第十节 时间


410  时间和时间单位

 

§ 410-1 时间概说

计量时间是天文学的一个重要应用部门。

时间通常包含两个概念:时刻和时段。前者表示时间的迟早或先后;后者则表示时间的久暂或长短。“会议什么时候开始?”这是指时刻;“会议要开多久?”这是指时段。又如,车站预告车辆的始发和到达时间的叫行车时刻表;机关和学校安排一天中工作、学习和休息的叫作息时间表。图4-32 用一线段表示时间的任一段落,那么,线段上的任意一点,都表示一定的时刻;而任意二点间的距离,都表示一定的时段。通常所说的时间,有时是指时刻,有时也指时段。我们这里所考虑的,主要是时刻问题。

任何时刻都有两方面的含义,即物理时刻和钟表时刻。物理时刻即时刻本身,是钟表时刻所表示的迟早程度;钟表时刻则是物理时刻的表达形式。同一物理时刻可以有不同的钟表时刻。1976年1 月9日早晨,中央人民广播电台播发了国务院总理周思来逝世的讣告,注意一下各国政府首脑和国家元首发来唁电的日期,便会发现,美国前总统尼克松签署声明的日期,竟是在此之前的1月8日。尼克松没有弄错日期,而是讣告发布的时刻(物理时刻),北京时间是1月9日早晨6:30,而同一物理时刻的华盛顿时间,则为前一日的17:30 。这里,我们所考虑的主要是钟表时刻问题,即同一物理时刻的不同表达形式的问题;而且,所指的钟表时刻不包含钟表本身的误差(钟差)。图4-32 时刻与时段 § 410-2 时间单位现代计量中的基本时间单位是秒。秒长原是从自然单位日长派生出来的。1 日等分为24小时,每小时等分为60分,每分又等分为60秒。日长的86 400分之一为1 秒。然而,由于黄赤交角和地球椭圆轨道的影响,真太阳日长度有微小的周年变化,秒也就没有固定的长度。

1820年,法国科学院正式提出了秒长的定义:全年中所有真太阳日的平均长度的 86 400分之一为1秒,即平太阳秒。但是,这个定义只有理论上的意义,在实际测定和应用中颇不方便。为解决这个问题,美国天文学家纽康(1835—1909)于19世纪末提出,用一个假想的太阳(平太阳)代替视太阳,作为测定日长的参考点。这个平太阳沿天赤道作匀速周年运动。这样,天文学家可以根据恒星周日视动与平太阳之间的关系,实地测定平太阳日,从而获得科学的平太阳秒长。

平太阳秒长曾经被认为是稳定的。本世纪30年代,石英钟问世导致地球自转速度变化的发现。现在查明的有,地球自转速度有长期减慢、周期变化(有周年和半周年二项)和不规则变化。这一发现从根本上动摇了平太阳秒的客观不变的时间标准。

经过长期天文观测发现,地球公转的速度虽因日地距离的不同而变化,但是,地球公转的周期却是相当稳定的。人们于是想到,如果把地球公转周期的若干分之一定为1秒,这样的秒长也许会相当均匀的。1958年,国际天文学联合会决议,把秒长定义为1900年1月0日12时正回归年长度的1/31556925. 9747。不管以后回归年的秒数怎样变化,天文历书所采用的永远是这样的秒,被称为历书秒;并且规定,自1960年起,由历书秒取代平太阳秒,作为基本的时间计量标准。

从理论上说,历书秒是一种均匀不变的秒长单位。但实际上要得到这样的秒长是十分困难的,经过数年观测,所得到的精度比平太阳秒提高不到10倍,仍不能满足现代科学技术对于时间精度的要求。

当宏观时间标准(天体运动)不能适应科学发展需要的时候,人类的认识便向着微观世界深人。人们发现,原子内部电子跃迁振荡频率(每秒能达几十亿次)是十分精确和稳定的。利用原子振荡频率控制的时钟叫原子钟。天文学家与物理学家通力合作,联合测定,在1历书秒中,铯原子跃迁振荡平均为9 192 631 770次。 1967年 10月,第十三届国际计量大会正式把铯原子跃迁振荡9 192 631 770周所经历的时间定义为一个原子秒长。它就是现代国际单位制中时间的基本单位长度。至此,长期来一直占统治地位的宏观的天文时间标准,退出了历史舞台。

