天文观测时间系统PPT课件.ppt

1、本章主要内容本章主要内容3.1 时间是什么？时间是什么？3.2 时间系统及其转换时间系统及其转换 3.2.1 太阳时太阳时 3.2.2 恒星时恒星时 3.2.3 世界时世界时 3.2.4 原子时原子时 3.2.5 协调世界时协调世界时3.3 现代时间计量服务现代时间计量服务3.4 历法与节气历法与节气 回答回答“时间的本质是什么？时间的本质是什么？”这个问题很不容易！这个问题很不容易！ 古人感觉事件发生的先后、物体运动的进程，产古人感觉事件发生的先后、物体运动的进程，产生了直觉原始的时间观念。生了直觉原始的时间观念。 时间是时间是“人们主观对客观存在的一种感受人们主观对客观存在的一种感受”？（

2、康德），还是客观世界物质运动的一种表现形式？（康德），还是客观世界物质运动的一种表现形式？（唯物主义）（唯物主义）一、时间的内涵一、时间的内涵爱因斯坦的爱因斯坦的“相对论性时空观相对论性时空观”：时间与空间都是物质：时间与空间都是物质的存在形式！物体运动的性质决定于时空，时空的性质的存在形式！物体运动的性质决定于时空，时空的性质也决定于物体及其运动本身。也决定于物体及其运动本身。牛顿的牛顿的“绝对时空观绝对时空观”：时间除了均匀流逝性之外，没有：时间除了均匀流逝性之外，没有其它属性。均匀的、有方向的、没有起点和终点、永恒存其它属性。均匀的、有方向的、没有起点和终点、永恒存在，即使物质消失，空间

3、和时间仍然存在。在，即使物质消失，空间和时间仍然存在。“上下四方曰宇，上下四方曰宇，曰宙曰宙” 淮南子淮南子二、如何计时？二、如何计时？“时间的延绵只能通过周期运动的时间的延绵只能通过周期运动的动作单位测量动作单位测量”洛克洛克时间计量的两个方面：时间计量的两个方面：1、（单位）；（单位）；2、 时间有 “间隔”、“时刻”两个含义 ：事物某一运动过程所经历的时间。 ：事物运动中，某一状态发生的瞬间。 20002001200220032004一、一、选择某一运动规律已掌握，运动状态可观测到的具体。二、二、选取该事物的为时间的。三、三、选取该事物的为时间计量的。先民先民“日出而作，日日出而作，日落

4、而息落而息”，太阳太阳是天是天然的钟表。然的钟表。3.2 时间系统及其转换时间系统及其转换3.2.1 太阳时太阳时 I. 真太阳真太阳视圆面的中心连续两次下中天（起视圆面的中心连续两次下中天（起算点）的时间间隔为一个算点）的时间间隔为一个。但由于但由于地球公转速度不均匀故其不断变化。地球公转速度不均匀故其不断变化。 真太阳日中最长与最短的一天相差达真太阳日中最长与最短的一天相差达51s !运行运行速度慢速度慢运行运行速度快速度快3.2.1 太阳时太阳时 II. 为了克服上述缺陷，为了克服上述缺陷，19世纪末美国天文学世纪末美国天文学家纽康引入了一个假想参考点家纽康引入了一个假想参考点 假想：假

5、想：1）一点在黄道上匀速运动，其视运）一点在黄道上匀速运动，其视运动速度等于真太阳运动速度的平均值，并动速度等于真太阳运动速度的平均值，并与真太阳同时经过近地与远地点；与真太阳同时经过近地与远地点；2）另一）另一点（点（）在天赤道上匀速运动，与前）在天赤道上匀速运动，与前一点速度相同且两者同时通过春分和秋分一点速度相同且两者同时通过春分和秋分点。点。 此假想的平太阳连续两次下中天（起算点）此假想的平太阳连续两次下中天（起算点）的时间间隔定为一个的时间间隔定为一个。平日的。平日的1/24h称为称为平太阳时平太阳时, 也称为也称为。 真太阳时与平太阳时的关系通过真太阳时与平太阳时的关系通过时差时差

