天文学.W06.时间与历法

上回说到：天体的周日视运动；1在南北极观察星空，恒星的运动轨迹是怎样的？在赤道上观察星空，恒星的运动轨迹是怎样的？上回说到：太阳的周年视运动2从地球上看，太阳实际穿过了除黄道十二宫之外的第十三个星座是？一年之中在每天白天定时记录太阳的位置，最后会形成何种形状？从地球上看，太阳周年视运行的轨迹叫？黄道和赤道的交角(黄赤交角)的大小是？太阳的周年视运动3黄道春分点(γ)春分和秋分–日夜等长4春分点(γ)夏至和冬至

白天最长和白天最短

SummerSolstice

and

WinterSolstice5夏至和冬至

白天最长和白天最短6上回说到：天球和天球坐标系7我们描述天体在天球上的位置，需要几个坐标？在球面上怎样连接两点才能使得距离最短？常用的天球坐标系有哪几种？地平坐标系：方位角(A)和地平高度(h)北极星的地平高度=地理纬度天赤道的地平高度=90◦

–地理纬度8真地平9赤道坐标系：赤经(α)和赤纬(δ)银道坐标系：银经(L)和银纬(b)10Timeandcalendar第六周时间与历法11一、时间及其计量1时间的本质时间的重要性不言而喻。

一切节省，归根到底都归结为时间的节省。──马克思利用时间是一个极其高级的规律。──恩格斯合理安排时间，就等于节约时间。──培根今天所做之事勿候明天，自己所做之事勿候他人。──歌德浪费时间是一桩大罪过。──卢梭

你热爱生命吗？那么别浪费时间，因为时间是组成生命的材料。

──富兰克林把活着的每一天看作生命的最后一天。──海伦·凯勒一寸光阴一寸金，寸金难买寸光阴。

机不可失，时不再来。光阴似箭，日月如梭。普通人只想到如何度过时间，有才能的人设法利用时间。

──叔本华黄金时代在我们面前而不在我们背后。──马克·吐温12时间的本质是什么？

什么是时间？一些研究过时间的人会发出哀叹：时间是什么，不问谁都明白，一问谁都说不清楚。13古希腊时代，柏拉图：宇宙装在空间中，时间从宇宙中产生。17世纪，康德：时间不是外部客观事物的特征，而只是人们主观对客观的一种感受，是人类本能的一种表现形式。牛顿：绝对的、真实的数学时间，是永远均匀流动的，它不依赖于任何外界事物。20世纪，爱因斯坦：时间并不是孤立存在的，它与空间有关。辨证唯物主义的时间观：时间是建立在物质的运动和变化的基础上的，时间和空间都是物质存在的基本形式，物质的运动与变化永远是在时间和空间中进行的。14原始蒙昧时期，日出而作，日没而息，以年，月做时间的单位。机械钟的发明。北宋苏颂“水运仪象台”。17世纪中叶，Huygens根据伽利略发现摆的等时性原理，发明了摆钟。最精确的天文摆钟－雪特摆钟，每天的误差为千分之几秒。1929年，出现了石英钟，精度大为提高，到五十年代已完全代替了天文摆钟。目前，高精度石英钟误差已达到几十年不大于一秒。2计时仪器1949年，原子钟应运而生。利用能量状态经过选择的原子，在微波谐振腔中进行量子跃迁，从而获得相应能级间跃迁所发射或吸收的电磁波的固有频率。氨分子钟。15圭表日晷（gui）16时间单位——秒的定义如下：秒是铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9,192,631,770个周期的持续时间。1955年，英国的埃森等人首先铯原子钟。它的出现，使时间频率计量精度产生了一个飞跃。此后氢原子钟、铷原子钟等相继出现，发展非常迅速。1967年起，以铯原子钟的跃迁频率为基础，规定了原子时的秒长，成为目前时间计量的标准。500万年只差1秒。17有了计时仪器以后还有两个必须解决的问题：二、天文时间计量系统时间的起算点如何计算时间间隔说明某一事件究竟发生在什么时刻。即要求有一种标准单位，以唯一确定两事件之间的时间间隔究竟时多少。