按照原子标准,时间测量精度要比天文标准高出一千倍以上,称得上时间度量史上一次无声的革命。

 

411 钟表时刻与量时天体

 

在天文上,时刻是以天体的时角来度量的。因此,时刻要因量时天体而不同。

§ 411-1 恒星时与太阳时

天体无限众多,但在天文上被用作“量时”天体的只有两个:一个是春分点(它起着恒星总代表的作用),另一个便是太阳。春分点时角表示恒星时;根据太阳时角推算的是太阳时。

春分点之所以被用作量时天体,不但因为它的时角的均匀变化,而且因为它在任何时候都等于上点(午圈)的赤经,即上中天恒星的赤经。如前所述,恒星时(S)可以用同一恒星的赤经与它当时的时角之和来表示,即

S=a*+t*

如该恒星正值上中天,t*=0,那么便有

S=a*(中天)

春分点的这后一特点,是一般恒星所不具备的,它为恒星时的测定提供极大方便。利用这个方便条件,只须测定某一恒星中天(这是容易的),该恒星的已知赤经,便是当时的恒星时。

太阳之所以被当作量时天体,那是因为太阳的周日运动是昼夜交替的直接原因。“日出而作,日入而息”,仍是人类的基本生活规律。因此,实际生活中应用太阳时要方便得多。

这二种时间系统,在时刻与天体时角的关系方面有所不同:恒星时的时刻与春分点的时角完全一致;而太阳时的时刻与太阳的时角有12h(或180°)之差。这是因为,时角度量以午圈为始圈,太阳时角以太阳上中天为0h ;而太阳时的时刻却以太阳下中天(午夜)为0时(图4-33)。于是便有:

恒星时=春分点时角

太阳时=太阳时角+12h

此外,这二个量时天体还存在另一方面的差异:春分点是天球上的定点,其赤经恒为0h;太阳在天球上有周年运动,方向向东,因而其赤经逐日递增(每日约1°)。两者之间的赤经差,也即两种时刻差,任何时候总是等于太阳的赤经。

根据上述两个方面,同一地点的任何时刻,恒星时与太阳时之间,有如下的换算关系(图4-34):

恒星时=太阳时+太阳赤经-12时

太阳时=恒星时-太阳赤经+12时

4-33 太阳时刻与太阳时角

图中的太阳时角为3h,而太阳时刻为15h

§411-2 真太阳时、平太阳时及时差

天文上有两个太阳:一个是真实存在的太阳,即真太阳(或称视太阳);另一个是假想的太阳,即平太阳。两个太阳都以回归年为周期,在天球上作周年运行。真太阳沿黄道运行,其速度是非均匀的;它的周日运动周期,是长短不等的视太阳日。平太阳沿天赤道运行,其速度是均匀的;它的周日运动周期,是均匀的平太阳日。

有两个不同的太阳,就有两种不同的太阳时:以真太阳时角推算的时刻,叫真太阳时或视太阳时,简称视时;以平太阳时角推算的时刻,叫平太阳时,简称平时。视时与平时,各有优缺点:视时流逝不匀,但可以直接测定,用日晷测定的时刻便是视时;平时流逝均匀,但只能根据恒星时或视时进行推算,日常应用的钟表时刻是平时。比较而言,视时的缺陷是严重的,其优点则没有多大的实际意义。但是,对有关太阳本身的问题,或是测定地方经度等问题,视太阳和视时是不能用平太阳和平时代替的。

4-34 恒星时与视太阳时的换算关系

两个太阳既有快慢(在周年运动中)的不同,它们之间便存在赤经差或时角差,也就是两种太阳时之间的时刻差,被叫做时差(图4-35)。在决定时差值时,平太阳和平太阳时被当作比较标准。于是有:

