现代天文学专题讲座幻灯片.ppt

《现代天文学专题讲座幻灯片.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代天文学专题讲座幻灯片.ppt（81页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、现代天文学专题讲座第1页，共81页，编辑于2022年，星期一时间时间一、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时第2页，共81页，编辑于2022年，星期一一、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、又无终止。第3页，共81页，编辑于2022年，星期一 时间概念的产生源于

2、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。第4页，共81页，编辑于2022年，星期一 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

3、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。第5页，共81页，编辑于2022年，星期一2、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。第6页，共81页，编辑于2022年，星期一 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

4、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。第7页，共81页，编辑于2022年，星期一 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。19601967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。第8页，共81页，编辑于2022年，

5、星期一3、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）。第9页，共81页，编辑于2022年，星期一4、时间计量系统的应用 时间计量系统在人们日常生活、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、

6、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2.6106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3 2.61011秒。第10页，共81页，编辑于2022年，星期一二、世界时（UT）及其测定1、世界时（UT）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

7、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。第11页，共81页，编辑于2022年，星期一1）、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

8、一致，将真太阳时定义改为：真太阳时角t+12。真太阳时是以真太阳时角t来计量的。第12页，共81页，编辑于2022年，星期一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2326的夹角，因此会造成真太阳时角t度量上有误差。即使真太阳在黄道上运动是均匀的，真太阳的周日视运动也是不均匀的。因此，真太阳时是不均匀的计时系统，最长真太阳日与最短真太阳日之间相差竟达51秒。B、由于真太阳不是点光源，太阳视圆面中心难于确定，不能实现太阳高精度观测。天文实际测时不是观测真太阳，得到真太阳时。第13页，共81页，编辑于2022年，星期一2)、平太阳与平太阳

9、时 为了避免观测真太阳带来的问题，实际工作中引进一个假想的平太阳。首先设想在黄道上有一个做等速运动的假想点，这个假想点其运行速度等于太阳周年视运动的平均速度值，以保证这个假想点在黄道上运行是均匀的。并且规定这个假想点和真太阳同时经过近地点和远地点。再引人第二个假想点，它在赤道上运行其运行速度与黄道上第一个假想点运行速度相同，并且应与第一个假想点同时通过春分点。这个在赤道运行的第二个假想点就称为：平太阳。平太阳在赤道上运动是均匀，它满足计时要求。第14页，共81页，编辑于2022年，星期一 平太阳时 m：以平太阳在当地连续两次上中天的时间间隔为一个平太阳日，并以平太阳在当地上中天瞬间作为平太阳日

10、开始。一个平太阳日又分24平太阳时、一平太阳时又分60平太阳分、一平太阳分又分60平太太阳秒。这样建立起来的计时系统，称为平太阳时系统。为了和人们习惯一天从子夜开始，平太阳时定义改为：平太阳时等于：平太阳时角t+12。平太阳虽然满足运动均匀的要求，但平太阳是一个假想点根本无法观测，给平太阳时计时系统观测带来困难。为此，引进恒星时系统。第15页，共81页，编辑于2022年，星期一3）、恒星时 S 恒星时S：根据春分点周日视运动建立起来的计时系统称为恒星时S。春分点是天球赤道和黄道二交点之一的升交接点。春分点在天球上也没有明显标志，也不能直接观测。但是，根据球面天文学基础知识可知，以小时表示的春分

11、点时角t在数值上等于任意天体的赤经和时角t之和。当天体中天时，春分点时角t就等于该天体的赤经，使得恒星时在世界时测定中显得非常重要。第16页，共81页，编辑于2022年，星期一 恒星时系统：春分点连续两次过天子午圈（指子午圈同一侧）的时间间隔为一恒星日，并以春分点上中天作为一恒星日的起算点。一恒星日分为24恒星小时、一恒星小时又分为60恒星分、一恒星分分为60恒星秒。这样的计时系统称为恒星时系统。在一恒星日内，春分点时角t由0 增加到24，时角的变化和时间成正比。由此，可以得出以小时为单位表示的春分点时角 t，在数值上等于当地地方恒星时，也即恒星时S等于以小时表示的春分点 t 时角。等于知道春

