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我们是如何定义时间单位的?

我们是如何定义时间单位的?

作者: TMS天文科普 | 来源:发表于2020-04-13 13:11 被阅读0次

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    46亿年前,我们的地球诞生于太阳系之中。那个时候的地球还不是现在的水蓝色星球,而是一个遍布着滚烫岩浆的大火球,到处是喷发的气体和尘埃。在经历了一段漫长的远古岁月之后,这些岩浆开始慢慢凝固形成地表,热腾的气体凝结成水滴化成大海,形成了地球最基本的模样,也是生命最初开始的地方。

    从太古纪到白垩纪,物种一代代繁衍更迭,成长和消亡。自然的世界里,生命一直在孕育和进化。到了六千五百万年前,猿猴开始出现。从猿到人,我们用了上千万年的时间,从直立行走到使用石器,这个时间还要再往后几百万年。早期石器时代的人们多以捕猎、摘食野果为生,而后随着时间的发展,才逐渐掌握了种植和养殖技术。

    传统的农耕文化催生出了人们“日出而作,日落而息”的生活习惯。这是早期时候的人们对一天的时间做出的判断。我们知道,古时的人们把一天分为十二时辰,那么人们是根据什么划分,又是怎样测定一天之中的时间的呢?

    这就不得不提到我们老祖宗最为特色的一种纪时方法——干支纪法,就是10天干和12地支的组合纪法,最早是用来纪日的,不过到后面就开始用于纪年、纪月、纪时了,有没有感觉很熟悉?对,就是我们传说中的生辰八字。所以古人把一天分成了十二份,然后用12地支的名字分别对应了每个时辰,一共12时辰。以现代时间的23:00到1:00为子时,时的天干则与日的天干挂钩。比如今天是甲己日,时间是丑时,那么天干地支合起来就是乙丑。(所以古人为什么要发明这么难换算的时间名orz)。古人以“子半”为一日的分界线,所以在古代,虽然子时是从晚23点开始的,新的一日也是以24点为分界线哦。

    说完划分,就是我们很熟悉的测定环节了。古人是如何测定一天之中的时间的呢?这里说一个我们非常熟知的仪器——日晷。

    日晷是借助日影测定时间的一种仪器。常见的日晷为赤道式日晷,一般由晷针和晷面两部分组成。晷针的上端指向北极,晷面则平行于赤道面。春分到秋分之间的时候,太阳总会在天赤道的北侧运行,所以对于北半球来说,晷针的影子会落在晷面的正面,过了秋分之后,太阳就会在天赤道的南侧运行,这个时候晷针的影子就会跑到反面去了,所以一般来讲,赤道式日晷正反两面都是有刻度的。

    如图,天球就是以地球为中心想象出来的一个大球,所有的星星都分布在这个大球上。将地球的南北两极向外延伸和天球相交,就得到了南天极和北天极。同理把赤道面向外延展和天球相交成的那个大圆,就是天赤道啦。如果可以,请记住天球这个概念,因为日后我们可能会多次提到它~

    日晷虽然使用简单,不过由于它需要借助太阳来实现功能,所以阴天下雨天的时候,日晷就无能为力啦。除了日晷之外,人们还发明了刻漏、月晷、星晷等计时仪器来实现对时间的判断。

    星晷

    现代社会

    到了现代社会,由于科技的不断发展,人们对于高精度时间和标准频率的需求也与日俱增。高精度的时间不仅能应用在航天航空、通信数据、金融证券等领域,同时也对国家的科研水平也有帮助~

    在20世纪60年代以前,平太阳秒是时间的基本计量单位,它是以地球自转周期为基准计算出来的。在当时,地球自转周期被当作是绝对稳定可靠的标准钟来使用。但是随着天体测量学的发展,人们逐渐发现,地球自转的周期会受到大气环流、潮汐摩擦等因素的干扰,虽然影响极小,但是也会导致每隔45年,人们对时间的认知就产生约1秒的误差。作为时间计量的基准,地球钟变得不再可靠。

    幸运的是,人们发明了原子钟。早在二战结束之后,美国国家标准局和英国国家物理实验室就宣布,要以原子共振研究为基础来确定原子时间的标准。1967年,第13届国际计量大会依据铯原子的振动,对秒进行了新的定义,并决定于1972年1月1日0时启用。直到现在,我们对秒的定义也依旧没有改变、

    制造工艺相对成熟的原子钟有三大类,铯原子钟、氢微波激射器和铷原子钟。而铯原子钟是这其中最精确的一种,精度可达每三千万年才出现1秒误差。目前,全世界范围内都在使用这种原子钟来确定标准时。

    当然,科技依然是在进步的,不然就不叫科技了。在原子钟之后,人们制造出了比它更加精确的光钟,脉冲星的高稳定度也使得人们开始了对脉冲星标准时间的研究。所以时间计量的标准会不会有下一次的更新呢?我们拭目以待。


    参考书目:《天文学新概论》

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