时差 = 视时 - 平时

4-35 时差的定义

时差要因两个太阳相对位置的变化而变化,有正有负,可大可小。天文学上假定,在12月24日,两个太阳有相同的赤经,时差为零。从这以后,两个太阳沿不同路线和不同速率运行,视太阳对于平太阳的位置便发生参差先后的变化。当视太阳落在平太阳之西,视时>平时,时差为正;反之,当视太阳超越平太阳之东,视时<平时,时差为负。差值时而变大,时而变小。这样,时差的正负和大小就发生连续变化。但是,真假(平)太阳都以回归年为周期,到次年12月24日,又都回到一年前的位置,时差复归于零。一年内,时差出现4次零值和4次极值(二极大和二极小),列表如下:

时差的周年变化,是视太阳日长度的周年变化的结果。具体的变化情形,可用视午(视太阳时正午)和平午(平太阳时正午)的比较来说明。如图4-37所示,在视太阳日长于平太阳日期间,视午(用平时表示)逐日推迟,时差逐日变小。在这段时期的终了,视午最迟,时差达极小值。

4-36 时差的符号

图中以平午时的情况为例,以视太阳与平太阳的东西相对位置,表示当时时差的正负。

4-37 时差的逐日变化

一月初,视太阳日长于平太阳日,在这期间,视午逐日推迟,以致时差逐日变小。反之,则变大。反之,在视太阳日短于平太阳日期间,视午逐日提早,时差逐日变大。在这段时期的终了,视午最早,时差达极大值。

4-38表示时差的周年变化与视太阳日长度的周年变化之间的关系。该图把二条变化曲线溶于一图,可以清晰地看出,时差的周年变化随视太阳日长度的变化而起落。视太阳日长度的4次平均值的日期(2月 12日,5月 15日,7月 26日和11月 3日),分别就是时差的二次极大值和极小值出现的日期。该图的纵坐标有二:左侧对应视太阳日长度的变化,其单位为秒;右侧表示时差的变化,单位是分。必须指出的是,时差的极大值和极小值,都是视太阳日与平太阳日的差值的累计。所以,视太阳日与平太阳日的差值的极大值和极小值,分别只有+ 29秒和-21 秒;而时差的极大值和极小值,却分别可达+ 16.4分和-14.4分。

按时差的定义,同地的任一时刻,视时与平时有如下的关系(图4-39):

4-38 时差的周年变化

视时=平时+时差

平时=视时-时差

4-39 视太阳时与平太阳时的换算关系

4-40 恒星时与平太阳时的换算关系

根据上列关系式以及恒星时与视时的关系,还可以推出,同地任一时刻的恒星时与平时,有如下的换算关系(图4-40):

平时=视时-时差

    =[恒星时-太阳赤经+ 12时]-时差

恒星时=视时+太阳赤经-12时

      =[平时+时差]+太阳赤经-12时

如果推算结果是负值,应+ 24时;若推算结果超出24时,则应减去之。我们此刻只讲钟点,而暂不考虑日期。

 

412 钟表时刻与地方经度

 

时刻不仅因量时天体而不同,对同一量时天体,时刻还因地方经度而不同。因为时刻是以天体的时角度量的,而时角的度量是以午圈为始圈的,那么,地球上不同经度的地方,都有自己的午圈,它们的时刻便各不相同。这一点对恒星时、视时和平时都是一样的。

§412-1 地方时与世界时

按本地经度测定的时刻,统称地方时,包括地方恒星时,地方视时和地方平时。地理教科书上所说的地方时,通常是指地方平时。地方时因经度而不同,较东的地方,有较快(时数较大)的地方时。两地之间地方时刻之差,就是它们的经度差(倒过来说,这就是经度测量的基础)。经度每隔15°,地方时刻相差1小时;经度相差15′,地方时刻相差1分。例如,北京和西安的经度,分别是116°19′E和108°55′E,两地的经度差是7°24′,时刻相差29分36秒。当北京地方时刻为正午12点时,西安的地方时刻为11时30分24秒。

