现代天文学专题讲座

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1、现代天文学专题讲座（时间与历法）马文章北京师范大学天文学教授mwz@bnu.edu.cn时间一、时间的本质及其计量二、世界时及其测量方法三、现今的时间标准—原子时四、民用时间系统—协调世界时五、科学实验时间系统—力学时六、卫星定位导航时间系统—GPS时一、时间的本质及其计量1、时间的本质时间、空间是物质存在的基本形式，物质运动和变化都是在时间和空间中发生的。时间和空间不能与物质相分离，没有物质就没有时空。时间只有在物质运动中，才显示其作为客观存在的本质。物质运动是绝对的、永不停顿。因此，时间是无限的，即无开端、又

2、无终止。时间概念的产生源于人类生活、生产的需要和对自然现象的认识。昼夜交替,形成人们日出而作，日落而寝。时间概念的产生源于人类对宇宙空间的认识。我国战国时期，就有《四方上下曰宇，古往今来曰宙》意思是人类生活的空间叫宇；不停流逝的时间称为宙。宇宙便是空间和时间的总和。牛顿的时空观：牛顿认为存在不依赖物质和运动的绝对时间和空间。绝对时间是均匀的、有方向性的，但没有起点和终点。如果物质消失了，时间和空间还会继续存在。数学家莱布尼兹则认为，没有绝对时间和空间，时间和空间不能脱离物质而独立存在。爱因斯坦的时空观：爱因斯坦认

3、为时间是相对的，空间也是相对的，但时空作为一个整体是绝对的。时空是物质伸展性和广延性的表现，没有物质就没有时空，时空与物质同存和同灭。2、时间的计量时间只有在物质运动中，才显示其作为客观存在的本质。因此，时间计量只能以物质某种运动为依据。时间计量：包含着既有联系又有区别的两个方面，即时间间隔和时刻。时间间隔的计量，就是计量物质运动的过程中某种状态经历了多长时间。时刻的计量，就是计量物质运动某种状态发生在那一瞬间。作为计量时间间隔和时刻的物质运动需要满足如下三点要求：一）、物质运动规律应当是已知的，并且运动状态是可

4、观测的。二）、物质运动某一过程（某一段运动）可以作为计量时间的基本单位。三）、物质运动的某一状态可以作为计量时间的起算点。因此，选择具备三点要求的某种物质的运动是时间计量的基础。天文学，时间计量是选择观测地球的运动，包括：地球自转运动和公转运动。以地球自转运动为依据建立的计时系统，称为世界时（UT）。1960年以前，世界时是时间计量的标准。选择以地球公转运动为依据建立的计时系统为历书时。1960—1967年，时间计量标准是历书时。目前，是以原子内部电子的能级跃迁时，辐射电磁波的振荡频率（物质的微观运动）作为计量时

5、间的依据，称为原子时。原子时，从1967年起，作为时间计量的标准。3、时间工作时间工作包括：测时、守时和授时。测时：就是分布世界各地的天文台采用天文方法，高精度测量地球自转参数（x、y、UT），以获得高精度的世界时。守时：目前时间基准是原子时秒。原子时是靠全世界240多台原子钟来维持。由国际时间局（BIH）统一进行数据处理。授时：通过各授时单位向世界发布精确的原子时；发布根据天文精确测时结果对已经发布的世界时的时号改正值。我国由中科院国家授时中心负责（原陕西天文台，地点陕西渭南）。4、时间计量系统的应用时间计量系

6、统在人们日常生活、工农业生产、国民经济、科学实验和国防等部门都有广泛的应用。天文学、导航、航天、空间大地测量等部门都离不开高精度的时间支撑。广泛应用的GPS导航系统，没有高精度的时间作为支撑是实现不了的。例如：要求GPS定位误差小于1厘米时，要求GPS的时钟误差必需小于2.6×10－6秒。观测者是通过接收GPS发射的无线电信号，确定观测者和卫星的距离。而精确测定信号传播时间是关键，如果要求距离测量误差小于1厘米，则要求信号传播时间的测量误差应不超过32.6×10－11秒。二、世界时（UT）及其测定1、世界时（UT

7、）它是以地球自转运动为依据建立的时间计量系统。世界时的时间基本单位是“日”。1960年以前，世界时是时间计量标准。地球上的观测者：只能借助和观测天体的周日视运动，来测量地球的自转。可以借助和观测的天体有：太阳或空间的假想点。由于选择的观测对象不同，世界时的称谓也有所变化。有真太阳时、平太阳时、恒星时之分。1）、真太阳与真太阳时选择真太阳为观测对象，观测真太阳的周日视运动（即地球自转运动），建立计时系统。定义真太阳（即太阳视园面的中心）在当地连续两次上中天的时间间隔为一个“真太阳日”，并以真太阳上中天（真中午）的时

8、刻作为时间的起算点。一个真太阳日分为24小时，一小时分为60分，一分钟分为60秒。这样所建立的时间系统为真太阳时。由于，人们习惯以子夜（下中天瞬间）作为一天开始，为与生活习惯相一致，将真太阳时定义改为：真太阳时角t+12ʰ。真太阳时是以真太阳时角t来计量的。真太阳时存在的问题：A、由于真太阳是在黄道上运动，而真太阳的时角t是在赤道上度量的。黄道与赤道之间有23°26′的夹