第十节 时间

410 时间和时间单位

§ 410-1 时间概说

计量时间是天文学的一个重要应用部门。

时间通常包含两个概念：时刻和时段。前者表示时间的迟早或先后；后者则表示时间的久暂或长短。“会议什么时候开始？”这是指时刻；“会议要开多久？”这是指时段。又如，车站预告车辆的始发和到达时间的叫行车时刻表；机关和学校安排一天中工作、学习和休息的叫作息时间表。图 4-32 用一线段表示时间的任一段落，那么，线段上的任意一点，都表示一定的时刻；而任意二点间的距离，都表示一定的时段。通常所说的时间，有时是指时刻，有时也指时段。我们这里所考虑的，主要是时刻问题。

任何时刻都有两方面的含义，即物理时刻和钟表时刻。物理时刻即时刻本身，是钟表时刻所表示的迟早程度；钟表时刻则是物理时刻的表达形式。同一物理时刻可以有不同的钟表时刻。1976 年 1 月 9 日早晨，中央人民广播电台播发了国务院总理周思来逝世的讣告，注意一下各国政府首脑和国家元首发来唁电的日期，便会发现，美国前总统尼克松签署声明的日期，竟是在此之前的 1 月 8 日。尼克松没有弄错日期，而是讣告发布的时刻（物理时刻），

北京时间是 1 月 9 日早晨 6：30，而同一物理时刻的华盛顿时间，则为前一日的 17：30 。这里，我们所考虑的主要是钟表时刻问题，即同一物理时刻的不同表达形式的问题；而且，所指的钟表时刻不包含钟表本身的误差（钟差）。图 4-32 时刻与时段 § 410-2 时间单位现代计量中的基本时间单位是秒。秒长原是从自然单位日长派生出来的。1 日等分为 24 小时，每小时等分为 60 分，每分又等分为 60 秒。日长的 86 400 分之一为 1 秒。然而，由于黄赤交角和地球椭圆轨道的影响，真太阳日长度有微小的周年变化，秒也就没有固定的长度。

1820 年，法国科学院正式提出了秒长的定义：全年中所有真太阳日的平

均长度的 86 400 分之一为 1 秒，即平太阳秒。但是，这个定义只有理论上的意义，在实际测定和应用中颇不方便。为解决这个问题，美国天文学家纽康（1835—1909）于 19 世纪末提出，用一个假想的太阳（平太阳）代替视太阳，作为测定日长的参考点。这个平太阳沿天赤道作匀速周年运动。这样， 天文学家可以根据恒星周日视动与平太阳之间的关系，实地测定平太阳日， 从而获得科学的平太阳秒长。

平太阳秒长曾经被认为是稳定的。本世纪 30 年代，石英钟问世导致地球自转速度变化的发现。现在查明的有，地球自转速度有长期减慢、周期变化

（有周年和半周年二项）和不规则变化。这一发现从根本上动摇了平太阳秒的客观不变的时间标准。

经过长期天文观测发现，地球公转的速度虽因日地距离的不同而变化，

但是，地球公转的周期却是相当稳定的。人们于是想到，如果把地球公转周期的若干分之一定为 1 秒，这样的秒长也许会相当均匀的。1958 年，国际天文学联合会决议，把秒长定义为 1900 年 1 月 0 日 12 时正回归年长度的1/31556925. 9747。不管以后回归年的秒数怎样变化，天文历书所采用的永远是这样的秒，被称为历书秒；并且规定，自 1960 年起，由历书秒取代平太阳秒，作为基本的时间计量标准。

从理论上说，历书秒是一种均匀不变的秒长单位。但实际上要得到这样的秒长是十分困难的，经过数年观测，所得到的精度比平太阳秒提高不到 10 倍，仍不能满足现代科学技术对于时间精度的要求。

当宏观时间标准（天体运动）不能适应科学发展需要的时候，人类的认识便向着微观世界深人。人们发现，原子内部电子跃迁振荡频率（每秒能达几十亿次）是十分精确和稳定的。利用原子振荡频率控制的时钟叫原子钟。天文学家与物理学家通力合作，联合测定，在 1 历书秒中，铯原子跃迁振荡

平均为 9 192 631 770 次。 1967 年 10 月，第十三届国际计量大会正式把铯

原子跃迁振荡 9 192 631 770 周所经历的时间定义为一个原子秒长。它就是现代国际单位制中时间的基本单位长度。至此，长期来一直占统治地位的宏观的天文时间标准，退出了历史舞台。

按照原子标准，时间测量精度要比天文标准高出一千倍以上，称得上时间度量史上一次无声的革命。