來源
格林尼治是英國倫敦南郊原皇家
格林尼治天文台所在地,地球本初子午線的標界處,世界計算時間和經度的起點。以其海事歷史、作為
本初子午線的標準點、以及格林尼治時間以其命名而聞名於世。這裡地勢險要,風景秀麗,兼具歷史和地方風情,也是倫敦在泰晤士河的東方門戶。
不光是天文學家使用格林尼治時間,就是在新聞報刊上也經常出現這個名詞。我們知道各地都有各地的地方時間。如果對國際上某一重大事情,用地方時間來記錄,就會感到複雜不便.而且將來日子一長容易搞錯。因此,天文學家就提出一個大家都能接受且又方便的記錄方法,那就是以格林尼治的地方時間為標準。
以
本初子午線的平子夜起算的平太陽時。又稱格林尼治平時或格林尼治時間。各地的
地方平時與世界時之差等於該地的
地理經度。1960年以前曾作為基本時間計量系統被廣泛套用。由於地球自轉速率曾被認為是均勻的,因此在1960年以前,世界時被認為是一種均勻時。由於
地球自轉速度變化的影響,它不是一種均勻的
時間系統,它與原子時或力學時都沒有任何理論上的關係,只有通過觀測才能對它們進行比較。後來世界時先後被
曆書時和
原子時所取代,但在日常生活、天文導航、
大地測量和宇宙飛行等方面仍屬必需;同時,世界時反映地球自轉速率的變化,是
地球自轉參數之一,仍為天文學和地球物理學的基本資料。
基本理論
世界時是以地球自轉運動為標準的時間計量系統。地球自轉的角度可用地方
子午線相對於地球上的基本參考點的運動來度量。為了測量地球自轉,人們在天球上選取了兩個基本參考點:春分點和平太陽。
以平太陽作為基本參考點,由平太陽周日視運動確定的時間,稱為
平太陽時(簡稱MT)。平太陽是美國天文學家紐康(S.Newcomb,1835年至1909年)在十九世紀末引起的一個假想參考點。它在天赤道上作勻速運動,其速度與真
太陽視運動的平均速度相一致,其赤經為:
a☉=18h38m45s.836+8640184s.542T+0S.0929T2
式中T是從1900年1月0日12時起計的
儒略世紀數。
以平子夜作為0時開始的格林威治平太陽時,稱為世界時(簡稱UT)。
UT0=ST-aΦ-λ+12h
λ為觀測地點的經度(東經)採用值。
各天文台通過觀測恆星得到的世界時初始值記為UT0。不同地點的
觀測者在同一瞬間求得的UT0是不同的。在UT0中引起由
極移造成的經度變化改正Δλ,就得到全球統一的世界時UT1。即
UT1=UT0+Δλ
Δλ=(xsinλ-ycosλ)tgφ
x、y是瞬間地極坐標。它同λ一樣,都以CIO為標準。Φ為觀測地點的地理緯度。UT1是全世界民用時的基礎;同時它還表示地球瞬時自轉軸的自轉角度,因此又是研究地球自轉運動的一個基本參量。在UT1中加入
地球自轉速度季節性變化改正ΔTs,可以得到一年內平滑的世界時UT2。即
UT2=UT1+ΔTS=UT0+Δλ+ΔTS
從1962年起,國際上統一採用的ΔTS表達式為:
ΔTS=0s.022sin2πt-0s.012cos2πt-0s.006sin4πt+0s.007cos4πt
t以年為單位,從貝塞耳歲首起算。
Δλ和ΔTS的數值由
國際時間局(BIH)計算並通報各國。
規定的原因
在引入標準時間之前,文明世界的每個城市根據太陽的地方位置(見太陽時間)設定其官方時鐘。 這種狀況直到在英國引入鐵路旅行後才發生改變,因為鐵路的出現使得有可能在很長的距離上旅行足夠快,要求連續重新設定時鐘,因為火車在日常運行中就會通過幾個城鎮。為了解決這個問題,建立了格林威治平均時間(Greenwich Mean Time),做法是將英國的所有時鐘設定為相同的時間, 同時使用計時器或電報來同步這些時鐘。
假如你由西向東週遊世界,每跨越一個時區,就會把你的表向前撥一個小時,這樣當你跨越24個時區回到原地後,你的表也剛好向前撥了24小時,也就是第二天的同一鐘點了;相反,當你由東向西週遊世界一圈後,你的表指示的就是前一天的同一鐘點。 為了避免這種“日期錯亂”現象,國際上統一規定180°
經線為“
國際日期變更線”。當你由西向東跨越國際日期變更線時,必須在你的計時系統中減去一天;反之,由東向西跨越國際日期變更線,就必須加上一天。
定義
世界時,即格林尼治平太陽時,是表示地球自轉速率的一種形式。由於地球自轉速率曾被認為是均勻的,因此在1960年以前,世界時被認為是一種均勻時。Newcomb所提出的世界時定義就是以此為基礎的。現已證實,地球自轉實際上是不均勻的,所以世界時是一種非均勻時,它與原子時或力學時都沒有任何理論上的關係,只有通過觀測才能對它們進行比較。這樣,世界時的定義主要應該是表示它與地球自轉速率的關係。