12、分点时角t就知道该地地方恒星时。第17页，共81页，编辑于2022年，星期一 由上面分析可知，春分点时角t在数值上等于该时刻的地方恒星时S。换句话说，知道了春分点的时角t,就等于知道了该地的地方恒星时S。根据球面天文学理论，春分点时角t又等于任意天体的赤径和时角t 之和。当该天体（恒星）上中天时（即天体时角t），春分点的时角t的数值，就等于该天体的赤径值。通过恒星的中天观测，由已知恒星的赤径值得到地方恒星时S，再根据地方恒星时S与地方平太阳时m间的关系式，得到地方平太阳时m。第18页，共81页，编辑于2022年，星期一2、世界时的测量 由上面分析可知，春分点时角在数值上等于该时刻的地方恒星时S

13、。换句话说，知道了春分点的时角t,就等于知道了该地地方恒星时。根据球面天文学理论，春分点时角t又等于任意天体的赤径和时角t 之和。当该天体上中天时（即天体时角t），以小时表示的春分点时角t，就等于该天体的赤径值。通过恒星的中天观测，由已知恒星的赤径值得到地方恒星时S，再根据地方恒星时S与地方平时m间的关系式，得到地方平太阳时m。第19页，共81页，编辑于2022年，星期一3、地方时与世界时 真太阳时、平太阳时和恒星时都是以天体（或假想点）过天子午圈时刻作为计量时间的起算点。由于各地天子圈是不同的，同一天体过两地的天子午圈不在同一瞬间，因此这些计时系统都具有地方性。两地地方时之间关系是什么？由右

14、图可知:观测同一天体，A和B两地所得天体时角差等于 两地地理经度差：t-t=-第20页，共81页，编辑于2022年，星期一 由此，可以得出在同一计时系统中，同一瞬间两地的地方时之差，在数值上等于两地地理经度之差。恒星时 S-S=t-t=-平太阳时 m-m=t-t=-根据国际上规定：格林尼治天文台的子午线为本初子午线，它所对应的经度=0。并规定格林尼治地方平时m（平太阳时）叫做世界时，用大写字母M表示。格林尼治地方恒星时也用大写字母S表示。由此可知，地理经度处地方时：恒星时 s-S =平时 m-M=：东经为正，西经为负。第21页，共81页，编辑于2022年，星期一4、恒星时与平时两个系统间的转换

15、1）、恒星时与平时的区别A、单位不同：平太阳日比恒星日长4分钟；B、起算点不同：恒星时和平时（即平太阳时）两个系统的时间起算点不同，即两个系统 0 时刻不会出现在同一瞬间;2）、平时与恒星时单位间转换A、平太阳日与恒星日不等原因 根据定义，平太阳在赤道上是以真太阳在黄道上周年视运动的平均速度运动。因此，平太阳在赤道上不仅有周日视运动，而且还有与周日视运动（自东向西）相反方向的周年视运动。第22页，共81页，编辑于2022年，星期一造成一平太阳日长于一恒星日（约等于4分钟）。一恒星日是春分点连续两次过天子午圈（同一侧）时间间隔。春分点在赤道上只有周日视运动。平太阳沿赤道不仅有周日视运动，还有周年

16、视运动。平太阳沿赤道连续两次过春分点的时间间隔，称为一回归年。根据天文观测，目前一回年长度为：365.24218968日、通常近似取为365.2422日。在一回归年内，平太阳沿赤道运行360，每一平太阳日运行360/365.2422 59.2。也就是说，每一平太阳日内平太阳以和周日视运动相反的方向上移动了59.2。造成平太阳过天子午圈时刻的延迟，产生平太阳日比恒星日长。第23页，共81页，编辑于2022年，星期一B、平太阳日与恒星日换算方法 参照右下图，假定在某一瞬间，春分点和平太阳同时在某地上中天。当天球旋转一周后，春分点再次上中天、平太阳因为它在随天球旋转同时，一天内还要东移360/365