6、来联来联系：系：=mmtttt时差：即真太阳时角 与平太阳时角 之差。 3.2.2 恒星时（恒星时（ST） 恒星时恒星时( idereal Time)是以春分点的周日视运是以春分点的周日视运动为依据建立的。规定，动为依据建立的。规定，连续两次上中连续两次上中天的时间间隔为一个天的时间间隔为一个，并以春分点在当，并以春分点在当地上中天的瞬时作为恒星时的起算点，即以地上中天的瞬时作为恒星时的起算点，即以来计量恒星时：来计量恒星时： 即地方恒星时在数值上等于春分点的时角即地方恒星时在数值上等于春分点的时角 易证，恒星时与任一天体的赤经和其时角关系易证，恒星时与任一天体的赤经和其时角关系为：为： 天体

7、天体时，时，t=0，故，故 StSt 天体上中天天体上中天恒星时与真太阳时的关系恒星时与真太阳时的关系注：夸张表示注：夸张表示 水星的公转周期为87.969地球日,自转的物理周期(恒星日)为58.646地球日. 其公转与自转方向均与地球相同. 请问, 水星上的一昼夜(太阳日)是多长呢? 水星上的”一天”与”一年”哪个长? 感兴趣的同学还可以类似的计算金星上的”一天”是多长? 注意金星是逆向自转的噢水星上崭新的水星上崭新的“一天一天”开始了，开始了，你能算出它的长度么？你能算出它的长度么？恒星时与平太阳时恒星时与平太阳时时间间隔时间间隔换算换算m365.2422366.242211= 1+365

8、.2422365.24221=day=3 56.5554365.24224s一个回归年（地球公转周期）中太阳日比恒星日少一天，而一个回归年里有平太阳日，即： 平太阳日恒星日 （）恒星日引入符号： 即，恒星日比平太阳日短约 分钟。恒星每天早升起恒星每天早升起4分钟，每月早升起分钟，每月早升起2小时！小时！= 2.737909 10-324h = , S = m + S0 + (m-)恒星时与平时恒星时与平时时刻时刻的换算的换算地方恒地方恒星时星时平时平时世界时世界时0h的格的格林尼治林尼治恒星时恒星时 = 2.737909 10-3地理经度地理经度简单估算法：简单估算法：每年春分每年春分,夏至夏

9、至,秋分秋分,冬至时的冬至时的S0值分值分别为别为11h53m, 18h0m, 0h7m, 6h0m，之后，之后S0每隔一天加每隔一天加4m，每隔一月加，每隔一月加2h，忽略第，忽略第3项项(若上式计算结果若上式计算结果 24h, 则减去则减去24h)查查中国天文年历中国天文年历得到得到3.2.3 地方时和世界时地方时和世界时l恒星时、真太阳时、平太阳时是以春分点、真太阳、平太阳为参考点参考点，以过当地天子午圈的时刻（上下中天）为，以时角时角度量的。l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。即上述时刻有地方性，称为。 地方时（地方

10、时（LT） 定义： 以本地子午面为起算平面，根据任意量时天体（恒星或太阳）所确定的时间。(s、m 、m)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。 A -B = mA mB = tA tB SA SB = tA tB = A -B 世界时（世界时（UT） 世界时是国际上统一规定的全球标准时，世界时是国际上统一规定的全球标准时，以英国格林尼治天文台原址（地理经度以英国格林尼治天文台原址（地理经度 为为0h）所对应的地方平时为世界时。则世界）所对应的地方平时为世界时。则世界时与经度为时与经度为 处的平时处的平时m之间的关系为：之

11、间的关系为： (东经取正，西经取负东经取正，西经取负) 恒星时恒星时 S = S0 mUT本初子午线区时区时 1884年国际子午线会议规定，全球统一实行分区计年国际子午线会议规定，全球统一实行分区计时制。各时区以其中央经线的地方平时作为区时。时制。各时区以其中央经线的地方平时作为区时。 全球分为全球分为24个时区，其中零时区以格林尼治子午线个时区，其中零时区以格林尼治子午线为中线，两侧各为中线，两侧各7.5度为其范围。零时区采用世界时。度为其范围。零时区采用世界时。区时区时=UT+N，向东为正，向西为负。，向东为正，向西为负。 东十二时区与西十二时区重合，共用东十二时区与西十二时区重合，共用1