系統
平太陽時的基本單位是平太陽日(見日),一個平太陽日包含24個平太陽小時(86,400平太陽秒)。以平子夜作為0時開始的格林威治
平太陽時,稱為世界時,簡稱UT。世界時與
恆星時之間有嚴格的轉換公式。世界時是以
地球自轉為基礎的,又稱為地球自轉時。各個天文台觀測恆星求得的是世界時的初始值 UT0,儘管早在二百多年前就有人提出地極運動和地球自轉的不均勻性,並且後來通過觀測得到證實,但是長期以來,UT0一直被作為均勻的時間計量系統套用著。從 1956年起才在 UT0中引進
極移改正△λ和自轉速度季節性變化經驗改正△
TS,相應得到的世界時為UT1和UT2。它們之間的關係是:
UT1=UT0+△λ,
UT2=UT1+△TS=UT0+△λ+△TS。
式中△λ=(
xsinλ-
ycosλ)tg
嗞,它與觀測地點的地理經緯度(λ,
嗞)和地極坐標 (
x,
y)有關。
地球自轉速度的不均勻性具有複雜的表現形式,包含周期變化、長期變化、短期變化和不規則性變化各種因素。人們根據大量天文觀測資料,求得了周期變化(又稱季節性變化)的經驗改正△
TS。它是一個
周期函式,雖然每年地球自轉並不完全相同,但其振幅和相位變化不大,基本上穩定在一定範圍。從1962年起,
國際時間局採用的△
TS為:
△TS=0.022sin(2πt)-0.012cos(2πt)-0.006sin(4πt)+0.007(cos4πt),
式中
t以年為單位,從
貝塞耳歲首起算。1970年國際時間局根據1967~1969年間全世界的
測時資料,訂定了
地球自轉短期變化改正的數值,於1972年開始正式採用。
測定
世界時與地球時
UT1 (Universal Time,世 界 時)與TT(Terrestrial Time,地
球時)之間的轉換是天體測量、衛星導航與定位、精 密定軌、測控通 信、空間大地測量、地球物理等學科中涉及時間系統時經常遇到的一個基本問題,該問題的解決是通過計算二者之間的差值ΔT實現的:
(ΔT = TTT-TUT1)
TT本質上是基於原子物理所定義的原子時系統,是一個穩定度極高的、均勻的時間系統,而UT1則是基於地球自轉所定義的世界時系統。由於地球自轉速度具有長期變慢、季節性變化和不規則變化的特點,因而UT1不是一個均勻的時間系統,導致ΔT的數值也不是均勻的。ΔT的數值無法準確預測,只能根據天文觀測經過數據處理後,再給出具體數值。目前可獲取的ΔT數據都是以一定的時間間隔給出特定曆元的離散數值,如 果 需 要知道其他任意曆元的數值,通常情況下,可以通過基於ΔT真實數據擬合的經驗公式計算獲得。國內外相關學者提出了很多關於ΔT的經驗公式,常見的一般有三角函式、低次多項式、高次多項式等形式。
一般情況下,這些經驗公式適用範圍較小,或是計算精度有限。有學者基於最小二乘法得出一組新的經驗公式,不但適用範圍較大,形式簡 單,便於程式設計,而且計算結果精度也比較高。
套用
1960年以前,世界時曾作為基本時間計量系統被廣泛套用。由於地球自轉速度變化的影響,它不是一種
均勻的時間系統。但是,因為它與
地球自轉的角度有關,所以即使在1960年作為時間
計量標準的職能被曆書時取代以後,世界時對於日常生活、天文導航、大地測量和宇宙飛行器跟蹤等仍是必需的。同時,精確的世界時是地球自轉的基本數據之一,可以為地球自轉理論、地球內部結構、
板塊運動、地震預報以及地球、地月系、太陽系起源和演化等有關學科的研究提供必要的基本資料。
相關資料
恆星時
用春分點作為基本參考點,由春分點周日視運動確定的時間,簡稱ST。某一地點的地方恆星時,在數值上等於春分點相對於當地地方
子午圈的時角。
平太陽時
恆星時與地球自轉的角度相對應,這雖然符合以地球自轉為基礎的時間計量標準的要求,但不能滿足日常生活和科學套用的需要。因此,又選用了以
真太陽周日視運動的平均速度為基礎的
平太陽時。因為地球公轉軌道是橢圓的,所以真太陽的視運動是不均勻的(或
真太陽時是不均勻的)。為了得到以真太陽周日視運動為基礎、同時又與其不
均勻性無關的時間計量系統,紐康在十九世紀末引進了一個假想的參考點——平太陽。它在天赤道上作勻速運動,其速度與真太陽的平均速度相一致,其赤經用一個約定的表達式來確定,並規定平
太陽赤經與太陽平黃經相差應儘量小。用平太陽假想點作為基本參考點來規定的時間,稱為平太陽時。平太陽赤經數值表達式是:
式中
T 為從1900.0算起的儒略世紀數(一個儒略世紀等於36525平太陽日)。紐康提出的這個表達式,不但給
平太陽時下了精確定義,而且還在恆星時與平太陽時之間建立了一個相互轉換的關係。