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天体物理学时间、坐标系统简介山东大学物理与微电子学院薛良

一.时间系统天文学上应用四种不同的时间系统：世界时、历书

时、力学时和恒星时。每一种时间系统都有一个基本历元和一个基本

的时间间隔度量体系。它们都采用“日”做为基本的时间单位，

每日包含等长的24小时，每小时包含等长的60分钟，每分钟包含

等长的60秒，亦即，1d=24h=1440m=86400s。1.世界时（Universal

Time，ＵT）世界时是根据地球相对于太阳自转导出的时间系统。

地球自转的速度并不是均匀不变的，而是具有下列三种变化：⑴

长期变化由于潮汐摩擦力，地球自转速度逐渐变慢，日的长度每百

年大约增加0.0016秒。⑵季节变化地球表面上的气团随季节

而移动，使地球自转速度产生季节性变化。在春季自转速度较慢，秋

季较快，一年里的日的长度约有0.001秒的变化。此外，还有一些

影响较小的其他周期性变化。⑶不规则变化这种变化表现为地

球自转速度时而加快，时而变慢，其物理机制尚不清楚。这三种

变化中，长期变化不太明显，只在长时期的积累后才产生影响；不规

则变化比较大，且不能预先估计；季节变化也相当大，但每年变化的

规律相当固定，因此可以预先根据经验公式外推。另外，世界时

的测定与测站子午圈的位置有关，地极位移引起子午圈的的变位也能

影响测定的世界时的均匀性。1956年起，国际上把世界时分为三种：

通过天文观测直接测定的世界时，记为UT0；加以地极位移引起子

午圈变位的修正得到的相对于平均极的子午圈的世界时，记为UT1；

再修正用经验公式外推得出的地球自转速度周年变化的影响，得出另

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一种相对地说比较均匀的世界时，记为UT2。尽管如此，世界时UT2

仍然包含有地球自转速度的长期变化和不规则变化的影响，不是绝对

均匀的。天文年历中，根据力学理论计算天体位置所用的时间是均匀

的时间，世界时不符合这一要求。2.历书时（EphemerisTime，ET）

地球自转速率的不规则性使得世界时不适合于观测和理论的比较，

1960年起，各国天文学年历引入一种以太阳系内天体公转为基准的

时间系统，称为历书时。它在当时被认为是均匀的。历书时用1900年

年首的平黄经和平均运动来定义，历书秒定义为1900年1月0日

12hET瞬时回归年长度的9747分之一，而把1900年初太

阳几何平黄经等于2794148.04时刻作为基本历元，即1900

年1月0日12hET（1900年1月0.5天）。但是，历书时不论从理

论上还是实践上都是不完善的，它不能做为真正的均匀时间标准。原

因如下：⑴原则上讲，每一种基本历元表都可以有其自身的“历书时”，

例如由观测月亮得出的历书时与用太阳运动定义的历书时就不一致；

⑵历书时定义中关联到一些天文学常数，天文常数系统的改变就会导

致历书时的不连续；⑶实际测定历书时的精度不高，而且提供结果比

较迟缓，不能及时满足需要高精度时间的部门的要求。3.国际原子

时（TAI）1967年第十三届国际度量衡会议引