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第2章 天体运行的周期(2)

在古埃及的神话传说中,大地是身披植物的男神西布的身躯,天穹是姿态优美的女神吕蒂。据说最初西布和吕蒂紧紧相连于静止的水中,后来,有一个新的大气神舒由原始水中出现,把他们分开,创造了天地。从创世之日起,时间神索思就开始计数时间。在埃及的历法年里,一年的第一个月份就以索思命名。古埃及人还把索思想象为具有支配人死后灵魂的神力。它左手握有人的生命之符,右手拿着铁笔描绘人死后的灵魂。

在希腊流传最广的神话中,大地是由一个叫阿特拉斯的神肩托着。他是把火种窃送人间的神普罗米修斯的兄弟,由于得罪了众神之王宙斯,被罚双肩顶着世界和西部天空,成为一根“天柱”。在古希腊也有天地原先是一片浑沌的观念。希西阿德的《神谱》把世界的原始描绘为大地“从浑沌中产生了黑暗和夜晚,它和黑暗交配之后,又从夜晚产生了天和白日”。由于农业的产生和发展,古希腊人最初把农神克罗纳斯当成时间之父。克罗纳斯是天神尤拉纳斯和地神盖亚的小儿子。他推翻了自己的父亲而取得统治地位,却又害怕自己的后代会效法于他。因此,他企图在自己的儿女刚出生时便吃掉他们,结果没有成功。后来,他的另一个儿子宙斯果然步他的后尘,把他推翻,成为众神之首。宙斯统管众神之后,便差遣最小的弟弟专管时间、命运和农业。他弟弟手中的镰刀就是把年切成一段一段的工具。

在古巴比伦,人们认为大地是一块平板,中间是陆地,四周是海洋,海洋外侧有陡峭的大山支撑着圆天,圆天内侧罗列着星辰。白天和黑夜的变化是因为大地之下有一根巨管,太阳白天在天空中,夕幕于西,夜里就潜入管中,跑到另一端,翌晨始于东口复现。古代巴比伦人生活在幼发拉底河流域的平坦平原上,他们在观察远处景物时,往往只见到在地平线上有消逝的景象,致使他们产生上述的观念。

古代中外各民族关于时间的神话很多,连同上述这些传说—起,大体上半是直觉认识,半是神话杜撰。在今天看来,他们或许会感到十分荒唐可笑。但这毕竟是人类认识时间史上的一个不可逾越的阶段。它反映人们用想象和借助想象以征服、支配自然力的一种愿望,在早期是有积极意义的。但是,随着阶级社会的产生,统治阶级利用这类神话,掺进种种剥削阶级的意识,使之成为毒害和蒙蔽劳动人们的工具。这样,它就完全丧失其原来的意义而成为对科学的反动了。

恒星日和太阳日

宇宙在时间上是无穷无尽的;时间本身没有起点和终点。假如用一根线段表示时间的任意一个段落,那么这个线段上的任意一点,都表示一定的时刻;而任意两点间的距离以及这个线段本身,都表示一定的时段。

时间的自然单位有3种:日、月和年。它们都是天体运行的周期。

地球不停地自西向东自转,同时沿着椭圆形轨道绕太阳公转。

地球上由此产生了昼夜交替和昼夜长短的变化。随着太阳在地面上的直射点不断由东向西移动,昼半球和夜半球在相互交替中,白天变成黑夜,黑夜又变成了白天。

地球自转的结果,产生了天然的时间单位——日。日是地球自转一周的时间,比它更小的单位就是时、分和秒,都是日的等分。

一天的时间有多长呢?一天是24小时,这似乎是不成问题的。

地球自转一周,到底需要多少时间呢?计算一天时间的方法,主要有恒星日和太阳日两种。

恒星日是某一恒星(或春分点)连续两次经过同一子午线平面的时间间隔。这是地球自转的真正周期。所需的时间是23时56分4秒。这叫做一个恒星日,是以恒星为标准来测定的,长度没有明显的变化,在天文观测上很重要。

但是,恒星日同人们日常生活、昼夜变化的节律不很适应。同人类生活关系最密切的是太阳,人们最关心的时间是太阳时。

人们平常说,一天24小时,是太阳连续两次经过同一子午线平面的时间间隔,叫做一个“真太阳日”。将一个真太阳日分为24等分,每一等分即为一真太阳时(或称视时)。由于地球在自转的同时还在绕日公转,一个太阳日,地球要转360°59′,比恒星日多59′,所以时间上比恒星日多分56秒钟。

地球公转的轨道为椭圆形,地球距离太阳有时近,有时远;公转的速度有时快些,有时慢些。这样,一天就有长有短了。一天有时超过24小时,有时却不到24小时,在使用上很不方便。人们在一年中长短不等的太阳日中,求得一个平均数来,这叫平“太阳日”,一般叫它“太阳日”。一个太阳日的24等分之一为一“平太阳时”。日常钟表所示的时间就是平太阳时。每小时分为60分,每分钟为60秒。

