第四講時間與歷法時間是什么？中世紀著名思想家奧古斯丁有一句名言：

“時間是什么？人不問我，我很清楚，一旦問起，我很茫然。”時間的重要特性：流逝性、測度性

時間的本質原始時間觀念:遠古的人類感覺到事件發生的先后、物體運動的進程，由直覺產生的時間概念。遠古的原始時間觀

古希臘的柏拉圖認為空間是一個早已存在的框架，宇宙裝在其中，而時間則是從宇宙中產生。強調說時間是“運動著的永恒的形象”。

哲學家的時間觀 18世紀康德唯心主義時間觀：時間不是外部客觀事物的特征，而只是人們主觀對客觀存在的一種感受，是人類本能的一種表現形式。

唯物主義的時間觀：時間不依賴于人的主觀意識，是客觀實際物質運動的一種表現形式。

要得到對時間的正確認識，必須與對空間的認識相結合。時間用以描述事件之間的順序，而空間用以描述物體的位形。絕對時空觀

絕對的、真實的、數學的時間，由于它自身的本性，與任何外界事物無關地，均勻地流逝。

——

牛頓——

存在著絕對時間和絕對空間，它們既彼此互不關聯，又與物質和運動無關。相對時空觀

空間—

時間未必能看作是可以脫離物質世界的真實客體而獨立存在的東西，并不是物體存在于空間中，而是這些物體具有空間廣延性。這樣看來，關于‘一無所有’的空間的概念就失去了意義。

——

愛因斯坦——物質的引力作用使得時空彎曲，因而時空的性質與物質及其運動有關。時間的計量

1、建立時間系統的目的判別和排列事件發生的先后順序和運動的快慢。

時間有“間隔”、“時刻”兩個含義時刻：事物運動中，某一狀態發生的瞬間。間隔：事物某一運動過程所經歷的時間。200920102011201220132、時間計量包含3、時間計量的基本原則

選擇某一運動規律已掌握，運動狀態可觀測到的具體事物。選取該事物的某一運動過程為時間的基本單位。選取該事物的某一運動狀態為時間計量的起算點。先民日出而作，日入而息，太陽是天然的鐘表。

§1、時間計量系統一、恒星時(siderealtime)：

定義：以春分點的周日視運動為依據建立的時間系統。

時間單位：恒星日—春分點連續兩次上中天的時間間隔。

起始點：上中天恒星時在數值上等于春分點的時角

S=tr=α+t當任一恒星上中天時

t=0即s=α二、真太陽時(truesolartime)定義：以太陽視圓面中心的周日視運動為依據建立的時間系統。時間單位：真太陽日—真太陽連續兩次下中天的時間間隔。起始點：下中天真太陽時：

以真太陽的時角度量：

m⊙

＝t⊙＋12h(thedatewillchangeatmidnight)1、真太陽時比恒星時每日約長4分鐘

太陽在周日視運動的同時，又以逆時針方向做周年視運動，每日在黃道上自西向東約運行1度，因此真太陽時比恒星時約長4分鐘。

北極點子午線春分點周年周日赤道m⊙≈s＋3m56s2、真太陽時的缺陷

（1）太陽在黃道上的運動不均勻（地球公轉軌道為橢圓）。（2）即使太陽在黃道上運動均勻，由于黃赤交角的存在，投影在赤道上的太陽時角變化也不均勻。三、平太陽時

(meansolartime)引入的一個假想參考點。在黃道上建立第一個輔助點在黃道上均勻運動，其速度等于真太陽的平均速度，并與真太陽同時過近日點和遠日點。在赤道上建立第二個輔助點在赤道上勻速運動，其速度等于真太陽的平均速度，與第一輔助點同時過春分點和秋分點。第二個輔助點為在赤道上做勻速運動的平太陽。1.平太陽2、平太陽時

定義：以平太陽的周日視運動為依據建立的時間系統時間單位：平太陽日—平太陽連續兩次下中天的時間間隔起始點：下中天平太陽時以平太陽的時角度量：m=tm+12h平太陽時是我們最經常使用的計時系統春分點赤道黃道平太陽真太陽四、時差真太陽的時角

與平太陽的時角之差。

η=t⊙–tm

時差的零點與極大值：一年中η四次為零四次為極大值日期4.166.159.112.242.125.157.2611.3η0000-14m24s+3m48s-6m18s+16m24s

