chapter1 天体及其研究方法

第1章

天体及其研究方法

2023/2/3第1章绪论2

地球在宇宙中，地球是宇宙中的一个天体，那么，如何观测天体？如何获悉天体的信息？如何了解天体的演化？如何从整体上认识地球，……这些问题则是人类所关心的。本章将对天体及研究天体的主要手段进行介绍。2023/2/3第1章绪论3本章内容5

历法4

时间3

观测天体的主要工具和数据处理2

获取天体信息的方法1

天体及天体系统1.1天体及天体系统2023/2/3第1章绪论5一、天体概念及主要天体简介1、天体的概念：宇宙中所有的物质统称为天体。2、主要天体（简介）恒星：由炽热的气体组成的、自身会发热发光的球状或类球状天体。行星：指绕恒星运行、自身不会发可见光的天体。卫星：指绕行星运行、自身不会发可见光、以其表面反射恒星光而发亮的天体。此外还有：彗星；流星体；星云和星系；星际物质；人造天体；可视天体和不可视天体（暗物质）等。

3、恒星恒星的运动恒星的距离恒星的发光和光谱恒星的亮度和光度星座的划分恒星的多样性恒星的概念恒星的演化6恒星是由炽热气体组成的、能够自身发光的球形或类似球形的天体。

质量巨大在自引力作用下，呈球形或类球形中心温度很高，通过核反应发射可见光

恒星的概念7FuyangTeacher’sCollege图2-1

恒星的空间速度及其两个分量：视向速度和切向速度（自行）。自行恒星空间速度的两个分量：视向速度和切向速度+-8

恒星自行 恒星的自行速度，一般都小于每年0.1″，迄今只发现有400余颗恒星的自行超过每年1″。图2-2

北斗七星的自行及形状变化FuyangTeacher’sCollege910万年前10万年后现在北斗七星的自行10北斗七星11FuyangTeacher’sCollege恒星的发光和光谱恒星的发光恒星演化史上某个阶段的现象；要有巨大的质量。恒星的光谱恒星的光谱反映恒星温度的高低；光谱中的吸收线和发射线反映恒星化学组成(化学组成大同小异,主要成分是氢)。12光谱型不同光谱型的差别主要在于星光颜色，而星光的颜色代表着恒星温度的高低。

光谱型颜色温度(K)O蓝3～5万B蓝白2万A白1万F黄白7500G黄6000K橙4500M红300013恒星的光谱光谱：不同波长的光波按波长顺序排列成的一条光带。光谱具有不同的类型。

14恒星的光谱型15FuyangTeacher’sCollege多普勒效应：红移现象恒星亮度和光度恒星的亮度：恒星的明暗程度恒星的光度：恒星的发光强度星等：视星等m和绝对星等M视星等是亮度等级；绝对星等是光度等级；星等越小，亮度越大。16亮度和视星等光度和绝对星等影响亮度的因素：恒星的光度恒星的距离影响光度的因素：恒星的温度恒星的体积E1／E2＝d22／d12绝对星等：恒星距离为10秒差距时的视星等。

17图2-3

光源的视亮度与其距离的平方成反比，距离增加1倍，亮度便减为1/4FuyangTeacher’sCollege18视星等的由来古希腊学者喜帕恰斯根据肉眼观测，将全天最亮的21颗星的亮度定为1等，将肉眼刚好能看到的星定为６等。介于其间的星按亮度大小分别定为2、3、4、5等。这便是古代的视星等。1２３４５6０-1…………7后人通过测定，１等星平均比６等星亮100倍。根据这个关系，人们推算出星等每相差１级，其亮度相差2.512倍。即：E1／E2＝2.512

ｍ2－ｍ１19FuyangTeacher’sCollege连续几个星等的亮度成几何级数若相邻两星等的亮度比率(级数的公比)为R，则

R5=1005lgR=2 lgR=0.4R=2.512星等相差1等,恒星的亮度相差2.512倍；星等以等差级数增大，亮度以等比级数递减；太阳的亮度是一等星亮度的(2.512)27.74=1300亿倍。20有关天体的视星等天体视星等太阳-26.74月亮-12.7金星-4天狼星-1.45北极星2肉眼可见的最暗星621绝对星等和视星等的换算设一颗星，其距离为ｄ秒差距，视星等为ｍ，亮度为Em当其距离为10秒差距时，绝对星等为M，光度为EMEM／Em