这是人们日常使用的时间单位。

平太阳日和真太阳日两次经过同一子午线平面的时间间隔是不同的。最多能相差16分钟。一年中只有4天的时间间隔才一样。

因此,很早以前巴黎的钟表匠在自己的招牌上写道:“太阳所指示的时间是骗人的。”

各自为政的地方时

地球上某一地方的地方时是指这个地方天子午圈与太阳所在赤经圈的夹角(时、分、秒表示),地方时有真地方时(以太阳时为依据)和平地方时或地方平时(以平太阳时为依据)之分。

一般所谓地方时,是指平地方时。地球上经度相同的各个地点,地方时都相同;经度不同的各个地点,地方时也都不同。由于地球自西向东旋转,所以东边总是先见到太阳,地方时较早,西边见到太阳较迟,所以地方时较迟。

一切经度不同的地点都有自己的地方时。经度相差15°,各地方时都相差1小时,经度相差15′,各种地方时都相差1分钟,经度相差15″,各地方时都相差1秒钟。任何经度上的微小差异,都会造成地方时的不同。这样,世界上的地方恒星时、地方视时和地方平时,都是无穷多的。

如果经度采用时间单位,如,1时表示15°,任何两个地点在经度上的差值都等于它们的地方时差值。再如,北京位于东经116°19′,天津位于东经117°10′,两地的经度差异51′。天津在北京的东面,地方时比北京要早3分24秒。

人类曾经长期使用地方视时,连英国早期的天文年历所用的格林威治时间也是视时。

以后,由于生产对于时间的精度要求不断提高,地方平时取代了地方视时,在1834年,天文年历也改用了格林威治平时(记作GMT)。

当时,英国和全世界都没有统一的时间和统一划分经度系统,这给日益频繁的国内和国际交流造成了很大不便。特别是在铁路交通迅速发展以后,地方平时因经度不同而使不同的缺点显得更加突出。

世界各地的时间是混乱的,历史上曾记载了这样两件事:

1858年11月24日,英国多塞特郡的时针指在上午10时06分,当时法官裁决一名土地诉讼人败诉,原因是他没有在上午10时准时到庭。2分钟后,那个诉讼人到庭了,他向法官提出,按照他家乡柏蓝郡喀来尔镇火车站的时钟,他是准点到达的。他不服气,要求重判。像这类由于时间不统一而引起的纠纷事例,在英国时有发生。

一直到1880年,英国国会才决定以格林威治的时间为全国统一的标准时间。

19世纪,美国纽约市的布法罗火车站就有3种时钟。一种是布法罗的当地时间,一种是纽约市的时间,还有一种是俄亥俄哥伦布市的时间。由于定时上的混乱,结果造成了许多麻烦。

格林威治时间

17世纪以来,航海事业蓬勃发展,许多航海国家为了更好地确定船舶在海上的位置,纷纷建造天文台。

1675年,英皇查尔斯二世决定,在伦敦郊外格林威治公园建造皇家天文台——格林威治天文台。当时,这个天文台的主要任务是,精确测量恒星的位置。30年后,它公布了一部星表叫《英国天文志》,记录着详细的天象资料。1767年,出版了《英国航海历书》,以一种国际通用的时间——格林威治时间出现在天文历书中,当时的世界时就是格林威治视时。

格林威治天文台位于古老伦敦城东8公里的泰晤士河南岸,是个依山傍水、景色秀丽的地方,已有300多年的历史。

1948年,由于伦敦市区拥挤而多雾,天文台搬迁到郊区濒海的古城赫斯特蒙(东经0°20′25″,时间相差81秒)的一座小山上。

原址作为国家航海博物馆,那里除了陈列这座天文台早期用过的各种观测仪器外,还有一个“子午馆”,公开展出,供人参观。

在子午馆里,有一间专门的房间,保存着一台子午仪。

它的基座上刻有一条垂线,这就是本初子午线。子午仪上的英文是:世界本初子午线。一条白颜色垂线的两旁,分别写着东经和西经。在子午馆里有一条镶嵌在大理石的中间的铜线,铜线还延伸到墙外的水泥地上。游人来到这里,都喜欢站在门口,双脚分跨在铜线的两侧,拍一张有趣的照片留念——0°经线在脚下穿过。子午馆大门外的砖墙上,镶有一台24小时走动的大型标准钟,那是1851年安装的。

新的格林威治天文台建在15世纪的赫斯特蒙城堡里,它位于离伦敦100多公里外的萨塞克斯郡。那里山丘森林环抱,有城墙和护城河,面积约15公顷。周围的山丘上,以古堡为中心新造了7座大大小小圆顶观测台和研究大楼,里面装有世界上精确的计时仪器:原子钟、249厘米口径牛顿天文望远镜,许多较小型的望远镜和观察设备,还有精密的天文仪器和电子计算机。一座车库大小的铝屋是天文照相机的顶管,遥对着星空,不停地拍摄星球经过时的相片,并能自动地记录出时间来。

这里住着200多位天文学家和技术人员,日日夜夜地观测,计算出精确的时间,然后,通过6个电子发音器传到英国国家广播公司,向英国和全世界广播,为了弥补格林威治天文台地理位置的更动,在计算时间时增加了81秒种。