17、.2422 59.2，平太阳没有上中天。当平太阳上中天时，春分点已经过了中天到达图中A点。这样平太阳一天比一天落后春分点上中天。等下次春分点第24页，共81页，编辑于2022年，星期一和平太阳再同时上中天时，春分点刚好比平太阳多跑了一圈，即多了一恒星日。平太阳两次过春分点的时间间隔是一回归年，即365.2422 平太阳日。由此得出：一回归年内包含366.2422恒星日。366.2422平太阳日=366.2422恒星日。上式就是恒星时单位与平太阳时（平时）单位之间转换关系式。1平太阳日=（1+）恒星日 =1/365.2422 1 恒星日=（1-）平太阳日 =1/366.2422第25页，共81页

18、，编辑于2022年，星期一3）、平时与恒星时时间起算点的转换 由于平太阳日和恒星日长短不等，两个系统的时间起算点也会不同，即恒星时和平时的0时刻不会出现在同一瞬间。只有知道两系统时间起算点之间的对应关系，才能进行两个系统的时刻转换。由地方时与世界时的关系式可知，恒星时 s-S =平时 m-M=只要格林尼治地方平时M和地方恒星时S起算点间的关系知道了，平时和恒星时两系统的起算点的关系也就知道了。第26页，共81页，编辑于2022年，星期一 设为平太阳的赤经值、t为平太阳的时角，世界时M 即格林尼治地方平时。根据定义，M等于平太阳时角t+12。当世界时M=0 时：可以导出平太阳的时角 t=-12。

19、格林尼治地方恒星时用S表示，根据地方恒星时定义，以小时为单位表示的春分点时角t，在数值上等于当地地方恒星时 s；春分点时角t又满足任意天体同一瞬间的赤经和时角t之和。对于平太阳有关系式：S=+t=-12 第27页，共81页，编辑于2022年，星期一 根据纽康（Newcomb）的平太阳定义可以得到。1982年国际天文学会（IAU）决议，目前平太阳的赤经取值为：=18 41m 50s.54841+8640184s.812866 T +T=(JD-2451545.0)/36525和世界时0对应的格林尼治平恒星时S取值为：S=6 41m 50s.54841+8640184s.812866 T+T=(J

20、D-2451545.0)/36525 两个时间系统的时间基本单位（即恒星日和平太阳日）和时间起算点（即0时刻）之间转换关系解决了，就可以进行平时时刻与恒星时时刻的换算。第28页，共81页，编辑于2022年，星期一4）、平时与恒星时时刻的转换A、格林尼治的时刻换算已知M求S:S=S+M(1+)已知S求M：M=M+S(1-)B、经度地方的时刻换算已知m求ss=S+m+(m-)已知s求mm=M+s(s-)第29页，共81页，编辑于2022年，星期一5、世界时(UT)的一系列修正 平太阳时（平时）就是世界时（UT）。世界时（UT）是通过恒星中天观测得到恒星时。然后通过恒星时与平时之间转换关系求平时即世

21、界时（UT）。由平时与恒星时之间转换关系得到的世界时，称为：世界时 UT。在世界时 UT 基础上，做了地极移动引起的观测站经度变化改正后的世界时，称为UT。在世界时UT 基础上，做了地球自转速率季节性变化改正后的世界时，称为UT。世界时UT是比较均匀的计时系统。但地球自转速率还有长期变化和不规则变化没有修正。第30页，共81页，编辑于2022年，星期一6、世界时的测定 1）、经典天文方法 长期以来，世界时的测定通常采用恒星中天观测法和观测位于同一个等高圈上的两颗恒星即等高观测法。恒星中天时有：S+us观测瞬间恒星钟的钟面时、恒星的赤经（已知的恒星历表位置）、u钟差；观测位于同一个等高圈上的两颗

22、恒星时有：sinsin+cosCOScos(s+u-)=sinsin+cosCOScos(s+u-)；第31页，共81页，编辑于2022年，星期一 经典天文方法测定世界时，恒星中天法测时采用的是光电中星仪；恒星过等高圈方法测时采用是光电等高仪 经典天文方法测时精度仅能达到0.001秒。随着观测技术更新，经典天文方法测时已经被新的技术和新的方法所取代。目前，世界时的测量通常采用甚长基线干涉仪（VLBI）和激光测月、激光测卫星等手段。甚长基线干涉测量观测对象是射电源。射电源在空间位置坐标（赤经、赤纬）是已知的。观测量是射电源信号相对于基线b两端的射电望远镜几何时间延迟（时延）。采用多次观测方法，就

