地球公转时间测量法-时间简说

平太阳时以地球自转运动为标准，符合测量的可复制性原则；纽康引进假想平太阳，又使它具有牛顿力学时特点。但是也应该看到，当年选择的地球自转运动是以欧拉的地球理论为基础的。该理论认为地球是一个形状不变的刚体，它的自转运动是均匀的。

事实上，人们长期以来都把地球自转看成是均匀的。现代天文学奠基人哥白尼也接受这一信条。哈雷于1695年在计算古代和中世纪交食时发现月球运动有长期加速现象。1752年，德国一位科学家曾提出这样的疑问：地球周日运动速度在所有时间里都是一样的吗？如果不是，有什么办法来证实，其原因又何在？康德在1754年提出海洋潮汐摩擦会使地球自转速度减慢假说，试图对这一问题做出回答。康德的想法是正确的，但在当时因无法证实而不为世人所接受。梅耶指出，潮汐摩擦理论推算出的地球自转长期减慢，可以解释哈雷发现的月球长期加速现象。但是，拉普拉斯在1825年对此提出质疑：如果把月球加速解释为地球自转减慢，那么为什么在其他行星运动中没有发现同样的加速现象？这一质疑是有道理的。1927年，德西特研究并证实月球运动有长期加速现象。1939年，琼斯研究了几个世纪的太阳和行星的观测资料，发现太阳、水星、金星也有类似加速现象。这样，康德理论才得到了证实。

如果说以上反推法证明还不能令人信服的话，那么，在发明石英钟以后，斯托伊科等人于1936年用石英钟测定平太阳日长的实验结果，就使问题的答案变得确凿无疑了。他们利用石英钟测得地球自转速率每年的变化约为60ms。

地球自转不均匀直接导致平太阳时日长的不规则变化。经过必要的处理，在消除季节性等波动影响后，平太阳时秒长在1年中仍然包含有±1×10-7s的不确定性。这样，以地球自转为基础的平太阳时，便不宜作为时间测量的标准，必须寻求其他运动形式作为测量时间的标准。(www.xing528.com)

要建立一个动力学上的秒定义，只要有一个特殊运动现象的连续时间记录就够了。因此，任何一个在牛顿万有引力理论基础上建立起来的天体运动历表都可以近似地给出这样的秒。国际天文学联合会（IAU）在1950年选用纽康给出的反映地球公转的太阳历表作为定义新时间的基础，当时并未出现疑义。因为人类生活在地球上，选择地球运动（不管是自转运动还是公转运动）作为标准是很自然的。另一方面，此前的时间标准（世界时）是以平太阳作为基本参考点，平太阳的严格定义也来自纽康的太阳历表，以此定义新时间无疑更便于实现世界时和新时间的换算，以及老系统向新系统的过渡。但是，在讨论参考对象的选择时，当时却产生过意见分歧。在1952年召开的IAU大会上，有人提出应参考恒星年作为基础导出新时间秒定义。持此观点的学者认为，太阳在黄道上相对于同一恒星运动1周的时间间隔（1个恒星年）几乎是个常量，由它定义的秒长会比较固定。但是，通过讨论，人们很快认识到，平太阳连续2次过平春分点的时间间隔（1个回归年）虽然有缓慢变化（每千年大约减少5.36天），但它更容易由直接观测得到。实际上，天文学上直接观测得到的首先是回归年，加上春分点黄经岁差改正后才能得到恒星年。因此，如果新时间系统参考于恒星年，势必要涉及岁差常数值问题。众所周知，岁差常数值采用不够令人满意，它存在着更改的趋势。如若参考于恒星年，天文常数系统一旦发生改变，就会反过来要求更改时间的定义。我们知道，作为一个基本定义，它应该尽量避免修改。因此，1956年，国际计量委员会（CIPM）根据1954年召开的国际计量大会（CGPM）的授权，给出如下新时间测量标准——历书时的定义：

在1900年附近，太阳几何平黄经为279°41′27″.54的瞬间为历书时1900年1月0日12时整。历元1900.0的回归年长度的1/31556925.9747为1个历书时秒。

这个定义包含着一些令人困惑的天文学概念，有关它的科学解释，读者可阅读天文学有关著作，这样定义的时间测量标准叫做历书时，英文名称简写为ET。1960年召开的第十届CGPM大会正式通过决议，采纳这一定义。因此，从1960年起，时间测量的标准由世界时变为历书时。不过，作为测量标准，历书时持续的时间很短。1967年，第十三届CGPM大会通过原子时秒定义之后，历书时便失去了时间测量标准的职能，其原因是显而易见的。除原子时的优越性之外，历书时本身作为测量标准存在着严重缺陷。首先，它不是由观测直接得到的。历书时是由对太阳、月球或行星的观测结果与根据牛顿力学理论计算的历表数值进行比较而得到的。实际工作中，天文学家是通过观测月球测定历书时和世界时之间的差值，然后再将观测得到的世界时转换为历书时。这样，历书时的引入就在标准和测量之间造成了互不相容的混乱局面。其次，历书时的定义是建立在19世纪末太阳表基础上的。由于天体运动理论的缺陷和求解运动微分方程时由实验确定的定积分常数包含误差，因此任何一个天体位置历表给出的都只能是近似的力学时间，也就是说历书时并不是真正均匀的时间标准，它的精度大约为±2×10-9s。