時間系統(tǒng)

1、第三章 時間與天體位置,航海教研室 劉強,第一節(jié) 時間系統(tǒng)概述,第二節(jié) 恒星時,第三節(jié) 視時,第四節(jié) 平時,第五節(jié) 區(qū)時,目 錄,第六節(jié) 時間與天體位置,第一節(jié) 時間系統(tǒng)概述,時間和空間是物質(zhì)存在的基本屬性。任何物質(zhì)運動都在時間和空間內(nèi)發(fā)生。人類的一切活動都離不開時間和空間，所以說，時間在科學上和日常生活中均是必不可少的。,時間的含義有兩個： （1）時間間隔：時間間隔是指客觀物質(zhì)運動過程所經(jīng)歷的

2、時間歷程 （2）時 刻：時刻是指客觀物質(zhì)運動某一狀態(tài)發(fā)生的瞬間,何為時間？,人們通過科學實踐，相繼選用了各種周期性變化過程作為時間的測量標準，即時間的計量單位。同時滿足兩個要求：第一周期運動的穩(wěn)定性（均勻性）；第二周期運動的復現(xiàn)性（重復性）。這就是說，只能用一種均勻的、具有連續(xù)重復周期的現(xiàn)象作為時間的計量單位。,古代計時工具：日晷,銅壺漏刻報時裝置,沙漏,滴漏,渾儀,圭表,水運儀象臺,燕肅蓮花漏,香漏,水運儀象

3、臺的內(nèi)部結(jié)構(gòu),西漢漏刻,紅木星圖節(jié)氣天文鐘,美國國家標準局的銫原子鐘NIST F-1,中科院國家授時中心的銫原子鐘,迄今為止時間計量標準可分為三類：建立在地球自轉(zhuǎn)基礎(chǔ)上的世界時系統(tǒng)； 建立在地球公轉(zhuǎn)基礎(chǔ)上由力學定律所確定的歷書時系統(tǒng)；建立在原子能級躍遷頻率基礎(chǔ)上的原子時系統(tǒng)。,一、世界時系統(tǒng),世界時系統(tǒng)（universal time system )是建立在地球自轉(zhuǎn)運動基礎(chǔ)上的時間系統(tǒng)。也就是說，以地球自轉(zhuǎn)周期作為時間的計量單位。

4、以春分點為參考點得到：恒星時( sidereal time)以太陽為參考點得到：視時( apparent time ) 以平太陽為參考點得到：平時( mean time )或世界時 (universal time ,UT、GMT),從實測中證實地球自轉(zhuǎn)的速率是不均勻的，并具有相當復雜的表現(xiàn)形式，其中包含周期性變化、長周期性變化、短周期性變化和不規(guī)則變化等等各種因素。從而導致以地球的自轉(zhuǎn)周期作為時間的計量單位也是不均勻的。,另外，地

5、球在自轉(zhuǎn)的過程中還存在“扭動”現(xiàn)象，從而使地極產(chǎn)生移動，簡稱極移。極移使地球上各點的經(jīng)緯度發(fā)生變化，導致世界各地天文臺測得的世界時之間存在微小的差別。 1955年國際天文學聯(lián)合會決定自1956年起，對直接觀測到的世界時作兩項改正。,因此，世界時UT又可分為以下三種：UT0：直接由天文觀測得到的世界時。UT1：UT0經(jīng)極移改正后得出的世界時，是天文航海所需要的世界時；UT2：UT1經(jīng)過季節(jié)改正后得出的世界時。UT2是1972年

6、以前國際上公認的時間標準。,二、原子時系統(tǒng)（atomic time system ）,原子時系統(tǒng)是建立在原子能級躍遷頻率基礎(chǔ)上的時間系統(tǒng)。 原子時（atomic time，AT）協(xié)調(diào)世界時（coordinated universal time，UTC）,原子時（atomic time，AT）：以銫（Cs 133）原子超精細能級躍遷的電磁振蕩9,192,631,770周所經(jīng)歷的時間間隔定義為原子時1s的長度。 原子時的起始歷元