23、可按最小二乘法求解基线b的向量坐标。第32页，共81页，编辑于2022年，星期一甚长基线干涉仪（VLBI）第33页，共81页，编辑于2022年，星期一由前页原理图可知：B是基线向量AB方向在天球上的投影位置。第34页，共81页，编辑于2022年，星期一 由观测量时延求解基线的向量坐标（XYZ）的表达式：=1/ccoscos(g-)X-sin(g-)Y +sin Z 其中：射电源赤道坐标（、）已知、g为格林尼治恒星时S、c 光速；进一步由基线向量及其变化求出地球自转速率变化（UT）和极移。目前，甚长基线干涉仪世界时的测定精度为0.00005秒。第35页，共81页，编辑于2022年，星期一 激光测

24、月（或测卫星）原理：都是测量台站和月球（卫星）表面上的激光反射器之间的时间间隔 t。然后，再根据时间 t求出台站和月球（或卫星）之间的距离r。r是实测值，再和根据轨道参数导出的理论值R做比较。分析二者的误差，进而确定世界时。目前激光测月（或测卫星）测量世界时的精度可以达到0.0002秒。第36页，共81页，编辑于2022年，星期一三、历书时 历书时是1960年1966年间时间计量基准。历书时是以地球公转运动为依据建立起来的计时系统。他的时间基本单位是一回归年长度。根据纽康（Newcomb）分析250年间太阳观测资料导出的太阳平黄经的表达式。导出的1900年1月0日格林尼治平午的回归年长度为31

25、556925“.9747（平太阳时秒）。历书时的秒长就定义成31556925.9747分之一为一历书时秒。86400历书时秒为一历书日。规定太阳几何平黄经等于279 41 48“.04瞬间，作为历书时1900年1月0日12时正。这一瞬间刚好是1990年1月0日世界时12时。第37页，共81页，编辑于2022年，星期一四、原子时1967年以后的时间标准 由于世界时（UT）和历书时（ET）的缺陷，人们发现原子内部电子运动比地球自转运动稳定性要好得多。实验表明，对于一种元素的原子，电子在确定的两条轨道之间跃迁辐射的电磁波其频率是一定的，而且是极其稳定。原子时就是利用原子中电子跃迁振荡频率作为计量时间

26、基础（运动）。1、原子时的时间单位：原子时秒 一个原子时秒长等于，位于海平面上的铯原子基态两个超精细能级间在零磁场中跃迁辐射振荡9192631770周所经历的时间间隔作为一秒第38页，共81页，编辑于2022年，星期一的长度，称为国际单位秒（SI）。由国际单位秒（SI）这样的时间单位，确定的计时系统，称为国际原子时（TAI）。原子时秒长的定义是1967年10月第十三届国际度量衡大会通过。原子时秒长实际是用历书时秒长量度铯原子钟频率的结果，因此可以认为原子时秒长与历书时秒长相等。2、国际原子时系统的起算点取为：1958年1月1日0UT。该瞬间世界时与原子时极为接近，原子时与世界时相差：-0.00

27、39秒，而且这个差值会一直延续下去。需要指出的是，由于世界时存在不均匀性，世界时的秒长不是固定不变的。第39页，共81页，编辑于2022年，星期一平时的秒长是根据平太阳日导出来。3、近二十年来，世界时（UT）每年比国际原子时（TAI）慢约1秒，这样世界时和国际原子时之间的差距将随时间的推移会越来越大。原子时与历书时之间差距是一个常量，即历书时（ET）=TAI+32s.184,32s.184 是原子时在1958年1月1日0UT时与该瞬间历书时之差。第40页，共81页，编辑于2022年，星期一五、协调世界时（UTc）-即民用时间 世界时（UT）是依据地球自转运动建立的计时系统，由恒星的中天观测得到