真太陽時真太陽視圓面中心連續兩次上中天的時間間隔為1真太陽日。1真太陽日劃分為24真太陽小時，又取1真太陽時=60真太陽分，1真太陽分=60真太陽秒。真太陽時的計量起點是真太陽上中天，真太陽的時刻就是其時角。為了照顧生活習慣，1925年起，把真太陽時定義為

，即將起點定在下中天時刻。

真太陽的視運動是地球自轉和公轉運動的共同反映。地球的公轉軌道是橢圓，公轉速度不均勻，而且自轉軸不垂直于公轉軌道面。以上原因使得真太陽日的長度每天都不同，最長和最短相差可達51s。真太陽時與日常生活的節律一致。真太陽日的長度比地球的自轉周期長。真太陽時不是均勻的時間計量系統。平太陽時

為了克服真太陽時的缺陷，引入了一個假想的參考點——平太陽，據此建立了平太陽時，簡稱平時，并將格林尼治子午圈的平時稱為世界時。

第一輔助點——黃道平太陽。在黃道上做勻速運動，其視運動的速度等于太陽時運動速度的平均值，并且與真太陽同時經過近地點和遠地點。

第二輔助點——赤道平太陽。在赤道上做勻速運動，不僅與第一輔助點速度相同，而且兩者同時經過春分點和秋分點。

赤道平太陽連續兩次上中天的時間間隔為1平太陽日。恒星時

春分點連續兩次上中天的時間間隔為1恒星日。恒星日也劃分為恒星小時、恒星分和恒星秒。

恒星時的起點定義為春分點上中天。恒星時與日常生活的節律有偏差，故不能用于日常生活中的計時量。在天文觀測中，觀測時刻必須用恒星時計量。§2、地方時、世界時、區時恒星時、真太陽時、平太陽時是以春分點、真太陽、平太陽為參考點，以過當地子午圈的時刻為起算點，以時角度量的。對于觀測者，只要位于不同的地理經圈，就對應不同的天子午圈，因此，參考點經過的天子午圈不同，所得時刻也不同。計量系統的地方性

（以地球自轉為基礎）

1、地方時

定義：以本地子午面為起算平面，根據任意量時天體所確定的時間。（s、m⊙、m）

地方時與地方經度的關系：在同一計時系統內，任意兩地同一瞬間測得的地方時之差，在數值上等于這兩地的地方經度之差。

λA-λB=mA–mB=tA–tB

SA–SB=tA–tB=λA-λB

2、世界時與區時

世界時：（S、M⊙、M）以本初子午(Greenwich)為標準的地方時為世界時

（λ=0h

）

m-M=△λs-S=△λ（+東、-西）本初子午線區時（Th）為平時系統

（

λN=N15o）

把全球分成24個時區，每區跨經度15o，各區把中央經線的地方時作為本區統一使用的標準時。這樣的區域稱為時區；這樣的時間稱為區時。我國從東向西橫跨五個時區,統一采用北京所在的東八時區的區時，即東經１２０度經線的地區（無錫）的地方時為“北京時間”注意:北京時間不是北京地方平時，二者相差約14.5分鐘。帕米爾時區回藏時區隴蜀時區中原時區長白時區3、國際日期變更線——日界線日界線：太平洋中經度1800線（避開陸地與島嶼畫出的一條國際日期變更線）。日界線東西兩側是東12時區與西12時區重合的區域，時分秒相同，但日期相差一天。由西向東每過一個時區，就要增加一個小時，因此，由西向東越過日界限，日期減少一天；而由東向西越過日界限，日期增加一天。時刻的有關概念平時系統和恒星時系統的特點：時刻起算點周期性重復。

平時系統中，平時為0h的時刻作為一天的起點，標以日期；

但在恒星時系統中沒有日期的概念。通常所說的某月某日恒星時某時，日期是平時系統的日期。

對于同一日期的兩個瞬間1、只要給出了它們的平時時刻，即可由數值的大小判斷發生的先后順序。2、對于恒星時時刻，要視兩個時刻在恒星時0h的同側還是兩側而定，并不僅取決于數值的大小。

