公历和儒略日.pdf

1． 的发生，源于人类生活生产的需要白昼和黑夜交替，自然界中这些周期发生的现象与人类的生存息息相关，月和年的概念把这些基本元素组织成一个协调实用的计时系统，就产生了历法南京东落着著堪称国3.56表组成，追溯到方向水的影子天球上“太阳最直接们直观它是地的反映以太阳日为基本单位的计时系统，叫做世界时，简记为度，时格林尼治天文台，因此也叫做格林尼治时间天一次经过南北子午圈的视运动，轴自转“恒星而没有成为计时的基础观测精度的提高，无论是地球的自转还是公转，不宜用作精密计时的尺度从用原子振动的周期作为计时的尺度，基态的荡9,秒时间计间尺度叫做原子时，简记为的广义相对论，时间的快慢与局部引力场有关在太阳系内，系质心，所有太阳系天体的运动都与它相联系；一个是地球质心，第1讲 公历和儒略日时间的计量 时间计量是天文计算的第一个基础时间概念月圆和月缺轮换，炎夏和寒冬往复，很自然地成为计时的依据，抽象出日，郊风景如画的紫金山第三峰上，座名的紫金山天文台台区内陈列着一组宝级文物的古代天文仪器其中一台高米的仪器，由一具平卧的圭和一具竖立的叫做圭表（图1）这是一种起源可以远古时代的计时仪器它依南北子午线平安置，根据正午时刻落在圭尺上的表图1 圭表，造于明代（1439年）的长度测定时间。

表影所反映的太阳在每天一次经过南北子午圈的视运动，是日”概念的来源地球上每个人时时都地感受着这个天象实际上它并不象我看到的那样单纯，而是稍许有点复杂，球绕轴自转和绕太阳公转两个运动合成UT1天空中太阳相对于地面上南北子午圈的位置依赖于当地的地理经时间的度量因而也与地理经度有关，不同地理经度的观测地有不同的时间，这就是地方为了统一，规定世界时为本初子午线或零经度线上的地方时，这条经线经过英国伦敦的图2 被天极周围恒星的周日运动1比太阳的视运动简单一点的是遥远恒星每它只是地球绕一种运动的反映，与之相联系的概念是日”恒星日虽然单纯，却远离生活，因随着观测技术的发展和到了20世纪，人们终于发现，都是不均匀的，都1967年开始，改规定铯原子两个超精细能级在零磁场下跃迁辐射振192,631,770周所持续的时间为一个国际制量从此与地球的运动脱钩，这样的时TAI根据爱因斯坦有两个处所是紧要的：一个是太阳包括地面观测者在内所有地球 物体的运动都与它相联系这样就从原子时派生出两个时间系统：以太阳系质心为参照的质心力学时，简记为TDB；以地球质心为参照的地球力学时，简记为TT这两个时间尺度差别的主要部分的振幅为1.7毫秒，周期为一年，对于本书所讨论的问题，可以忽略不计。

而地球力学时与地面原子时的尺度是完全一样的，仅仅因为历史的原因两者的起点有32.184秒的差两者间的转换公式是： 184.32sTAITT +=以更加稳定的原子时作为基准，世界时的不均匀性就显现了出来，经过积累会盈余或短缺1秒，而且还有长期变慢的趋势但世界时以地球的自转和公转运动为基础，既反映地球在空间中的指向和方位，又符合人们千百年来的生活习惯，具有实际应用价值为了协调原子时和世界时两种不同的时间尺度，就产生了协调世界时UTC，并且从1979年起成为世界各国使用的正式时间标准协调世界时的单位为国际制秒，但时刻保持与UT1一致当UTC领先UT1 0.8秒时，增加一个闰秒；当UTC落后UT1 0.8秒时，减少一个闰秒实施闰秒的日期为3月31日，6月30日，9月30日和12月31日的最后一秒这样，一日所含的国际制秒数不再是常数86400闰秒的设置是由国际时间局（BIH）根据天文观测资料决定和发布 2． 儒略历和格里历 现在通用的公历是意大利医生兼哲学家里利乌斯（Aloysius Lilius，1510-1576）主持制定，罗马教皇格里高利十三世（Gregory XIII）在1582年二月颁布实行的格里历。