28、了世界时UT；在世界时 UT的 基础上，做了地极移动引起的观测台站经度变化改正后得到了世界时UT；在世界时UT 基础上，做了地球自转速率季节性变化改正后得到了世界时UT；世界时UT是比较均匀的计时系统。但地球自转速率还有长期变化和不规则变化没有修正。世界时UT还不是真正的均匀时系统。从1960年以后时间的基准不再是世界时，被历书时和原子时取代。但由于世界时在天文学、大地测量学、地球物理学中有广泛的应用，目前仍然需要高精度的世界时。第41页，共81页，编辑于2022年，星期一协调世界时（UTC）它是协调原子时（TAI）和世界时（UT）两种不同的时间尺度，以满足人们千百年来养成的生活习惯而产生的计

29、时系统，称为：协调世界时（UTC），并从1979年起，成为世界各国使用的正式时间标准。协调世界时的时间单位是原子时秒长（原子时秒长保持不变）。发播时按世界时发播，它与原子时（TAI）之差保持为整数秒；在时刻上与世界时UT之差的绝对值保持在0.9秒以内。当UTC领先UT 0.9秒时，加一个负润秒。当UTC落后UT 0.9秒时，加一个正润秒。一年跳秒两次，每年的12月31日最后1秒或者年中的6月30日最后1秒进行。润秒由国际时间局（BIH）根据天文观测决定第42页，共81页，编辑于2022年，星期一附录：时间单位原子时秒（TAI）：铯原子 133 Cs 基态能级跃迁辐射的电磁波振荡9 192 63

30、1 770周所经历的时间。时间的度量是采用历书时秒。1958年1月1日世界时0启用。平太阳日：平太阳连续两次上中天的时间间隔。平太阳的赤经 =18 41m 50s.54841+8640184s.812866 T +T=(JD-2451545.0)/36525 JD 为儒略日回归年=365.24 219 264 平太阳日（2000.0）儒略年=365.25日（平太阳日以下同）朔望月=29.5 305 882日第43页，共81页，编辑于2022年，星期一六、力学时（坐标时）相对论时间 相对论认为：时间和空间是密不可分的统一体，每个坐标系都具有自己的时间系统，称为坐标时，不同的坐标系的坐标时也不同。

31、地心坐标系所具有的坐标时，叫做地球力学时（TT）；日心（太阳系质心）坐标系所具有的坐标时，称为质心力学时（TDB）。1、地球力学时（TT）TTTAI32.184秒 在天文观测中，采用协调世界时UTC计时。第44页，共81页，编辑于2022年，星期一资料处理中的坐标转换，又需要知道UTC对应的地球力学时（TT）和世界时（UT1）。因此需要知道：UT1=UT1 UTC 和 AT=TAI UTC T=TT UT1 UT1、AT 和T 的准确值可以从国际地球自转服务（IERS）网站下载（http:/www.iers.org）。2、质心力学时（TDB）地球力学时（TT）与质心力学时（TDB）转换 TDB

32、=TT+0.001657s sin h+0.000022ssin（L-LJ）第45页，共81页，编辑于2022年，星期一其中 h=357.53+0.98560028（tJ2000.0）L-LJ=246.00+0.90251792（t-J2000.0）h 为地-月系质心的平近点角 L 为太阳的平黄经 LJ 为木星的平黄经 当地球过近日点时 h=0、当地球过远日点时 h=90，这 两个时刻 TDB TT。当 h=90 和 h=270 TDB与TT 之间差别最大值为：1.7毫米第46页，共81页，编辑于2022年，星期一第47页，共81页，编辑于2022年，星期一第48页，共81页，编辑于2022年

33、，星期一七、G P S 时间系统 1、时间的基本单位：以原子时（ATI）的秒长作为计时的基本单位。2、时间起算点：定义在1980年1月6日 协调世界时（UTC）0 时作为GPS时起算点。系统启动后不需跳 保持时间连续。随着时间的积累，GPS时间与UTC 之间的差异，将通过时间服务部门定期公布。GPS卫星播放的卫星钟差，也是相对GPS时的钟差。3、GPS时与原子时（ATI）之间转换关系 二者在任一瞬间均有一常量误差，即 TTAI -TGPS =19 秒第49页，共81页，编辑于2022年，星期一历法一、历法的原则二、现行的公历三、我国的农历四、儒略日和干支纪日第50页，共81页，编辑于2022年