12、80度经线，度经线，其附近为其附近为国际日期变更线（日界线）国际日期变更线（日界线）。第第N时区的区时时区的区时T与地方恒星时与地方恒星时S的换算：的换算： S0为当日世界时零时的格林尼治恒星时，为当日世界时零时的格林尼治恒星时，为地理为地理经度。经度。0()(1 1/365.2422)SSTNhhu试求秋分时威海（东经122.05度）观测到织女星(RA=18h36m56s)上中天的时刻(北京时间). 解：上中天时，S = ，秋分时S0=0h7m 则由： 即 18.616h = 0.117h + 1.00274(Th-8) + 8.137h 可求出：T = 18.334h = 18h20m3s

13、0()(1 1/365.2422)SSTN：求：求10月月1日晚在河北兴隆观测站（经纬度日晚在河北兴隆观测站（经纬度自查）观测牛郎星自查）观测牛郎星（RA=19h50m47s, Dec=+08 5206）的的，其上中天时，其上中天时是多少？是多少？ 世界时一个均匀的时间计量系统 影响的因素 扰动地球自转的各种力1、极移：地球瞬时自转轴在地球本体内的运动(和), 造成地理 地极移动(以地方子午线为参考来测定世界时)岁差岁差与与地球自转轴进动地球自转轴进动2、地球自转不均匀 （地球自转速度变化）长期变化长期变化：自转减慢，日长增0s.0016百年 月球引力引起的海洋潮汐 潮汐作用相当于把地球自转向

14、回拉使一天变长, 将来终有一天的长度相当于现在一个月 根据中国日食记录推算自转变慢速度: 约1亿年前, 一天只有现在的 20小时长!季节变化季节变化: 自转上半年慢，下半年快 0s.001（大气环流）不规则变化不规则变化: 时快时慢。（各种因素）3.2.4 原子时（原子时（TAI） 守时守时：利用计时工具维持时间的计量，以：利用计时工具维持时间的计量，以便连续地发布时间。便连续地发布时间。 20世纪世纪30年代以前，天文摆钟守时，年代以前，天文摆钟守时，1ms/d。 20世纪世纪30年代，石英钟，晶振，压电效应，年代，石英钟，晶振，压电效应，易受温度变化影响，易老化，长期不稳定。易受温度变化影

15、响，易老化，长期不稳定。 20世纪世纪50年代，原子钟，原子跃迁，频率年代，原子钟，原子跃迁，频率稳定，稳定，。3.2.4 原子时（原子时（TAI） 原子时的起始点为原子时的起始点为1958年年1月月1日世界时零日世界时零时。此时原子时时。此时原子时TAI”等于等于”世界时世界时UT。 原子钟的准确度能达到原子钟的准确度能达到10E-13量级。即量级。即约约30万年才有万年才有1秒的误差秒的误差! 相比天文观测得到的世界时精度只能达到相比天文观测得到的世界时精度只能达到10.0039TAIUTs实际却相差了实际却相差了0.0039s 比原子钟精度更高的天然时钟是比原子钟精度更高的天然时钟是,

16、稳定稳定度可达度可达10E-19量级量级!3.2.5 协调世界时（协调世界时（UTC） 世界时与原子时的折衷协调产物 大地测量、天文导航、空间探测器的跟踪、定位需要以地球自转为依据的时刻，精密校频等物理领域则要求以为基准的均匀时间间隔。 由于世界时的秒长逐年增加（地球自转变慢）,势必造成世界时落后于原子时，一年内可累计达1秒左右。为避免原子时与世界时产生太大的偏离，1975年决定采用UTC系统。时间单位：原子时的秒小数（SI）,UT的时、分、秒协调：用（也叫闰秒即增加1s或减少1s）的方法，使其与世界时（UT1）的偏离在之内。（通常是正闰秒）调整时刻：每年首选是12月31日和6月30日或 3月

17、31日和9月30日的最后一秒，由国际地球自转服务中心局（IERS）根据天文观测做出决定，并预先通知。启用时间：1972、1、1 UTC系统有高的精度和稳定性。 时间计量工作的三项内容： 、 : 测定恒星的瞬时位置，经过归算获得准确时刻（圭表、日晷、中星仪等）3.3 现代时间计量工作现代时间计量工作 用守时工具把所测时间持续下去.是整个时间工作中最关键的一环，它的任务是产生和保持高精度的准确时间 . （滴漏、沙漏、计时香、天文钟、石英钟、原子钟）惠更斯摆钟惠更斯摆钟布拉格市政厅天文钟布拉格市政厅天文钟多级漏壶多级漏壶地球地球电台用户 把测得的时间用各种手段播报出（鸣锣击鼓、无线电报时、电视系统授