须要特别指出的是,地球上的东西方向是无限方向。从理论上说,经度不同的两地是互为东西的,因此,在时刻上也是互为迟早的。已知某一经度的地方时,求知另一经度的地方时,在不考虑日期差异的情况下,向东推算和向西推算,其结果都是一样的。例如,已知120°E的地方平时为 20时正,求知 120°W的地方平时,向东推算要进 8时,向西推算则退 16时,其结果分别都是 4时。但如果既推算钟点,又考虑日期,就得人为地把东西方向看成有限方向,以免发生日期混乱(详见§412-3)。

地方时的意义是显而易见的。它的时刻同当地的天象相联系,也符合当地人们的起居和生活习惯。人类曾经长期使用地方时。早期使用的是地方视时,以后,地方平时取代了地方视时。随着近代交通事业发展和地区间联系的日益频繁,地方时各自为政的缺陷就显得日益突出。广大地区间需要有时间上的“共同语言”,科学研究工作,特别是天体运行的观测和推算工作,需要有一种全球通用的时间。这就是世界时,即格林尼治时间。从1767年开始,它作为一种国际通用的时间,在最早的天文历书中出现。它首先是为航海定位服务的。世界时本来是格林尼治视时,1834年改为格林尼治平时。

世界时与地方时之间的换算很简单,因为各地与格林尼治的经度差,即为它们本身的经度。

§ 412-2 标准时

有了世界时,地方时的缺陷并未完全消除。地方时各自为政,固然缺乏其统一性;但世界时全球划一,又缺乏其地方性,不符合广大地区人民的生活习惯。为此,人们需要在全球范围内建立一个既有相对统一性,又保持一定地方性的完善的时间系统。1884年在华盛顿举行的国际经度会议,在平太阳时范畴内,建立了世界标准时制度,以解决各个地区内部在时间上各自为政的问题。

标准时制度包括两方面的内容:划分标准时区和设立日界线。因为一个标准的时刻,不但要有标准钟点(几时几分),而且还要有标准日期(某月某日)。标准时区的划分,是为了确定标准钟点,以避免钟点的混乱;设立日界线,是为了确定标准日期,避免引起日期混乱。这二者相辅相成,既不能相互代替,也不会彼此矛盾。比较起来,标准时区和标准钟点的问题,涉及到任何时间和地点;而日界线和日期混乱问题,只是标准时推算中的问题。

国际经度会议所划分的标准时区,只作理论性的规定。这样的时区,叫做理论时区。目前世界各国实际采用的标准时区,在具体做法上往往不同于理论时区,称为法定时区。按理论时区确定的标准时,叫做区时;按法定时区确定的标准时,叫做法定时。前者是后者的基础,后者则是对前者的变通。分述如下:

(一)区时理论时区是按经度划分的。如图4-41所示,根据一日分为24小时的历史传统,全球分为24个时区,每一时区跨经度15°,并编有时区的号码。本初子午线所在的时区为中区(即零区),跨东西经各7.5°。中区以东依次为东1区、东2区……东12区,它们的中央经线分别为东经15°、30°……180°;中区以西依次为西1区、西2区……西12区,它们的中央经线分别是西经 15°、30°……180°。其中,东 12区和西 12区是两个半时区,叠加为 12区。每一时区的东西界线(亦即相邻两时区的界线)距各自中央经线都为7.5°。各个时区采用各自中央经线的地方平时,为全区统一的标准时间,这就叫区时。区时同各该时区东西界线上的地方平时的差值,皆为半小时。这样,在每一时区内部,既消除了时间上各自为政的弊端,也不致使钟面时刻与太阳光照严重违失。

4-41 理论时区与理论日界线

各地的区时差异,就是它们所属时区的标准经线的地方平时的差异,是地方时问题的一个特例。按区时计算,相邻两时区之间,时刻相差为完整的1小时;任意两时区的区时之差,等于它们之间相隔的时区数之差。较东的时区,其区时较快。根据这样的关系,只要知道世界时或某一时区的区时,便能推知其它任何时区的区时。