34、，星期一一、历法简介 1、历法的由来 历法的产生源于人类对自然界、天象的观察和思考。从太阳东升西落和大地的昼夜交替，产生了太阳“日”的概念。从日影长短变化、大地寒来署往的季节变化产生了回归“年”概念。从月相盈亏变化产生了朔望“月”概念。历法就是安排和协调年、月、日之间关系并制定行成一定的时间序列的法则。远古时代，历法直接为农牧生产、狩猎和族群迁徙等活动服务。历法是人类社会文明进步的重要标志。世界文明古国都重视历法编制。第51页，共81页，编辑于2022年，星期一2、历法的基础 历法编制的基础：通过天文观测，精确测定回归年和朔望月的长度,以及与此相关的地球和月球的运动规律。回归年，太阳在天球上周

35、年视运动的回归周期，是太阳连续两次过春分点的时间间隔。太阳周年视运动是地球绕太阳公转运动的反映。朔望月，月球盈亏变化周期。是月球连续两次朔（或望）的时间间隔。它是月球绕地球转动相对太阳而言的周期。要是以恒星为背景则称为恒星月。朔望月（S）、恒星月（T）和地球的公转周期（E）三者关系是：1/S=1/T-1/E第52页，共81页，编辑于2022年，星期一3、历法的基本原则 从古到今，历法的编算、颁布和实施，都是社会组织和政府的重要职能。1）、历法的一年、一月必须包含日的整数倍 实际的回归年长度为：365.24218968日、朔望月长度为：29.530589日，两者都不是日的整数倍，而且也不能通约。

36、这就要考虑社会、民族习俗、宗教活动等的需要，合理安排年、月、日。2）、回归年和朔望月长度采用值的精确化，是历法编制和修订的前提 天文对太阳、月球观测研究，是回归年、朔望月和日精确化的保证。第53页，共81页，编辑于2022年，星期一二、太阳历、太阴历和阴阳合历 1、太阳历（阳历）以日为单位，只按太阳周年视运动回归年的周期安排年、不以月球月相的朔望周期安排月的历法，叫做太阳历（阳历）。由于，一回归年长度为：365.24218968日、一朔望月长度为：29.530589日，两者都不是日的整数倍，而且又互不通约。给历法的编算带来极大麻烦。一种方法是通过置润规则解决年和日互不通约的问题。规定：一年长度

37、有两种即365日和366日；月长有：28、29、30和31天四种。第54页，共81页，编辑于2022年，星期一 通过设置大、小月和置润办法：大月为31天、小月为30天；选取年长366日为闰年，闰年2月为29天，平年2月为28天，以其达到对回归年的最佳近似。这种只按回归年周期安排年和月，不按月球朔望周期安排月的历法叫太阳历（阳历）。阳历年与太阳周年视运动同步，月与月相无关。世界上很多民族早期历法都是太阳历，如埃及、玛雅、波斯和罗马。史料研究表明，我们华夏民族在上古时代就采用过太阳历。2、太阴历 另一种方法是解决月和日通约，以达到月长和 第55页，共81页，编辑于2022年，星期一月球的朔望月长度

38、接近。现今的伊斯兰教国家和地区所采用的回历，就是通过严格安排大月与小月办法，以保证月长与月相同步、始终保持月首是朔日。回历一平年为354日，设置12个月。奇数月为30天、偶数月为29天。回历以30年为一周期，并在一周期的第2、5、7、10、13、16、18、21、24、26和第29年的12月各增加一个润日，即当年12月为30天。这样30年一个周内共计增加了11个润日。以保证伊斯兰教义对于年首和月首都在朔日（新月）的要求。这种只按朔望月周期安排月、不按回归年周期安排年、月长与朔望周期同步、年与季节无关的历法，叫太阴历。第56页，共81页，编辑于2022年，星期一 3、阴阳合历 阴阳合历：是即考虑

39、按太阳周年视运动周期回归年安排年，又要考虑按月球朔望月周期安排月，兼顾两种天象的历法叫做阴阳合历。我国几千年来使用的农历（夏历），就是最完备的一种阴阳合历。阴阳合历是要实现：以朔望月周期逼近回归年。回归年与朔望月的比值为：365.24218968/29.530589=12.368266 这一比值说明，一年设置12个月少了，设置13个月又多了。参照阳历和阴历闰日的办法，采用适时、恰当地设置闰月的方法可以做到，第57页，共81页，编辑于2022年，星期一既满足回归年周期要求，又能满足朔望周期的要求。早在春秋时期，我国历法中就采用19年置7个闰月的置润规则。到了公元421年颁布实行的元始历更采用了6