世界时区图

格林威治的天文学家承认,目前的计时并不是绝对正确的。因为天文学在计算时间上,会有不同的结果,即使最精确的原子钟也有误差。因此,每年除夕的午夜到来之前,天文台的工程师有时候要在格林威治时间上,加或减一秒“修正”时间——“闰秒”。

中国的标准时间——北京时什么是“北京时间”呢?它是我国根据区时制以及本国的具体情况制定出的一种标准时。

我国幅员广大,如果按照标准时区的划分,我国由西到东可划为东5区、东6区、东7区、东8区和东9区,共5个时区,最东的地方和最西的地方,区时相差4个多小时。但为了计时方便,我国采用首都北京所在的东8区的区时作为全国统一的时间。“北京时间”不是北京的真太阳时或北京的地方平时,而是东8区中心线120°经线上的地方平太阳时,它以东经120°的地方视时为基础,并经过视太阳时流通不均的订正。它只符合东经120°的天文条件,而不符合北京(东经116°19′)的天文条件,因而不是北京的地方平时。

这种电台传出的清脆悦耳的报时声是哪里发出来的?北京时间是在哪里测定的呢?报时声是由北京天文台通过中央人民广播电台发出来的;而北京天文台却是通过陕西天文台授时台授时,校正时间,向全国播出标准的北京时间。

陕西天文台授时台位于离西安约150公里的蒲城县境内,是我国目前唯一的一个规模较大的现代化授时中心,也是我国测定和发播标准时间的地方。

授时台主要有两个发播标准时间与频率的专用电台。一个是以BPM呼声为代表的短波时台,一个是以BPL呼声为代表的长波授时台,都是1981年正式使用发播的。

在短波授时台,纵横交错的天线宛如蛛网,基准钟房和微波发射室里的各种现代化仪器有节奏地发出“嘟,嘟”的信号,日夜不停地进行着时间的测定和发播。这个台承担了我国短波无线电标准时间、标准频率的发播任务,用短波无线电传播时间信号。在我国任何地方都可以准确可靠地收听到它们所发播的精确信号,即使在欧洲非洲和美洲也可以清晰地收听到它的信号。现在,全世界已有几十个类似的短波台分布在全球各地。

长波授时台是利用长波无线电波传播时间信号的,它的精确度比短波授时台更高。在这里,利用氢原子钟和铯原子钟等现代化授时仪器,建立了我国原子时间标准,可以保持3万年甚至30万年才有正负一秒的偏差。它使我国的定时精度从短波发播的毫秒(千分之一秒)量级,推进到微秒(万分之一秒)量级,提高3~4倍以上。它完全可以适应空间技术,发射卫星、导弹和科学研究等方面的需要,标志着我国的授时工作已经进入世界先进行列。

世界现行公历的来龙去脉

历法是根据天体运行的周期来安排的。以月亮圆缺为主要依据的叫“阴历”,以地球绕太阳公转为主要依据的叫“阳历”。

阳历,最早起源于埃及。对埃及人来说,一年中最重要的莫过于尼罗河的泛滥,它不仅是埃及的经济命脉,而且对埃及的政治和社会制度也有很深的影响。为了及时做好耕种的准备工作,确定河水泛滥的开始时间格外重要。而河水泛滥的间隔,正好同一个太阳年基本相符。这样,埃及人就放弃了依靠月相确定年月的做法,而采用了一年365天的历法。太阳年不是365天的整数,每年约有1/4天的误差。

罗马是古代一个强大的帝国,可是,它最早的历法却很混乱。古罗马最初用的是太阴历,一年中只有10个月,共304天,到了公元前713年,因受到古希腊的启发,才将“太阴历”改为“努马历”。这种古历增加了2个月。古罗马人认为双数是不吉的,因此有忌讳,每个月的天数都是单数:1、3、5、8四个月,每月为31天,而2、4、6、7、9、10、11七个月,每月为29天,12月只有27天,特别短。努马历一年只有354天,比实际年长365天少了11天多。

古罗马人使用了“努马历”后,就糊涂地过了两个多世纪。直到公元前509年时,罗马政府才规定每隔4年要加进两个闰月年来调整差数。这是历法上的改进,应该是件好事。可是,当年编制历书的是一些愚昧的僧侣,他们对耕种农活,农事节气不感兴趣,只是从宗教和政治上考虑,随心所欲地增减闰月,把历法搞得更乱啦!过了400多年,努马历已落后于实际天象的太阳历80多天,因此春秋难分,寒暑颠倒。难怪后世作家这样讽喻地说:“罗马人在战场上常打胜仗,可是他们却说不清哪一天打了胜仗。”

公元前45年,罗马的统治者儒略·凯撒对历法进行了研究,认为埃及使用的历法简明实用,于是下令根据埃及历法对罗马历法进行改革。在埃及天文学家苏西金斯的帮助下,把古罗马历变成了纯粹的太阳历。经过长期的研究,公元前46年,凯撒颁行了新历——儒略历。

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