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1、时间是什么?时间是什么?时间是建立在物质的运动和变化的基础上的,时间和空间都是物质存在的基本形式,物质的运动与变化永远是在时间和空间中进行的。脱离了物质,脱离了物质的运动和变化,时间和空间都将是毫无意义的。第1页/共58页精密时间的应用举例精密时间的应用举例与时间有关的计量基础 光速 299,792,458 m/s 光在真空中传播1m只需 -1s/3亿-3 ns 标准计量实验室中1m长度的校准 所有与米长有关的物理量均与时间有关,例:速度、加速度、功率和能量单位等等第2页/共58页空间导航、定位地面和海上导航、定位第3页/共58页第4页/共58页第5页/共58页R21=(x-x1)2+(y-y
2、1)2+(z-z1)2R22=(x-x2)2+(y-y2)2+(z-z2)2R23=(x-x3)2+(y-y3)2+(z-z3)2信号传播时间 t=R/c解方程得 x、y、zt 的百万分之一秒的误差会造成 300m 的定位误差,因此必须有很高的钟的同步准确度。S1S2S3S1S2S3第6页/共58页电力传输系统电子政务、电子商务(股票交易、工业用电计费等-时间戳)第7页/共58页2.2、时间计量标准的发展、时间计量标准的发展1、时间计量和时间标准 时间的计量包括时刻和间隔的计算,是既有差别又有联系的两个内容时刻:事物运动中,某一状态发生的瞬间。(可看成均匀流失的单方向几何直线-时间轴,轴上的一
3、点为瞬间,人们建立一定的时间计量系统计量这个瞬间,赋予它以定量的标志即得到时刻。同一瞬间,所用时间计量系统不同,得到的时刻不同。)间隔:事物某一运动过程所经历的时间 (两个瞬间之间的距离为时间间隔)第8页/共58页2 2、以地球自转为计量标准世界时(、以地球自转为计量标准世界时(UTUT)1)原始的时间计量系统初民 日出而作,日落而息 以日出为起点,以一天为计量单位,计量标准为地球自转。古人确立了以太阳连续两次在一地上中天的时间间隔为一天用圭表、日晷计时(用铜壶滴漏守时)真太阳时与地球自转不同步 19世纪90年代人们设计了 平太阳时、恒星时与地球自转同步 但都不是均匀的时间系统第9页/共58页
4、古 代 和 现 代 的 天 文 定 时第10页/共58页3 3、以太阳系天体的运动为计量标准的历书时、以太阳系天体的运动为计量标准的历书时(ETET)定义定义:以地球公转为依据,即观测太阳位置反演时间。是由力学定律确定的均匀时间。又称牛顿时。时间单位:1回归年(1900年回归年长度)=365.2422历书日 1历书秒=1365.2422246060131556925.9747第11页/共58页起算历元起算历元:1900年1月0日12时(公历1899.12.31)=279o4148”.04历书时的测定:在UT的某一瞬间,观测太阳位置,对照太阳历表,找出对应的时间。小结:均匀,秒长固定。但观测复杂
5、,且精度不高。1960年启用,1967年后原子时取代了历书时,1984年后停用。第12页/共58页 由于地球自转的不均匀性使得天文方法所得到的时间(世界时)精度只能达到3年不差一秒,这已无法满足二十世纪社会经济各方面的需求。于是,一种更为精确和稳定的时间标准应运而生,这就是“原子时”,它的稳定度能够达到30万年不差一秒。目前世界各国都采用原子钟来产生和保持标准时间。第13页/共58页4 4、以原子内部能级跃迁频率、以原子内部能级跃迁频率为计量标准的原子时为计量标准的原子时(TAITAI)定义:原子钟的稳定度达10-13 秒(物理时)以原子内部的运动规律为基础建立的时间计量系统。第14页/共58