各种不同的时间计量系统，实质上就是在这两点上有所区别而已。18天球的周日旋转是地球自转的反映，我们就利用太阳、恒星或天球上假想点的周日运动来建立时间系统。由于选取的特定点不同，在天文学中就有几种不同的计量时间系统，如恒星时、真太阳时、平太阳时等。19

基本点：天极

基本圈：天赤道赤纬(Dec)δ：由天赤道沿过天体的赤经圈向北＆南天极方向度量（00-±900）时角t：起始点－子午圈与天赤道边的交点Q’。由起始点沿天赤道顺时针量至天体所在赤经圈（0h

–24h）插播：时角坐标系(赤纬δ，时角t)某一天体201恒星日与恒星时(SiderealTime)以某一个恒星为参考点来度量的地球自转周期，即该星连续两次经过上中天的时间。过天极和天顶的大圆称为子午圈，天体通过子午圈称为中天，其中距离天顶近的称为上中天，远的称为下中天。北天极P南天极P’QQ’天赤道天顶Z天底Z’真地平子午圈北点N南点S西点W东点E21子午圈

定义：以春分点(假设这颗星位于春分点)为参考点，来计量地球自转周期。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：上中天

恒星时在数值上等于春分点的时角。

S=tr=α+t当任一恒星时上中天时

t=0；即s=α中。22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。2真太阳日与真太阳时时间单位—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：以真正的太阳为参考点，以真太阳的视运动来计量地球自转一周的时间。23

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）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。真太阳日的长度天天都不相同，最长的真太阳日(12月23左右)与最短的真太阳日(9月13左右)相差可达51秒之多。24真太阳日的长度25在黄道上建立第一辅助点：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地点和远地点。在赤道上建立第二辅助点：在赤道上匀速运动，其速度3平太阳与平太阳时(mT)19世纪末美天文学家S.Newcomb引入的一个假想参考点。等于第一辅助点速度，且与第一辅助点同时过春分点和秋分点。第二个辅助点为平太阳。26平太阳时(简称为平时)：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

平太阳与人们日常生活的时间概念一致。通常钟表所指示的时间即为平太阳时。以后如不特殊说明，都是平太阳时系统。27时差：

平太阳是人为引入无法观测的假想辅助点，所以它只能通过真太阳日来推算。引入：时差－真太阳的时角与平太阳的时角之差。时差：η=t⊙

–tm

时差的零点与极大值：（一年中η四次为零，四次为极大值）日期4.166.159.112.242.125.157.2611.3η0000-14m24s+3m48s-6m18s+16m24s2829

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，因此太阳时比恒星时长。北极点子午线春分点周年周日赤道30回归年：平太阳连续两次过春分点的时间间隔。1回归年＝365.2422平太阳日＝366.2422恒星日1恒星日＝（1－1／366.2422）平太阳日1平太阳日＝（1＋1／365.2422）恒星日1／365.2422＝3m56s太阳时比恒星时每日约长4分钟！31计量系统的地方性

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，以时角量度的。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，参考点过的天子午圈不同，所得时刻也不同－地方时。三、地方时、世界时、区时32

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。1.地方时

我国幅员辽阔。当东部的乌苏里江的渔民迎来黎明的曙光时，西部帕米尔高原还在深夜。如果各地都按照地方时计量，将使人们的交流很不方便，于是国际上统一规定了全球的标准时——世界时。33