＝2.512m－M

ＥM／Em

＝d2／102即：2.512m－M

＝d2／102（m－M）lg2.512＝lgd2

－lg1020.4（m－M）＝2lgd－2M＝ｍ＋５－５lgd两边取对数：22天文学的距离单位天文单位：平均日地距离光年：光一年所运行的距离FuyangTeacher’sCollege23有关天体的距离最近的恒星：4.22光年（半人马座α）牛郎星：16光年织女星：26光年北极星：682光年24FuyangTeacher’sCollege恒星的多样性单星，双星，星团变星，新星，超新星巨星，超巨星，白矮星脉冲星，中子星25双星和星团双星：空间距离接近，彼此之间具有力学上的联系，相互环绕转动的两颗星。

星团：许多恒星集中分布在一个较小的空间，彼此具有物理联系的恒星集团。

食双星疏散星团球状星团26金牛座中的双星（两星彼此相距45天文单位）27疏散星团形态不规则包含几十至二、三千颗恒星很容易用望远镜区分巨蟹座疏散星团金牛座昴星团球状星团武仙座球状星团，250万颗恒星，2.5万光年半人马座球状星团人马座球状星团球形或扁球形包含1～1000万颗恒星星团中央十分密集28变星有些恒星的光度在短时期内会发生明显的、特别是周期性的变化，这样的恒星叫变星。脉动变星新星超新星恒星体积发生周期性膨胀或收缩引起的光度变化。

亮度在短时间内（几小时至几天）突然剧增，然后缓慢减弱的一类变星。

爆发规模更大的变星，亮度的增幅为新星的数百至数千倍。

29新星爆发1975年天鹅座新星爆发前后301992年天鹅座新星的爆发31超新星爆发超新星1987A爆发前后1987A遗迹（1994.2）321054年金牛座超新星爆发“至和元年（1054年）五月，晨出东方，守天关，昼见如太白，芒角四出，色赤白，凡见二十三日。”

1731年，一位英国天文爱好者在这个位置上观测到一个外形似螃蟹的天体，叫蟹状星云。

33超巨星巨星、超巨星、白矮星赫罗图恒星类型赫兹普龙罗素光度－温度坐标图温度高低光度大小34光谱-光度图通常也叫赫罗图。它以恒星的光谱型（或温度）为横坐标，以它的光度（或绝对星等）为纵坐标，每颗恒星按照各自的光谱型和光度，在图上占有一定的位置。太阳位于主星序的中部，可见它是一颗很典型的恒星。图2-4

光谱-光度图35不同的恒星类型主序星巨星超巨星白矮星恒星的光度随温度的升高而增大温度较低，但光度较同温度的主序星大，说明该星体积很大温度高低不一，但光度都较大，说明其体积均很大温度很高，但光度较小，说明其体积小