在时刻同经度的关系上,区时显然不同于地方时。地方时直接决定于经度:任何两地的经度差,都等于它们的地方时刻之差。区时则不然,两地的区时之差,决定于它们的时区之差,而不直接决定于两地的经度。例如,115° 和125°E,两地经度相差10°,但它们属于同一时区(东8区),因而有相同的区时;而110°E和120°E两地,经度同样差10°,而区时相差1小时(因前者属东7区)。

(二)法定时区时是理论上的标准时,时区都以经线分界,适用于海上。在陆地上,时区界线通常被自然或行政疆界所代替。许多国家为了自身的便利,在制定标准时时,要根据具体情况,对理论上的标准时进行各种调整。它们被称为法定时,因为这种时间及其适用范围,通常是由国家的立法机关或政府当局以法令形式制定和颁行的。法定时所采用的标准经度,大多也是区时的标准经度。例如,美国的东部时区,就其东西界线来说,完全不同于理论时区;但它的标准经度与西5区相同(75°W)。然而,不少国家的法定时的标准经度,与区时的标准经度迥然不同。这方面的情形是五花八门的(参见《世界时区图》)。

——许多西方国家的法定时,比它们所在时区的区时快1小时 如前苏联境内所有时区,都采用各自东邻时区的区时。英国原是格林尼治时间的故乡,但它曾长期不用中区的标准时;爱尔兰、法国、比利时、荷兰和西班牙等国家,也都采用东1区的标准时。

——亚洲某些国家,根据本国所跨的经度范围,采用半时区。它的标准经度同理论时区相差7.5°。如伊朗采用东3.5区,阿富汗采用东4.5区,印度和斯里兰卡采用东 5.5区,缅甸采用东6.5区。此外,如北美加拿大的纽芬兰也采用半时区。

——澳大利亚的情形较为特殊。它根据本身的地理条件和人口分布特点,同时采用两种不同的标准时。其东部和西部分别采用东10区和东8区的标准时,并把这两个时区的范围略向中部扩展。中部是干旱的沙漠,人烟稀少(故时区范围缩小),为了使中部地区到人口稠密的东部地区的时间变化不致过于突兀,所以不用东9区标准时,而改用东9.5区标准时。

——世界上还有少数地方,既不按照本时区的标准时,也不采用半时区的标准时,而是“任意”确定它的标准时。尼泊尔是唯一这样做的主权国家。它的法定时与格林尼治时间相差5时45分。

——我国实行单一的法定时,即北京时间。在天文上,北京时间是东 8区的区时,即 120°E的地方平时,而不是北京(116°19′E)的地方平时。所以,不能认为它是“北京的”时间。

——此外,高纬度(和中纬度)的许多国家,为了充分利用夏季的太阳光照,节约照明用电,而又不变动作息时间,实行所谓夏令时,即在夏季到来前,通令把时针拨快1小时,即采用比区时(或法定时)提早1小时的时间;到下半年秋季来临时,再把时针拨回1小时,恢复原状。实行夏令时的日期,一般是4—9月(北半球)或10—3月(南半球)。我国曾于1986年开始实行夏令时。在夏令期间,北京时间改称北京夏令时。1992年中止实行。

§ 412-3  日界线和日期进退

日界线也叫国际日期变更线。它的设置是为了避免日期混乱。日期混乱问题,是在下列两种情形下产生的:

——环球航行中发生日期混乱:当年麦哲伦率领他的船队,自西班牙启程向西航行(他的目的地却是东方)。三年后,当幸存者的船只回到始发港时,发现航行日志上记载的日期,比岸上的日期“少”掉1日。这在当时曾引起一场轩然大波。造成这一混乱的原因是,船舶在向西行进中,视午的物理时刻逐日推迟,即每天都在推迟中午的到来。按这种被延长了的昼夜来计算日子,在绕行地球一周后,便要减少1日。反之,若船舶向东航行,视午的物理时刻逐日提早,昼夜缩短,环球一周后,日期便会“多”出1日。如果没有适当的措施,每绕行地球一周,日期便差1日。这就造成日期的混乱。

