第141章 秒的诞生 (第1/2页)

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转眼就到了周末。高建约了周洁和韩刚，如期来到风波巷蹭饭。

吃完晚饭，几人来到客厅，翠儿给泡了茶，李二狗正式开启话题：“上次提到，年月日和秒有很大的关系，今天再接着上次的话题聊吧。”

高建清了清嗓子道：“关于时间的概念其实有两个含义，一个叫时刻，一个叫时长。在某个时间轴上，时刻表示一个确定的点距离参考点的长度。而时长，则是在某个时间轴上，两个表示时刻的点之间的长度。时刻的数值与参考点有关，时长的数值与参考点无关。我们所说的公元，就是一个参考点。它相当于时间轴的零点。

“而地球人的历法所演绎的时间其实就是记录日月星辰运行的历史，并根据历史推导出未来。

“史官在这些表示时刻的点上，填写上当时发生的事件，就是史书。比如武王伐纣、汉武登基、周懿王元年天再旦于郑、赤壁之战等就是大事。

“这些大事才是定位时间轴上时刻的重要参考点。帝王登基都要弄个什么元年，改个年号，就是要确立一个自己的时间基准点。这就是最初的地球时刻天然的表示方法。

“因为地球上最初的时间计量都来自于对年月日的测定，因此，年月日就是地球人关于时长的最原始的单位。而一年中人们最关心的时刻就是24个节气和岁首。人们最常用的时长单位就是日。

“日是量度月和年的天然单位。用来测量它的工具就是我们的眼睛。从太阳升起再到太阳升起，就是一日。

“我们知道，日是因地球的自转而形成的。其实我们在地球上观测太阳的运行规律而得到的日并不等于地球的自转周期，它其实是地球自转和公转的综合结果。由于地球自转一周的过程中，它又公转了大约1度（59秒），由于地球的自转和公转是同向的，所以地球还要再自转1度地球上的人才能看到和昨天相同的太阳，这1度的自转地球还要花大约3分56秒才能完成。这时日心和地心连线才会通过相同的经线。这才是一个地球人视觉上的一天：24小时。这个一天称为太阳日。我们的日历用的就是太阳日。

“但从遥远的外太空观察，地球的自转周期是23时56分4秒，这个称为恒星日。”

高建继续道：“不光日有太阳日和恒星日的区别，月也有朔望月、恒星月、近点月、交点月等不同概念。

“月最明显的变化是圆缺。古人将看不到月亮的那天称为朔，月满的那天称为望。这种来自月的朔望变化的周期就称为朔望月。从地球人的月相观测的朔望变化周期上来看，一个朔望月是29.53日。历法中的月用的就是朔望月。

“面从外太空观察，月亮绕地球公转一周的周期是27.32日。这个周期是以恒星为参照的，叫做恒星月。

“因地球存在绕日公转，在恒星月的27.32天中，地球又公转了大约27度。由于地球公转和月亮公转是同向的，从一个朔月到另一个朔月月亮要公转大约387度，而不是360度。这多出来的27度月亮还大概还需要公转2.21天。因此朔望月长于月亮的公转周期，它是月亮公转和地球公转的综合结果。

“月除了圆缺的变化，大小也会有变化。这是由于月亮的公转轨道并不是正圆，而是椭圆。当它离地球近时，看着就大。近点月：是指月球绕地球公转连续两次经过近地点（或远地点）的时间间隔。当近点月遇上望月时，我们就会看到超级大月亮。东汉刘洪已测得近点月为27.日，现代测量结果为27.日。

“月亮除了圆缺和大小有变化，还会引起日蚀和月蚀现象。交点月：是指月球绕地球公转，连续两次通过白道和黄道的同一交点所需的时间。黄白道的交点是不断移动的，移动方向和月球的运动方向相反，作逆向运动，移动周期是18.6年。这个周期也是地球的章动周期。是由于太阳对地月系统的摄动造成的。南北朝的祖冲之已测得交点月为27.日，现代测量结果为27.。

“当朔月遇上交点月时，发生日蚀，当望月遇上交点月时，发生月蚀。因此，日月交食周期既是朔望月的整数倍，也是交点月的整数倍。

“年也可分为回归年和恒星年。我们平常所说的一年大约365.25天，这个是指回归年，它是从日相变化和节气变化的长期观测中得来的，是太阳中心在黄道上连续两次经过春分点的时间间隔，也是太阳连续两次直射于北回归线的时间间隔。所以又称‘太阳年’、‘季节年’。回归年的平均长度为365.天。

