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1、 3.1 时 间一、 时间和时间计量1时间和时间的本质时间与空间一样，都是物质存在的一种形式，宇宙万物都在时间的长河中发生、发展与变化着。斗转星移，日月盈亏，寒来暑往，潮涨潮落总是一件事接着一件事，一个过程跟着另一个过程，绵延不断，反映出时间是无始无终的，时间又是连续的。这种物质运动变化的序列和持续的性质，就是时间的本质。2时间的含义时间有时刻和时段两重含义，时刻是指无限流逝时间中的某一瞬间，就像时间尺度上的刻度与标记-用以确定事件发生的先后，如：年号、月份、日期、时、分、秒等；而时段是指任意两时刻之间的间隔-用以衡量事件经历的长短，如：年数、月数、日数、时数、分数、秒数等。3. 量时的原则时
2、间是通过物质的运动形式来计量表达的。但在选择不同的物质运动形式来表达或计量时间的过程中，必须遵从的三个原则是：被时间计量所考察的物质运动必须具有-周期性、稳定性和可测性。地球公转运动、月球公转运动和地球自转运动都符合量时原则的三性，分别以它们运动周期来计量时间，便产生了年、月、日的基本单位。然而，就同一种周期性运动，选择不同的量时间体（参考点），其周期时值也不同，于是便产生了不同的时间计量系统。例如依据地球自转的恒星时、太阳时系统，依据地球公转的历书时系统；依据原子振荡的原子时系统等等。二、时间计量系统1恒星时如果把遥远的恒星看作是不动的，并把它作为参考点，地球自转一周，即自转360 所需的时
3、间为1恒星日（恒星日长的24分之一定义为1恒星小时。比恒星时小的单位为60进制，于是有：1恒星时=60恒星分； 1恒星分=60恒星秒）。在恒星日里，再以恒星的时角来推算时刻，这样的时间称恒星时。但以哪一颗恒星作参考点呢？天文界是选择春分点，即把春分点当作一颗恒星，或假设有一恒星位于春分点，于是，用春分点作为量时天体所计量的时间叫恒星时。目前天文界已人为规定春分点的时角就是恒星时，以春分点上中天作零时起算，即：恒星时等于春分点的时角。2太阳时自古以来，人们就是以太阳在天穹上的位置来确定一日中的时间的。太阳在天穹上的经向位置，在天球坐标系的第一赤道坐标中就是时角。这种以太阳时角来确定的时间被称为太
4、阳时。太阳时角在度量时以午圈为始圈，就是说，当太阳位于上中天，即正午时，太阳时角为0时，而自古人们就把正午的时间定为12时，故太阳时与太阳时角有12时的差值，即：太阳时与恒星时的差别在于：恒星时只包含地球自转的因素；而太阳时既包括地球自转的因素，又包含地球公转的因素。以恒星日与太阳日为例，恒星日是地球自转360 所需的时间；太阳日是地球自转约（360 +59）所需的时间，其中59是地球公转1日的平均角距离。这第9章地球及其运动部分有较详细的说明，在此不再赓述，但还要说明的是，太阳时有视太阳时与平太阳时之分。视太阳时地球的公转不是匀速的，在一年中，近日时公转较快，远日时公转较慢；因此，与地球公转
5、相对应的太阳周年视运动同样不是匀速的。再者，时间是在天赤道上计量，而太阳是在黄道上作周年视运动，赤道平面与黄道平面并不重合，存在2326的交角，所以，即使地球公转是匀速的，太阳每日在黄道上的视运动的赤经增量也不会匀速。因此，我们把在黄道上作非匀速视运动的太阳视圆面中心称为视太阳，以视太阳的时角所推算的时间就称为视太阳时，简称视时。显然，视太阳时的日，其长度是变化的，严格点说是每天都在变化。如果1日中的时、分、秒数都是固定的，那么，时、分、秒的长度也是变化的；如果时分秒的长度是固定的，那么，一日中的时、分、秒数就是变化的，比如，有时1日会超过24小时，有时1日为24小时，有时1日不到24小时。我
6、国古代用日晷测定的时间就是这种视太阳时。平太阳时简称平时，以平太阳的时角来计算的时间，并以平太阳下中天时为平太阳时零时，也称民用时。因为平太阳是一虚设的点不能观测，实际应用时是通过测定视时或恒星时而换算成平时。假设平太阳在天赤道匀速运行，周期为回归年，这样，平时与视时之间，除按预定的年首和年尾吻合之外，其它时间都会有一个差值，天文界定义：视时与平时之差，称为时差（即：时差=视时-平时）。时差有正有负，可大可小。这主要是上述定义的两个太阳（视太阳和平太阳）、两条路线（黄道与天赤道）、两种速度（变速和匀速）、同一周期（回归年）的缘故。时差与观测者地理位置无关，只与观测日期有关。时差每年四次等于零，
7、在4月16日、6月15日、9月1日和12月24日前后；如图3.1。四次极值（极大和极小）见表3.1。时差的周年变化，是视太阳日长度的周年变化结果。表3.1 时差极值日期表日期2月12日左右5月15日左右7月26左右11月3日左右极值14.4秒3.8秒6.3秒16.4秒历书时原想平太阳时的日、时、分、秒都应该是稳定的，但是，随着科学的发展，特别是石英钟的问世，人们不仅知道地球自转不是匀速的，连公转周期也不稳定，即回归年的长度也有变化。1952年，国际天文协会联合会作出决议，把1900年1月1日12时正的回归年长度作为标准，把这一年长度的1/365.2422246060(1/31 556 925.