36脉冲星和中子星中子星由中子组成的恒星脉冲星实际上是具有强磁场的、快速自转的中子星。周期性发出强烈的脉冲辐射脉冲星37图2-5

恒星大小的比较FuyangTeacher’sCollege38六、恒星的演化

现代天体物理学最大的成就之一就是基本上说明了恒星演化和元素演化两个重要问题。发生→发展→衰亡→转化FuyangTeacher’sCollege39恒星的演化星云在引力作用下，不断收缩，逐渐聚集成团，形成比较密集的气体球。开始核反应，发射可见光。恒星的特点取决于恒星的质量。恒星中心区域的核反应停止，外层的氢开始核反应，恒星膨胀。核反应完全中止，恒星迅速坍缩。依质量不同，演化为矮星、中子星或黑洞恒星演化过程示意图主序星阶段巨星阶段死亡阶段原恒星阶段恒星由星云（气体和尘埃）凝聚而来。40FuyangTeacher’sCollege恒星是由星云凝聚而成。弥漫星云在自引力的作用下，收缩成比较密集的气体→引力势能转化为热能，内部温度升高并辐射能量→向赫罗图上某个主序位置移动。质量愈大，收缩愈快，达到主序的位置愈高（温度高，光度大）。41FuyangTeacher’sCollege恒星“移到”主序后，内部温度高到足以发生热核反应的程度→热核反应代替引力收缩成为主要能源→温度升高，热运动加快，恒星膨胀，排斥力足以同引力相抗衡→恒星停止收缩，长期稳定依靠热核反应进行辐射。一颗恒星在主序中的时间，占去其“生命”的大半辈子；且在主序上逗留的时间，取决于其质量的大小→质量愈大,引力愈强→它必须维持较高的温度和较久的辐射功率以与引力收缩抗衡→它的氢燃料消耗更快，寿命更短。42FuyangTeacher’sCollege热核反应是在恒星的中心区域进行的，那里的氢核燃料最先燃尽，逐渐形成一个由氦组成的核，停止释放能量。氢燃料的逐渐枯竭，是恒星在结构上逐渐发生变化的前奏。随着氦核的不断增大，其引力收缩急剧增强，并释放大量能量。结果，恒星的核心收缩（变得愈来愈致密和炽热），外层膨胀（温度降低而光度增大），成为一个非常巨大的具有“热”核的“冷”星。从而恒星离开主星序，进入红巨星区域——生命的“晚年”。43FuyangTeacher’sCollege在红巨星阶段，恒星的演化速度大大加快。中心区域的温度和密度因收缩而继续升高，到1亿摄氏度时开始进行由氦核聚为碳核的新一轮热核反应；氦烧完后，温度继续因收缩而升高，原子核再聚变产生更重的元素→能量有限，到了“垂暮之年”，一旦核反应终止，对引力的抗衡全线崩溃→自行坍塌。44FuyangTeacher’sCollege红巨星收缩时，核心部分收缩最猛烈，外部处在较弱的引力下。核心温度因猛烈收缩而急剧上升，由此掀起的热浪会把外层气壳抛掉，剩下一颗致密和炽热的白矮星→以后逐渐变冷，变成又小又暗的黑矮星→终其一生。45FuyangTeacher’sCollege并非所有恒星都经历如此“平静”的演化道路。那些质量和体积特别巨大的恒星，演化的最后阶段会发生爆炸——超新星爆发。如留下“残骸”的质量足够大（1.4~3.2倍太阳质量），便会“一落千丈”地坍塌为中子星（于1967年发现，1978年发现了300颗以上）。46FuyangTeacher’sCollege恒星在核能耗尽后，如质量仍超过2倍的太阳质量，则平衡态不再存在，星体将无限收缩。连核力也将在引力作用前面低下头来，中子也会坍塌，形成所谓的“黑洞”。目前没有密度大于1015克/厘米3的物质的实验数据，无法推测星体的具体结构，但根据理论可以推断：星体的半径将愈来愈小，密度将愈来愈大，终于达到临界点→引力之大足以使一切粒子、包括光子，都不能外逸，因而谓之黑洞。47恒星演化示意图482023/2/3第1章绪论49马头星云2023/2/3第1章绪论50人马座星云2023/2/3第1章绪论51蟹状星云2023/2/3第1章绪论52旋涡星系2023/2/3第1章绪论53类星体（3C48）2023/2/3第1章绪论54八大行星（冥王星2006年8月26日降级为矮行星）2023/2/3第1章绪论55二、天体系统1、概念天体系统是互有引力联系的若干天体所组成的集合体。2、主要星系（简介）常见的有：地月系、太阳系、银河系、河外星系等2023/2/3第1章绪论562023/2/3第1章绪论57地月系2023/2/3第1章绪论58太阳系2023/2/3第1章绪论59银河系2023/2/3第1章绪论60河外星系1.2获取天体信息的方法2023/2/3第1章绪论62一、电磁波电磁波是在真空或物质中通过传播电磁场的振动而传输电磁能量的波。任何目标物都具有发射、反射和吸收电磁波的性质，目标物与电磁波的相互作用，构成了目标物的电磁波特性，它既是现代遥感探测的依据，也是人类通过电磁波获取宇宙天体信息的主要方法。2023/2/3第1章绪论63二、宇宙射线宇宙线主要指来自宇宙的各种高能粒子流，主要包括质子、α粒子、电子、不稳定的中子和子等。中微子质量虽极其微小，但穿透本领很强。通过对中微子观测，人类可以获悉恒星内部热核反应的信息，但不易观测。2023/2/3第1章绪论64二、宇宙射线2023/2/3第1章绪论65三、引力波在引力场中，由引力波传播的载体，称为引力子。人类通过对它们进行研究，可以间接得到天体的信息。2023/2/3第1章绪论66四、其它“天外来客（如陨石）”、宇航取样等，也是人类了解宇宙天体的渠道。1.3观测天体的主要工具和