——时刻换算中出现日期混乱:时刻换算不可避免地要涉及日期问题。已知一地的时刻,推算另一地点的时刻,向东推算和向西推算的结果,虽然得到的钟点相同,但日期却相差1 日。例如,己知北京时间(东 8区)为 6时,求当时的华盛顿(西 5区)时间?向东推算进 11时,华盛顿时间为同日17时;向西推算退13时,华盛顿时间为昨日17时。若不采取适当措施,向东推算总比向西推算超前1日。这也引起日期的混乱。

为了避免在环球航行中发生日期混乱,必须在向东航行一周中,把日期退回1日;在向西航行一周中,把日期推进一日。为避免在时刻换算中发生日期混乱,必须在向东推算时把日期退回1日;或者在向西推算时把日期推进1日。日期进退的界线,就叫日界线或国际日期变更线。如果仅仅为了解决日期混乱的问题,日界线可以安在任何一条经线上。显而易见,180°经线是它的最佳选择。180°经线纵贯太平洋中部,为了避免它通过岛屿,给当地居民带来日期变更的麻烦,日界线有三处偏离180°经线:在俄罗斯西伯利亚的东端向东偏离;在美国阿留申群岛以西向西偏离;在5°S-51°30°S之间向东偏离,使斐济群岛和汤加群岛等全部属于东12区。这是因为,西伯利亚采用俄罗斯的日期,而阿留申群岛采用美国阿拉斯加的日期;斐济和汤加历来采用新西兰的日期。(参见《世界时区图》)

日界线的设置,把时区的排列,变无限方向为有限方向,分出了最东时区和最西时区。日界线西侧的东 12区,成了全球最东的时区,它的时刻最早;日界线东侧的西12区,则成了全球最西的时区,它的时刻最迟

经日界线划分之后,东12区和西12区之间发生了微妙的变化:二者既属于同一时区(它们有相同的钟点),又是相隔最远的二个时区(一个在极东,一个在极西,它们相隔24个时区,日期相差1 日)。东12区比西12区要早1日。因此,船舶和飞机在越过日界线时,要变更日期:自东12区向东经过日界线,日期要退回1日;反之,自西12区向西经过日界线,日期要跳过1日。(参见《世界时区图》)

有了日界线,并在过日界线时进行日期进退,环球航行和时刻换算就可以避免日期混乱。在上例中,华盛顿所在的西5区,只能被看作位于北京所在的东8区之西。因此,华盛顿的时刻,只能是迟于北京时间13小时,而不是早于北京时间11小时。但是,推算的方法可以有两种:既可以向西推算,也可以向东推算,只要在越过日界线进行日期进退,其结果完全相同。例如,自北京向西推算,退13时,不经过日界线,华盛顿时间为昨日17时;若向东推算,进11时,为同日17时,因向东越过日界线,退1日,华盛顿时间仍为昨日17时。两种推算途径结果相同,避免了日期混乱。

§ 412-4 地球上的日期

世界通常同时存在两个不同的日期:一部分已进入“今天”,另一部分仍滞留在“昨天”。划分昨天和今天的是另一条日期分界线——夜半线,即正在经历24时(或0时)的那条经线。夜半线随地球的自转而向西漂移,它所到之处,即由昨日的午夜进入今天的凌晨。如果说,日界线是人为的日期分界线,那么,夜半线便是日期的自然增进线。以夜半线为界,世界分为不同日期的东西两部分:夜半线以东,日界线以西是“今天”;夜半线以西,日界线以东是“昨天”。任何时刻,前者总比后者超前1 日。试列表比较如下:

4-42 世界①本图曾先后发表于《地理教学》1984年第5期 和《地理教育》1986年第6期 。时间资料订正至1990年。②上缘所注理论时区,“+”表示东时区,“-”表示西时区。③适用于陆上的网种符号,表示各国实际采用的标准时——法定时。④下缘所列的钟面,表示不同理论时区在格林尼治平时为正午时的区时。⑤我国新疆维吾尔自治区的民用时为+6区时。⑥俄罗斯东端原采用+ 13区,据《苏联教师地图集》(1983)所载时区图,已并入+12区。