18、时）国家授时中心的时间发布3.4 历法与节气历法与节气 是是年月日的时间长度并年月日的时间长度并它们之间它们之间的关系，以制定一定的时间序列的法则。的关系，以制定一定的时间序列的法则。 人们习惯一年（回归年）中有人们习惯一年（回归年）中有月（朔望月）月（朔望月）和日，把计量一年中月、日数和怎样选择起算点和日，把计量一年中月、日数和怎样选择起算点的方法称为的方法称为。 编订历法是编订历法是（精确测定月年长度）和（精确测定月年长度）和（合理安排年月日关系）相结合的工作。（合理安排年月日关系）相结合的工作。：以地球自转为依据、昼夜交替的周期。：以月球公转为依据、月相变化的周期。 1朔望月(月球连续2

19、次与太阳会合的时间间隔) 29.5306平日：以地球公转为依据、四季变化的周期。 1回归年(平太阳连续2次通过春分点的时间间隔)365.2422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，把含有整日数的月和年称为、。历法的制定原则（1）尽可能准确反映天文客观规律的历法，才能正确的反映天象和四季变化。（2）日历要简单、明了、易记。宁可牺牲精度以满足简单。（3）有通用性，能为广大地区所接受。历法的三种主要类型（1）（回历）（2）（公历，阳历）（3）（中国农历） 和和 可能是人类最早使用的历法，现在可能是人类最早使用的历法，现在还通行于穆斯林世界，以月亮圆缺盈亏周还通行于

20、穆斯林世界，以月亮圆缺盈亏周期为基准（期为基准（），月长取），月长取29或或30天；天； 平年平年354天天, 闰年闰年355天天, 30年年11闰日闰日。以太阳的周年视运动为基准，决定以太阳的周年视运动为基准，决定年长的是年长的是：以春分点为标准，地球公转以春分点为标准，地球公转一周的时间为一个回归年。一周的时间为一个回归年。一个回归年包括一个回归年包括个平太阳日个平太阳日(天天)。目前国际通用的公历目前国际通用的公历就是太阳历，就是太阳历，其前身是其前身是。儒略历儒略历 罗马皇帝儒略罗马皇帝儒略-凯撒于公元前凯撒于公元前46年制订年制订岁首为冬至后的第岁首为冬至后的第10日日每年划分每年划

21、分12个月，单月个月，单月31天，双月天，双月30天天每每4年置年置1个闰年，个闰年，3个平年，平年个平年，平年2月减月减1天天闰年闰年366天，平年天，平年365天，平均年长为天，平均年长为天天 ，与回归年相比，与回归年相比400年会差年会差3天天 ；l奥古斯都皇帝（屋大维）改变月长奥古斯都皇帝（屋大维）改变月长: 8, 10, 12月为大月，月为大月，9, 11变为小月，变为小月，2月再减一天。月再减一天。年长不变。年长不变。格里历格里历 1582年由罗马教皇格里高利十三世颁行年由罗马教皇格里高利十三世颁行 1、3、5、7、8、10、12月为大月，月为大月，31天天 4、6、9、11为小月

22、，为小月，30天天 2月在平年为月在平年为28天，闰年为天，闰年为29天天 4年一闰，被年一闰，被4整除的年份为闰年；但逢整整除的年份为闰年；但逢整世纪年份，须被世纪年份，须被400整除才是闰年，每整除才是闰年，每400年中有年中有97个闰年个闰年 平均年长为平均年长为天，与回归年相比天，与回归年相比3300年中才差年中才差1天，每年只差天，每年只差0.0003天天 与季节吻合的很好，但与季节吻合的很好，但“月月”与月相无关与月相无关 现行公历从公元现行公历从公元1 1年起连续纪年年起连续纪年(A.D.)，公，公元元1 1年之前被称为年之前被称为“公元前公元前”(B.C.) 公元元年的规定：约

23、公元公元元年的规定：约公元525525年时一位叫狄年时一位叫狄奥西尼的基督教僧侣奥西尼的基督教僧侣“推算推算”出耶稣诞生出耶稣诞生的年份，教会从公元的年份，教会从公元532532年开始正式将这一年开始正式将这一年定为公历纪年的元年。年定为公历纪年的元年。 我国于辛亥革命后的我国于辛亥革命后的19121912年采用年采用格里历，格里历，19491949年新中国成立后采年新中国成立后采用公历纪年用公历纪年公历纪年公历纪年 公元公元1 1年，年，“耶稣诞生耶稣诞生”中国为：汉平帝刘衍中国为：汉平帝刘衍 元始元年元始元年 的概念 体现了不同民族文化的奇特结合 人类命运受星辰影响的看法最初来自古巴比伦，

