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什么是时标 time scale?

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发表时间:2019-03-05 11:35作者:syn029来源:西安同步原创

时标(时间尺度)time scale是时间坐标的简称,?#27493;?#26102;间尺度。选择一个时间的基本单位(秒),从一特定的起点累积面成。时标上的点代表时刻:年、月、日、时、分、秒。两点之差为时间间隔如:几小时、几分钟、几秒钟。

时标(Time Scale)就是标度时间的方法。在时间的标度上,存在着两个相互独立的需求:一方面,我们希望时间标度能与地球的自转相吻?#24076;?#21487;以称作天文学需求;另一方面,我们要求时间标度的单位是精确的,便于大?#19968;?#24471;准确的时间。由于地球自转的不均匀性,从这两个需求出发制定的时标会有细微的差异。

世界时(UT1)是基于地球自转的时标,下文会详细介绍。国?#35797;?#23376;时(TAI)是基于单位时间的时标,它以“铯-133原子基态两个超精细能级间跃迁辐射9,192,631,770周所?#20013;?#30340;时间”为一秒,可以称作原子时标。原子时标的准确度为每日数纳秒,而世界时的准确度只有数毫秒。

1 本初子午线

对于基于天文观测的时标,地球上位于不同经度的观测者,在同一瞬间测得的结果是不同的。因此需要统一的地理经度基准。

1884年在华盛顿举行的国?#39318;?#21320;线会议决定,采用英国伦敦格林威治(Greenwich)天文台埃里中星仪所在的子午线作为时间和经度计量的标准参考子午线,称为本初子午线,又称格林威治子午线。格林威治天文台于1948年迁到苏塞克斯郡(Sussex)的Herstmonceux Castle,但旧址继续被用作0度经线的位置。

1957年国际上以若?#21830;?#25991;测时结果长期稳定性较好的天文台数据为参考,求得平均天文台经度原点。1968年国际上把通过地极原点和平均天文台经度原点的子午线称为本初子午线。可见,本初子午线的定义已经不依赖于格林威治天文台旧址。

2 世界时

世界时的制定基准是太阳的周日视运动。视运动就是我们看到的运动。本来是地球绕着地轴由西向东转动。但如果观测者以为自己不动,就可以认为太阳在由东向西转动,这就是太阳的周日视运动。

地球在自转的同时还围绕太阳公转,因为地球公转轨道是椭圆的,所以太阳的周日视运动是不均匀的。天文学家制定了以太阳周日视运动的平均速度为基础的平太阳时,平太阳时的基本单位是平太阳日。国际天文学联合会于1928年决定,将由格林威治平子夜起算的平太阳时称为世界时,简称UT。

UT0是天文台观测到的原始数据。UT1在UT0的基础上,消除?#35828;?#36724;摆动的影响。还有一个修正?#35828;?#29699;自转速度季节性变动的UT2,现在已经不用了。其实UT0、UT1、UT2的差异很小,不超过0.03秒。现在提到的世界时一般指UT1。

3 时区

世界时区的划分,是以本初子午线为标准,从西经7度5分到东经7度5分为零时区;从零时区的边界分别向东和向西,每隔经度15度划一个时区。东、西各划出12个时区,东十二时区与西十二时区相重合。全球?#19981;?#20998;成24个时区。各时区都以中央经线的地方时为本区的区时,相邻两时区的区时相差一小时。

在太平洋中靠近180°经线附近有一条国?#20351;?#23450;的国际日期变更线(简称日界线)。此线两侧的日期不同。由东向西过日界线,日期要增加一天(即?#21248;?#19968;天不算);由西向东过日界线,日期要减少一天(即日期重复一次)。

4 协调世界时(UTC)和闰秒

为?#35828;?#21644;天文学需求和单位时间需求的差异,一种称为协调世界时(UTC)的折衷时标于1972年面世。UTC的秒长与国?#35797;?#23376;时(TAI)相同。但在必要时,UTC会增加1秒或去掉1秒,使UTC和世界时(UT1)的时刻之差保持在±0.9秒以内。这一技术措施被称为闰秒(Leap Second)。

因此,UTC与TAI之间会出现若干整数秒的差别。位于巴黎的国?#23454;?#29699;自转事务中央局(IERS)负责决定何时加入闰秒。TAI是从1958年1月1日0时0分0秒开?#25216;?#26102;的。在本文写作时(2005年7月),UTC时间比TAI时间小32秒。最近一?#31283;?#31186;调整是1999年1月1日。下?#31283;?#31186;调整是2006年1月1日。

我们提到的地区标准时就是在UTC上加上时差得到的本地时间。

5 格林威治时间(GMT)

格林威治时间(GMT)是一个比较模糊的概念。在1928年,GMT就是世界时。在UTC被广泛采用后,我们提到的GMT?#23548;?#19978;是UTC时间,或者说零时区的标准时。

6 GPS时间

GPS时间可以看作没有闰秒调整的UTC时间,并以1980年1月6日0时0分0秒为起点。目前GPS时间比UTC时间大13秒。

协调世界时(UTC)将在2005年?#36164;?#26045;一个正闰秒。届时,所有的时钟将拨慢1秒。GPS时间不做闰秒调整,所以将比UTC时间大14秒。从GPS时间计算本地时间,需要减去目前累计的闰秒,再加上本地的时差。

7 小结

在所有时标中,日和秒的关系都是固定的,每日86400秒。确定了秒的长度,就确定了日的长度,反之亦然。原子时标以秒为基准,秒和日的长度都是固定的。世界时以日为基本单位,每日的长度会有毫秒级的差异。UTC既保证了单位时间的精确,又通过闰秒调整与天文观测的时间保持不大于±0.9秒的误差。我们日常生活中使用的时间都以UTC时间为标准。

时标作为时间的刻度,为时间长河建立了一根以秒或日为单位的坐标轴。虽然,“GPS时间280948秒”可以标志一个唯一的时刻,但用于日常生活未免不太方便。在日常生活中,我们需要更方便的标记时间的方法,这就是下面要谈到的历法。

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