数据处理2023/2/3第1章绪论68一、天球1、天球概念以观测者为中心、以任意长为半径的一个假想的球体。2023/2/3第1章绪论69一、天球2、天球类型观测者天球（以观测者为球心，∝为半径）地心天球（地心为球心，∝为半径）日心天球（以日心为球心，∝为半径）银心天球（以银心为球心，∝为半径）2023/2/3第1章绪论70一、天球3、天球上的基本圈和基本点天顶和天底、真地平圈、天极、天赤道、子午圈、四方点、卯酉圈、黄道、黄极、二分二至点其中，具有地方性的点和圈有天顶、天底、真地平、子午圈、卯酉圈、四方点。2023/2/3第1章绪论71天球上的基本圈和基本点2023/2/3第1章绪论72天顶和天底通过天球的中心O作铅垂线ZOZ’，与天球分别交与Z和Z’点。位于观测者的头顶Z点称为天顶，与Z相对的位于观测者的脚下的Z’点称为天底。观测者是看不到天底的。2023/2/3第1章绪论73真地平圈通过天球中心O作一个与直线ZOZ’相垂直的平面，即天球地平面。它与天球相交的大圆，称之为真地平圈，有时也称为数学地平。2023/2/3第1章绪论74天极天极是地球自转轴的延长线POP’与天球的交点。与地球的北极相对应的点P称为北天极（NCP）。与地球南极相对应的点称为南天极（SCP）。2023/2/3第1章绪论75天赤道通过天球中心O，作一个与天轴POP’相垂直的平面QQ’——天赤道面。天赤道面与天球的交线是一个大圆，称为天赤道。天赤道实际上是地球赤道面的延伸。2023/2/3第1章绪论76子午圈经过天顶Z，北天极P，天底Z’作一平面，与天球的交线ZPZ’即为天子午圈。天子午圈是一个大圆。2023/2/3第1章绪论77四方点天子午圈与真地平有两个交点：N、S，靠近北天极P的点N称之为北点，与南天极P’较近的点S称之为南点。ON是观测者所在地的北方，而OS正南方。天赤道与真地平的两个交点E、W分别称之为东点E和西点W。OE是观测者所在地的正东方向、OW是正西方向。2023/2/3第1章绪论78卯酉圈过天顶Z，东点E，西点W，作一平面，与天球的交线称之为天卯酉圈。真地平、天子午圈、天卯酉圈是三个两两相互垂直的大圆。2023/2/3第1章绪论79黄道通过天球中心作一与地球公转轨道平面相平行的平面——黄道面，黄道面与天球的交线是一个大圆，称之为黄道。黄道与赤道的交角称为“黄赤交角”。现阶段其值为2023/2/3第1章绪论80黄极通过天球中心O，作一垂直于黄道面的直线KOK’，与天球相交于两点K和K’两点，与北天极P相近的点K称为北黄极，反之与P’相近的点K’称为南黄极。2023/2/3第1章绪论81二分二至点黄道与天赤道交于两点，分别称为春分点和秋分点。从北半球上看，当黄道按逆时针方向从天赤道之南穿到天赤道之北的交点即为春分点，另一个点即为秋分点。黄道上与春分点相距90°，并位于天赤道以北的点称为夏至点；而在天赤道以南的另一点则为东至点。