7、為1958年1月1日0時（世界時UT2)。 由于世界時不均勻——秒長不固定，近些年大致逐年變長。因此，原子時與世界時時刻的差距越來越大，一年可差1S左右。,協(xié)調(diào)世界時（coordinated universal time，UTC）：以原子時秒為時間計量單位，在時刻上與世界時UT1保持在0.9S之內(nèi)。 協(xié)調(diào)世界時滿足上述條件是通過“跳秒”來實現(xiàn)的。調(diào)整的時刻是在12月31日或6月30日最后一秒。對原子時增加1S稱正跳秒，減少

8、1S稱負跳秒。 通常：23h59m59s之后是次日的00h00m00s 。 正跳秒：23h59m60s之后是次日的00h00m00s。 負跳秒：23h59m58s之后是次日的00h00m00s。,具體跳秒時間和方法可查閱英版《無線電信號表》第二卷或英版《航海通告》第VI部分。協(xié)調(diào)世界時UTC從1972年1月1日世界時00h開始實施。,最近一次閏秒于北京時間2015年7月1日早晨出現(xiàn)，當時北京時間出現(xiàn)了07:5

9、9:60的特殊現(xiàn)象。,時 間,平 時,視 時,恒 星 時,原子時系統(tǒng)建立在原子能級躍遷頻率基礎(chǔ)上的時間系統(tǒng),歷書時系統(tǒng)建立在地球公轉(zhuǎn)基礎(chǔ)上的時間系統(tǒng),世界時系統(tǒng)建立在地球自轉(zhuǎn)基礎(chǔ)上的時間系統(tǒng),世界時UT0由天文觀測直接測定,世界時UT1UT0經(jīng)過極移改正,世界時UT2UT1經(jīng)過季節(jié)改正,協(xié)調(diào)世界時UTC以原子時秒作為時間的計量單位在時刻上與UT1保持在0.s9以內(nèi),,,,,,,,,,,,時間系統(tǒng)框圖,恒星時（side

10、real time）是建立在地球自轉(zhuǎn)運動基礎(chǔ)上的時間系統(tǒng)，以春分點為參考點，以其周日視運動的周期作為時間的計量單位。恒星日恒星時地方恒星時格林恒星時恒星時與春分點時角的關(guān)系,第二節(jié) 恒星時,恒星日,在周日視運動中，春分點?連續(xù)兩次經(jīng)過某地午圈所經(jīng)歷的時間間隔稱為1恒星日（sidereal day）。,地方恒星時（Local sidereal time，LST）：在周日視運動中，春分點?由某地午圈起，向西運行所經(jīng)歷的時間間隔稱為

11、地方恒星時。格林恒星時（Greenwich sidereal time, GST）：在周日視運動中，春分點?由格林午圈起，向西運行所經(jīng)歷的時間間隔稱為格林恒星時。,恒星時（具有地方性）,在同一時刻，任意經(jīng)度上的地方恒星時LST與格林恒星時GST同樣存在如下“東大西小”的關(guān)系：LST2 ＝LST1＋Dλ Dλ＝λ2－λ1 上式中： LST1是測者1的經(jīng)度λ1所對應的地方恒星時； LST2是測者2的經(jīng)度λ2所對應的地方恒星時；,

12、經(jīng)差Dλ計算時: 東經(jīng)?E為“＋”值， 西經(jīng)?W為“－”值。,地方恒星時（LST）,第三節(jié) 視時,視時（apparent time）是建立在地球自轉(zhuǎn)基礎(chǔ)上的時間系統(tǒng)，它是以太陽⊙為參考點，以其周日視運動的周期作為時間的計量單位。,視太陽日視時視太陽日作為時間計量單位的缺陷,視太陽日,定義：在周日視運動中，太陽中心連續(xù)兩次經(jīng)過某地子圈所經(jīng)歷的時間間隔稱為1視太陽日。,1視太 陽 日＝24視太陽小時（24h）； 1視太陽小時＝60視太

13、陽分鐘（60m）； 1視太陽分鐘＝60視太陽秒鐘（60s）,在一個視太陽日中，太陽在同一子圈上連續(xù)兩次下中天，這期間太陽正好完成一整周360°的周日視運動。所以視時與角度之間同樣存在著時、度換算的關(guān)系。,視時,定義：在周日視運動中，太陽中心由某地子圈起，向西運行所經(jīng)歷的時間間隔稱為視時LAT。 太陽上中天時LAT＝12h，下中天時LAT＝00h。,與圓周地方時角的關(guān)系：LAT=LHA⊙±180°

