天文学教程上册-时间计量系统

1）以地球自转为标准的世界时（UT）

古人日出而作，日暮而息，形成以地球自转为标准的两种时间计量系统。

（1）真太阳时　自古以来，人类的日常生活作息是观察太阳在天球上的周日视运动而为的，实际上就是以地球自转周期——昼夜作为时间间隔单位的计量标准，这在天文学上称为真太阳时（间）。确切地说，以太阳视圆面中心（称为真太阳）作为基本参考点，它连续两次上中天的时间间隔（“日长”）为计量的基本标准——1个真太阳日；为了照顾生活习惯，1925年起，把真太阳下中天（真子夜）作为真太阳日的开始，而以真太阳上中天为真正午，因此，真太阳时的时刻t⊙在数值上等于真太阳的（以“对应”时间单位表示）时角t加（减）12h，即

我国古代流传下来的日晷就是测定真太阳时的仪器（见图2-21）。它主要由晷针和刻有时刻线的晷面组成，从太阳照射晷针投到晷面上影子处的刻线读出真太阳时，只是指示的时间精度不高。

图2-21　日晷

（2）平太阳时　由于地球在绕太阳的公转椭圆轨道上的运动不是匀速的，所以从地球上观测到太阳在天球上的视运动也是不均匀的，因而真太阳日的实际日长在一年中有变化。为了弥补真太阳时不均匀的缺点，引入一个假想的参考点——平太阳，它在天球上以真太阳赤经平均变化速度做均匀运动，与真太阳同时刻过春分点，平太阳连续两次下中天为1个平太阳日，1个平太阳日（d）分为24 h，1 h分为60 min，1 min分为60 s，记为1h=60m，1m=60s。这是常用的时间，除了特别指明的，本书中一般都用平太阳时（tm）。

我国古代的圭表（见图2-22）包括表和圭两部分：表是垂直于地平的标杆（顶部有孔）或柱子；圭是南北方向平放的尺子（由于过长，而常把后段改为垂直的）。表和圭相互垂直，组成圭表。正午时在圭上量度表影的长度，可以从表影长短的变化周期定出1回归年的天数和推定二十四节气。

图2-22　圭表

（3）时差　真太阳时t⊙与平太阳时tm之差η称为时差，即

在《中国天文年历》的太阳表中载有每天的时差η的值。实际上，因为平太阳是个假想的参考点而无法观测，一般由观测真太阳的时角t而得出真太阳时，再减去时差η得出平太阳时。在一年中，时差变化于-14m24s到＋16m21s之间，有四次为零（见图2-23）。

图2-23　时差

2）恒星时

天文观测常用的是恒星时。实际上，恒星时就是以地球相对于遥远恒星的自转周期（恒星日）作为时间计量标准的，具体以天球上的春分点Υ作为恒星的参考点，以春分点连续两次上中天的时间间隔为1恒星日，以春分点上中天为恒星日的开始，即恒星时的时刻s在数值上等于春分点的（以“对应”时间单位表示）时角tΥ：

1恒星日分为24恒星小时，1恒星小时再分为60恒星分（钟），1恒星分（钟）分为60恒星秒（钟）。

由于地球每年绕太阳公转一圈，从地球上看到太阳在天球上做周年视运动（确切地说，平太阳连续两次经过春分点的时间间隔为1回归年），其方向与天球周日运动相反，而春分点与天球一起做周日运动，因此，1回归年所含平太阳日的数目比恒星日的数目少1日，即(www.xing528.com)

即1平太阳日比1恒星日约多3m56s（平太阳时）。

3）地方时、世界时、北京时间

上面所述的平太阳时和恒星时都是从平太阳或春分点经过观测点的子午圈（中天）开始计量的，确切地说，应称为地方平太阳时和地方恒星时。地球上不同地理经度两个地点的子午圈是不同的，例如，太阳经过北京的子午圈——北京正午时，太阳还没到拉萨的子午圈——那里仍在午前，因而两地点的地方时时刻（计量系统）不同。两地点的地方时时刻之差数值上就等于它们的地理经度（以“对应”时间单位表示）之差。

为了全世界有统一的计时系统，国际上采用英国格林尼治天文台旧址的子午圈为本初子午圈（即零子午圈），以格林尼治的地方平太阳时作为世界时（Universal Time，UT）。若以M和S分别表示格林尼治地方平太阳时和恒星时（时刻），地理经度λ（换算为对应的时间单位）地点的地方平太阳时与地方恒星时分别为tm与s，则有换算关系：

实际生活中采用各地的地方时或世界时都不方便，而是采用区时。全球按地理经度划分为24个时区，每个时区的地理经度范围为15°（见图2-24）。即格林尼治（λ=0）东、西7.5°范围为零时区，采用格林尼治地方平太阳时；东（西）经7.5°到22.5°为东（西）一时区，采用东（西）经15°的地方平太阳时……东十二时区与西十二时区重合，采用东经180°的地方平太阳时。我国统一采用东八时区的区时（东经120°的地方平太阳时），称为北京时间。实际上，北京的地理经度定为116°21′39″E或7h45m26sE。

图2-24　时区与日界线

假如你效仿“夸父追日”，乘飞机从东向西做环球旅行，每过一个时区把表拨慢1小时，环绕地球一圈回到出发点时就慢了一天：而从西向东环球一圈回到出发点时则快了一天。这显然很不方便，乃至引起误会。因此，地球上还需要有统一的日期，那么，地球上新的一天从哪里开始，到哪里结束呢？每年的新年钟声首先在哪里响起？国际上规定，在太平洋中靠近东（西）经180°画一条国际日期变更线（简称日界线）（见图2-24），地球上每个新的一天就从日界线开始和结束，从东到西过日界线日期就增加一天。例如，在日界线东是12月31日，而过日界线西就改为次年1月1日（元旦）；从西到东过日界线日期就减去一天，例如，在日界线西是元旦，而过日界线东则改为前一年12月31日。为了便于地跨东（西）经180°两侧的国家或地区（如俄罗斯、汤加王国、基里巴斯共和国）使用同一个日期，日界线取为偏离东经180°的折线。于是，汤加王国和基里巴斯共和国成为最早迎接新的一天、新的一年、新的世纪到来的国家。

在星空观测中，我们常遇到的问题是由已知的北京时间tm（时刻）计算观测地点的地方恒星时s（时刻），可以采用如下步骤计算。

从《天文年历》或其他表查出那天世界时0h的恒星时S0和观测地点的地理经度λ。将（平太阳时）时间间隔M换算为恒星时的时间间隔ΔS。

于是，tm时刻对应的格林尼治恒星时S为

观测点的地方恒星时s为

赤经α的恒星在时角为t的恒星时是s=α＋t；上中天（时角t=0）时的恒星时为s=α。于是，观测恒星的时角就可以简便地由其赤经和时角算出当时的地方恒星时时刻。

20世纪以来，人们发现了地球自转周期的不稳定性，确认世界时是不均匀的。在1960—1968年，人们曾采用以地球公转周期（回归年）作为时间计量单位，这种时间计量系统称为历书时（ET），后因测量方式和方法的困难而废止。