2023/2/3第1章绪论821、天球坐标的一般模式基圈、始圈、终圈2、常见的几种天球坐标地平坐标系第一赤道坐标系第二赤道坐标系黄道坐标系二、天球坐标2023/2/3第1章绪论83球面三角形示意图2023/2/3第1章绪论84地平坐标系2023/2/3第1章绪论85第一赤道坐标系（时角坐标系）2023/2/3第1章绪论86第二赤道坐标系（赤道坐标系）2023/2/3第1章绪论87黄道坐标系2023/2/3第1章绪论88二、天球坐标3、主要天球坐标的区别和联系地平坐标系和第一赤道坐标系第一赤道坐标和第二赤道坐标系第二赤道坐标和黄道坐标系天球坐标系比较4、不同纬度天球上的天体周日运动5、太阳的周年视运动2023/2/3第1章绪论89二、天球坐标总的来说，天球及天球坐标比较抽象，这需要读者建立时空概念，并有一定的耐心。在本书的以后章节里，它们将是认识天体视位置和视运动的辅助工具。2023/2/3第1章绪论90地平坐标系和第一赤道坐标系基圈始圈原点经度度量方向地平坐标系地平圈午圈南点向西第一赤道坐标系天赤道上点2023/2/3第1章绪论91地平坐标系和第一赤道坐标系2023/2/3第1章绪论92第一赤道坐标和第二赤道坐标基圈始圈原点经度度量方向第一赤道坐标系天赤道午圈上点向西（时角）第二赤道坐标系春分圈春分点向东（赤经）2023/2/3第1章绪论93第二赤道坐标系和黄道坐标系基圈始圈原点经度度量方向第二赤道坐标系天赤道春分圈春分点向东黄道坐标系黄道无名圈2023/2/3第1章绪论94天球坐标系比较地平坐标第一赤道坐标第二赤道坐标黄道坐标天球轴当地垂线天轴天轴黄轴两极天顶、天底北天极、南天极北天极、南天极北黄极、南黄极纬圈地平纬圈（等高线）赤纬圈赤纬圈黄纬圈基圈地平圈（有四正点）天赤道（有上、下点）天赤道（有春分、秋分点）黄道（有二分、二至点）经圈（辅圈）地平经圈（有子午、卯酉圈）时圈（有子午圈、六时圈）时圈（有二分、二至圈）黄经圈（有二至圈）始圈午圈午圈春分圈通过春分点的黄经圈原点南点上点春分点春分点纬度高度赤纬赤纬黄纬经度方位（向西度量）时角（向西度量）赤经（向东度量）黄经（向东度量）应用在天文航海、天文航空、人造地球卫星观测及大地测量等部门都广泛应用它观测恒星、星云、星图等类型的遥远天体常常采用赤道坐标系，它被广泛应用于天体测量中观测太阳以及太阳系内运行在黄道面附近的天体，则采用黄道坐标系注：①基圈和始圈上的点，其纬度或经度为零；极点的纬度为90°，经度则为任意。②纬度度数相等，方向相反；经度相差180°的两点互为对跖点。SchoolofSocialDevelopment,FuyangTeacher’sCollege三、不同纬度的周日运动恒显星、恒显区和恒显圈恒显星：在北半球看来，天北极周围恒星永不落地平，这部分周日圈全部位于地平以上的恒星；恒隐星：天南极周围恒星永不升起南方地平，这部分周日圈全部位于地平以下的恒星；出没星：介于上述两部分星区之间的恒星，有东升西落，这部分周日圈与地平圈相交的恒星；95不同纬度的周日运动ZPφ90º－φ恒显星出没星恒隐星对于40°N来说，下列赤纬的天体属于哪类恒星？+40°