6、页1H199Hg+9,192,631,770133Cs “位于海平面上的铯133原子基态两个超精细能级间在零磁场中跃迁辐射振荡 9,192,631,770 周所持续的时间为一个原子时秒。”1,420,405,752 Hz第15页/共58页起始点起始点:为1958年1月1日 UT 0h。(即规定此瞬间原子时TAI与世界时UT重和。事后发现当初取的这一瞬间并非重合,而是相差了 -0 s.0039,并一直保留下来。)UTATI0 s.0039 ET=ATI+32s.84 原子时自1972年1月1日0时正式启用。靠全世界100多台原子钟维持,经国际时间局统一进行数据处理,由各授时单位向全世界发布。第1
7、6页/共58页2.32.3、世界时中的几种时间计量系、世界时中的几种时间计量系统统一、真太阳时定义:以太阳视圆面中心的周日视运动为依据建立的时间系统。时间单位:真太阳日真太阳连续两次下中天的时间间隔。起始点:下中天真太阳时以真太阳的时角度量:m t12h 与日常生活节律一致,但不能适应科学发展的需要。第17页/共58页真太阳时的缺陷:真太阳时的缺陷:最长(12.23)与最短(9.13)的真太阳日差51秒真太阳的视运动是地球自转与公转运动的共同反映(1)太阳在黄道上的运动不均匀。(地球公转轨道为椭圆)(2)即使太阳在黄道上运动均匀,由于黄赤交角的存在,投影在赤道上的太阳时角变化也不均匀。第18页
8、/共58页二、平太阳时二、平太阳时1.1.平太阳平太阳 19世纪末美天文学家钮康引入的一个假想参考点。第一个辅助点建立在黄道上:在黄道上均匀运动,其速度等于真太阳的平均速度,并与真太阳同时过近日点和远日点。第二个辅助点建立在赤道上:在赤道上匀速运动,其速度等于真太阳的平均速度,与第一辅助点同时过春分点和秋分点。第二个辅助点为在赤道上做匀速运动的平太阳。第19页/共58页2 2、平太阳时:、平太阳时:定义:以平太阳的周日视运动为依据建立的时间系统时间单位:平太阳日平太阳连续两次上中天的时间间隔起始点:下中天 平太阳时以平太阳的时角度量。m=tm+12h 是一种基本均匀的时间系统第20页/共58页
9、3 3、时差、时差:真太阳的时角与平太阳的时角之差。真太阳的时角与平太阳的时角之差。时差:=t t m 时差的零点与极大值:(一年中四次为零,四次为极大值)日日期期4.164.166.156.159.19.112.2412.242.122.125.155.157.267.2611.311.3 0 0 0 0 0 0 0 0-1414mm2424s s+3+3mm4848s s-6 6mm1818s s+16+16mm2424s s第21页/共58页第22页/共58页 三、恒星时 定义:以春分点的周日视运动为依据建立的时间系统。时间单位:恒星日春分点连续两次上中天的时间间隔。起始点:上中天 恒星
10、时在数值上 等于春分点的时角。S=tr=+t当任一恒星时上中天时 t=0;即s=。第23页/共58页1 1、真太阳时真太阳时比比恒星时恒星时每日约长每日约长4 4分分钟钟 太阳在周日视运动的同时,又以逆时针方向做周年视运动,每日在黄道上自西向东约运行1度,因此真太阳时比恒星时约长4分钟。m s 3m56s北极点子午线春分点周年周日赤道第24页/共58页太阳时和恒星时第25页/共58页 四、协调世界时(四、协调世界时(UTCUTC)(协调原子时秒长与世界时时刻的时间计量系统)(协调原子时秒长与世界时时刻的时间计量系统)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
