时间的计量

时间观念的由来

时间是我们亲密的伴侣，任何人都离不开它。但是时间似乎又是看不见摸不着的怪物，这是不少人的感觉。其实，时间与空间一样，都是物质存在的一种形式。宇宙万物都在时间的长河中发生、发展与变化着。时间是无穷尽的，没有开头，也没有结尾。时间又是连续的，任何“万能”的刀子都不能把时间长河切断、分开。

“时刻”与“时间间隔”

通常我们所说的时间包含有“时刻”与“时间间隔”两个内容。“时刻”是指某事件发生的瞬间(例如火车在8点5分开出)，“时间间隔”是指某一事件持续的久暂(例如电影演了1个半小时)。简单地说，时刻是表示什么时候，时间间隔是表示时间有多长了。

时间的计量方法

远古时代的人们，知道太阳出来了，就是白天，太阳下山了就是黑夜；白天与黑夜，循环不已，因此产生了“日”的观念。人们“日出而作，日人而息”地安排自己的生活。

后来觉得日这个时间长度还太长，就将一日分为12个时辰，用子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戍、亥12个字来表示。规定半夜时为子时(子时也是日的开始)，太阳最高时为正午。这种方法起源于西汉中期，唐代以后又将每个时辰划分为初、正两部分，实际上已与现代的24小时相似了。这些时间的计量单位，现在有时还在应用。

但是，现在全世界用的计量单位是一天24小时，这种划分法是从古代埃及开始的。古埃及人将日出到日没的白天定为10个小时，晚上定为12个小时，还有“微明时”，包括1小时黎明，1小时黄昏，这样，一天共有24个小时。但是每小时的长度是不一样的，特别是冬天白天短，夏天白天长，而且冬天晨昏时间比较短，夏天晨昏时间比较长，因此这种划分法在使用上是很不方便的。后来埃及人就去掉“微明时”，将1天均匀划分为24个小时，每小时又分为60分，每分又分为60秒，成了特殊的60进位制，而秒后小数是10进制。这时、分、秒就是人们计量时间的基本单位。

如果有人间：一秒究竟有多长呢？那这里只能说，1秒大致是1日的1/86400。为什么用“大致”二字呢？因为没有指出“日”是“平太阳日”。这么说，天上还有个“平太阳”吗？那是怎么回事呢？

天空的坐标

为了表示黄道在天空的位置，需要引用天球的概念。

大家都有这样的感觉，无论我们走到哪里，都觉得天空好像半个球面盖在头上，由此就产生了“天球”的概念。观测者的眼睛可作为天球的球心，但通常以地心作为天球的中心。天球的半径是无穷大(作图时常取为一个单位)。通常将地球的自转轴无限延长到与天球相交，这相交的点叫做北天极与南天极。地球的赤道平面无限扩大与天球相交的大圆圈，叫做天球赤道。

有了这么一个假想的天球，如果将太阳周年(视)运动的路线画上去，就是黄道(图中的kk′)。不难看出，黄道与赤道有一个23.5°的交角(叫黄赤交角，我国在战国时代就已测量出来)。由于这个黄赤交角，使我们的计时工作碰到一些困难。那是什么样的困难呢？后面再说。

再谈时间的计量

从古代起，人们就以太阳高度最高的时刻作为正午。太阳从正午开始向西移动，下山后，经过1个黑夜，又从东方升起来，再到正午，这么1圈所经过的时间间隔，就叫做1个真太阳日。真太阳日分为24小时，就是真太阳时。古时用日晷(音：轨)记的时间，就是真太阳时。

后来发现，1年内真太阳日的长度逐日不同，最长与最短时可相差51秒。原因就在于前面所说的两点：一是太阳视运动速度不均匀，二是黄赤交角。我们计量时间是以地球自转为标准的，也可以说是以天赤道为标准的。可是太阳是在黄道上运动，即使太阳视运动是均匀的，但它们在赤道上的投影是不均匀的。因此，黄赤交角的存在，增加了计量时间的复杂性。既然真太阳走得有快有慢，那么，要做1个钟表机械跟着太阳走，有时快，有时慢，这是做不到的(钟表机械只能是做比较均匀的旋转)。所以，1820年法国科学院会议决定，将1年内各个真太阳日的平均值，作为1个“平均太阳日”或“平太阳日”，以平太阳日来定的时间就叫做“平太阳时”或“平时”。后来世界各国都采用这种计时办法。现在，我们钟表上的时间都是按平太阳时来计算的。

为了测量时间，人们就设想天上有1个“平太阳”，它在天赤道上走，并且每天走的速度都一样；也是1年走1圈。这样，平太阳时也可以跟真太阳时一样来定义了。比如，当平太阳在南方最高位置时是正午。平太阳由正午到下一次正午所经历的时间间隔就是1个平太阳日。1个平太阳日分为24小时，1小时分为印分，1分分为60秒。这样，一秒的长度就是平太阳日的1/86400。

