天文学基础知识——历法.ppt

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1、天文学基础时间和历法n天文协会学术部天文协会学术部 沙永强沙永强第一部分第一部分 时间及其计量时间及其计量（1）时间的概念）时间的概念（2）计时仪器、时间服务）计时仪器、时间服务（3）时间的种类、时间计量系统时间的种类、时间计量系统（4）新的世界时计量系统）新的世界时计量系统 时间及其计量时间及其计量（1）时间的概念）时间的概念时间的本质：时间的本质：物质运动变化的序列和持续的性质物质运动变化的序列和持续的性质。时间有时间有“时段时段”、“时刻时刻”两个两个含义含义20002001200220032004地球、月球的运动给出三种天然的地球、月球的运动给出三种天然的时间单位：日、月和年。时间单位

2、：日、月和年。时间的单位：时间的单位：年年 月月 日日 时时 分分 秒秒盛盛年年不重来，不重来，一一日日难再晨，难再晨，及及时时当勉励，当勉励，岁岁月月不待人。不待人。陶渊明陶渊明（2）计时仪器）计时仪器先先民民日日出出而而作作，日日入入而而息息，太太阳阳是是天天然然的的钟钟表表。日日晷晷西西汉汉漏漏壶壶沉沉箭箭漏漏浮浮箭箭漏漏多级漏壶多级漏壶水水运运仪仪象象台台惠惠更更斯斯摆摆钟钟布布拉拉格格市市政政厅厅天天文文钟钟 石石英英钟钟 原子钟原子钟 电波钟电波钟：在石英钟内增加了接收信号、数据处理、自动校正的功能。它可接收地面发射站以长波发送的标准时间信号来自动校正石英钟的走时误差。1.日晷日晷

3、 2.漏壶（一天误差漏壶（一天误差10分钟分钟）3.机械钟机械钟水运仪象台，惠更斯摆水运仪象台，惠更斯摆钟、天文钟（误差千分之几秒）钟、天文钟（误差千分之几秒）4.石英钟（石英钟（1929，300年差年差1秒）秒）5.原子钟（原子钟（1949，铯钟，铯钟500万年差万年差1秒）秒）现代社会对高精度时间的要求现代社会对高精度时间的要求 用户用户时刻准确度时刻准确度频率稳定度频率稳定度电视校频电视校频510-12电力传输网电力传输网1微秒110-11高速数字通信网高速数字通信网0.5微秒510-12长河二号导航台长河二号导航台100纳秒310-12卫星测轨卫星测轨50纳秒110-12巡航导弹巡航导

4、弹50纳秒510-13卫星导航卫星导航20纳秒210-13电子侦察卫星电子侦察卫星10纳秒510-13时时间间的的台台阶阶时间服务包括：时间服务包括：测时测时 守时守时 授时授时测时测时守时守时地球地球电台用户授时授时（3）时间的种类和时间计量系统时间的种类和时间计量系统恒星日恒星日真太阳日真太阳日平太阳日平太阳日子午线子午线恒星日恒星日：同一恒星连续两次通过某：同一恒星连续两次通过某地天文子午面地天文子午面的时间间隔。的时间间隔。真太阳日：真太阳日：太阳圆面中心连续两太阳圆面中心连续两次通过某地天文子午面的时间间次通过某地天文子午面的时间间隔。隔。真太阳日长度不等，最长与最短的一真太阳日长度

5、不等，最长与最短的一 天相差达天相差达51秒。秒。真太阳真太阳平太阳平太阳赤道黄道春分点19世纪末，天文学家纽康设计了一个假想天体世纪末，天文学家纽康设计了一个假想天体平太阳平太阳平太阳日：平太阳日：平太阳圆面中心连续两平太阳圆面中心连续两次上中天的时间间隔。次上中天的时间间隔。平太阳时平太阳时1个个“平太阳日平太阳日”等分为等分为24个个“平太阳小时平太阳小时”，1个个“平太阳小时平太阳小时”再等分为再等分为60个个“平太阳分平太阳分”，1个个“平太阳分平太阳分”又等分为又等分为60个个“平太阳秒平太阳秒”。这就是我们日常生活中所使用的时间。这就是我们日常生活中所使用的时间。平太阳时与真太阳

6、时的换算是严格固平太阳时与真太阳时的换算是严格固定的，称定的，称“时差时差”。时差曲线时差曲线地方时地方时区区 时时世界时世界时 在地球上某个特定地点，根在地球上某个特定地点，根据太阳的具体位置所确定的时刻，据太阳的具体位置所确定的时刻，称为称为“地方时地方时”。1211109813141516北京北京伦敦伦敦巴格达巴格达区时区时东经东经120时间的换算：时间的换算：两地的地方（平）时差等于经度差。两地的地方（平）时差等于经度差。15度度1小时小时世界时：世界时：0经线（本初子午经线（本初子午线）所在地方的标准时。线）所在地方的标准时。UT（UniversalTime）本初子午线本初子午线国际