11、地球自转为依据的世界时时刻,精密校频等物理领域则要求以原子时为基准的均匀时间间隔。由于世界时的秒长逐年增加,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,其时间单位用SI秒,其时刻与UT1的偏离保持在0.9秒内,保持方法为跳秒,跳秒前预先通知各使用门。第26页/共58页UTC系统时间单位:原子时秒(SI)协调:用跳秒(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0s9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31日和9月30日的最后一秒,由国际地球自转服务中心局(IE
12、RS)根据天文观测做出决定,并预先通知。启用时间:1972、1、1 它虽不是严格均匀的时间系统,但与原子时有确定的换算关系,故其时刻能纳入均匀的时间计量。当前钟表所指示的时刻正是协调世界时。第27页/共58页国际标准时间(UTC、TAI)的形成 UTC:Official Time for the World 但UTC、TAI 是软钟(纸面钟)全球约50个时间实验室总共约280个高稳定性原子钟国际间高精度时间比对 第28页/共58页高精度时间传递技术,参加BIPM 组织的国际 时间比对网第29页/共58页2.42.4、地方时、世界时、区时地方时、世界时、区时计量系统的地方性 恒星时、真太阳时、平
13、太阳时是以春分点、真太阳、平太阳为参考点,以过当地子午圈的时刻为起算点,以时角量的。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。第30页/共58页 1 1、地方时:、地方时:定义:定义:以本地子午面为起算平面,根据任意量时天体所确定的时间。(s、m、m)地方时与地方经度的关系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 第31页/共58页2 2、世界时与区时:、世界时与区时:世界时世界时:(S、M、M)以本
14、初子午线为标 准的地方时为世界时。(=0h)m-M=(+东、-西)s-S=(+东、-西)区时区时:(T Th h)为平时系统 (N N=N150)把全球分成24个时区,每区跨经度150,各区把中央经线的地方时作为本区统一使用的标准时。这样的区域称为时区;这样的时间称为区时。第32页/共58页3 3、国际日期变更线、国际日期变更线日界线日界线日界线:太平洋中经度1800线(避开陆地与岛屿画出的一条国际日期变更线)。日界线东西两侧是东12时区与西12时区重合的区域,时分秒相同,但日期相差一天。由西向东每过一个时区,就要增加一个小时,因此,由西向东越过日界限,日期减少一天;而由东向西越过日界限,日期
15、增加一天。第33页/共58页2.52.5、恒星时与平时的换算、恒星时与平时的换算 S、是两个不同的时间计量系统)时间单位不同:恒星日平太阳日)起始点不同:上中天;下中天因此,两时间计量系统的时间间隔不同,时刻也不同。时间间隔换算时间间隔换算与与时刻换算时刻换算。第34页/共58页一、时间间隔的换算一、时间间隔的换算回归年:平太阳连续两次过春分点的时间间隔。1 回归年365.2422平太阳日 366.2422恒星日1恒星日(11366.2422)平太阳日 0.9972696平太阳日 ms(11366.2422)1平太阳日(11365.2422)恒星日 1.0027379恒星日 sm(11365.