+70°

-50°

-70°96不同纬度的天体周日视运动97

以北半球为例，天北极周围为恒显星，天南极周围为恒隐星，天赤道南北为出没星。天赤道以北的恒星在地平以上的时间较长，天赤道以南的恒星反之。南半球与之相反。SchoolofSocialDevelopment,FuyangTeacher’sCollege图3-13恒显星区（1）、恒隐星区（3）和出没星区（2）982023/2/3第1章绪论99不同纬度天球上的周日运动在赤道在纬度Φ在北极思考：恒显星区、恒隐星区、出没星区与纬度有何关系？SchoolofSocialDevelopment,FuyangTeacher’sCollege图3-14不同纬度的天球周日运动

（左）：在北极，只有恒显星和恒隐星，而无出没星；周日圈平行于地平圈。（中）：在赤道，只有出没星，而无恒显星和恒隐星；周日圈垂直于地平圈。（右）：在北半球某纬度，南北天极周围有恒显星和恒隐星，天赤道南北是出没星。北天恒星在地平以上的时间较长，南天恒星反之。周日圈倾斜与地平圈，倾角为当地余纬（90-）。100三类恒星的范围范围赤纬恒显星出没星恒隐星δ高于90º－φ的恒星δ介于±(90º－φ)）之间δ高于－(90º－φ)的恒星距离仰极φ以内天赤道两侧90º－φ的距离内距离俯极φ以内101SchoolofSocialDevelopment,FuyangTeacher’sCollege恒显星区：恒显星在天球上的赤纬范围；恒显圈：恒显星区的界线，即在北点与地平圈相切的赤纬圈。纬度越高，恒显（隐）星区愈大，出没星区愈小：周日圈与地平的交角愈小；纬度越低，恒显（隐）区愈小，出没区愈大：周日圈与地平的交角愈大。恒显（隐）圈的仰（俯）极距=出没星区宽度=2(90－周日圈与地平交角=901022023/2/3第1章绪论103太阳的周年视运动图1-8太阳周年运动方向向东(与地球公转方向相同),其视行路线被称为黄道。SchoolofSocialDevelopment,FuyangTeacher’sCollege1天球的视运动对于地球观测者：天球围绕我们以与地球自转相反的方向（向西），和相同的周期（1日）旋转；天球周日运动；周日圈：天体周日运动行经的路线，天体愈近天极周日圈愈小，反之亦然。SchoolofSocialDevelopment,FuyangTeacher’sCollege图1-10天球的视运动左：地球公转和太阳周年运动，二者都向东。右：地球自转和天球周日运动，前者向东，后者向西。SchoolofSocialDevelopment,FuyangTeacher’sCollege2023/2/3第1章绪论107三、星图、星座和星表星图：天体在天球上的视位置投影到平面上绘成的图。星座：用想象的线条将天空中的星星连接起来，并构成各种图形，或把某块星空划分成几个区域并命名，以便人们讲述和记录，这些图形连同它们所在的天空区域，叫做星座。星表：星表是记载天体各种参数（如坐标、运动、星等、光谱型）和特性的表册，实际上就是天体的档案。2023/2/3第1章绪论108星图2023/2/3第1章绪论109星座2023/2/3第1章绪论110四、天文望远镜1、天文望远镜的功能（1）光学望远镜一是聚光，尽可能多地收集天体的辐射能量，使人类能看到较暗的天体；二是放大天体的角直径，提高分辨本领，使观测目标的细节看得更清楚。2023/2/3第1章绪论111四、天文望远镜1、天文望远镜的功能（2）射电望远镜天线把微弱的宇宙无线电信号收集起来，然后通过波导把收集到的信号传送到接收机中去放大。接收系统将信号放大，从噪音中分离出有用的信号，并传给后端的计算机记录下来。甚大阵射电望远镜2023/2/3第1章绪论112四、天文望远镜2、现代望远镜特点（1）光学望远镜口径的突破（2）射电望远镜口径的综合（3）观测位置从地面到空间（4）天体信息扩展到全波段（5）探测手段发展日益多样（6）可进行从“白光”到光谱分析（7）寻找新的载体获取天体信息（8）计算机与望远镜相结合，构建虚拟天文台2023/2/3第1章绪论113五、天文数据的处理方法和天文软件天文观测数据处理是在天文观测的基础上揭示宇宙奥秘的重要手段，随着科学技术的发展，各种大型天文仪器设备的投入使用，天文学家获得的数据量迅速增加，现代大多是借助计算机处理分析海量天文数据。随着计算机与网络技术的普及和不断发展，电子星图、天文软件的出现给天文爱好者开拓了一片崭新的空间。2023/2/3第1章绪论114六、天文圆顶、天象厅和天文台以及虚拟天文台1、天文圆顶、天象厅和天文台天文圆顶是一种特殊的标志性建筑物，为了模拟星空，可设计成封闭的半球形天像厅。厅内由天象仪和天幕组合构成。天文台是专门进行天象观测和天文学研究的机构，世界各国天文台大多建在山上。2023/2/3第1章绪论115六、天文圆顶、天象厅和天文台以及虚拟天文台2、虚拟天文台虚拟天文台是虚拟的数字天空、虚拟的天文望远镜和虚拟的探测设备所组成的机构，利用最先进的计算机和网络技术将各种天文研究资源，以标准的服务模式无缝地汇集在同一系统中。1.4时间2023/2/3第1章绪论117