1个回归年长为365日5时48分46秒，或365.2422平太阳日。习惯上省去“平太阳”，也就是365.2422日。但应理解，这“日”就是平太阳日。

上面讲过，真太阳在黄道上1年走1周，平太阳在赤道上1年走1周；真太阳的运行速度是不均匀的，平太阳运动的速度是均匀的。所以在任何一天，平太阳与真太阳并不会在同一个方向上，或者说；平太阳正午时，真太阳不一定是正午。因而两者所表示的时刻就会不一致。也就是说，真太阳时与平太阳时不一致，它们的差别就叫做“时差”。用公式表示就是：

真太阳时-平太阳时=时差。

或：视时-平时=时差。

时差的数值已按天体力学的方法预先计算出来了，它刊登在“中国天文年历”中。1年当中，每天的时差都是不相同的，最大的时差可达16分，最小的是零。1年有4次为零，约在4月15日，6月14日，9月1日，12月24日。每年同一天的时差值并不完全相同，而有微小的变化。

如果我们应用经纬仪或其他仪器观测了太阳，定出真太阳时，然后查出时差值，就知道当时的平太阳时了。

世界时与“北京时间”

大家知道，各地在地球上的位置是用经度和纬度来表示的。纬度是当地与赤道的距离(以度数表示)，经度则是以通过英国伦敦附近的格林威治天文台的经线(叫本初子午线)为起点，向东或向西计量，由到180°，在格林威治以东的为东经，以西的为西经。比如我国首都北京是在东经116.5°北纬40°，太原在东经112.5°北纬38°。

沿地球1周的经度为360′，地球转1圈为24小时，所以经度与时间有对应关系。经度15°合1小时，1°合4分。那么北京的经度可写为7时46分，太原的经度可写为7时30分。

上面所讲的时间的计量，是以当地的正午为准的。这就产生了一个问题，即经度不同的各个地方都有自己的正午，这样，各地的时刻就会不一样了。比方说，我国的青岛、杭州，处在东经120'经线上，太原处在东经112.5°经线上。青岛、杭州正午时，在太原看见太阳还偏东，不到正午。太原与青岛的经度相差为7.5°，合时间为30分。太阳要经过30分才走到太原的正南方，这时太原才是正午，而这时刻，青岛、杭州已是午后30分了。可见，同一瞬间，地球上各地的时间是不一样的。东边的时刻早，西边的时刻晚。我国东部长白山上的人吃午饭的时候，西部帕米尔高原上的人刚吃过早饭，正赶着马群去放牧。

从前，每个城市各用自己的时间。这在古代交通不发达、来往不多的情况下，还没有什么不合适。但到了近代，随着交通的发达，各地交往比较多。一个人带着钟表走到另一个城市，就要按当地的时间来改正自己的钟表，再到另一个城市，又要改变自己的钟表，这显然是很不方便的。

大约从18世纪起，各国开始用自己首都的时间作为全国统一的时间。但是，每个国家都有自己的时间，在国际往来比较多的时候，也就显得不方便了。因此，1878年加拿大的一位铁路工程师(弗列明)提出用分区计时的办法来解决这个问题。1884年华盛顿国际会议决定采用这个办法。

分区计时是这样规定的：将地球按经度分为24个时区，每时区包括经度15°，每时区以此区中间的经线上的时间作为标准，叫做区时或标准时。

经度0°所在的时区叫作“零时区”，它包括东经7.5°以西、西经7.5°甲以东的地区，零时区的时间叫做“格林威治时间”，或通称“世界时”。英国、法国、西班牙、阿尔及利亚、摩洛哥等都位在零时区，所用标准时即世界时。

零时区东边的1区，从东经7.5°到22.5°为东1区。中央经线为15°，它的标准时间比世界时早1小时，再往东是东2区，它的标准时比世界时早2小时。一直向东，共有12个时区。同样，在零时区西边的1区是西1区，时间比世界时晚1小时，再过去是西2区、西3区等等，共有12个时区。东12区与西12区是同一个时区。因此，全球共分24个时区，有24个标准时。

相邻两个时区的标准时相差1小时，但各区的标准时在分和秒上都是相同的。

实际上，时区很少按经线整整齐齐地划分，而是按自然地理界线和行政区划分的。所以时区的边界往往是弯弯曲曲的。

我国领土辽阔广大，纬度从北纬5°到56°，经度从东经72°到135°。按国际时区划分，我国横跨5个时区，也就是东5区、东6区、东7区、东8区和东9区。解放后，全国采用东8区的标准时，作为全国统一的标准时间。首都北京在东8区内，所以这标准时就称为“北京时间”。“北京时间”与世界时差8小时，比如“北京时间”上午8点时，世界时是零点。

这样，我们可以知道，“北京时间”并不是北京当地的时间，而是全国统一的标准时。它是根据东经120°经线上的时间作为标准的。青岛、杭州正好在这条经线上，所以“北京时间”相当于青岛、杭州当地的时间。