“而恒星年是指地球中心从天空中的某一点出发，环绕太阳一周，然后又回到了该点所用的时间，是地球绕日公转的真正周期。恒星年的平均长度为365.天。

“恒星年比回归年要长20分24.5秒，即0.34小时。这个差异被称为岁差。为什么会有岁差呢？

“自转的地球就像是一个旋转的陀螺，旋转的陀螺会产生进动，地球的自旋也会产生进动，进动速度大概每71年1度，大约26,000年会完成一周。进动并不改变赤道平面与黄道平面的交角。由于进动的方向和地球公转的方向相反，就造成春分点会不断西移，所以回归年要比恒星年短。这就是造成岁差的原因。

“岁差是地球公转和地轴运动相结合的结果，这种结合决定了二分二至地球位置不是定点，而是在公转轨道上不断西移的动点，从而导致地球公转一周不等于太阳直射点纬度变化一周。

“天级绕黄道轴的进动，会造成不同年份春分点，北斗的斗柄角度发生微小的旋转，大概26,000年会旋转一周。因此，用星相的位置来确定节气的方法要用据此进行修正。每6500年会相差约90度。

“跟春夏秋冬季节相关的是回归年，所以我们的历法用的都是回归年。就象月用的是朔望月而不是恒星月，日用的是太阳日而不是恒星日一样，都是从适应地球人的日常生活来角度来选择的。

“其实，由于地球绕日轨道是椭圆。黄道，并不是一个正圆。当我们简单计算春分点和秋分点的时差时，就会发现地球轨道并不是一个正圆，而是一个椭圆。从春分到秋分，3月21号到9月23号是186天；从秋分到春分，9月23号到3月21号是179天，相差了7天。这种差异会导致在黄道的不同位置太阳日和朔望月的长度都会发生微小的变化，这些变化都隐藏在了大小月的设置里。大小月的确定不是表面那么简单。而太阳日和朔望月的概念也只是周期性的平均值而已。

“而事实证明，地球的自转周期——日也并非固定不变的。它存在三种变化。

“一、从长期来看，地球的转速在减慢。自转周期约合每35,000年增长1秒，以地球自转周期为基准所计量的时间，2000年来已累计慢了2个多小时。引起地球自转长期减慢的原因主要是潮汐摩擦。据推算，3.7亿年以前，泥盆纪中期时地球上的一年有400天左右。二亿年后，一年仅有三百天，一天会变成三十小时。

“二、周期性变化。20世纪50年代从天文测时的分析发现，地球自转速度有季节性的周期变化，春天变慢，秋天变快，此外还有半年周期的变化。周年变化的振幅约为20～25毫秒，主要是由风的季节性变化引起的。

“三、不规则变化。地球自转还存在着时快时慢的不规则变化。其原因非常复杂，尚待进一步分析研究。比如陨石撞击，陨石相对于地球的角动量就会影响地球的自旋速度。

“当地球自转周期长期变慢的幅度较大时，我们的历无疑要作相应的调整。因此，年、月、日这些时间长度都是不固定的。而且太过依赖天文观测，如果没有独立于天文观测之外的测时手段，当日的长度发生微小的变化时，我们凭感觉根本无从知道。

“日常生活中还需要比年月日更小的时间单位。

“古华夏人把一日分为十二时辰。配以十二地支，即：子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥。一个时辰相当于今天的两个小时。用一个滴嘴向一个容器中滴水，从日出到另一个日出，测容器中的水量，平均分成十二份，其中一份就需要一个时辰才能滴完。西方人计时则把一日分为二十四份，每一份就是今天的时。因为古代华夏的时是西方的时的两倍，为了区分，华夏的时辰又叫‘大时’，西方的时就叫‘小时’。小时传入华夏后，同时引入了分和秒的概念。华夏把一个时辰分为八刻，这个和西方把一个小时分为四刻正好相等。在计时的时间单位上东西方在这里不谋而合了。

“古人建立在天文观测上的测时工具主要有圭表、日晷等。圭字本身就象是个刻度尺，圭表中水平放置测量日影长度的刻度尺就是圭，立着产生影子的叫表。它能测定冬至日，并通过两个冬至日之间的日数就可得到年的长度。如果为了精确，可以将圭表做得很大，也可以测多年平均值。

“日晷：是对圭表的重要发展，也是利用日影来计时。利用日晷来计时的方法是人类在天文计时领域的重大发明，这项发明已被人类延用了几千年，它不但已经可以精确到一天的具体时刻，还能显示节气和月份，但它也有显而易见的缺点，那就是必须需要有太阳，夜晚和阴天则不能用。

”上述两个工具都不能将测时从对天文观测的依赖中解放出来。如果时间的测定仍然是建立在天文观测的日的基础上，那么当日的长度发生变化时，这种测时的结果就失去了校准的依据，没有了可再现性。