1519年9月20日，是人类值得纪念的日子。这一天，葡萄牙航海家麦哲伦带领他的远航船队从西班牙出发，开始了他们历时3年的环球远行。1522年9月6日，船队历尽千辛万苦，重返西班牙海岸时，他们惊奇地发现丢失了一天时间。他们明明从出发那一天起，每天都紧挨着记了日记，但航海日历比西班牙日历却少了一天。他们在不可思议中便只有莫名其妙地去教堂进行忏悔，祈求上帝对他们的宽恕。在《清代中西历表》一书中，明朝万历十年（即公元1582年）九月十八日是阳历10月4日，九月十九日却跳到阳历10月15日，10月5日到14日这10天消失了，在这十天中，没有人出生和死亡，也没有任何历史事件发生。两个关于时间的谜团2023/2/3第1章绪论118一、时间计量系统1、时间：物质运动变化的序列和持续的性质，就是时间的本质。时间有时刻和时段两重含义。2、恒星时：把恒星作为参考点，地球自转一周的时间为一个恒星日。任何瞬间的恒星时，在数值上等于该瞬间上中天的恒星的赤经。目前天文界已人为规定春分点的时角就是恒星时。S＝tr（春分点的时角）＝aM（恒星赤经）＋tM（恒星时角）2023/2/3第1章绪论119一、时间计量系统3、太阳时：以太阳在天穹上的位置来确定一日中的时间。它有视太阳时和平太阳时之分。太阳时与恒星时差别：恒星时只包含地球自转的因素，是地球自转的真正周期；而太阳时既包括地球自转的因素，又包含地球公转的因素。2023/2/3第1章绪论120一、时间计量系统2023/2/3第1章绪论121一、时间计量系统视时与平时的比较视时是可测的，但长度不等。平时规定每日24时，由视时或恒星时推算得到的。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。差别原因：这主要是人们定义的两个太阳（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。2023/2/3第1章绪论122一、时间计量系统4、太阴时：以月球作为参考点，考察地球自转一周的时间。5、历书时：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。6、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。7、协调世界时：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。用“跳秒”办法解决。2023/2/3第1章绪论123二、时间种类与换算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。（2）地方恒星时、地方视太阳时和地方平太阳时的关系：视时－平时＝时差；平时＝视时－时差＝（恒星时－太阳赤经＋12h）－时差2023/2/3第1章绪论124二、时间种类与换算2、区时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。2023/2/3第1章绪论125区时和时区示意图时区序号（n）与经度的关系n＝λ／150＝整数（四舍五入）

[例]求640E所在时区：ｎ＝640÷150＝＋４

[例]该时区中央经线的经度：

λ＝150×４＝600E区时的计算

Ｔ１－Ｔ２＝ｎ１－ｎ２

式中：ｎ为时区序号（东＋西－），Ｔ为相应时区的区时。

特殊值的处理：Ｔ>24h，则在结果中－24h，日期为明日。Ｔ<０h，则在结果中＋24h，日期为昨日。

计算举例区时计算举例（1）１．当西5区区时为20h，求东5区区时？例２已知：Ｔ１＝20h，ｎ１＝-5，ｎ２＝+5，求：Ｔ２＝？解：Ｔ１－Ｔ２＝ｎ１－ｎ２

20－Ｔ２＝-5－（+5）Ｔ２＝30

30-24＝6即明日6h

区时计算举例（2）２．已知东８区Ｔ＝10h，求西8区T=？解：Ｔ１＝10h，ｎ１＝＋８，ｎ２＝－８，Ｔ２＝？Ｔ１－Ｔ２＝ｎ１－ｎ２

10－Ｔ２＝８－（－８）Ｔ２＝－６－６＋24＝18即昨日18h。

2023/2/3第1章绪论130区时和时区示意图图4-22世界时区图EastChinaNormal

University2023/2/3第5章地球运动及所产生的地理意义133时间早晚日期最早日期最晚2023/2/3第5章地球运动及所产生的地理意义134时间越来越晚¤伦敦0时区北京东京东9区华盛顿西5区堪培拉东10区新德里东5区莫斯科东3区旧金山西8区北京时间北京时间为东８区的区时或1200E的地方平时。