16、2422)第35页/共58页二、平时时刻与恒星时时刻的换二、平时时刻与恒星时时刻的换算算1、格林尼治的时刻换算:(=0o)1)已知平时求恒星时:MS SSoM(11365.2422)2)已知恒星时求平时:SM:MMoS(11366.2422)Mo So是当日世界时为零时所对应的恒星时。Mo是当日或前一日恒星时为零时所对应的世界时。S=0s0s M 0h第36页/共58页2 2、任意经度区的时刻的换算、任意经度区的时刻的换算(Ss;Mm;MThNh)1)已知区时化地方恒星时:SSoM(11365.2422)sS0(ThNh)(11365.2422)2)已知地方平时化地方恒星时:sSo(m)(11
17、365.2422)3)已知地方恒星时换地方平时:MMoS(11366.2422)mMo(s)(11366.2422)M0s(s)1366.2422第37页/共58页 2.62.6、历法、历法一、制历的基本原则:1、历法:推算年、月、日的时间长度,协调它们的关系,制定一定的时间序列法则。年:以地球公转为依据、四季变化的周期。1回归年365.2422平日 月:以月球公转为依据、月相变化的周期。1朔望月29.5306平日 日:以地球自转为依据、昼夜交替的周期。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,这种整日数的年和月为历年、历月。第38页/共58页2 2、历法的制定原则、历
18、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。第39页/共58页3 3、主要有三种类型、主要有三种类型(1)太阴历:(回历)以朔望月为基本单位。(2)太阳历:(公历)以回归年为基本单位。(3)阴阳历:(农历)以朔望月计月,以回 归年计年,二者兼顾。第40页/共58页二、太阴历(回历)二、太阴历(回历)定义:以朔望月为基础,朔望月=29.5306日 规定:每年12个月,大月30天、小月29天,平均29.5天。12个太阴月:29.512354日 12个朔望月:29.5306
19、12354.36708日 一年 相差8小时48分36秒 置闰:为保证每年的年初与月初都为残月,30年加11个闰日。第41页/共58页 置闰:置闰:3030年年1111闰闰 太阴历年长:太阴历年长:354 11/30=354.3666354 11/30=354.3666日日 1212个朔望月:个朔望月:29.53061229.530612354.36708354.36708日日30年的历年长:354301110631日30年朔望月长:29.5306123010631.0124日 30年共差17 m1 s,一年差41 s.5 在30年的第2、5、7、10、13、16、18、21、24、26、29年
20、为闰年,闰日加在闰年的最后一天。(可保证朔在月初和年首)第42页/共58页 优点:日期与月相吻合的较好 缺点:历年长354 1130 354.3666日 与回归年365.2422 比,一年就相差11日左右,3年就要短1个月,约17年就会出现月序与季节倒置的现象。因此,岁首逐年提前,与季节完全脱节。目前只有少数伊斯兰国家和地区在宗教节日上使用。第43页/共58页三、太阳历(公历)三、太阳历(公历)起源于古埃及起源于古埃及 现公历(格里高利历)的前身是儒略历,是罗马的儒略.凯撒于公元前46年仿照古埃及历法制定的。儒略历儒略历 定义:以回归年为基础,回归年=365.2422日 规定:每年12个月,大
21、月31天(单)、小月 30天(双)、2月(处决人犯的月份)平年29天。置闰:每隔三年一闰,闰年366天,加在2月。平均 历年长:365 14365.25日 回归年长:365.2422日 400年差3天。年首:每年冬至后第十天。第44页/共58页 儒略儒略.凯撒于公元前凯撒于公元前4545年逝世,掌权的僧侣年逝世,掌权的僧侣把把“每隔三年一闰每隔三年一闰”误解为误解为“每三年一闰每三年一闰”。这样在短短的这样在短短的3333年,就多了年,就多了3 3个闰年。个闰年。公元前8年奥古斯都对历法又一次改革 1、从公元前8年到公元3年不再闰年,把多闰的3年扣回。2、将他出生的8月改成大月,有1、3、5、