8、9747)即这一年的平太阳秒作为1秒的固定长度.称为历书秒（用于制订天文历书的标准秒），就是说，即使以后地球自转和公转的周期（日与年）有变化，秒的长度则不变了。以平太阳时为基础，以历书秒作为计时的基本单位所确定的时间称为历书时。它是从1960年开始实行的。因历书秒的长度是固定的，但这样的秒是很难取得的，虽经多年的观测和运算，其精度比太阳秒差不了十倍。而且，这种秒也很难保存，现在几乎不用历书时。原子时由原子内部能级跃迁所发射或吸收的极为稳定的电磁波频率所建立的时间标准。由于地球自转的不均匀性和历书时测定精度低且需时长，1967年10月，第十三届国际计量大会正式把铯原子振荡9 192 631 77
9、0次的时间定义为原子秒。以原子秒为基本计时单位所制定的时间称为原子时，它是一种物理学的微观时间标准。原子时是从1967年起实行的，直至现在。由于世界时的秒长比原子时的秒长约长3001010秒。1年约差1秒左右，因此，要设置闰秒。当回归年的长度增加时，要在年末（12月31日最后1分钟后）或年中（6月30日最后1分钟的）加1秒；当回归年的长度变短时，就要负闰秒。闰秒亦称为跳秒。20世纪50年代英国就已制成铯原子钟了。原子时的优点在于秒、分、时的长度是固定，除了闰秒的年和日之外，其它的年和日的长度也是固定的。原子时已广泛用于天文、空间技术和物理计量等领域，但在大地测量等学科则仍以世界时作为时刻标准。
10、因原子时与人们日常的生活习惯联系不大，天文界又规定一种协调世界时，即：在时刻上和世界时保持一致（误差不超过0.9秒），秒长以原子时的秒长为准的时间系统。世界时和协调世界时稍后再介绍。 3.1-2 时 间三、时间的种类1地方时（1）地方时的概念以本地子午面作起算平面，根据任意量时天体所确定的时间，均称该地的地方时。如量时天体分别为春分点、真太阳、平太阳所测量的地方时分别为：地方恒星时、地方视时、地方平时。（2）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，与这两地的地方经度差可用下式表示：SA-SB=（A-B）1恒星小时/15 mA-mB=（A-B）1视太阳小时/15
11、mA-mB=（A-B）1平太阳小时/15无论是视太阳时，还是平太阳时或恒星时，从本质上说，都是以不同量时天体的时角来确定时间的。而量时天体时角是有地方性的，在同时同刻，不同经度上的量时天体时角是不一样的。比如说，当太阳处在某一经度的上中天时，在其它经度上，太阳一定不是处在上中天。本来，世界上可以把时间统一，如当太阳处在0经线的上中天时，全球都为12h，不过这12h对各地的含义不一样，有的地方12h意味着吃中饭，有的地方12h意味着日出，有的地方12h意味着日落或半夜。然而，自古以来，世界上的时间从未统一过，而且各地都要把正午即太阳处在上中天的时间定为12h，这样一来，不同经度时间就不一样了。这
12、种各地都以视太阳时角来确定，并把正午定为12h，不同经度时间不一样的时间系统，称为地方视时。同理除地方视时外，还有地方平时和地方恒星时。当经度相差1时，地方时就差4m，经度差值15，地方时相差1个小时。由于地球是自西向东自转的，所以东边的时间早，即绝对数值大；西边的时间晚，即绝对数值小。若已知甲、乙两地的经度和甲地的地方时，乙地的地方时可按下式求得：乙地地方时=甲地地方时甲乙两地相隔经度4m若乙地在甲地之东，为+；若乙地在甲地之西，为-。例如：已知东经119的地方时为6月6日8时，西经106的地方时则为：6月6日8时-（119+106）4m=6月5日17时2区时在古代，地区之间的交往和人际交往
13、不多，各地都使用地方时未尝不可，甚至各家门前设置一个日晷，各用各的时间，也没有多大问题。现代社会区际交往和人际交往频繁，各用各的时间就行不通了。为了时间使用的方便，国际上规定，以经线为界，把全球分为24个区，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，称为时区；这样的时间，称为区时。在划分时区时，为了把0、15和15倍数的经线作为中央经线，时区界线的经度就不是整数。其中0经线所在的时区称0时区；东经半球的时区称东时区，也可用符号+表示；西经半球的时区称为西时区，也可用符号-表示；东12区和西12区都是半个时区，它们合成一个完整的时区，称东西12区，或就称12区。如
14、图3.2。为什么要分成24个时区，是因为地球自转1周花24小时，自转1个时区的度数（15）即花1小时，于是，每隔1个时区，区时就差完整的1小时；另外，跨经度15的时区，不大亦不小，大国固然要跨几个时区，但世界上大多数国家和地区仅跨一两个时区，或就在1个时区内。如果已知某地的经度，求其所在时区，只要将已知经度除以15，所得商数保留一位小数后，四舍五入取整，就可判定是哪个时区。例如：西经117在哪一时区？解：117157.8，故在西8区。如果已知甲、乙两地相隔的时区数和甲地的区时，则：乙地的区时=甲地区时两地相隔时区数1h乙地在甲地之东为+， 乙地在甲地之西为-。若已知某地的经度和地方时，求它的区时，只要求其中央经线的地方时即是区时。若已知甲地经度和它的地方时，求乙地的区时，则解法有多种：或先求甲地的区时，再算出乙地所在时区，并算出两地相隔时区数，最后求出乙地的区时；或先找到乙地所在时区的中央经线，再算出其地方时即可。例：已知西经132的地方时为4月30日10时50分，求东经167的区时是多少。解西经132所在的时区为：132158.8，故为西9区； 西9区的中央经线为：159=135，即西经135； 西经135的地方时，即9区的区时为4月30日10时50分-（135-132）4m，即4月30日10时38分。东经167所在地时区为：1671511.1，即东11区。于是，东
