時(shí)間的意義毋庸置疑，在天文學(xué)中的時(shí)間就是指確立時(shí)間的基準(zhǔn)。在人類(lèi)科技不斷前進(jìn)的過(guò)程中，科學(xué)家們不斷發(fā)明更精準(zhǔn)的計(jì)時(shí)工具，建立更加精確的時(shí)間尺度。

公元前20000年：史前人以在木棍和骨頭上刻標(biāo)記的方式來(lái)計(jì)時(shí)；公元前8000年：埃及文明制定了12個(gè)月每月均為30天的日歷；公元前3000年：兩河流域的蘇美爾人把一年分為12個(gè)月，每月30天，每天分為360個(gè)周期，每個(gè)周期為4分鐘；公元前2000年：巴比倫人使用每年354天的月歷，每月29天和30天相輪；與此同時(shí)，瑪雅人創(chuàng)立了一年260天和365天的日歷；公元前1500年：埃及發(fā)明第一個(gè)移動(dòng)日晷，將一天分為12個(gè)周期。接著又發(fā)明一種叫漏刻的計(jì)時(shí)器。

公元前700年：巴比倫人把一天分為相等的12個(gè)部分；公元前100年：雅典出現(xiàn)以一天24小時(shí)為基礎(chǔ)的機(jī)械漏刻；公元200年：西方開(kāi)始引入星期概念；公元400年：中國(guó)發(fā)展了機(jī)械漏刻；公元1100年：日晷在歐洲得到發(fā)展；公元1350年：德國(guó)鐘表匠發(fā)明第一個(gè)機(jī)械鬧鐘；公元1500年：意大利教堂響起了機(jī)械鐘聲；公元1510年：德國(guó)紐倫堡出現(xiàn)帶發(fā)條的懷表；公元1583年：格里歷在羅馬、西班牙、葡萄牙、法國(guó)和荷蘭部分地區(qū)生效；公元1656年：荷蘭一位天文學(xué)家發(fā)明自擺鐘。（圖8.1）

公元1660年：倫敦皇家學(xué)會(huì)提出作利用單擺來(lái)確定秒，擺長(zhǎng)近一米的單擺，一次擺動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)度大約是一秒，秒擺的擺長(zhǎng)定為長(zhǎng)度的單位；公元1700年：時(shí)鐘上除時(shí)針外又加上了分針；公元1800年：計(jì)時(shí)精確度到1／100秒；公元1840年：建立格林威治標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間；公元1850年：計(jì)時(shí)精確到1／1000秒；公元1884年：華盛頓會(huì)議制訂全球時(shí)區(qū)表，將一個(gè)平太陽(yáng)日的1/86400作為一秒，稱(chēng)作世界時(shí)秒；公元1928年：發(fā)明石英鐘；公元1949年：發(fā)明第一臺(tái)原子鐘。（圖8.2）公元1950年：計(jì)時(shí)精確到微秒；

公元1960年以前：CIPM（國(guó)際計(jì)量大會(huì)）以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)，定義以平均太陽(yáng)日之86400分之一作為秒定義。即1 Second = 1/86400 Mean Solar day其穩(wěn)定度在10-8左右。

公元1960年：國(guó)際計(jì)量大會(huì)決定采用以地球公轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)的歷書(shū)時(shí)秒作為時(shí)間單位，即將1900年初附近，太陽(yáng)的幾何平黃經(jīng)為279°41'48".04的瞬間作為1900年1月O日12時(shí)整，從該時(shí)刻起算的回歸年的1/31556925.9747作為一秒。按此定義復(fù)現(xiàn)秒的準(zhǔn)確度提高到十億分之一秒；公元1965年：計(jì)時(shí)精確到毫微秒。