40、00年221润的新置润规则。以后又经过多次修正中国的农历日趋完善。古代巴比伦、希腊、以色列和印度等使用的也是阴阳合历。第58页，共81页，编辑于2022年，星期一三、现行的公历 现行公历又称格里历，它是公元1582年由罗马教皇格里哥利十三世（Gregory）颁布实行的。它的前身是儒略历。儒略历是公元前46年古罗马统治者儒略.凯撒采纳天文学家索西琴尼的意见制定的。1、儒略历：一年长为365.25日、一年分12个月，单数月份为大月31天，双数月份为小月30天。为了使儒略年长与365.25日相一致，采用4年设置三个平年和一个闰年。平年为365天、闰年为366天。平年的2月份为29天,闰年的2月份为3

41、0天。这样 4个儒略年长的平均值就是365.25日。第59页，共81页，编辑于2022年，星期一由于 凯撒生日是在7月份，他的名字叫JULY，所以7月的月份名字就以凯撒名字JULY命名。公元前44年凯撒去世，奥古斯都继位。奥古斯都（Augstus）大帝的生日是8月，他下令把8月改成大月，并以Augstus命名。同时把9月、11月改成小月30天；10月、12月改成大月31天。2月闰年29天、平年28天。平均年长仍为365.25日。儒略历一直使用到1582年新历，即格里历诞生为止。2、格里历：公元325年，罗马帝国尼西亚基督教大会决定：将春分日定在每年3月21日。由于儒略历的年长为365.25日与

42、回归年自然周期 第60页，共81页，编辑于2022年，星期一 365.24218968平太阳日就有一个差数，累积到128年就要多出一天，到1582年已累积到长达10天。造成儒略历中的春分日3月21日与太阳周年视运动中实际春分日期偏离太远。再加上基督教把复活节定在每年春分之后第一个月圆以后的第一个星期日（复活节是基督教纪念耶稣死后3日又复活的节日）。复活节日期确定也是一个问题。格里哥里十三世于1582年下令改历：（以前实行的儒略历称为旧历，改历后的称为新历即格里历）把旧历1582年10月4日的下一天定义为新历的10月15日。一次就将10天的累积误差消掉了。第61页，共81页，编辑于2022年，星

43、期一使天文学定义的春分日和历法中规定的春分日相吻合。为了以后不再累积误差而产生大的偏离，改变闰年的规则。新规则规定：凡是公元年数能被4正除的年为闰年366天，不能被4整除的为平年365天。同时又规定，对整世纪年 如 1600、1700、1800、1900只有世纪数也能被4整除的才是闰年。1600是闰年，其余3个不是闰年。这样400年中就少了三个闰年。400个格里历的年长与400个回归年的年长就非常接近了，累积达到一天的误差需要3300多年。格里历一直沿用到今天。第62页，共81页，编辑于2022年，星期一3、现行的公历 1）、公历以太阳周年视运动自然周期一回归年的长度为历年的基本单位。2）、一

44、年必须包含日的整数，即一公历年为365日。规定：1、3、5、7、8、10、12 每月为31天。4、6、9、11为30天。平年2月为28天，闰年2月为29天。3）、四年设置一个润年：凡是公元年数能被4整除的年份为润年。如2012年即为润年，2月为29天。第63页，共81页，编辑于2022年，星期一4）、为保持公历年与回归年接近,400年只能设置97个润年。凡是世纪数，不能被4整除的年份就不设润年。如1900年就不是闰年。5）、400个公历年和400个回归年长度比较 公历年 365(40097)+36697=146097(天)回归年 365.24218968400=146096.875872(天)