§3、恒星時與平時的換算

S、ｍ是兩個不同的時間計量系統１）時間單位不同：１恒星日≠１平太陽日２）起始點不同：

上中天；下中天

因此,兩時間計量系統的時間間隔不同，時刻也不同。

時間間隔換算與時刻換算。一、時間間隔的換算回歸年：平太陽連續兩次過春分點的時間間隔。1回歸年＝365.2422平太陽日＝366.2422恒星日1恒星日=365.2422/366.2422平太陽日＝（1－1／366.2422）＝0.9972696平太陽日

m＝s（1－1／366.2422）1平太陽日=366.2422/365.2422恒星日＝（1＋1／365.2422＝1.0027379恒星日

s＝m（1＋1／365.2422）二、平時時刻與恒星時時刻的換算1、格林尼治的時刻換算（λ=0o）1）已知平時求恒星時：M→SS＝So＋M（1＋1／365.2422）2）已知恒星時求平時：S→MM＝Mo＋S（1－1／366.2422）或[M＝S（1－1／366.2422）-（24h-Mo）]

So是當日世界時為零時所對應的恒星時。

Mo是當日或前一日恒星時為零時所對應的世界時。S=0s0sMM2=0hM（1＋1／365.2422）SoS（1－1／366.2422）

M1=0h24h-M0Mo§4、現代時間服務

時間計量工作的三項內容

測時、守時、授時1、測時

測定恒星的瞬時位置，經過歸算獲得準確時刻（圭表gnomon、日晷sundial、中星儀transitinstrument等）2、守時

用守時工具把所測時間持續下去.是整個時間工作中最關鍵的一環，它的任務是產生和保持高精度的準確時間。（滴漏、沙漏、計時香、天文鐘、石英鐘、原子鐘）惠更斯擺鐘布拉格市政廳天文鐘多級漏壺沙漏地球電臺用戶

3、授時：時間服務、播時授時系統是確定和發播精確時刻的工作系統。把測得的時間用各種手段播報出（鳴鑼擊鼓、無線電報時、電視系統授時）一、世界時的改正：定義：

λ＝0o的地方平太陽時M測定：

UT＝tm＋12h＝（S－αm）＋12h

為什么要對世界時(地球自轉時間)進行改正?世界時不是一個均勻的時間計量系統影響的因素——擾動地球自轉的各種力

1、極移：

地球瞬時自轉軸在地球本體內的運動。（地極移動造成地理經緯度的變化）1984-20022、地球自轉不均勻

（地球自轉速度變化）長期變化：自轉減慢，日長增0s.0016／百年月球引力引起的海洋潮汐潮汐作用相當于把地球自轉向回拉使一天變長,

將來終有一天的長度相當于現在一個月約4億年前,一年有400天約1億年前,一天只有現在的20小時長季節變化:

自轉上半年慢，下半年快±0s.001（大氣環流）不規則變化:

時快時慢。（各種因素）

UT的三種系統

顯然，地球自轉速率的不均勻性和極移的影響都包含在世界時中。

1956年起，把世界時劃分為三種：（1）UT0：天文臺直接測量的結果（2）UT1：對UT0做經度的修正

UT1＝UT0＋△λ（3）UT2：對UT1做季節變化的改正

UT2＝UT1＋△Ts

UT2系統不僅含有地球自轉的長期變化及不規則變化，同時還受經驗改正△Ts不夠嚴格的影響，它并非是一個均勻的時間計量系統。（地球鐘的穩定度0.7×10-9

秒）由于地球自轉的不均勻性使得天文方法所得到的時間（世界時）精度只能達到3年不差一秒，這已無法滿足二十世紀社會經濟各方面的需求。于是，一種更為精確和穩定的時間標準應運而生，這就是“原子時”。目前最好的銫原子鐘的穩定度能夠達到1500萬年不差一秒。現在國際上普遍采用銫原子鐘來產生和保持標準時間。二、原子時

（TAI）

定義：

以原子內部的運動規律為基礎建立的時間計量系統。原子鐘的穩定度達10-13時間單位：原子時秒（SI）：在海平面上銫原子133基態的兩個超精細能級在零磁場中躍遷輻射振蕩9192631770周所持續時間。1H199Hg+9,192,631,770133Cs

定義時間-基本單位(SI秒定義)

原子時秒

（SI）：位于海平面上的銫133原子基態兩個超精細能級間在零磁場中躍遷輻射振蕩9,192,631,770周所持續的時間為一個原子時秒。1,420,405,752Hz原子時起始點：為1958年1月1日UT=0h。（即規定此瞬間原子時TAI與世界時UT重和。事后發現當初取的這一瞬間并非重合，而是相差了-0s.0039，并一直保留下來。）