圖8.2 原子鐘

公元1967年：CIPM（國(guó)際計(jì)量大會(huì)）依據(jù)銫原子的振動(dòng)而對(duì)秒做出了重新定義。即將銫-133原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)結(jié)構(gòu)能級(jí)之間躍遷相對(duì)應(yīng)輻射周期的9192631770倍所持續(xù)的時(shí)間定義為一秒 。按此定義復(fù)現(xiàn)秒的準(zhǔn)確度已優(yōu)于十萬(wàn)億分之一秒；

公元1970年：計(jì)時(shí)精確到微微秒；公元1972年：建立全球協(xié)調(diào)時(shí)間時(shí)；公元1990年：精確到毫微微秒；公元1998年：建立超冷銫原子鐘，比微微秒又要精確10萬(wàn)倍；公元2008年：誕生的鍶（Strontium87）原子鐘，固有頻率為429 228 004 229 873，約合430萬(wàn)億赫茲，更是將精度提高到了10的17次方。

公元2013年：據(jù)Oates和Ludlow在《科學(xué)》雜志上發(fā)表的報(bào)告，用鐿元素（ytterbium）制成的原子鐘問(wèn)世。鐿原子鐘的固有頻率約合518萬(wàn)億赫茲，比鍶原子鐘的430萬(wàn)億赫茲更高。精度也更是高達(dá)10的18次方。

一、地方時(shí)

平常，我們?cè)阽姳砩纤吹降摹皫c(diǎn)幾分”，習(xí)慣上就稱(chēng)為“時(shí)間”，但嚴(yán)格說(shuō)來(lái)應(yīng)當(dāng)稱(chēng)為“時(shí)刻”。某一地區(qū)具體時(shí)刻的規(guī)定，與該地區(qū)的地理經(jīng)度存在一定關(guān)系。例如，世界各地的人都習(xí)慣于把太陽(yáng)處于正南方（即太陽(yáng)上中天）的時(shí)刻定為中午12點(diǎn)，但此時(shí)正好背對(duì)著太陽(yáng)的另一地點(diǎn)（在地球的另一側(cè)），其時(shí)刻必然應(yīng)當(dāng)是午夜12點(diǎn)。如果整個(gè)世界統(tǒng)一使用一個(gè)時(shí)刻，則只能滿足在同一條經(jīng)線上的某幾個(gè)地點(diǎn)的生活習(xí)慣。所以，整個(gè)世界的時(shí)刻不可能完全統(tǒng)一。這種在地球上某個(gè)特定地點(diǎn)，根據(jù)太陽(yáng)的具體位置所確定的時(shí)刻，稱(chēng)為“地方時(shí)”。所以，真太陽(yáng)時(shí)又叫做“地方真太陽(yáng)時(shí)”（地方真時(shí)），平太陽(yáng)時(shí)又叫做“地方平太陽(yáng)時(shí)”（地方平時(shí)）。地方真時(shí)和地方平時(shí)都屬于地方時(shí)。

圖8.3 世界時(shí)區(qū)

二、時(shí)區(qū)

1879年，加拿大鐵路工程師伏列明提出了“區(qū)時(shí)”的概念，這個(gè)建議在1884年的一次國(guó)際會(huì)議上得到認(rèn)同，由此正式建立了統(tǒng)一世界計(jì)量時(shí)刻的“區(qū)時(shí)系統(tǒng)”?！皡^(qū)時(shí)系統(tǒng)”規(guī)定，地球上每15°經(jīng)度范圍作為一個(gè)時(shí)區(qū)（即太陽(yáng)1個(gè)小時(shí)內(nèi)走過(guò)的經(jīng)度）。這樣，整個(gè)地球的表面就被劃分為24個(gè)時(shí)區(qū)。各時(shí)區(qū)的“中央經(jīng)線”規(guī)定為0°（即“本初子午線”）、東西經(jīng)15°、東西經(jīng)30°、東西經(jīng)45°……直到180°經(jīng)線，在每條中央經(jīng)線東西兩側(cè)各7.5°范圍內(nèi)的所有地點(diǎn)，一律使用該中央經(jīng)線的地方時(shí)作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻?！皡^(qū)時(shí)系統(tǒng)”在很大程度上解決了各地時(shí)刻的混亂現(xiàn)象，使得世界上只有24種不同時(shí)刻存在，而且由于相鄰時(shí)區(qū)間的時(shí)差恰好為1個(gè)小時(shí)，這樣各不同時(shí)區(qū)間的時(shí)刻換算變得極為簡(jiǎn)單。因此，一百年來(lái)，世界各地仍沿用這種區(qū)時(shí)系統(tǒng)。（圖8.3）