7、日期变更线国际日期变更线夏令时夏令时012189216153021181512963历书时（历书时（ET，Ephemeris Time）原子时（原子时（AT，Atomic Time）协调世界时（协调世界时（UTC，Coordinated Universal Time）（4）新的世界时计量系统新的世界时计量系统20世纪，随着测时精度的提高，世纪，随着测时精度的提高，人们发现地球自转并不是绝对均人们发现地球自转并不是绝对均匀的。一年中有快有慢，并有长匀的。一年中有快有慢，并有长期减慢现象。期减慢现象。1960 年世界度量衡标准会议定义年世界度量衡标准会议定义公元公元1900年为年为“平均太阳年平均

8、太阳年”。秒定。秒定义更改为：一秒为平均太阳年之义更改为：一秒为平均太阳年之 31556925.9747 分之分之 一，称一，称1历书秒。历书秒。历书时（历书时（ET，Ephemeris Time）历书时的特点：历书时的特点：1.时间均匀；时间均匀；2.不易获得，精度低。不易获得，精度低。世界第一台原子钟（世界第一台原子钟（1000年误差年误差1秒）秒）原子钟原子钟9192631770秒的新定义：秒的新定义：1967 年举行的第十三届国际年举行的第十三届国际计量大会决定以铯原子的跃迁做为秒的新计量大会决定以铯原子的跃迁做为秒的新定义，即铯原子同位素定义，即铯原子同位素 Cs133基态超精细基态

9、超精细能阶跃迁的能阶跃迁的 9,192,631,770 个周期所持续的个周期所持续的时间定为时间定为 1 秒，称作原子秒。秒，称作原子秒。原子时（原子时（AT，Atomic Time）：）：由原子钟按原子秒导出的时间。由原子钟按原子秒导出的时间。老的时间定义：基本单位是日、回归年，老的时间定义：基本单位是日、回归年，再划分时、分、秒。再划分时、分、秒。新的时间定义：新的时间定义：基本单位是秒，基本单位是秒，分、时、日、年由秒累加得出。分、时、日、年由秒累加得出。原子钟不仅用来计量时间，它本身原子钟不仅用来计量时间，它本身就是时间标度产生器。就是时间标度产生器。1967年起，原子时取代历书时，年

10、起，原子时取代历书时，从从1958年年1月月1日世界时日世界时0时起算。时起算。关于原子时存废的争论关于原子时存废的争论协调世界时（协调世界时（协调世界时（协调世界时（UTCUTC，Coordinated Universal TimeCoordinated Universal Time）协调世界时秒长原子时秒长，从协调世界时秒长原子时秒长，从1972年起使用。积累起来比地球自转年起使用。积累起来比地球自转差差0.9秒以上时，则跳秒以上时，则跳1秒，称闰秒，秒，称闰秒，有正闰秒、负闰秒之分。只在有正闰秒、负闰秒之分。只在6月月30日日或或12月月31日最后日最后1秒操作。目前所有的秒操作。目前所

11、有的闰秒都是正闰秒，尚无负闰秒。闰秒都是正闰秒，尚无负闰秒。展望：毫秒级脉冲星可与原子钟媲美，展望：毫秒级脉冲星可与原子钟媲美，有可能使时间定义再回到宏观。有可能使时间定义再回到宏观。第二部分第二部分 历法历法（1）与历法有关的几个概念与历法有关的几个概念（2）太阴历太阴历（3）太阳历太阳历（4）阴阳历阴阳历（5）其他记年记日法其他记年记日法（1）与历法有关的几个概念与历法有关的几个概念年年回归年、恒星年回归年、恒星年月月朔望月朔望月日日太阳日太阳日恒星年：平太阳连续两次通过某恒星年：平太阳连续两次通过某恒星的时间间隔。恒星的时间间隔。恒星年是地球的真正公转周期。恒星年是地球的真正公转周期。1

12、恒星年恒星年365.2564日日北天极北天极南天极南天极天赤道地平圈黄道天球示意图天球示意图春分点 回归年：平太阳连续两次通回归年：平太阳连续两次通过过 春分点的时间间隔。春分点的时间间隔。回归年构成四季。回归年构成四季。1回归年回归年365.2422日日 （365天天5小时小时48分分46秒）秒）为什么为什么1恒星年恒星年1 1回归年？回归年？岁岁 差差赤道黄道春分点岁差（春分点的西退）岁差（春分点的西退）每年每年50.3朔望月：月亮朔望月：月亮连续两次与太连续两次与太阳会合的时间阳会合的时间间隔。间隔。朔望月是月相朔望月是月相变化的周期。变化的周期。朔望月的长度并不是固定的，有时长达朔望月

