、“时刻”两个含义 时刻：事物运动中，某一状态发生的瞬间。 间隔：事物某一运动过程所经历的时间。,2009,2010,2011,2012,2013,2、时间计量包含,3、时间计量的基本原则,选择某一运动规律已掌握，运动状态可观测到的具体事物。 选取该事物的某一运动过程为时间的基本单位。 选取该事物的某一运动状态为时间计量的起算点。,先民日出而作，日入而息， 太阳是天然的钟表。,1、 时间计量系统,一、恒星时(sidereal time)： 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

4、中天,恒星时在数值上,等于春分点的时角 S = tr = + t 当任一恒星上中天时 t=0 即s=,二、真太阳时(true solar time),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 t12h,(the date will change at midnight),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。,北极点,子午线,春分点,周年,周日,赤道,m s 3

5、m56s,2、真太阳时的缺陷,（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。,三、平太阳时(mean solar time),引入的一个假想参考点。 在黄道上建立第一个辅助点 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。 在赤道上建立第二个辅助点 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。,1.平太阳,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

6、太阳连续两次下中天的时间间隔 起始点：下中天 平太阳时以平太阳的时角度量 ： m = tm + 12h 平太阳时是我们最经常使用的计时系统,春分点,赤道,黄道,平太阳,真太阳,四、时差,真太阳的时角与平太阳的时角之差。 = t t m 时差的零点与极大值： 一年中四次为零 四次为极大值,真太阳时,真太阳视圆面中心连续两次上中天的时间间隔为1真太阳日。1真太阳日划分为24真太阳小时，又取1真太阳时=60真太阳分，1真太阳分=60真太阳秒。 真太阳时的计量起点是真太阳上中天，真太阳的时刻就是其时角。为了照顾生活习惯，1925年起，把真太阳时定义为 ，即将起点定在下中天时刻。 真太阳的视运动是地球自

7、转和公转运动的共同反映。地球的公转轨道是椭圆，公转速度不均匀，而且自转轴不垂直于公转轨道面。以上原因使得真太阳日的长度每天都不同，最长和最短相差可达51s。 真太阳时与日常生活的节律一致。真太阳日的长度比地球的自转周期长。 真太阳时不是均匀的时间计量系统。,平太阳时,为了克服真太阳时的缺陷，引入了一个假想的参考点平太阳，据此建立了平太阳时，简称平时，并将格林尼治子午圈的平时称为世界时。 第一辅助点黄道平太阳。在黄道上做匀速运动，其视运动的速度等于太阳时运动速度的平均值，并且与真太阳同时经过近地点和远地点。 第二辅助点赤道平太阳。在赤道上做匀速运动，不仅与第一辅助点速度相同，而且两者同时经过春分

8、点和秋分点。 赤道平太阳连续两次上中天的时间间隔为1平太阳日。,恒星时,春分点连续两次上中天的时间间隔为1恒星日。恒星日也划分为恒星小时、恒星分和恒星秒。 恒星时的起点定义为春分点上中天。 恒星时与日常生活的节律有偏差，故不能用于日常生活中的计时量。在天文观测中，观测时刻必须用恒星时计量。,2、地方时、世界时、区时,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，以时角度量的。 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，参考点经过的天子午圈不同，所得时刻也不同。,计量系统的地方性 （以地球自转为基础）,1、地方时,定义： 以本地

9、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。 A -B = mA mB = tA tB SA SB = tA tB = A -B,2、世界时与区时,世界时：（S、M、M） 以本初子午(Greenwich) 为标准的地方时为世界时 （= 0h ） m - M = s - S = （ + 东、 - 西 ）,本初子午线,区时（Th）为平时系统 （ N = N15）,把全球分成24个时区，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。 这样的区域称为时

10、区 ；这样的时间称为区时。,我国从东向西横跨五个时区,统一采用北京所在的东八时区的区时，即东经度经线的地区（无锡）的地方时为“北京时间” 注意:北京时间不是北京地方平时，二者相差约14.5分钟。,帕米尔时区,回藏时区,陇蜀时区,中原时区,长白时区,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。,时刻的有关概念,平时系统和恒星时系统的特点：时刻起算