2023/2/3第1章绪论136国际日期变更线——180度经线日界线西12区1日东12区2日自西向东越过日界线，日期减1日；自东向西越过日界线，日期加1日。

-1日+1日2023/2/3第1章绪论138二、时间种类与换算3、法定时和标准时某些国家和地区规定把某一时区的区时或某一经线的地方时作为全国、全地区统一使用的标准时，为法定时。中国以120°东经的地方平太阳时或东8区的区时作为法定时，即北京时间。规定以0°经线的平太阳时或0时区的区时为世界时。2023/2/3第1章绪论139二、时间种类与换算4、世界时与协调世界时世界时，即格林尼治时间，简写为UT，是世界通用的时间，也是换算地方时和区时的标准，它是0°经线的地方时。1934年，世界时由视时改为平时（平太阳时）。现在，所用的格林威治时间就是对协调世界时而言的，全世界的无线电通讯中的标准时间，几乎是协调世界时。1.5历法2023/2/3第1章绪论141一、编历原则1、历法推算日、月、年的时间长度和它们之间的关系或安排年月日的法则，称为历法。2、编历原则阴历以朔望月考虑为主；阳历以回归年考虑为主；阴阳历是既考虑朔望月又考虑回归年。具体安排时，就要考虑置闰问题。历年、历月、历日回归年（365.2422日）朔望月（29.5306日）太阳日太阳历太阴历阴阳历2023/2/3第1章绪论143二、历法的种类与评价1、阳历：现行公历，由儒略历到奥古斯都历再到格里历的演变。优点：①历年与回归年同步，故月序与季节匹配较好；②它的置闰为400年97闰或每4年一闰，世纪年份除尽400年是闰年。缺点：①历月人为安排，天数有28、29、30、31天4种，大小月排列不规律；②四季长度不一有90、91和92天3种，上下半年也不相等；③岁首（元旦）没有天文意义；④每个月的星期参数不固定；⑤与月相变化天关，白白浪费了天赐的月相变化周期。太阳历制历依据：太阳回归运动历年是首要成分，历月则是历年的分割制历原则现行阳历阳历沿革太阳历制历原则历年：平均历年＝回归年∵回归年＝365.2422日∴平年365日，闰年366日历月：平均历月＝回归年÷12

∵平均历月＝365.2422日÷12＝30.4368日∴大月31日，小月30日

置闰：400年97闰

∵

0.2422×400＝96.88日阳历的置闰原则四年一闰∵

0.2422×4＝0.9688日四百年减三闰∵

0.0312×100＝3.12日3333年再减一闰∵

400年中0.12日的差值经3333年积累为1日。现行阳历历年：采用公元纪年，岁首为元旦（λ⊙≈2800）。平年365日，闰年366日。

历月：12个历月，大月31日，小月30日。

但2月份是一个特殊小月，平年只有28日，闰年才29日。置闰方法：

公元年数能被４整除者，原则上为闰年。

逢百年数能被400整除者，方为闰年。阳历沿革阳历置闰举例如1996年、2004年，都是闰年。如1700年、1800年、1900年，都不是闰年。2000年是闰年。在1601—2000的400年间，去掉了1700、1800、1900三个闰年，只有97闰。

阳历沿革儒略历历年：平年365日，闰年366日置闰：隔３年１闰（即４年１闰）历月：年分12月，

单数月为大月，31日；

双数月为小月，30日。奥古斯都历格里历改历措施新旧历转换改历措施儒略历为纪念实行新历，将儒略凯撒生日所在的月份－７月，称为July。儒略历的执行者误将隔３年１闰的制度作为３年１闰，致使从公元前45年～公元前9年的36年间，儒略历安排了12个闰年（而实际应为9个闰年），即多闰3日，因此历年比回归年长出3日。儒略历和奥古斯都历的大小月设置儒略历大月：1，3，5，7，9，11小月：2，4，6，8，10，12奥古斯都历大月：1，3，5，7，8，10，12小月：2，4，6，9，11新旧历转换新历日期＝旧历日期＋10日

+闰年订正值

闰年订正值即按照旧历是闰年，而按照新历不是闰年的年份个数。如1700、1800年。

日一二三四五六123415161718192021222324252627282930312023/2/3第1章绪论153二、历法的种类与评价2、阴历：把朔望月（29.5306天）作为历月的长度，