14、其中：LHA⊙180°取“-”,,,LAT,LHA,視太陽日作為時間計量單位的缺陷,視太陽日與天球旋轉(zhuǎn)所經(jīng)歷時間的關(guān)系,太陽日＝天球旋轉(zhuǎn)（360?＋DRA?）所經(jīng)歷的時間 DRA?太陽赤經(jīng)日變化量,一年中，太陽赤經(jīng)日變化量DRA?最大約66´.6,最小約53´. 8 ，所以最長和最短的視太陽日相差約51S，并且在逐日變化。作為時間計量單位，長短必須固定，所以視太陽日不宜作為時間的計量單位。 但是視太陽

15、日與晝夜交替的關(guān)系固定，符合人們工作、休息的習慣——平時。,為何視時不能作為時間的計量單位？,第四節(jié) 平時,平時（mean time）是建立在地球自轉(zhuǎn)運動基礎(chǔ)上的時間系統(tǒng)，它是以平太陽?為參考點，以其周日視運動的周期作為時間的計量單位。,平太陽（mean sun）平太陽日（mean solar day）平時（mean time）時差（equation of time，ET）,平太陽,平太陽?（mean sun）是一個假想的天體，

16、它在天赤道上向東作勻速的周年視運動，其速度等于視太陽在黃道上運行的平均速度。,平太陽日（mean solar day）,定義：在周日視運動中，平太陽連續(xù)兩次經(jīng)過某地子圈所經(jīng)歷的時間間隔稱為1平太陽日。1平太陽日 ＝24平太陽小時（24h）； 1平太陽小時＝60平太陽分鐘（60m）； 1平太陽分鐘＝60平太陽秒鐘（60s）。,在一個平太陽日中，平太陽在同一子圈上連續(xù)兩次下中天，這期間平太陽正好完成一整周360°的周日視運

17、動。所以平時與角度之間同樣存在著時、分秒與角度之間的換算關(guān)系，只是平時的時、分和秒的長短與恒星時和視時的有所不同。,平太陽日與恒星日之間的關(guān)系,在天文航海中，平太陽赤經(jīng)日變化量 DRA?＝59´.14可以認為是一個定值。由于平太陽有周年視運動，而春分點沒有，所以1個平太陽日比1個恒星日長3m56s.56?4m。1平太陽日＝天球旋轉(zhuǎn)（360?＋DRA?）所經(jīng)歷的時間 ＝天球旋轉(zhuǎn)（360?＋59.?14）

18、所經(jīng)歷的時間 ＝1恒星日＋3m56s.56,平時（具有地方性）,1．地方平時（local mean time, LMT）：在周日視運動中，平太陽?由某地子圈起，向西運行所經(jīng)歷的時間間隔稱為地方平時，同時須注明日期。2、世界時（Universal time, UT）又稱格林平時（Greenwich mean time, GMT）：在周日視運動中，平太陽由格林子圈起，向西運行所經(jīng)歷的時間間隔稱為世界時，

19、同時須注明日期。,地方平時,同一時刻，地方平時LMT與平太陽圓周地方時角LHA相差180?（12h），即 LMT=LHA?±180? : LHA? 180?取“-”。在同一時刻，不同經(jīng)度上的地方平時之間同樣存在“東大西小”的關(guān)系，即: LMT2＝LMT1＋Dλ Dλ＝λ2－λ1,LMT2=LMT1+Dλ Dλ= λ2- λ1,LMT1=

20、LMT2+Dλ Dλ= λ1- λ2,不同經(jīng)度地方時之間的關(guān)系,例題1.,例：已知經(jīng)度λ1：122?05.?0E的地方平時LMT1＝09h53m04s（5月10日），求經(jīng)度λ2：120°00.?0E的地方平時LMT2？,解： λ2 120－00.0 －）λ1 122－05.0 Dλ 2－

21、05.0 Dλ 8m20s LMT1 09－53－04 10/5 Dλ － 08－20 LMT2 09－44－44 10/5,,,例題2.,已知經(jīng)度λA84?17.?0W的地方平時LMTA16h21m26s（7月16日），求經(jīng)度λB138?41.?0E的地