在此之前通用的是儒略历，这个历法是由埃及亚历山大的希腊数学家兼天文学家索西琴尼（Sosigenes，公元前一世纪）主持制定，罗马统治者盖厄斯·儒略·恺撒（Gaius Julius Caesar the Great，约公元前100—44年）颁布，从公元前46年1月1日起实行的这两种历法都是太阳历，只考虑了太阳的周年视运动，不考虑月亮的视运动 为了对太阳的视运动有个明确的概念，我们先复习一下天球上有关的点与线当我们站在地球上某处观测天象时，看到的只是日月星辰在天空中的方位，它们似乎距离我们同样遥远，镶嵌在那个叫做天球的球面上，它们离开我们的远近差别是无法直觉感受的由于地球的自转，整个天球都在自动向西地转动，只有如图2所示的两个点是不动的，他们就是天球的南北两极连接两极的直线就是叫做天轴的转轴，垂直于天轴中分天球的大圆是天球赤道，与赤道平行的圆周是赤纬线周日运动之外，恒星在天球上没有容易察觉的其他运动，图3. 春分点在天球上的位置 似乎牢固地镶嵌在天球上日月行星则不然，短期观测就能断定它们没有固定在天球上，而是游走于恒星之间如果用圭表逐日测量正午时刻表影的长度，就能发现它是变化的，这意2味着太阳每天正午在天空中的高度，因而它的赤纬是变化的。

如果比较太阳和恒星从东方地平升起或从西方地平落下的先后，就能发现太阳的赤经也是变化的长期观测就可以确定，太阳以一年为周期，沿着一个与赤道成23.5度倾角的大圆从西向东移动，这叫做太阳的周年运动，而这个倾斜的大圆就是黄道由于哥白尼（Nicolas Copernics，(1473-1543)）的卓越贡献，现在我们知道它们是地球绕太阳周年运动的反映哥白尼之前人们的认识，却与我们上面的直观大致相同黄道和赤道有两个交点，太阳由天球南半球穿越赤道进入北半球的那个交点叫做春分点；另一个相反的交点就是秋分点太阳经过春分点的日子，叫做春分日，适逢北半球春耕生产的农忙季节，自古就受到特别的重视，春分点还被确定为天球上赤经起算的原点太阳周年视运动的周期，也就是太阳两次经过春分点的时间间隔叫做回归年，是制定公历和农历历法的基本参数现在采用的回归年长度的精确值是365.24218968日，即365日5小时48分钟45.188秒此值每年缩短约5.3毫秒，换句话说，每一千年缩短约5.3秒儒略历采用的回归年长度为365.25日，每世纪含36525日取平年长为365日，闰年长为366日由于每4年含1461日，故需设一闰年。

每世纪25个闰年，以公元年序数能被4整除的年份为闰年但要注意公元前年序数的算法：公元前1年的年序数为0，公元前2年的年序数为-1，等等按照规则，公元前5年的年序数为-4，可被4整除，故为闰年 儒略历的年长与精确值之差为0.00781日或11分钟14.8秒，因此太阳回到春分点的时刻每年要提前11分钟14.8秒公元前46年儒略历开始实行时，春分日在当年的3月23日（世界时，下同）公元325年召开第一次基督教主教尼塞（Nicée）会议时，春分日已经提前到了3月20日到1582年改历之时，这个差值已经积累到12.6996日，春分日提前到了3月10日为了消除这个差数，格里历颁布时规定1582年10月4日之后的那天为1582年10月15日，于是1583年的春分日就回到了3月21日按照这个规定，我们今天所说的公历系统，在1582年10月5之前指的是儒略历，1582年10月14日之后，指的是格里历，而1582年10月5日至10月14日之间的日期是不存在的公元前46年之前，尽管儒略历还没有颁布， 格里历的年长为365.2425日，与精确值之差为0.00031032日或26.8秒，2700年才会积累起1日的误差。

