早在人们知道地球是圆的，并且是一颗绕太阳公转的行星之前，就开始测量时间了。在古代，对计时和航海的实际需要是天文学研究的主要原因之一。

计时和航海的天体起源仍然是显而易见的。一天的时间按照太阳在当地天空中的位置记录，月份按照月亮的盈亏周期记录，年份按照自太阳沿黄道的一年路径记录。然而，用于计时的设备已经从日晷发展到先进的原子钟。

图解：这个日晷位于澳大利亚的墨尔本。晷影器是三角形的叶片，其倾斜的边缘是晷针。

康奈尔大学的日晷：康奈尔大学工程学院的精确日晷。地球绕轴一周要24小时，因此每小时自转15度。因此，通过将一个平面圆盘分成15度的扇形，并将圆盘的轴线与地球的旋转轴对齐，人们就可以利用圆盘中心竖杆的阴影来读取时间。这就是日晷的原理。

图解：在英格兰萨福克郡奥尔德伯勒，在议论大厅面向南南西的垂直日晷。

日晷是根据太阳在当地天空中的实际位置来测量时间的。这个时间称为视(或局部)太阳时。正午是太阳在子午线上的精确时刻(子午线是一条假想的线，从北向南穿过天顶)，日晷投射出它最短的影子。正午以前，太阳行经时，视太阳时为子午线前(上午)，过了正午时，视太阳时为子午线后(下午)。

平均太阳时

尽管平均太阳日是24小时，但由于地球绕太阳公转的速度不同，太阳日的实际长度全年都在变化。由于这个影响，手表将不会保持完美的同步与日晷一年。因此，用平均视太阳时来定义时间要方便得多。这被称为平均太阳时间，是标准时间的基础。平均太阳时与视太阳时之差值称为时间方程。

标准时间

在19世纪，一天的时间是当地的事情，大多数城市和城镇使用某种形式的当地平均太阳时间。1883年11月18日，由于铁路运输的实际困难，铁路公司同意采用一种新的系统，将美国划分为四个标准时区。这是根据1918年3月19日的《标准时间法案》在美国法律中确立的。今天，世界被划分为几个时区，如下图所示。

图解：一对母女在希腊雅典的国家公园观看一个安装在那儿的日晷。

在美国和欧洲的大部分地区，时钟只在一年中的一部分时间被设定为标准时间。在美国，从4月的第一个星期日到10月的最后一个星期六，这些国家的时间改为夏令时，比标准时间提前1个小时。

为了导航和天文学的目的(特别是射电天文学中的干涉测量)，对整个地球有一个单一的时间是有用的。由于历史原因，这个“世界”时间被选择为英格兰格林威治的平均太阳时(经度为0度)，这个时间被称为世界时(UT)。由于大气中的质量运动等物理过程，地球自转速度与平均太阳时不同，因此采用了协调世界时(UTC)。

恒星时

布拉格天文钟的天文刻度盘。布拉格天文钟于1410年首次安装，成为世界上第三古老的天文钟，也是目前仍在使用的最古老的天文钟。时钟机构本身由三个主要部件组成:天文表盘，代表太阳和月亮在天空中的位置，显示各种天文细节;《使徒行传》是一部每小时都有时钟的作品，展示了使徒们的形象和其他移动的雕塑作品，其中最引人注目的是一个报时的死神(以骷髅为代表);还有一个日历表盘，上面有代表月份的大奖章。

图解：恒星日与太阳日。附图左：一颗遥远的恒星（小红圆）和太阳中天，在当地的子午线上。中间：只有遥远的恒星中天（一个平恒星日）。右：几分钟之后太阳才中天完成一个太阳日。

由于地球自转，所有的天体都像太阳一样穿过子午线穿过天空。然而，地球除了绕轴自转外，还绕太阳公转。在一年的时间里，由于它的轨道，地球又绕太阳转了一圈。因此，相对于恒星，每年有一个额外的旋转，这相当于在连续两天同一时间观测时，恒星在天空中的位置会有大约4分钟的不同。

图解：在新加坡植物园的日晷。事实上，这个日晷的设计反映出新加坡几乎位于赤道上。

因此，相对于恒星，地球的自转周期大约是23小时56分钟(更准确地说是23小时56分4.09秒)，或者比24小时少4分钟。这个时间周期称为恒星日，以这个速度运行的时钟表示恒星时间。恒心钟定义为春分正午0时，与秋分的太阳时重合。恒星的时间对于业余和专业天文学家来说是非常宝贵的，他们可以将星图定位到天空中，还可以用望远镜对其进行定位。

四季

地球上的季节是由它的自转和绕太阳公转的结合造成的。地球自转的轴线与地球绕太阳公转的平面(称为黄道)倾斜约23.5度。由于旋转轴仍然指向同一个方向(指向北极星)，地球相对于太阳的方向在一年的过程中发生了变化，如下图所示。

一年中有两天(3月21日和9月21日)，两个半球接收到等量的阳光。这些日子被称为分点。冬至日是太阳到达其最遥远的南北落差的日子。夏至(6月21日左右)是北半球接受阳光直射最多的一天，也是一年中白昼时间最长的一天。这是南半球最短的一天。冬至(12月21日左右)是南半球接受阳光直射最多的一天，也是北半球一年中白昼最短的一天。

热带和恒星系年

地球相对于恒星完成绕太阳一周的时间称为恒星年。然而，我们把一年看作是连续两次春分的时间，这段时间被称为热带年。热带年比恒星年短大约20分钟。

赤道年和恒星年之间的差异是由地球旋转轴的进动引起的。就像陀螺的轴线一样，地球的轴线也扫出一个圆。在整个周期中，轴的倾斜度仍然接近23.5度，但轴的方向发生了变化。地球旋进的每一个周期大约需要26,000年。今天，轴指向北极星，这使它成为北极星。在大约13000年后，轴将几乎指向织女星的方向，这将使织女星成为北极星。这个动画演示了地轴的进动(图是从北极看的，那里的天顶标志着北极的位置)。

岁差改变了地球轨道上出现分点和二至点的位置。例如，今天的春分发生在太阳出现在双鱼座的方向。再过600年，岁差将把这一点移到宝瓶座，而2000年前，这一点在白羊座。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. astro-雪菲小鹿

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