趙君亮

關(guān)鍵詞：時(shí)間單位 年月日 自轉(zhuǎn) 公轉(zhuǎn) 歷法

年、月、日，作為時(shí)間計(jì)量單位，可謂人盡皆知。然而，年、月、日實(shí)際上有著嚴(yán)格的科學(xué)定義，而且頗不簡(jiǎn)單，內(nèi)容涉及諸多天文學(xué)知識(shí)，非仔細(xì)思索不得領(lǐng)悟其要津。

什么是一日

時(shí)間，細(xì)細(xì)想來，可謂是最難以捉摸的物理量，無人能給出簡(jiǎn)要而明晰的定義。你也許會(huì)爭(zhēng)辯，由鐘表等計(jì)時(shí)器便能輕而易舉地讀出現(xiàn)在的準(zhǔn)確時(shí)間。那么試問，計(jì)時(shí)器上的時(shí)間又從何而來呢？

究竟什么是一日、一月和一年？學(xué)過自然課的中學(xué)生會(huì)這樣回答：地球自轉(zhuǎn)一周為一日，這是晝夜交替的周期；地球繞太陽公轉(zhuǎn)一周為一年，這是四季輪回的周期；把一年分成12份，每一份就是一個(gè)月。

回答正確，不過，要是進(jìn)一步追問，什么是地球自轉(zhuǎn)一周？問題就變得復(fù)雜了。

運(yùn)動(dòng)都是相對(duì)的，需要有參照物，轉(zhuǎn)動(dòng)亦不例外。量度地球自轉(zhuǎn)，太陽提供了一個(gè)天然的參照物。稱太陽圓面中心白天到達(dá)天空中最高位置的時(shí)刻為太陽上中天，夜晚到達(dá)地平線以下最低位置的時(shí)刻為太陽下中天。定義太陽下中天瞬間為一天的起始時(shí)刻（0時(shí)），相鄰2次下中天之間的時(shí)間間隔為一天（也就是地球相對(duì)太陽的自轉(zhuǎn)周期）。一天等分為24小時(shí)，上中天時(shí)刻便是一天中的12時(shí)。

至此，“一日”的問題是否完全解決了？未必。

太陽每天東升西落是地球自轉(zhuǎn)的反映，稱為太陽的周日視運(yùn)動(dòng)。太陽周日視運(yùn)動(dòng)的速度并不均勻——一年之中每天都在變，甚至同一天之內(nèi)都在變。地球公轉(zhuǎn)軌道面（黃道面）與地球赤道面并不重合，而是斜交成約23°27′角，稱為黃赤交角。盡管地球自轉(zhuǎn)非常均勻。但因太陽位于黃道面上，它在赤道面上的周日視運(yùn)動(dòng)速度卻不斷變化。太陽除周日視運(yùn)動(dòng)外。還有因地球公轉(zhuǎn)引起的周年視運(yùn)動(dòng)。地球沿橢圓軌道繞太陽公轉(zhuǎn)，公轉(zhuǎn)速度是不均勻的，因而太陽周年視運(yùn)動(dòng)也是一種非勻速運(yùn)動(dòng)。這種不均勻的時(shí)間系統(tǒng)顯然不能滿足人們的需要。日常生活要求一年365天中的每一天都有著相等的長(zhǎng)度。

為解決這一難題，天文學(xué)家假想有一個(gè)“平太陽”，以區(qū)別于我們看到的“真太陽”。平太陽沿赤道面勻速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度等于真太陽的平均速度，以平太陽為參照物來計(jì)量的時(shí)間系統(tǒng)——平太陽時(shí)，便是均勻的了。相應(yīng)地，用真太陽為參照物來計(jì)量的時(shí)間系統(tǒng)稱為真太陽時(shí)，與平太陽時(shí)合稱為太陽時(shí)。

實(shí)際上，太陽時(shí)系統(tǒng)中的一天并非地球真正的自轉(zhuǎn)周期，原因在于地球既有自轉(zhuǎn)，同時(shí)又有公轉(zhuǎn)。以遠(yuǎn)方恒星為參照物，稱地球相對(duì)遠(yuǎn)方恒星的自轉(zhuǎn)周期為1恒星日。恒星日才是地球真正的自轉(zhuǎn)周期，它比平太陽日約短3分56秒。日常生活中，人們所關(guān)心的是太陽日，而不是恒星日——畢竟人們是日出而作，日沒而息。

什么是一年

地球繞太陽公轉(zhuǎn)一周稱為一年，這是“年”的常識(shí)性定義。同樣進(jìn)一步追問，什么是地球公轉(zhuǎn)一周？

如果您身臨平坦曠野，直觀上，“天”就像一個(gè)碩大無朋的半球（天穹）罩著大地上的一切，日月星辰則在球面上東升西落，這個(gè)想象中的球稱為“天球”。地球赤道面與天球的交線稱為天赤道，黃道面與天球的交線稱為黃道，太陽便是沿著黃道周年視運(yùn)動(dòng)。天赤道與黃道交于天球上的兩點(diǎn)，即春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)，太陽到達(dá)這兩點(diǎn)之時(shí)，便是24節(jié)氣中的春分和秋分。