11、点周期性重复。 平时系统中，平时为0h的时刻作为一天的起点，标以日期； 但在恒星时系统中没有日期的概念。通常所说的某月某日恒星时某时，日期是平时系统的日期。 对于同一日期的两个瞬间 1、只要给出了它们的平时时刻，即可由数值的大小判断发生的先后顺序。 2、 对于恒星时时刻，要视两个时刻在恒星时0h的同侧还是两侧而定，并不仅取决于数值的大小。,3、恒星时与平时的换算,S、是两个不同的时间计量系统 ）时间单位不同：恒星日平太阳日 ）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。

12、1回归年365.2422平太阳日366.2422恒星日 1恒星日=365.2422/ 366.2422平太阳日 （11366.2422）0.9972696平太阳日 ms（11366.2422） 1平太阳日=366.2422/ 365.2422 恒星日 （11365.24221.0027379恒星日 sm（11365.2422）,二、平时时刻与恒星时时刻的换算,1、格林尼治的时刻换算 （=0o） 1）已知平时求恒星时： MS SSoM（11365.2422） 2）已知恒星时求平时： SM MMoS（11366.2422） 或 MS（11366.2422）-（24h - Mo） So是当日世界时为

13、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。,S=0,s0,s,M,M2= 0h,M（11365.2422）,So,S（11366.2422）,M1= 0h,24 h-M0,Mo,4、现代时间服务,时间计量工作的三项内容 测时、守时、授时,1、测时,测定恒星的瞬时位置，经过归算获得准确时刻（圭表gnomon、日晷sundial、中星仪transit instrument等）,2、守时,用守时工具把所测时间持续下去.是整个时间工作中最关键的一环，它的任务是产生和保持高精度的准确时间 。（滴漏、沙漏、计时香、天文钟、石英钟、原子钟）,惠更斯摆钟,布拉格市政厅天文钟,多级漏壶

14、,沙漏,地球,电台,用户,3、授时：时间服务、播时,授时系统是确定和发播精确时刻的工作系统。 把测得的时间用各种手段播报出（鸣锣击鼓、无线电报时、电视系统授时）,一、世界时的改正：,定义： 0的地方平太阳时 M 测定： UTtm12h（Sm）12h,为什么要对世界时 (地球自转时间) 进行改正? 世界时不是一个均匀的时间计量系统,影响的因素扰动地球自转的各种力,1、极移： 地球瞬时自转轴在地球本体内的运动。 （地极移动造成地理经纬度的变化）,1984-2002,2、地球自转不均匀 （地球自转速度变化）,长期变化：自转减慢，日长增0s.0016百年 月球引力引起的海洋潮汐 潮汐作用相当于把地球自

15、转向回拉使一天变长, 将来终有一天的长度相当于现在一个月 约4亿年前, 一年有400天 约1亿年前, 一天只有现在的 20 小时长 季节变化: 自转上半年慢，下半年快 0s.001（大气环流） 不规则变化: 时快时慢。（各种因素）,UT的三种系统,显然，地球自转速率的不均匀性和极移的影响都包含在世界时中。 1956年起，把世界时划分为三种： （1）UT0：天文台直接测量的结果 （2）UT1：对UT0做经度的修正 UT1UT0 （3）UT2：对UT1做季节变化的改正 UT2UT1Ts UT2系统不仅含有地球自转的长期变化及不规则变化，同时还受经验改正Ts不够严格的影响，它并非是一个均匀的时间计量

16、系统。 （地球钟的稳定度0.710-9 秒）,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”。 目前最好的铯原子钟的稳定度能够达到1500万年不差一秒。 现在国际上普遍采用铯原子钟来产生和保持标准时间。,二、原子时 （TAI）,定义： 以原子内部的运动规律为基础建立的时间计量系统。 原子钟的稳定度达10 -13 时间单位： 原子时秒 （SI）：在海平面上铯原子133基态的两个超精细能级在零磁场中跃迁辐射振荡9192631770周所持续时间。,1H,199Hg+,9,192,631,770,