UT＝TAI－0s.0039

原子時自1972年1月1日0時正式啟用。靠全世界100多臺原子鐘維持，經“國際地球自轉服務組織（IERS)”統一進行數據處理，由各授時單位向全世界發布。（國家授時中心）北京時間由國家授時中心（在西安臨潼，原中國科學院陜西天文臺）負責發布，授時臺位于陜西蒲城。中國采用北京所在的東八時區的區時作為標準時間，稱為北京時間。北京時間并不是北京（東經116.4°）地方的時間，而是東經120°地方的地方時間。北京時間比北京地方平太陽時早約14.5分。重慶、新疆西藏地方時間分別比北京時間晚約1、2小時。為國家國防試驗、空間技術、測繪、地震、交通、通信、氣象、地質等諸多行業和部門提供了可靠的高精度授時服務。特別是在以衛星發射、火箭試驗為代表的我國航天技術發展中做出了重大貢獻。

特點：

原子時是一種均勻的時間計量系統，秒長固定，測定容易。但它是一種“物理時”，與前兩種“天文時”在實現方式上有根本的區別。

老的時間定義：基本單位是日、回歸年，再劃分時、分、秒。

新的時間定義：

基本單位是秒，分、時、日、年由秒累加得出。原子鐘不僅用來計量時間，它本身就是時間標度產生器。

三、協調世界時（UTC）

又稱世界統一時間，世界標準時間，國際協調時間

UTC的定義1、在速率上UTC與TAI完全一致，2、在時刻上UTC與TAI相差若干整秒，3、UTC是通過插入或者去掉整秒（正跳秒或負跳秒）來調整的，以確保它和世界時UT1的時刻近似相同(差異<0.9s)。UTC系統

時間單位：原子時秒（SI）協調：用跳秒（也叫閏秒即增加1s或減少1s）的方法，使其與世界時（UT1）的偏離在0s.9之內。（通常是正閏秒）調整時刻：每年首選是12月31日和6月30日或3月31日和9月30日的最后一秒，由國際地球自轉服務中心局（IERS）根據天文觀測做出決定，并預先通知。啟用時間：1972、1、1UTC系統有高的精度和穩定性。

協調世界時（coordinateduniversaltime,UTC）

（協調原子時秒長與世界時時刻的時間計量系統）

世界時與原子時的折衷協調產物

大地測量、天文導航、空間探測器的跟蹤、定位需要以地球自轉為依據的世界時時刻，精密校頻等物理領域則要求以原子時為基準的均勻時間間隔。

由于世界時的秒長逐年增加,勢必造成世界時落后于原子時，一年內可累計達1秒左右。為避免原子時與世界時產生太大的偏離，1975年決定采用UTC系統。

要求時間實驗室有足夠數量的高穩定性的原子鐘形成穩定度高的地方原子時TA(k)作為參考時間尺度，以監測和控制實時UTC(k)，確保其相對于UTC的準確度。銫原子鐘一、制歷的基本概念：

1、歷法：

推算年、月、日的時間長度，協調它們的關系，制定一定的時間序列法則。地球、月球的運動給出三種天然的時間單位：日、月和年。§5、歷法

年：以地球公轉為依據、四季變化的周期。

1回歸年＝365.2422平日月：以月球公轉為依據、月相變化的周期。

1朔望月＝29.5306平日日：以地球自轉為依據、晝夜交替的周期。

1平太陽日年、月、日是歷法的三大要素。立法中的年、月、日在理論上近似等于天然的時間單位——回歸年、朔望月、真太陽日，稱為歷年、歷月和歷日。2、歷法的制定原則（1）盡可能準確反映天文客觀規律，正確的反映天象和四季變化。（2）日歷要簡單、明了、易記。寧可犧牲精度以滿足簡單。（3）有通用性，能為廣大地區所接受。（4）任何一種具體的歷法，必須明確規定起始點紀元——開始計算的年代；歲首——規定一年的開端。規定每年所含的日數，月份的劃分，每月所含天數。3、主要有三種類型