22、方平時LMTB？解：,λB 138－41.0 （＋） －）λA 84－17.0 （－） DλE 222－58.0 （＋） DλE 14h51m52s （＋） LMTA 16－21－26 16/7 Dλ ＋ 14－51－52 LMTB 31－13－18 16/7

23、 LMTB 07－13－18 17/7,,,世界時（UT）/格林平時（GMT）,世界時和地方平時存在如下“東大西小”的關(guān)系，即：,時差（equation of time，ET）,對同一測者來說，在同一時刻，視時LAT與平時LMT之間的時間差稱為時差。ET＝LAT－LMT ＝LHA⊙－LHA?＝RA?－RA⊙ 當LAT>LMT時，ET為“＋”，在周日視運動中，太陽⊙在前，平太陽?在后； 當LAT<LMT時，

24、ET為“－”，在周日視運動中，平太陽?在前，太陽⊙在后； 當LAT=LMT時，ET為“0”，在周日視運動中，平太陽?時圈與太陽⊙時圈重合。,時差產(chǎn)生的原因及時差示意圖,原因：由于太陽與平太陽的赤經(jīng)日變化量不一致，因而產(chǎn)生了時差。 在一年中太陽有時在平太陽的東邊，有時在平太陽的西邊，所以時差ET的值是逐日變化的。其值可以在當日《航海天文歷》中查得。,時差曲線圖,,一年中時差ET有四次為零，兩次正極大值，兩次負極大值。 在11月3日前

25、后，時差達最大值ETmax=＋16m24s, 一年中時差最大不超過17m。,綜上所述：視時和平時兩者的差值最大不超過17分鐘，因此平時能與晝夜保持固定關(guān)系。平太陽日長短基本固定，所以平時是1972年以前國際上公認的時間計量單位。,同一時刻，不同經(jīng)度上的地方平時是不同的，若在社會生活中使用LMT或是GMT，非常不便。1884年國際天文學會議在平時的基礎(chǔ)上提出了區(qū)時制的建議，因此產(chǎn)生了區(qū)時（zone time）。時區(qū)制（zone t

26、ime system)區(qū)時(zone time)撥鐘日界線（date line）各國標準時（standard times),第五節(jié) 區(qū)時（Zone Time）,區(qū)時制（zone time system）,時區(qū)劃分：全球按經(jīng)度劃分為24個時區(qū)，以0°經(jīng)線為基準，向東向西各取經(jīng)度7°30′，共計經(jīng)度15°劃分為一個時區(qū)，稱零時區(qū)， 0°經(jīng)線是該區(qū)的中央經(jīng)線，又稱時區(qū)中線。東（西）十二時區(qū),時

27、區(qū)圖,區(qū)號（Zone Description，ZD）：時區(qū)的順序號區(qū)號用數(shù)字表示，東時區(qū)的區(qū)號為“－”，西時區(qū)的區(qū)號為“＋”。 區(qū)號還可以用大寫英文字母表示，零時區(qū)的區(qū)號為“Z”，東時區(qū)的區(qū)號依次為A到M（J除外），西時區(qū)的區(qū)號依次為N到Y(jié)。 例如，零時區(qū)的區(qū)號為“0”或“Z”，東八區(qū)的區(qū)號為“－8”或“H”。,由于相鄰兩時區(qū)的時區(qū)中線經(jīng)度相差15?＝1h，時區(qū)中線經(jīng)度在數(shù)值上正好等于該時區(qū)區(qū)號的小時數(shù)，即：

28、 時區(qū)中線經(jīng)度已知時區(qū)中線經(jīng)度可求得該時區(qū)的區(qū)號，反之亦然。各時區(qū)的邊界經(jīng)度等于它的中線經(jīng)度±7?30′，凡是經(jīng)度離某一時區(qū)中線經(jīng)度小于7?30′的地方，均屬于這個時區(qū)。因此，測者所在時區(qū)的區(qū)號可以由測者經(jīng)度計算出來 例4－4－6：求大連（λ121?39′E）和北京（λ116?28′E）所在時區(qū)的區(qū)號ZD？,區(qū)時ZT,概念（區(qū)時的確定）不同時區(qū)區(qū)時的換算船鐘區(qū)時ZT與世界時GMT的關(guān)系區(qū)時ZT與地方平時