地球并非一個(gè)完美的球體。而是在赤道附近稍有隆起。扁球狀、自轉(zhuǎn)中的地球在太陽和月球引力的作用下自轉(zhuǎn)軸會(huì)發(fā)生擺動(dòng)。猶如旋轉(zhuǎn)中的陀螺會(huì)表現(xiàn)出的那種晃動(dòng)。地球的這種擺動(dòng)式運(yùn)動(dòng)稱為歲差，由于歲差，春分點(diǎn)（以及秋分點(diǎn)）會(huì)沿著黃道移動(dòng)，經(jīng)25 800年沿黃道移動(dòng)一周。

為了給“年”下一個(gè)嚴(yán)格的定義，需要涉及太陽的周年視運(yùn)動(dòng)，而且同樣需要參照物——參照物不同，便會(huì)引出不同長(zhǎng)度的“年”。太陽在天球上連續(xù)兩次經(jīng)過春分點(diǎn)的時(shí)間間隔稱為1回歸年，等于365.24220平太陽日，這是地球上寒暑輪回的周期。太陽相對(duì)遠(yuǎn)方恒星的周年視運(yùn)動(dòng)周期稱為1恒星年，等于365.25636平太陽日，這是地球的實(shí)際公轉(zhuǎn)周期?；貧w年與恒星年的微小差異起因于地球的歲差運(yùn)動(dòng)。與日常生活緊密相關(guān)的是回歸年，而不是恒星年。

除了上述兩種“年”外，在專業(yè)天文工作中有時(shí)會(huì)用到另外兩種“年”——“近點(diǎn)年”和“交點(diǎn)年”。地球公轉(zhuǎn)軌道為一橢圓，日地距離是變化的，地球距太陽最近的點(diǎn)稱為近日點(diǎn)。所謂“近點(diǎn)年”，便是指地球連續(xù)兩次經(jīng)過近日點(diǎn)的時(shí)間間隔，等于365.25964平太陽日，主要用于研究太陽運(yùn)動(dòng)。月球軌道稱為“白道”，白道與黃道在天球上交于兩點(diǎn)——升交點(diǎn)和降交點(diǎn)。地球連續(xù)兩次經(jīng)過升交點(diǎn)的時(shí)間間隔稱為“交點(diǎn)年”，等于346.62003平太陽日。交點(diǎn)年對(duì)計(jì)算日食有重要作用，故又稱為“食年”。

上述各種“年”都不是“日”的整數(shù)倍，為此不得不引入歷法中的“年”——“歷年”。陽歷（即公歷）歷年一年有365日（平年）或366日（閏年），陰歷歷年一年有354-355日（平年）或384-385日（閏年）。無論陽歷還是陰歷，歷年的平均長(zhǎng)度都非常接近回歸年。

什么是一月

月球繞地球公轉(zhuǎn)一周稱為1月，這是“月”的常識(shí)性定義。何謂月球公轉(zhuǎn)一周？如“日”和“年”一樣，也必須引入用以計(jì)量月球公轉(zhuǎn)周期的參照物。

以太陽為參照物的月球公轉(zhuǎn)周期稱為1朔望月，等于29.53059平太陽日，這是月球盈虧變化的周期，農(nóng)歷1個(gè)月的平均長(zhǎng)度即等于1朔望月。以恒星為參照物的月球公轉(zhuǎn)周期稱為1恒星月，等于27.32166平太陽日，恒星月才是月球繞地球運(yùn)動(dòng)的實(shí)際公轉(zhuǎn)周期。人們?nèi)粘Ｉ钪兴⒁獾降氖撬吠?，而不是恒星月?/p>

此外，在專業(yè)天文工作中有時(shí)會(huì)用到另外兩種“月”——“分點(diǎn)月”和“交點(diǎn)月”。前者以春分點(diǎn)為參照物，等于27.32158平太陽日，后者以月球軌道升交點(diǎn)為參照物，等于27.21222平太陽日。

上面那些“月”都不是“日”的整數(shù)倍，為此需引入歷法中的“月”——“歷月”。陽歷每個(gè)歷年有12個(gè)歷月，歷月長(zhǎng)可有28（平年2月）、29（閏年2月）、30（小月）或31（大月）平太陽日。陰歷每個(gè)歷年有12個(gè)（平年）或13個(gè)（閏年）歷月，歷月長(zhǎng)29（小月）或30（大月）平太陽日。陰歷歷月有明確的天文意義——?dú)v月平均長(zhǎng)度等于朔望月，符合月相變化周期。

我們生活中所關(guān)注的是回歸年、朔望月和平太陽日，相應(yīng)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)周期則是恒星年、恒星月和恒星日。