13、的长度并不是固定的，有时长达29天天19小时多，有时仅为小时多，有时仅为29天天6小时多。小时多。朔望月的平均长度为朔望月的平均长度为29天天12小时小时44分分3秒秒（29.5306日）日）。年、月、日是历法的三大要素。年、月、日是历法的三大要素。回归年回归年、朔望月朔望月、真太阳日真太阳日 历法之所以复杂，是由于它所依附的各种历法之所以复杂，是由于它所依附的各种基本周期不能整除。全部历法史就是不断基本周期不能整除。全部历法史就是不断试着调整那些难以调整的日数、修改那些试着调整那些难以调整的日数、修改那些置闰体系的历史。置闰体系的历史。历法需要规定的：历法需要规定的：纪元：历法开始起算的年代

14、。纪元：历法开始起算的年代。岁首：一年的开端。岁首：一年的开端。一部历法还要规定每年所含的日数，如何一部历法还要规定每年所含的日数，如何划分月份，每月有多少天。划分月份，每月有多少天。历法就其基本原理来讲，只有三种：历法就其基本原理来讲，只有三种：太阴历太阴历（阴历）（阴历）太阳历太阳历（阳历）（阳历）阴阳历阴阳历（2）太阴历太阴历 太阴历又叫阴历，是以月亮的圆缺变化为太阴历又叫阴历，是以月亮的圆缺变化为基本周期而制定的历法。基本周期而制定的历法。世界上现存阴历的典型代表是伊斯兰教的世界上现存阴历的典型代表是伊斯兰教的阴历。阴历。伊斯兰教阴历安排：伊斯兰教阴历安排：1年为年为12个月，单数月为

15、个月，单数月为“大建大建”，30天；天；双数月为双数月为“小建小建”，29天天 。平年平年354天，闰年天，闰年355天天。逢闰之年，将逢闰之年，将12月改大月为月改大月为30天天，30年年11闰闰。以儒略历公元以儒略历公元622年为纪元，年为纪元，7月月16日日为元为元旦旦。回回历历的的置置闰闰年年份份回历积回历积32.6回归年，与回归年回归年，与回归年相差一年。相差一年。（3）太阳历太阳历太阳历又称为阳历，是以地球绕太阳公转太阳历又称为阳历，是以地球绕太阳公转的运动周期为基础而制定的历法。的运动周期为基础而制定的历法。太阳历的历年近似等于太阳历的历年近似等于回归年回归年，一年，一年12个个

16、月，这个月，这个“月月”，实际上与，实际上与朔望月朔望月无关。无关。目前通行世界的公历就是一种阳历。目前通行世界的公历就是一种阳历。公历最早是古罗马人向埃及人学得制定的，公历最早是古罗马人向埃及人学得制定的，并随着罗马帝国的扩张和基督教的兴起而并随着罗马帝国的扩张和基督教的兴起而传播于世界各地。传播于世界各地。这部历法浸透了人类几千年间所创造的文这部历法浸透了人类几千年间所创造的文明。明。古古埃埃及及儒儒略略 恺恺撒撒大大帝帝 儒略历的主要内容：儒略历的主要内容：每年分每年分12个月，第个月，第1、3、5、7、8、10、12月是大月，大月每月月是大月，大月每月31天。第天。第4、6、9、11月

17、为小月，小月每月月为小月，小月每月30天，平年天，平年2月月28天。天。平年一年平年一年365天；天；每隔三年设一闰年，闰年每隔三年设一闰年，闰年366天；天；历年平均长度为历年平均长度为365.25日。日。以冬至后第十天作为起算年的岁首。以冬至后第十天作为起算年的岁首。January February March April May June July August September October November DecemberJanuary:罗马神话门神罗马神话门神 JanusFebruary:拉丁文拉丁文“洁净洁净”，以度新年，以度新年March:罗马战神罗马战神 MarsApr

18、il：拉丁文：拉丁文“开启开启”May：罗马女神：罗马女神“春与滋长春与滋长”June：罗马婚姻女神：罗马婚姻女神 JunoJuly：儒略大帝儒略大帝August：奥古斯都奥古斯都 大帝大帝September:拉丁文拉丁文“7”October:拉丁文拉丁文“8”November:拉丁文拉丁文“9”December:拉丁文拉丁文“10”现行公历的纪元，是从现行公历的纪元，是从“耶稣降生耶稣降生”的那年算起的。的那年算起的。1582年格里高利改历年格里高利改历1582年格里高利改历年格里高利改历在在1582年年10月月4日日-1582年年10月月15日日间去掉间去掉10天。天。以后以后“世纪年世纪