29、LMT的關(guān)系撥鐘,區(qū)時（zone time, ZT）：時區(qū)中線的地方平時作為該時區(qū)的區(qū)時。區(qū)時通常要注明區(qū)號和日期。例如：零時區(qū)的區(qū)時（就是世界時）為1小時30分鐘20秒鐘，可寫為： ZT＝01h30m20s（0）＝01h30m20sZ，或 GMT＝ 01h30m20s東八區(qū)區(qū)時為9時30分，可寫成：ZT0930（－8）＝0930H。區(qū)時同樣存在“東大西小”的關(guān)系,不同時區(qū)區(qū)時的換算,ZT 2＝ZT1＋Dλ Dλ

30、＝λm2－λm1 上式中λm2和λm1是時區(qū)中線經(jīng)度（在數(shù)值上等于區(qū)號的小時數(shù)）。ZT 2＝ZT1＋DZDDZD=ZD2-ZD1,船鐘,在船上，日常的工作、生活是根據(jù)“船鐘”指示的時間稱船時（ship’s mean time, SMT）來安排的。船鐘一般指示船舶所在時區(qū)的區(qū)時。 由于船鐘通常只精確到分鐘，所以由船鐘讀取的船時SMT是近似區(qū)時ZT′。,例 ：我國某輪航行在西九區(qū)，擬與國內(nèi)總公司通過衛(wèi)通電話聯(lián)系，要使公司在8月20

31、日ZT0800（－8）接到電話，試問船長應在船時（SMT）幾點打電話？,區(qū)時ZT與世界時GMT的關(guān)系,GMT＝ZT＋ZD 上式中，東時區(qū)ZD取“－”，西時區(qū)ZD取“＋”。把船時代入上式中，求得的世界時稱為近似世界時GMT′ GMT′＝SMT（ZT′）＋ZD ZT＝GMT－ ZD 東八區(qū)的區(qū)時與世界時的關(guān)系：ZT（－8）＝GMT＋8h 例 ：4月2日，已知船時SMT（ZT′）0516（－8），求近似世界

32、時GMT′？,區(qū)時ZT與地方平時LMT的關(guān)系,LMT＝ZT＋Dλ Dλ ＝λ－λm LMT：測者經(jīng)度λ所對應的地方平時； ZT：測者經(jīng)度λ所在時區(qū)的中線經(jīng)度λm所對應的地 方平時，即區(qū)時； Dλ：經(jīng)差，東經(jīng)為“+”，西經(jīng)為“-”?；虬压綄懗桑?ZT ＝LMT＋Dλ Dλ＝λm－λ,例題：已知經(jīng)度λ122?23.?0E的地方平時LMT 21h04m36s（3月6日），求該經(jīng)度所屬時區(qū)的區(qū)時ZT

33、？,中線經(jīng)度 λ 120－00.0 （＋） －）測者經(jīng)度 λ 122－23.0 （＋）______________________________________ 經(jīng) 差 Dλ 2－23.0 （－） Dλ 9m32s （－） 地方平時 LMT 21－04－36 6/3 經(jīng) 差 Dλ

34、 － 09－32 _________________________________________ 區(qū) 時 ZT 20－55－04 6/3,撥鐘,船舶向東航行進入相鄰時區(qū)，應將船鐘撥快1小時； 船舶向西航行進入相鄰時區(qū)，應將船鐘撥慢1小時。 船舶由東十二時區(qū)進入西十二時區(qū)或反之均不用撥鐘，但日期相差一天。一般撥鐘在夜間進行，通常采用下述兩種方法撥鐘。例如某船由東八區(qū)進入東九區(qū)或反之

35、:,方法一：,?撥快1小時：通常由三副在21點將船鐘撥快1小時，《航海日志》中應記錄： 2100 船鐘撥快1小時 SMT＝GMT＋0900。通常1小時的時間由三個航行班均攤，因此交接班時間應為： 三副與二副交接班船時SMT＝2400＋0040＝0040（－9）； 二副與大副交接班船時SMT＝0400＋0020＝0420（－9）； 大副與三副交接班船時SMT＝0800（－9）。,?撥慢1小時：通常由