400年含146097日，需要设97个闰年，比儒略历少3个因此规定凡年序数能被100整除而不能被400整除的年份仍为平年由于置闰的调节，按格里历和世界时计算的春分日，总在3月20日前后，有时会提前到3月19日，有时又会落后到3月21日 进一步的说明： 下面一段的内容是为感兴趣的读者准备的，没有兴趣的读者可以跳过回归年的长度（中国天文年历）日，t为公元年序数经简单变换，可得365.242312，格里历年长与回归年长之差为日积分这个式子，即可得到格里历的平均误差：，假定1582年时此差为零，求出常数C，遂得差数为：0.00018712 日，不考虑日长本身的变化，到4298年时，才会积累达到1日误差 2000)-16(t0.00000006-68365.24218916t0.00000006-8816t0.00000006C+208t0.0000000337311.0−208t0.00000003-t-0.00018712-t0.00018712 37311.0−=格里历月的设置继承了儒略历的规则儒略历创立之时，将全年分为12个月，单数月为大月，长31日，双数月为小月，长30日只有2月的日数可变以调节平年和闰年，平年长29日，闰年长30日。

公元前8年，儒略·恺撒的继承人奥古斯都又从2月减去一日加到8月使之成为大月，又把9月、11月改为小月，10月、12月改为大月这样2月的3日数成为平年28日，闰年29日 3． 儒略日 从天文计算的角度，只要以日为单位连续计时就可以了，这就是儒略日年月的设置更多地是为了生活生产的需要，对于天文计算并不是必须的 现在广泛使用的是法国学者史伽利日（Joseph Justus Scaliger，1540-1609）提出的儒略日系统之所以叫做儒略日，与上面讲过的儒略历并不相干，而是因为史伽利日的父亲，意大利学者Julius Caesar Scaliger （1484-1558）与颁布实施儒略历的罗马统治者儒略·恺撒同名系统以公元前4713年1月1日正午为起点，向后连续计日，简记为JD积累到现在，已经是一个很大的数字例如2000年1月1日地球力学时12时的儒略日记法就是JD 2451545.0，这是一个很重要的时刻，特别记为J2000.0由于儒略日数字位数太多，国际天文学联合会于1973年采用简化儒略日（MJD），其定义为MJD = JD - 2400000.5MJD相应的起点是1858年11月17日世界时0时。

图4. 史伽利日 读者要问，儒略日系统的历元为何选在公元前4713年1月1日正午？原来史伽利日构造这个系统时考虑了三种周期：阳历日期与星期会合的28年（365.25×4×7日）周期，阳历与阴历会合的365.25×19＝6939.75日，这个数字等到我们后面讲农历的时候再来解释）周期，以及罗马政府为征税登记财产的15年周期取3者的最小公倍数4713年1月1日为这三个周期同时开始的历元又是农历初一和星期日，还是罗马政府（假如有的话）登记财产的日子这就是儒略日起算历元的由来 就是怎样在公历年月日序数和儒略日序数之间进行互换推算当天的儒略日序数这个问题稍许有些难度，考虑如何由月日序数，从中或许可以找到解决问题的思路 dmy ,,)),,( dmyJ3．第一天起连续计日，年再重新开始计算，考虑了奥古斯都从19年（29.53×（12×19+7）≈7,980年为儒略周期，然后向上推算，得到公元前换句话说，这一天既是公历元旦，儒略日的引入提出了两个需要解决的问题，下面先讨论如何由公历年月日序数我们不妨后退一步，先把需要考虑的时间范围限制在一年之内，m推算当天的积日d, ,( dmS1．积日的计算 一年里某日积日概念的引入，想法与儒略日的设立是一致的。

即忽略月的存在，从年初直至年末的最后一天只不过它的作用范围只限于一年之内，到了下一不像儒略周期那样长达7,980年这样，年，特别是闰年的因素就不必1月1日的积日为1，12月31日的积日平年时为365，闰年时为366 积日的计算原本并无难处，却由于2月的特殊情形而变得复杂了凯撒把闰月设在2月，2月减去一日，都缘于2月是古罗马处决死囚的凶月，颇具人道意味但由于闰4月设在2月，2月的日数变得不唯一，必须按平年和闰年加以调节，这就影响到以后。