把全球分成24个时区，每区跨经度150，各区把中央经线的地方时作为本区统一使用的标准时。这样的区域称为时区；这样的时间称为区时。

我国－东八时区。北京区时＝UT＋8h2.世界时(UT)3.区时英国格林尼治天文台本初子午线

世界时：以本初子午线为起点，以该地的地方平时作为世界时。其它地方的平时m与世界时的关系为东经取正，西经取负。34日常生活－区时；天文观测－恒星时。4.区时与地方恒星时的换算地理纬度地方恒星时当日世界时零时的地方恒星时，查天文年历知道。时区第N时区的区时35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。5.国际日期变更线——日界线36假如一个产妇坐飞机，恰巧在飞越日界线前后出生了一对双胞胎，飞机在东十二区上空出生了第一个婴儿，飞机飞越日界线，进入西十二区上空之后，又出了一个婴儿，那么这两个婴儿的出生日期相差一天，后出生的婴儿，应当是弟弟（或妹妹），但生日日期却早一天，按生日日期来论，反而成为哥哥（或姐姐）。37没有历法的时候，刻木记日，结绳记日。（直到1978年，埃塞俄比亚的原始部落中，还在使用这个方法）古埃及，最初一年12个月，360天。但从对尼罗河泛滥情况的统计中发现，周期是365天。所以这最后5天干脆就呆在家里，呼呼大睡，打发时间，就算过节吧，所以，古埃及人称过年为“涨水新年”，欢度新年的风俗就和期盼农作物丰收紧密联系起来了。人们用各种农作物的种子当作贡品，摆在自家门口，希望尼罗河水神在新的一年带给人们更多的丰收。四、历法与节气381）历法：推算年、月、日的时间长度，协调它们的关系，制定一定的时间序列法则。年：以地球公转为依据、四季变化的周期。

1回归年＝365.2422平日月：以月球公转为依据、月相变化的周期。

1朔望月＝29.5306平日日：以地球自转为依据、昼夜交替的周期。

1平日

这是三种完全独立的运动，没有简单的通约关系，日是基本单位不能分割，这种整日数的年和月为历年、历月。1.制历的基本原则392）主要有三种类型（1）太阴历：（回历）以朔望月为基本单位。（2）太阳历：（公历）以回归年为基本单位。（3）阴阳历：（农历）以朔望月计月，以回归年计年，二者兼顾。40

定义：以朔望月为基础，朔望月=29.5306日规定：每年12个月，大月30天、小月29天，平均29.5天。

12个太阴月：29.5×12＝354日

12个朔望月：29.5306×12＝354.36708日

一年相差8小时48分36秒

置闰：为保证每年的年初与月初都为残月，

30年加11个闰日。2.太阴历(回历)41在古罗马，有个努马历。虽然也是12个月，但是他们认为偶数是不吉利的数字。所以规定1、3、5、8四个月31天，2、4、6、7、9、10、11七个月29天，而12月只有27天，一年总共354天。42置闰：30年11闰

太阴历年长：

35411/30=354.3666日

12个朔望月：29.5306×12＝354.36708日

一年差41s.530年的历年长：354×30＋11＝10631日30年朔望月长：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年为闰年，闰日加在闰年的最后一天。

（可保证朔在月初和年首）43

优点：日期与月相吻合的较好

缺点：历年长35411／30＝354.3666日

与回归年365.2422比，一年就相差11日左右，3年就要短1个月，约17年就会出现月序与季节倒置的现象。因此，岁首逐年提前，与季节完全脱节。目前只有少数伊斯兰国家和地区在宗教节日上使用。44由于观测条件的限制，埃及人的历法中一年仅有360天，以后才逐步改为365天（比回归年还少1/4天）。经过几千年的发展，逐渐演进成为现在全世界普遍采用的公历。现公历（格里高利历）的前身是儒略历：是罗马的儒略.凯撒(JuliusCaesar)于公元前46年仿照古埃及历法制定的。儒略历(JulianCalendar)

定义：以回归年为基础,回归年=365.2422日规定：每年12个月，大月31天（单）、小月30天（双）、2月（处决人犯的月份）平年29天。置闰：每隔三年一闰，闰年366天，加在2月。

平均历年长：3651／4＝365.25日回归年长：365.2422日

400年差3天。年首：每年冬至后第十天。2.太阳历(公历)起源于古埃及45

儒略.凯撒于公元前45年被刺身亡，为了纪念他，把他出生的7月改为儒略月(July)。在实际执行儒略历的过程中，当时掌权的僧侣把“每隔三年一闰”误解为“每三年一闰”。这样在公元前42年置闰开始到公元前9年的短短33年，就多了3个闰年。日期与节气有了明显的混乱。

公元前8年奥古斯都(Augustus)对历法又一次改革

1、从公元前8年到公元3年不再闰年，把多闰的3年扣回。

2、将他出生的8月改成大月，从大家都不喜欢的二月中再扣掉一天。3、有1、3、5、7、8、10、12为大月（31天），4、6、9、11月为小月（30天），平年2月28天。46