36、三副在21點將船鐘撥慢1小時，《航海日志》中應記錄： 2100 船鐘撥慢1小時 SMT＝GMT＋0800。 這時三個班交接班時間分別為： SMT＝2320（－8）； SMT＝0340（－8）； SMT＝0800（－8）。,方法二：,?分三班撥鐘每班撥快20分鐘?！逗胶Ｈ罩尽分袘涗洠?三副：2100將船鐘撥快20分鐘 SMT＝GM

37、T＋0820； 二副：0100將船鐘撥快20分鐘 SMT＝GMT＋0840； 大副：0500將船鐘撥快20分鐘 SMT＝GMT＋0900。?分三班撥鐘每班撥慢20分鐘?！逗胶Ｈ罩尽分袘涗洠?三副：2100將船鐘撥慢20分鐘 SMT＝GMT＋0840； 二副：0100將船鐘撥慢20分鐘 SMT＝GMT＋0820； 大副：0500將船鐘撥慢20分鐘 SMT＝GMT＋0

38、800。,日界線,日界線(date line)又稱國際日期變更線。 日界線原則上是180°經(jīng)線，考慮到行政區(qū)域而有若干曲折。 當船舶穿過日界線時需要遵守以下規(guī)則：船舶向東航行穿過日界線（由東十二時區(qū)進入西十二時區(qū)）日期減少一天（重復一天）； 船舶向西航行穿過日界線（由西十二時區(qū)進入東十二時區(qū)）日期增加一天（跳過一天），并記入《航海日志》。,日界線,各國標準時,由于提出了區(qū)時制，建議生活在相應時區(qū)的人們使用該時區(qū)的區(qū)時作

39、為日常工作、生活的標準時（standard times）。 但是各國在實施中，根據(jù)本國的實際情況來決定本國的標準時。我國橫跨五個時區(qū)，采用東八區(qū)的區(qū)時作為標準時，北京時間。法國位于零時區(qū)和東一區(qū)，采用東一時區(qū)的區(qū)時作為標準時。新加坡位于東七時區(qū)，卻采用東八區(qū)的區(qū)時作為標準時。有些國家不用區(qū)時制規(guī)定的區(qū)時作為標準時，而是采用本國某點的地方平時作為標準時。,夏令時（summer time or daylight savi

40、ng time）：標準時在夏季提前1小時或半小時，夏季過后又恢復原來的標準時。法定時（legal time）：世界各國具體執(zhí)行什么時間基本上以法律的形式確定下來，所以又稱其為法定時。,綜上所述世界各國不是遵循單一的時間制度，僅憑某國所在的地理位置（或時區(qū)）還不足以說明它所采用的標準時。因此，在船舶開航之前，要查閱有關(guān)資料來確認目的港的標準時，作為撥鐘的依據(jù)。 關(guān)于世界各國標準時，可以查閱： 英版《無線電信號表》（ADMIR

41、ALTY LIST OF RADIO SIGNALS）第二卷中的法定時（legal time）部分； 或英版《航海天文歷》所附的《標準時一覽表》。,第六節(jié) 求測天世界時,天體位置隨時間在不斷的改變，要確定觀測時天體的準確位置，首先要求出觀測天體的準確世界時，即測天世界時。船上的計時器求測天時的世界時,船上的計時器,船鐘：指示區(qū)時,顯示UTC的時刻，準確到分鐘。 天文鐘：指示世界時，顯示世界時 UT1的時刻，準確到秒

42、鐘。,無線電對時,天文鐘鐘差是通過無線電對時測定的。無線電對時信號基本可以分為兩種類型：一種是UT1的時間信號，可直接測定時差，另一種是UTC的對時信號。一般授時臺播發(fā)協(xié)調(diào)世界時UTC時間信號的同時還播發(fā)修正量DUT1。 UT1＝UTC＋DUT1 世界各國均設(shè)有專門播發(fā)無線電對時信號的授時臺，它們的位置、呼號、工作頻率、播發(fā)時間、信號性質(zhì)以及播發(fā)方式（式樣）可以從英版《無線電信號表》