22、7、8、10、12为大月(31天),4、6、9、11月为小月(30天),平年2月28天。第45页/共58页 公元1582年:测得太阳3月11日过春分点比规定的3月21日提早10天,历日与天象不符,必对历法进行修正。格里历:格里历:罗马教皇格里高利十三世对历法又作了一次重大改革,定形为今天的公历。1、规定:1582年10月4日的第二天为10月15日。2、改为400年97闰:凡是年数可被四整除的为闰年,世纪年要被400整除才是闰年。格里历平均历年长:365 97400365.2425 回归年长:365.2422 25s.9 1年 ;2h52m 48s 400年 3300年才差一天第46页/共58页
23、 优点:优点:与季节相吻合与季节相吻合 缺点:月只是一个过渡单位,与月相无关。我国1912年采用格里历,但不用其纪年,直到解放后才采用。纪年:公历的纪元是人为的、带有宗教色彩。在公元532年罗马教皇宣布基督诞生的那一年为公元元年。而不是儒略 凯萨下令修改历日的开始时间。在公元532年后宣布532年前一年为元年。是出自宗教的需要,4是闰年周期数;19是朔望月周期数;7是星期的天数。4197532,保证复活节过532年会在同一日期、同一月相、同一星期序数重复出现。第47页/共58页星期的概念 体现了不同民族文化的奇特结合。人类命运受星辰影响最初来自巴比伦,他们认为:日、月、火、水、木、金、土星逐日
24、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。第48页/共58页四、阴阳历:四、阴阳历:(农历)(农历)历月长:大月30天、小月29天,大小月不固定,依实际天象推算。历年长:使其平均历年长与回归年长尽量一致。置闰:19年加7个闰月 平年 12个月 354或355天。闰年 13个月 383或384天。第49页/共58页 1919年年7 7闰:闰:19个回归年长:365.2422196939.601819个历年长:29.5306(19127)6939.68865 19年相
25、差2h 05m 04 s 闰月大致在第3、6、9、11、14、17、19年。第50页/共58页二十四节气 农历中表示太阳位置的特殊方法每一节气太阳黄经均匀增加15度,但时间间隔不同。节气 中气 节气 中气立春 315 0 雨水 330 0 惊蛰 345 0 春分 0 0清明 15 0 谷雨 30 0 立夏 45 0 小满 600芒种 75 0 夏至 90 0 小暑 1050 大暑 1200立秋 135 0 处暑 150 0 白露 165 0 秋分 1800寒露 195 0 霜降 210 0 立冬 2250 小雪 2400大雪 2550 冬至 270 0 小寒 285 0 大寒 3300第51页
26、/共58页二十四节气歌春雨惊春清谷天,夏满芒夏暑相连。秋处露秋寒霜降,冬雪雪冬小大寒。每月两节不变更,最多不差一两天。上半年来六、廿一,下半年来八、廿三。第52页/共58页农历的闰月农历的闰月 只能加在无中气的月份 农历月:29或30天 二十四节气的平均间隔:365.24221230.4368日 30.436829或30 这样无中气的月为闰月,前一月是几月就闰几月。第53页/共58页干支纪法 我国历法的重要创造 天干和地支按顺序搭配,共60个顺序又称“六十花甲子”,周而复始,循环使用。用来纪年、纪月、纪日、纪时。人出生时的年、月、日、时4组干支就是所谓的“生辰八字”。干支序号表 对于任一公元年
27、数:天干序号=公元年尾数;地支序号=(公元年数/12)的余数 公元年数=6天干序号 5地支序号序号序号0 01 12 23 34 45 56 67 78 89 91 10 01111天干天干庚庚 辛辛 壬壬 癸癸 甲甲 乙乙 丙丙 丁丁 戊戊 己己地支地支申申 酉酉 戌戌 亥亥 子子 丑丑 寅寅 卯卯 辰辰 巳巳 午午未未第54页/共58页干支最早是纪日,殷商时代就有了,六十日一循环,一直纪到现在(可在万年历上查)。干支纪月:大概始于春秋时代,同样是六十曰一循环,直到现在。干支纪年:是从东汉章帝元和二年(公元85年)至今未断。第55页/共58页阴阳历的特点:阴阳历的特点:1、以月相定日序,朔为初,两朔间隔定大小月。2、以中气定月序,无中气为闰月。3、二十四节气与阴阳历并行,阴阳历用于记事,二十四节气安排农时。第56页/共58页五、五、儒略日儒略日(JDJD)定义:一种不用年、月的长期纪日法起算点:公元前4713年儒略历1月1日 世界时12点。优点:便于计算相隔若干年两事件的天数改进儒略日(MJD):起算点:1858.11.17 世界时零时 MJDJD 2,400,000.5注:公元前4713年,天文上计为-4712年。第57页/共58页感谢您的观看。第58页/共58页
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