公元1582年：测得太阳3月11日过春分点比规定的3月21日提早10天，历日与天象不符，必对历法进行修正。格里历：罗马教皇格里高利十三世对历法又作了一次重大改革，定形为今天的公历。1、规定：1582年10月4日的第二天为10月15日。2、改为400年97闰：凡是年数可被四整除的为闰年，世纪年要被400整除才是闰年。

格里历平均历年长：36597／400＝365.2425

回归年长：

365.2422

25s.9／1年

2h52m48s

／400年

3300年才差一天！47公元的起点公元四世纪，罗马皇帝君士坦丁皈依基督教，并将基督教定为罗马帝国国教，他还规定儒略历为基督教的历法,就是忘了规定哪一年是它的起点，这对具有线性思维方式的欧洲人来说，始终是块心病。公元525年，为了预先推算“复活节”的日期，狄奥尼西（Dionysis）教士提出了耶稣诞生在古罗马的狄奥克列颠纪元之前284年的说法，他还主张以耶稣诞生之年作为的纪元的起点，这个主张得到了教会的大力支持。公元532年，教会将此纪年法首先在教会中使用，并在全欧洲推广开来。从此，狄奥尼西教士所臆造的耶稣诞生的年份便被正式定为称为儒略历纪元元年。48根据基督纪年法，所谓“公元元年”，就是公历基督诞生那一年。举例来说，“公元2006年”中的A.D.,是拉丁文AnnoDomini的缩写，意即“intheyearofourLord.”（我们主的生年），在公元元年以前，则统称“公元前”，英文用B.C.表示，意思是“BeforeChrist”（基督以前）。后来，有历史学家考证出，耶稣诞生的年代让狄奥尼西搞错了，至少他让耶稣年轻了四岁，或者更多，但也没法再改了。49尽管格里历比儒略历更为准确，但是，当教皇于1582年10月15日正式颁布这一新历法时，只有意大利、法国、波兰、西班牙、葡萄牙等天主教国家立即采用，新教国家则予以抵制。直到18世纪，大英帝国及其所属的部分殖民地，包括现在的美国才采用格里历。

大家熟悉的1917年的俄国十月革命是在1917年11月7日爆发的，但为什么叫“十月革命”呢？这是因为信奉东正教的沙俄帝国坚持使用儒略历，那一天是儒略历的10月25日。列宁是个非常西化的人物，在西化等同于现代化的年代，苏维埃政府刚一成立，就于1918年1月24日发布命令改用公历。50优点：与季节相吻合

缺点：月只是一个过渡单位，与月相无关。

我国1912年采用格里历，但不用其纪年，直到解放后才采用。纪年：公历的纪元是人为的、带有宗教色彩。在公元532年罗马教皇宣布基督诞生的那一年为公元元年。而不是儒略凯萨下令修改历日的开始时间。在公元532年后宣布532年前一年为元年。是出自宗教的需要，4是闰年周期数；19是朔望月周期数；7是星期的天数。4×19×7＝532，保证复活节过532年会在同一日期、同一月相、同一星期序数重复出现。51在中国，颁布历法是皇权的体现。从黄帝纪年到清朝末期启用西历（格里历），中国历史上一共产生过102部历法。汉朝以前的古代中国历法以366天为一岁，用“闰月”确定四时和确定岁的终始，具备了阴阳历的技术。汉朝初期全国统一历法，历法也成为了一门较为独立的科学技术。汉武帝责成邓平、唐都、落下闳等人编写了《太初历》，之后刘歆作《三统历》，这两历的重要特点是年岁合一，一年的整数天数是365天，不再是之前历法的366天。以“加差法”替代之前的“减差法”以调整时差。之后中国历朝颁布的历法，均与太初历大同小异。3.阴阳历(农历)52历月长：大月30天、小月29天，大小月不固定，依实际天象推算。历年长：使其平均历年长与回归年长尽量一致。置闰：19年加7个闰月平年

12个月354或355天。

闰年

13个月383或384天。3.阴阳历(农历)53

19年7闰：19个回归年长：

365.2422×19＝6939.601819个历年长：

29.5306×（19×12＋7）＝6939.6886519年相差2h05m04s

闰月大致在第3、6、9、11、14、17、19年。54农历中表示太阳位置的特殊方法。每一节气太阳黄经均匀增加15度，但时间间隔不同。节气中气节气中气立春3150

雨水3300

惊蛰3450

春分0