19、年”只有被只有被400整除的年份整除的年份才是闰年。才是闰年。改变后的历法称改变后的历法称“格里高利历格里高利历”即现在通行的公历即现在通行的公历格里高利历主要缺点：格里高利历主要缺点：1.元旦无天文学意义元旦无天文学意义;2.各月名称杂乱，日数不均等各月名称杂乱，日数不均等;3.与星期关系不确定。与星期关系不确定。（4）阴阳历：兼顾月亮绕地球的运动周期和地阴阳历：兼顾月亮绕地球的运动周期和地球绕太阳的运动周期而制定的历法。球绕太阳的运动周期而制定的历法。我国的农历是典型的阴阳历。我国的农历是典型的阴阳历。我国农历的主要内容：我国农历的主要内容：大月大月30天，小月天，小月29天天，一年，一年

20、12个月，个月，年长年长 354-355天；天；闰年闰年13个月，长个月，长 383-384天；天；大小月依观测推算而定，初一永为朔日；大小月依观测推算而定，初一永为朔日；靠靠24节气确定太阳位置；节气确定太阳位置；以无中气的月为闰月。以无中气的月为闰月。以春分点为以春分点为0点，分黄道点，分黄道360度为二十四等度为二十四等分，两等分点相隔分，两等分点相隔15度，太阳走度，太阳走15度为一度为一节气：节气：立春、雨水、惊蜇、春分、清明、谷雨；立春、雨水、惊蜇、春分、清明、谷雨；立夏、小满、芒种、夏至、小暑、大暑；立夏、小满、芒种、夏至、小暑、大暑；立秋、处暑、白露、秋分、寒露、霜降；立秋、处

21、暑、白露、秋分、寒露、霜降；立冬、小雪、大雪、冬至、小寒、大寒。立冬、小雪、大雪、冬至、小寒、大寒。二十四节气的确定：节气就实质而言是属于二十四节气的确定：节气就实质而言是属于阳历阳历范畴。范畴。春雨惊春清谷天，春雨惊春清谷天，夏满芒夏暑相连，夏满芒夏暑相连，秋处露秋寒霜降，秋处露秋寒霜降，冬雪雪冬小大寒。冬雪雪冬小大寒。上半年逢六廿一，上半年逢六廿一，下半年逢八廿三。下半年逢八廿三。每月两节日期定，每月两节日期定，最多不差一两天。最多不差一两天。闰月的安排闰月的安排规定含规定含“中气中气”的月份为某月的标志的月份为某月的标志不包含不包含“中气中气”的月份为的月份为“闰月闰月”。节气节气 中气

22、中气 节气节气 中气中气 节气节气 中气中气 立春、雨水、惊蜇、春分、清明、谷雨；立春、雨水、惊蜇、春分、清明、谷雨；一月一月 二月二月 三月三月立夏、小满、芒种、夏至、小暑、大暑；立夏、小满、芒种、夏至、小暑、大暑；四月四月 五月五月 六月六月立秋、处暑、白露、秋分、寒露、霜降；立秋、处暑、白露、秋分、寒露、霜降；七月七月 八月八月 九月九月立冬、小雪、大雪、冬至、小寒、大寒。立冬、小雪、大雪、冬至、小寒、大寒。十月十月 十一月十一月 腊月腊月 天干：天干：甲乙丙丁戊己庚辛壬癸甲乙丙丁戊己庚辛壬癸 地支：地支：子丑寅卯辰巳午未申酉戌亥子丑寅卯辰巳午未申酉戌亥 干支纪法干支纪法干支记年法：汉朝

23、开始。干支记年法：汉朝开始。干支纪日法干支纪日法：夏商时就有了，到今天：夏商时就有了，到今天60天一天一 循环，连续不断。循环，连续不断。干支纪月法：闰月不算，干支纪月法：闰月不算，5年为一周期年为一周期。干支纪时法：干支纪时法：5日为一周期。日为一周期。三九：从冬至算起为一九，三九：从冬至算起为一九，九天后为二九，等等。九天后为二九，等等。三伏：夏至日起第三个三伏：夏至日起第三个“庚庚”日为初伏（头伏），日为初伏（头伏），第四个第四个“庚庚”日为中伏（二伏），日为中伏（二伏），立秋日起第一个立秋日起第一个“庚庚”日为末伏（三伏）。日为末伏（三伏）。儒略日：儒略日：不用年月的长期记日法。不用年月的长期记日法。法国人史加利泽（法国人史加利泽（Scaliger）制定，）制定，以公元前以公元前4713年（年（4712年）年）1月月1日世界时日世界时12时为起算点。时为起算点。2004年年1月月0日世界时日世界时0点是儒略日点是儒略日2453004.5日。日。谢谢！