45、一公历年与一回归年只相差:0.0003天。如果累积达到一天误差，则需要3300年。第64页，共81页，编辑于2022年，星期一四、我国农历 中国农历已有几千年的历史了，是一部阴阳合历。农历对年、月和节气的安排完全以太阳周年视运动和月相盈亏的自然周期为依据，没有人为干扰。农历年长以回归年为基本单位。月长则以月相的朔望周期为依据。由于月相的朔望周期平均为29.53059日，它既不是日的整数倍，而且朔望周期本身也不是固定值有长有短，最长与最短相差0.5天。因此，决定每个月开始的那一天和月长是一个专业性极强的工作。第65页，共81页，编辑于2022年，星期一 农历历法规定：以月相朔所在的那一天，为每个

46、月的初一（即月的开始日），下次月相朔对应的日期为下个月的初一。农历月长有大有小，大月为30天、小月为29天。积12个朔望月会有354日或355日，与回归年一年长365.2422日相差有11天。累积3年就要超过一个月。农历采用设置闰月的办法加以解决，农历闰年为13个月。农历置闰的规则是根据24节气来决定的。第66页，共81页，编辑于2022年，星期一 24节气：是中国农历历法特有的，它是根据太阳在天球上周年视运动的轨迹（即天球上的黄道），将太阳在黄道上的黄经值每隔15的对应时刻赋予一个名称，一回归年共有24个对应时刻和名称，称为“24节气”。从春分开始，每隔一个节气又称为中气。一共有12个“中气

47、”和12个“节气”。按顺序分别是：春分、清明、谷雨、立夏、小满、芒种、夏至、小暑、大暑、立秋、处暑、白露、秋分、寒露、霜降、立冬、小雪、大雪、冬至、小寒、大寒、立春、雨水、惊蛰。12个黄色字体是“中气”第67页，共81页，编辑于2022年，星期一 由于节气有24个，月只有12个，只能选出半数的节气与月对应。农历历法选择包括两分（春分、秋分）、两至（夏至、冬至）在内的12个中气作为农历月的标志。含有12个中气的12个正规月份命名为：正月、二月十一、十二月。根据历史沿革，目前农历的岁首（正月）定为中气雨水所在的月份。农历一个月内，一定要包含有一个中气。如果出现没有中气的月份，这个月就没有对应的月名

48、，这个月就是农历的闰月。闰月没有自己的月名，而是借用前一个月的月名。如前一个月是二月，这个月就称为“闰二月”。第68页，共81页，编辑于2022年，星期一 需要指出的是：平均而言，朔望月的长度小于两个中气时间间隔。但在地球过近日点附近时，朔望月长度常常会大于两个中气时间间隔。这时有可能出现一个月内没有中气情况，但一定会在附近月份中出现二个中气 补充规定：如果在一个朔望月中有二个中气，在这个月之后一个或二个月中出现那个没有中气的月份，这个没有中气的月份就不算闰月，仍然是正常月。历史上呈出现过，19841985年农历乙丑年正月就没有中气，但前一年甲子年的十一月却含有两个中气，所以就认定农历乙丑年正

49、月，仍然是正常月份而不是闰月。第69页，共81页，编辑于2022年，星期一第70页，共81页，编辑于2022年，星期一五、儒略日 儒略日：它是以日为单位连续计时系统。在科学计算中被广泛使用。儒略日系统是法国学者史伽利日（15401609年）提出来的。之所以叫儒略日，是为纪念他的父亲儒略.史伽利日，由于他的父亲与颁布实施儒略历的罗马统治者儒略.凯撒同名。儒略日系统是以公元前4713年1月1日正午为起算点，向后连续计算,简记为JD。儒略日一直累积到现在，已经是一个很庞大的数字。例如：2000年1月1日地球力学时12时的儒略日的记法就是：JD2451545.0。第71页，共81页，编辑于2022年，

50、星期一 JD2451545.0是一个非常重要的时刻，目前使用的天文参考系对应的历元就是2000年1月1日地球力学时12时，特别记为J2000.0。由于儒略日连续累积数据特别庞大，国际天文学会于1973年做了简化，称为简化儒略日用MJD表示。MJD=JD 2400000.5 MJD对应的起点是1858年11月17日世界时0（即2400000.5是1858年11月17日世界时0 时的儒略日数）。儒略日系统的起算点选在公元前4713年1月1日正午的原因是:史伽利日在构建这个系统时，考虑了三种周期。第72页，共81页，编辑于2022年，星期一 一个是阳历日期与星期日会合的28年周期 （365.25 4