公历和儒略日.pdf

第1 讲 公历和儒略日 1．时间的计量 时间计量是天文计算的第一个基础。时间概念的发生，源于人类生活生产的需要。白 昼和黑夜交替，月圆和月缺轮换，炎夏和寒冬往复，自然界中这些周期发生的现象与人类的 生存息息相关，很自然地成为计时的依据，抽象出日，月和年的概念。把这些基本元素组织 成一个协调实用的计时系统，就产生了历法。 南京东郊风景如画的紫金山第三峰上，座 落着著名的紫金山天文台。台区内陈列着一组 堪称国宝级文物的古代天文仪器。其中一台高 3.56 米的仪器，由一具平卧的圭和一具竖立的 表组成，叫做圭表 （图1）。这是一种起源可以 追溯到远古时代的计时仪器。它依南北子午线 方向水平安置，根据正午时刻落在圭尺上的表 的影子的长度测定时间。表影所反映的太阳在 天球上每天一次经过南北子午圈的视运动，是 “太阳日”概念的来源。地球上每个人时时都 最直接地感受着这个天象。实际上它并不象我 们直观看到的那样单纯，而是稍许有点复杂， 它是地球绕轴自转和绕太阳公转两个运动合成 图1 圭表，造于明代（1439 年） 的反映。以太阳日为基本单位的计时系统，叫 做世界时，简记为 UT1 。天空中太阳相对于地面上南北子午圈的位置依赖于当地的地理经 度，时间的度量因而也与地理经度有关，不同地理经度的观测地有不同的时间，这就是地方 时。为了统一，规定世界时为本初子午线或零经度线上的地方时，这条经线经过英国伦敦的 格林尼治天文台，因此也叫做格林尼治时间。 比太阳的视运动简单一点的是遥远恒星每 天一次经过南北子午圈的视运动，它只是地球绕 轴自转一种运动的反映，与之相联系的概念是 “恒星日”。恒星日虽然单纯，却远离生活，因 而没有成为计时的基础。随着观测技术的发展和 观测精度的提高，到了20 世纪，人们终于发现， 无论是地球的自转还是公转，都是不均匀的，都 不宜用作精密计时的尺度。从 1967 年开始，改 用原子振动的周期作为计时的尺度，规定铯原子 基态的两个超精细能级在零磁场下跃迁辐射振 荡 9,192,631,770 周所持续的时间为一个国际制 秒。时间计量从此与地球的运动脱钩，这样的时 间尺度叫做原子时，简记为TAI 。根据爱因斯坦 的广义相对论，时间的快慢与局部引力场有关。 在太阳系内，有两个处所是紧要的：一个是太阳 图2 被天极周围恒星的周日运动 系质心，所有太阳系天体的运动都与它相联系； 一个是地球质心，包括地面观测者在内所有地球 1 物体的运动都与它相联系。这样就从原子时派生出两个时间系统：以太阳系质心为参照的质 心力学时，简记为TDB ；以地球质心为参照的地球力学时，简记为TT 。这两个时间尺度差 别的主要部分的振幅为1.7 毫秒，周期为一年，对于本书所讨论的问题，可以忽略不计。而 地球力学时与地面原子时的尺度是完全一样的，仅仅因为历史的原因两者的起点有 32.184 s TT TAI+ 32 .184 秒的差。两者间的转换公式是： 。 以更加稳定的原子时作为基准，世界时的不均匀性就显现了出来，经过积累会盈余或 短缺1 秒，而且还有长期变慢的趋势。但世界时以地球的自转和公转运动为基础，既反映地 球在空间中的指向和方位，又符合人们千百年来的生活习惯，具有实际应用价值。为了协调 原子时和世界时两种不同的时间尺度，就产生了协调世界时UTC ，并且从1979 年起成为世 界各国使用的正式时间标准。协调世界时的单位为国际制秒，但时刻保持与UT1 一致。当 UTC 领先UT1 0.8 秒时，增加一个闰秒；当UTC 落后UT1 0.8 秒时，减少一个闰秒。实施 闰秒的日期为3 月31 日，6 月30 日，9 月30 日和12 月31 日的最后一秒。这样，一日所含 的国际制秒数不再是常数86400。闰秒的设置是由国际时间局（BIH ）根据天文观测资料决 定和发布。 2 ．儒略历和格里历 现在通用的公历是意大利医生兼哲学家里利乌斯（A