三、國(guó)際日期變更線

規(guī)定了區(qū)時(shí)系統(tǒng)，還存在一個(gè)問(wèn)題：假如你由西向東周游世界，每跨越一個(gè)時(shí)區(qū)，就會(huì)把你的表向前撥一個(gè)小時(shí)，這樣當(dāng)你跨越24個(gè)時(shí)區(qū)回到原地后，你的表也剛好向前撥了24小時(shí)，也就是第二天的同一鐘點(diǎn)了；相反，當(dāng)你由東向西周游世界一圈后，你的表指示的就是前一天的同一鐘點(diǎn)。為了避免這種“日期錯(cuò)亂”現(xiàn)象，國(guó)際上統(tǒng)一規(guī)定180°經(jīng)線為“國(guó)際日期變更線”。當(dāng)你由西向東跨越國(guó)際日期變更線時(shí)，必須在你的計(jì)時(shí)系統(tǒng)中減去一天；反之，由東向西跨越國(guó)際日期變更線，就必須加上一天。

圖8.4 春分點(diǎn)

四、春分點(diǎn)、恒星時(shí)和平太陽(yáng)時(shí)

地球的自轉(zhuǎn)是一個(gè)很好的天然時(shí)鐘，以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)，我們可以建立一個(gè)很好的時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)。地球自轉(zhuǎn)的角度可以用地方子午線相對(duì)于天球上的基本參考點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)來(lái)度量。為了測(cè)量地球自轉(zhuǎn)，科學(xué)家在天球上選取了倆個(gè)基本參考點(diǎn)：春分點(diǎn)和平太陽(yáng)，以此來(lái)確定的時(shí)間分別稱(chēng)為恒星時(shí)和平太陽(yáng)時(shí)。

恒星時(shí)雖然與地球自轉(zhuǎn)的角度相對(duì)應(yīng)，符合以地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)的時(shí)間計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求，但不能滿足日常生活和應(yīng)用的需要。人們習(xí)慣上是以太陽(yáng)在天球上的位置來(lái)確定時(shí)間，但因?yàn)榈厍蚶@太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道是橢圓軌道，所以真太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)的速度是不均勻的。為了得到以真太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)而又克服其不均勻性的時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)，人們引進(jìn)了一個(gè)假想的參考點(diǎn)——平太陽(yáng)。它在天赤道上做均速運(yùn)動(dòng)，其速度與真太陽(yáng)的平均速度相一致。

五、世界時(shí)

平太陽(yáng)時(shí)的基本單位是平太陽(yáng)日，1平太陽(yáng)日等于24平太陽(yáng)小時(shí)，86400平太陽(yáng)秒。以平太陽(yáng)也作為0時(shí)的開(kāi)始的格林尼治平太陽(yáng)時(shí)，就稱(chēng)為世界時(shí)，簡(jiǎn)稱(chēng)UT。世界時(shí)與恒星時(shí)有嚴(yán)格的轉(zhuǎn)換關(guān)系，天文學(xué)家通過(guò)觀測(cè)恒星得到世界時(shí)。后來(lái)發(fā)現(xiàn)，由于地極移動(dòng)和地球自轉(zhuǎn)的不均勻性，最初得到的世界時(shí)，記為UT0，也是不均勻的，人們對(duì)UT0加上極移改正得到UT1，如果再加上地球自轉(zhuǎn)速率季節(jié)性變化的靜安改正就得到UT2。

未完待續(xù)……