歷史上，在世界各地，存在過千差萬別的歷法，但就其基本原理來講，不外乎三種：即太陰歷（回歷）、太陽歷（公歷）、陰陽歷（農歷）。

（1）太陰歷：（回歷）以朔望月為基本單位。（2）太陽歷：（公歷）以回歸年為基本單位。（3）陰陽歷：（農歷）以朔望月計月，以回歸年計年，二者兼顧。

二、太陰歷（回歷）

定義：以朔望月為基礎，朔望月=29.5306日

規定：每年12個月，大月30天、小月29天，平均29.5天。

12個太陰月（歷月）：29.5×12＝354日

12個朔望月：29.5306×12＝354.36708日一年相差8小時48分36秒

置閏：為保證每年的年初與月初都為殘月，

30年加11個閏日。

置閏：30年11閏

太陰歷年長：

35411/30=354.3666日

12個朔望月：29.5306×12＝354.36708日

一年差41s.5

30年的歷年長：354×30＋11＝10631日30年朔望月長：29.5306×12×30＝10631.0124日

30年共差17m1s

在30年的第2、5、7、10、13、16、18、21、24、26、29年為閏年，閏日加在閏年的最后一天。（可保證朔在月初和年首）優點：

日期和月相吻合很好，對于預測海洋潮汐、安排漁業生產等有一定的作用。

缺點：歷年長35411／30＝354.3666日與回歸年365.2422

比，一年就相差11日左右，3年短1個月，約16.3年就會出現月序與季節倒置的現象。與季節變化嚴重脫節，使太陰歷不適用于農牧業的需要。回歷：積32.6回歸年，與回歸年相差一年。因此，歲首逐年提前，與季節完全脫節。目前只有少數伊斯蘭國家和地區在宗教節日上使用。三、太陽歷（公歷）起源于古埃及

現公歷（格里高利歷）的前身是儒略歷：公元前46年，羅馬皇帝儒略·愷撒（JuliusCaesar）執政，著手改革歷法，誕生“儒略歷”。儒略歷是在埃及亞歷山大的希臘數學家兼天文學家索西琴尼的幫助下制訂，仿照古埃及歷法制定的。

儒略歷

定義：以回歸年為基礎,回歸年=365.2422日

規定：每年12個月，大月31天（單）、小月30天（雙）、

2月（處決人犯的月份）平年29天。

年首：每年冬至后第十天。

置閏：每隔三年一閏，閏年366天，加在2月。平均歷年長：3651／4＝365.25日回歸年長：365.2422日

400年差3天。

儒略.凱撒于改歷后的第二年（公元前45年）即遇刺身亡，掌權的僧侶把“每隔三年一閏”誤解為“每三年一閏”。這樣在短短的33年，就多了3個閏年。

公元前8年奧古斯都（AugustusCaesar）接位。奧古斯都對歷法又一次改革

1、從公元前8年到公元3年不再閏年，把多閏的3年扣回。

2、將他出生的8月改成大月，有1、3、5、7、8、10、12為大月（31天），4、6、9、11月為小月（30天），平年2月28天。這就是目前陽歷月份長短不一、又毫無規律可循的歷史原因。

公元1582年：

測得太陽3月11日過春分點比規定的3月21日提早10天，歷日與天象不符，必對歷法進行修正。

1582年3月1日，羅馬教皇格里哥里13世(PopeGregoryXIII）

頒發了改歷命令，內容是：

1、規定：1582年10月4日的第二天為10月15日。但星期序號仍然連續計算10月4日是星期四，第二天10月15日是星期五。這樣，就把積累的老賬一筆勾銷了。2、為避免以后再發生春分飄離的現象改為400年97閏：凡是年數可被四整除的為閏年，世紀年如1600，1700，1800，……要被400整除才是閏年。閏年的二月份為29天。格里歷平均歷年長：36597／400＝365.2425

回歸年長：365.242225s.9／1年；2h52m48s

／400年；

3300年才差一天太陽歷以太陽周年視運動為依據的太陽歷，如現行的公歷（又稱格里歷），由儒略歷改進而來；

優點:內容比較簡潔，便于記憶，而且精度較高，與天時符合較好。缺點:公歷中的月人為定義，并無天文意義。我國1912年采用格里歷，但不用其紀年，直到解放后才采用。

紀年公歷的紀元是人為的、帶有宗教色彩。在公元532年羅馬教皇宣布基督誕生的那一年為公元元年。而不是儒略凱薩下令修改歷日的開始時間。在公元532年后宣布532年前一年為元年。是出自宗教的需要，保證復活節過532年會在同一日期、同一月相、同一星期序數重復出現。星期的概念體現了不同民族文化的奇特結合。四大文明古國（埃及