 

当夜半线降临日界线时,新的一天从这里诞生。如果我们把这一天叫做“今天”,那么,随着夜半线的西移,“今天”的地盘不断扩大,“昨天”的范围逐渐缩小。等到夜半线再度与日界线重合的瞬间,“昨天”宣告结束,全世界同属“今天”:日界线西侧(东12区)是今晚24时;日界线东侧(西12区)是今晨0时。就在这同一瞬间,又开始了新的一天……如此往复循环。

我国位于世界的东方。我们使用的北京时间是东8区区时。在我们以东是浩瀚的太平洋,只有4个时区,即东9区至东12区。除了每天夜间20时至24时外,我们都处在夜半线以东。所以,除了朝鲜、日本、澳大利亚和新西兰等国的日期,有可能比我们早进入“明天”外,其它国家的日期,不是今天就是昨天,而不会是明天。

§412—5从世界时到协调世界时

世界时(universal time, UT)是全球通用的时间。从 1925年以后,各国《天文年历》都以格林尼治子午线为准,其地方平时在天文测量中具有特殊的作用。

世界时是以地球自转为基准的。自从石英钟问世后,地球自转的不均匀性逐渐表现出来。这种不均匀性给许多需要高精密时间的部门带来了麻烦。例如,《天文年历》中计算天体位置用的是均匀的时间,因为在力学定律中,作为自变量的时间是均匀的。但是实际观测中用的却是非均匀的平太阳时。这样一来,理论计算同观测结果就不能完全符合。为了解决这个问题,国际上在1956年就对原来的世界时进行了一系列改革。改革后的世界时分为三种:直接根据地球自转的世界时称为UTO,UTO经过极移订正后成为UT1,UT1再经过地球自转的季节变化订正便成为UT2。这些改革都是有成效的,但没有解除世界时同地球自转的联系。

为了摆脱地球自转不均匀性对时间的影响, 1958年,国际天文学联合会决定,自1960年开始,用历书时(ephemeric time,ET)取代世界时,作为基本的时间计量系统。历书时以地球公转为基准,以历书秒为单位。它的优点在于,采用不变的历书秒长,天文推算和天文观测结果相一致。但是,用天文方法测定历书时,其精度不高。它仅通用7年,到1967年又被原子时所取代。

原子时(atomic time, AT)是由原子钟导出的时间,它以物质内部的原子运动为基准,是空前精密的时间系统。国际天文学界于1967年定义了原子秒,并在此基础上建立国际原子时(LAT)。

原子时的秒长有极高稳定性,但它的时刻却没有实际的物理意义。与此相反,世界时的秒长虽不固定,但它的时刻对应于太阳在天空中的特定位置,反映瞬时地球在空间的角位置。这不仅同日常生活相关,而且对于大地测量、天文导航,以及对人造卫星和宇宙飞船的跟踪观测等工作,具有重要的实际应用价值。这些部门需要世界时的时刻;而精密校频等物理学测量,则要求有稳定的时间间隔,即原子秒长。时间服务部门要同时满足性质迥异的两种要求,需要寻找一个两全其美的办法。最终是物理学家向天文学家作了让步,同意用一种介乎原子时和世界时之间的时间标准来播发时号。它以原子时为基础,但在时刻上尽量接近世界时。这就是说,“地球钟”不能随意拨动,只好拔动原子钟,让它尽量靠近地球钟。这种时间标准,实际上是原子时的秒长与世界时的时刻相互协调的产物,故称为协调世界时(coor dinated universal time, UTC)。具体的协调方法有两种:

一种方法是调整原子钟的速率,将原子秒长每年订正一次,使它的长度接近当年的平太阳秒长,在一年内保持不变,并使协调世界时与世界时的时刻差值,保持在0.1秒以内。

60年代采用的是这种方法。但调整原子钟速率,意味着协调世界时的秒长还是不固定。每年要改变秒长的值,也太不方便。这是物理学家和计量学家所坚决反对的。于是, 1972年起改用新的协调法。

