早在人們知道地球是圓的，并且是一顆繞太陽公轉的行星之前，就開始測量時間了。在古代，對計時和航海的實際需要是天文學研究的主要原因之一。

計時和航海的天體起源仍然是顯而易見的。一天的時間按照太陽在當地天空中的位置記錄，月份按照月亮的盈虧周期記錄，年份按照自太陽沿黃道的一年路徑記錄。然而，用于計時的設備已經從日晷發展到先進的原子鐘。

圖解：這個日晷位于澳大利亞的墨爾本。晷影器是三角形的葉片，其傾斜的邊緣是晷針。

康奈爾大學的日晷：康奈爾大學工程學院的精确日晷。地球繞軸一周要24小時，因此每小時自轉15度。因此，通過将一個平面圓盤分成15度的扇形，并将圓盤的軸線與地球的旋轉軸對齊，人們就可以利用圓盤中心豎杆的陰影來讀取時間。這就是日晷的原理。

圖解：在英格蘭薩福克郡奧爾德伯勒，在議論大廳面向南南西的垂直日晷。

日晷是根據太陽在當地天空中的實際位置來測量時間的。這個時間稱為視(或局部)太陽時。正午是太陽在子午線上的精确時刻(子午線是一條假想的線，從北向南穿過天頂)，日晷投射出它最短的影子。正午以前，太陽行經時，視太陽時為子午線前(上午)，過了正午時，視太陽時為子午線後(下午)。

平均太陽時

盡管平均太陽日是24小時，但由于地球繞太陽公轉的速度不同，太陽日的實際長度全年都在變化。由于這個影響，手表将不會保持完美的同步與日晷一年。因此，用平均視太陽時來定義時間要方便得多。這被稱為平均太陽時間，是标準時間的基礎。平均太陽時與視太陽時之差值稱為時間方程。

标準時間

在19世紀，一天的時間是當地的事情，大多數城市和城鎮使用某種形式的當地平均太陽時間。1883年11月18日，由于鐵路運輸的實際困難，鐵路公司同意采用一種新的系統，将美國劃分為四個标準時區。這是根據1918年3月19日的《标準時間法案》在美國法律中确立的。今天，世界被劃分為幾個時區，如下圖所示。

圖解：一對母女在希臘雅典的國家公園觀看一個安裝在那兒的日晷。

在美國和歐洲的大部分地區，時鐘隻在一年中的一部分時間被設定為标準時間。在美國，從4月的第一個星期日到10月的最後一個星期六，這些國家的時間改為夏令時，比标準時間提前1個小時。

為了導航和天文學的目的(特别是射電天文學中的幹涉測量)，對整個地球有一個單一的時間是有用的。由于曆史原因，這個“世界”時間被選擇為英格蘭格林威治的平均太陽時(經度為0度)，這個時間被稱為世界時(UT)。由于大氣中的質量運動等物理過程，地球自轉速度與平均太陽時不同，因此采用了協調世界時(UTC)。

恒星時

布拉格天文鐘的天文刻度盤。布拉格天文鐘于1410年首次安裝，成為世界上第三古老的天文鐘，也是目前仍在使用的最古老的天文鐘。時鐘機構本身由三個主要部件組成:天文表盤，代表太陽和月亮在天空中的位置，顯示各種天文細節;《使徒行傳》是一部每小時都有時鐘的作品，展示了使徒們的形象和其他移動的雕塑作品，其中最引人注目的是一個報時的死神(以骷髅為代表);還有一個日曆表盤，上面有代表月份的大獎章。

圖解：恒星日與太陽日。附圖左：一顆遙遠的恒星（小紅圓）和太陽中天，在當地的子午線上。中間：隻有遙遠的恒星中天（一個平恒星日）。右：幾分鐘之後太陽才中天完成一個太陽日。

由于地球自轉，所有的天體都像太陽一樣穿過子午線穿過天空。然而，地球除了繞軸自轉外，還繞太陽公轉。在一年的時間裡，由于它的軌道，地球又繞太陽轉了一圈。因此，相對于恒星，每年有一個額外的旋轉，這相當于在連續兩天同一時間觀測時，恒星在天空中的位置會有大約4分鐘的不同。

圖解：在新加坡植物園的日晷。事實上，這個日晷的設計反映出新加坡幾乎位于赤道上。

因此，相對于恒星，地球的自轉周期大約是23小時56分鐘(更準确地說是23小時56分4.09秒)，或者比24小時少4分鐘。這個時間周期稱為恒星日，以這個速度運行的時鐘表示恒星時間。恒心鐘定義為春分正午0時，與秋分的太陽時重合。恒星的時間對于業餘和專業天文學家來說是非常寶貴的，他們可以将星圖定位到天空中，還可以用望遠鏡對其進行定位。

四季

地球上的季節是由它的自轉和繞太陽公轉的結合造成的。地球自轉的軸線與地球繞太陽公轉的平面(稱為黃道)傾斜約23.5度。由于旋轉軸仍然指向同一個方向(指向北極星)，地球相對于太陽的方向在一年的過程中發生了變化，如下圖所示。

一年中有兩天(3月21日和9月21日)，兩個半球接收到等量的陽光。這些日子被稱為分點。冬至日是太陽到達其最遙遠的南北落差的日子。夏至(6月21日左右)是北半球接受陽光直射最多的一天，也是一年中白晝時間最長的一天。這是南半球最短的一天。冬至(12月21日左右)是南半球接受陽光直射最多的一天，也是北半球一年中白晝最短的一天。

熱帶和恒星系年

地球相對于恒星完成繞太陽一周的時間稱為恒星年。然而，我們把一年看作是連續兩次春分的時間，這段時間被稱為熱帶年。熱帶年比恒星年短大約20分鐘。

赤道年和恒星年之間的差異是由地球旋轉軸的進動引起的。就像陀螺的軸線一樣，地球的軸線也掃出一個圓。在整個周期中，軸的傾斜度仍然接近23.5度，但軸的方向發生了變化。地球旋進的每一個周期大約需要26,000年。今天，軸指向北極星，這使它成為北極星。在大約13000年後，軸将幾乎指向織女星的方向，這将使織女星成為北極星。這個動畫演示了地軸的進動(圖是從北極看的，那裡的天頂标志着北極的位置)。

歲差改變了地球軌道上出現分點和二至點的位置。例如，今天的春分發生在太陽出現在雙魚座的方向。再過600年，歲差将把這一點移到寶瓶座，而2000年前，這一點在白羊座。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. astro-雪菲小鹿

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