24、他们认为：日、月、火、水、木、金、土这七星逐日轮流主管天上的事务，人们逐日轮流祭拜，七天一循环，慢慢就形成了星期。 我国古代把日、月和五星称为七曜，为日曜日、月曜日、火曜日、水曜日、木曜日、金曜日、土曜日，后来就称星期几。日本依然沿用此至今。儒略日儒略日 (JD) 儒略日为长期纪日法儒略日为长期纪日法, 由意大利学者由意大利学者J.J.Scaliger于于16世纪创制世纪创制, 因纪念其父得名。因纪念其父得名。 以公元前以公元前4713年年1月月1日格林尼治平正午日格林尼治平正午(世界世界时时12h)为起算点，连续不断累计日数。为起算点，连续不断累计日数。 天文观测中常用儒略日来计算日期和时间

25、天文观测中常用儒略日来计算日期和时间 例如：查例如：查中国天文年历中国天文年历的的“儒略日儒略日”表可知：表可知： 香港回归的公元香港回归的公元1997年年7月月1日日 为为 JD2450630.5 2004年年1月月0日世界时日世界时0h 为为 JD2453004.5l约化儒略日约化儒略日(MJD): MJD= JD 2400000.5中国农历中国农历 我国最早使用我国最早使用阴阳合历阴阳合历，有二十四节气，可以，有二十四节气，可以指导农事，又称农历。以月相变化周期（朔望指导农事，又称农历。以月相变化周期（朔望月）和太阳的周年视运动周期（回归年）为依月）和太阳的周年视运动周期（回归年）为依据

26、。岁首据。岁首(正月正月)设在建寅之月设在建寅之月(雨水所在月份雨水所在月份) 月相为朔的日期定为一个月的初一；月相为朔的日期定为一个月的初一； 月相朔望周期平均为月相朔望周期平均为29.53059天。规定大月天。规定大月30天，小月天，小月29天。朔望周期最多相差半天。天。朔望周期最多相差半天。 由于回归年周期与朔望月的周期不通约，由于回归年周期与朔望月的周期不通约，12个个朔望月与回归年相差约朔望月与回归年相差约11天，所以要在有的年天，所以要在有的年份安排份安排13个月，称为置闰。一般为个月，称为置闰。一般为19年年7闰闰，闰月的安置不定，闰月的安置不定，。24节气节气 24节气：把黄道

27、按角度等分为节气：把黄道按角度等分为24段，太阳段，太阳视运动每经过一段定为一个节气。视运动每经过一段定为一个节气。 太阳视运动不均匀，节气的太阳视运动不均匀，节气的时间间隔时间间隔也不也不等。等。中气中气节气节气太阳黄经太阳黄经二十四节气歌二十四节气歌春雨惊春清谷天， 夏满芒夏暑相连。秋处露降， 冬雪雪冬小大寒。每月两节日期定， 最多不差一两天。上半年逢六、廿一，下半年逢八、廿三。干支纪年、月、日、时辰干支纪年、月、日、时辰 我国独有的纪年、月、日和时辰的方法我国独有的纪年、月、日和时辰的方法 10天干：天干：甲乙丙丁戊己庚辛壬癸甲乙丙丁戊己庚辛壬癸(g i) 12地支：地支：子丑寅卯辰巳午

28、未申酉戌亥子丑寅卯辰巳午未申酉戌亥 60为周期为周期（甲子（甲子癸亥）癸亥） 起源早在殷商年代，干支纪日和纪年从春秋和东起源早在殷商年代，干支纪日和纪年从春秋和东汉开始至今从未间断，已有汉开始至今从未间断，已有2000多年历史。多年历史。 从公元纪年求年干支：从公元纪年求年干支： n=mod(t-3)/60)课后练习课后练习3：试求公元试求公元1911年年 的年干支？的年干支？p 经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量p Study Constantly, And You Will Know Everything. The More You Know, The More Powerful You Will Be写在最后谢谢大家荣幸这一路，与你同行ItS An Honor To Walk With You All The Way演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日