另一种方法是拨动原子钟的指针。它保持原子时的秒长不变,而对它的时刻则按实际情形适当进行调整。一方面,协调世界时同原子时的差值总是完整的秒数,秒以下的小数始终保持同原子时一样。做到这一点,协调世界时的秒长,严格地等于原子秒。另一方面,协调世界时与世界时的差值,始终保持在±0.9秒以内。超出这个限度时,便仿照历法上的置闰,在协调世界时中插入一个跳秒,即它对原子时的差值跳过1秒。跳秒也叫闰秒,或增加1秒(正闰秒),或减少1秒(负闰秒),以适应地球自转速度的变化。闰秒一般被安排在当年12月31日或6月30日的最后一分钟的末尾。由于地球自转总趋势是不断变慢,平太阳秒变长,所以,通常情形下的闰秒是正闰秒。通过闰秒的安排,协调世界时的时刻始终接近世界时;而它同原子时的差值,则跳跃式地增大。用这样的办法,既保持“秒长均匀”,又达到“时刻接近”。具体调整工作由国际时间局根据观测资料确定,并提前发出通知。从1979年起,国际上决定用协调世界时取代格林尼治时间,作为国际无线电通讯业务中的标准时间。

复习与思考

●某恒星的时角为14h22m,它的赤经是13h02m,试求观测时刻的恒星时。

●比较视太阳时和平太阳时。何谓时差?时差为什么有周年变化?具体如何变化?为什么视太阳日长度的最大差值仅为+30秒至-21秒,而时差的极值可达+16.4分至-14.4分?

●11月1日,时差为+16m,问:这一天从日出(视太阳)到正午(平午)和从正午到日落,这两段时间的长度相差多少?

●两地的经度差,等于太阳时之差呢?还是等于恒星时之差?(两者都是)

●乌鲁木齐(87°31'E)与北京(116°19'E)的地方时刻之差是多少?

●当北京的恒星时为8h45m时,某地的恒星钟指在5时30分,问:该地的经度是多少?

●为什么要建立世界标准时制度?它包括哪些方面内容?如何划分时区?什么是区时?在时刻与经度的关系方面,区时如何不同于地方时?

●什么是法定时?什么是“北京时间”?它是否就是“北京的”地方平时?

●何谓日界线?它为什么要按在180°经线上?怎样在日界线上进行日期进退?

●一艘航轮在11月6日(星期六)驶离上海,于11月23日(星期三)抵达旧金山,问:这艘航轮在海上过了几昼夜?另一艘航轮在 10月 12日(星期三)早晨离开旧金山,刚好经过 16昼夜到达上海,问:这艘轮船到达之日是几月几日,星期几?

●什么是协调世界时?它同谁“协调”?为何要“协调”?如何“协调”?

 

 

 



  现在报刊文献中,常把两地之间的钟点之差也叫时差。这与天义学上的传统用法是有区别的
  我国标准时制始于1901年,当时采用东8区区时为沿海各地通用时间,名为海岸时。其后,内地各铁路如京津、京汉等线与长江一带地方也相继采用。1919年始定标准时区。全国分五个时区:(1)中原时区,以120°E经线时刻为准,(2)陇蜀时区,以105°E经线时刻为准,(3)新藏时区,以90°E经线时刻为准;此外,在东西边缘地区加设两个半时区:(4)长白时区,以127°30′E经线时刻为准,(5)昆仑时区,以82°30′E经线时刻为准。 现在全国通用北京时间,不分时区。采用单一时间的优点是,统一各地区时间,不必互相换算;但也有不便之处,即在同一钟表时刻,东西各地太阳光照差异太大,因而有不同作息时间。 经国家有关部门批准,新疆维吾尔自治区自 19862月起,实行新疆时间,即东 6区区时或 90°E的地方平时;当地称乌鲁木齐时间,主要用于民用的作息时间,铁路、民航和邮电等部门,仍用北京时间。
  这里所说的最东和最西,是人为的,且仅指时区而已。日界线并不改变东西方向是无限方向的实质。