大家都非常清楚，地球自轉産生了白天和黑夜的交替，一個晝夜就是一天。

如果有人問：一天是多長時間？

估計你會毫不猶豫地答“24小時”。

如果再追問：地球自轉周期是多長時間？

記憶力略好點的朋友，應該也不難回答“23小時56分4秒”。

那麼問題來了：地球自轉一周不是一天嗎？那我們一天下來，到底是過了24小時，還是過了23小時56分4秒呢？

這個問題還有以下兩個變形，也是平時經常被問到的，但本質與上述問題一樣：

1、是不是我們一天實際隻過了23小時56分4秒，但為了日常習慣方便，我們将一天近似為24小呢？

2、鐘表的刻度，一天轉兩圈的顯示時長是24小時，但實際隻花了23小時56分4秒，對嗎？

今天，就這個日常問題，和大家唠個清楚。

但在唠這問題之前，我們先講兩個看似不相幹的概念——太陽時和恒星時。

當然，對于已清楚這個概念的同學，以下内容可以選擇性飄過。

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太陽時

自古以來，人們日出而作、日落而息，受太陽的影響非常明顯。

如今大家都知道，地球有自轉，産生了白天、黑夜的交替；地球同時繞太陽公轉，産生了一年四季的變化。

人們把太陽處于某地的正上空(後簡稱“中天”)作為一個計時起始點，到下一次日中天作為終止點，這兩個計時點的時間差為一個太陽日，又叫真太陽日。

這裡說的“真太陽日”，就是平時我們看到日起日落的一整天。由于地球赤道面與黃道面存在一定傾角，且地球軌道不是标準圓形(橢圓)，因而地面不同地方每日光照時間不完全相同，也就是說“真太陽日”一天的時長各不相同。

為了使太陽日時長具有規律性，人們将兩個春分點的時間差叫作一個“太陽年”。

再将一個太陽年按365天均分，得一個均等的太陽日，叫“平太陽日”。

如此下來，平太陽日的每日時長就完全相等了。

再把一個平太陽日按24等分，每一等分叫作一個“太陽時”。

顯然，相對于真太陽日，這個太陽時嚴格說應叫“平太陽時”。

一個平太陽時，就是我們當前的1小時，即3,600秒。

最後，人們把太陽年、太陽日、太陽時的計時系統，又統稱為“太陽時”概念。

在沒有特别強調的情況下，其中“日”取的是“平太陽日”，“時”取的是“平太陽時”。

現在，問題出現了。

上面說的一個(平)太陽日，真的是地球自轉一周的360°嗎？

古時，人們對星相的研究就發現，夜空星星并非保持一成不變。即使每晚相同時刻觀察，其都有周期性整體“遷移”迹象。

随着認識水平提高，科學家已精确測量出地球的自傳周期——23小時56分4秒，這說明地球自轉一周不是我們一天計時的24小時。

如上圖模型，當地球沿着公轉軌道從A點到B點剛好自轉一周(360°)時，此刻太陽對地面觀察者而言還不是日中天。等過一段時間到達C點日中天時，地球轉過的角度已達360°59′10″。

如此，一天(平太陽日)時間與地球自轉周期不能嚴格劃等号，這對統一計時非常不方便，對“差之毫厘失之千裡”的天文、地理等精細研究更是影響巨大，因而人們需要一個相對更嚴格的計時系統。

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恒星時

“太陽時”是以太陽作為參照标志，由于太陽距離地球相對太近，其自轉一周時間内的公轉距離不能忽略不計。于是，人們需要尋找一顆遙遠的恒星作為參考标志。

如上圖模型，地球自轉一周周期内，即使同期公轉從A點到了B點，但由于這顆恒星距離十分遙遠，其對地球觀察者而言沒有視覺偏差。這樣，地球自轉一周的周期與第二次恒星中天(B點)的時間間隔完美重合，即将這一段時間差稱之為一個恒星日，又叫 真恒星日。

理論上，随着地球公轉的位置移動，任何一顆真實存在的恒星對于地球觀察者來說都存在視覺偏差，所以這是一顆假想的無限遠恒星。

有“真恒星日”叫法，對應的，是不是也有“平恒星日”呢？答案是肯定的。

人們在實際觀測中，選取的任意恒星總是距離有限的，那麼黃赤交角、地軸章動、公轉軌道等因素總會帶來觀測結果的偏差。所以，人們隻能最大化減小這種偏差，通過地面多點位、多次測量兩個春分點的時間差，定為一個“恒星年”。

再将一個恒星年按365天均分，得一個均等的恒星日，叫“平恒星日”。

再把一個平恒星日按24等分，每一等分叫作一個“平恒星時”。

如此，一個平恒星日太陽并沒有第二次日中天，但這卻是地球自轉一周的真實時間。

不難理解，一個平恒星時不是我們當前的1小時，實際隻有約3,590秒。

最後，人們把恒星年、恒星日、恒星時的計時系統，又統稱為“恒星時”概念。

在沒有特别強調的情況下，其中“日”取的是“平恒星日”，“時”取的是“平恒星時”。

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回歸問題

“太陽時”和“恒星時”是兩個不同方式的計時系統，兩者相差的3′54″怎麼辦？如何将兩者統一起來，不至于在日常生活中不會出現錯亂？

如上圖，地球在一個太陽日的自轉角度要比一個恒星日要多出59′10″。按一年晝夜更替365次算下來，地球自轉要多出約359.9°(即 約一圈)。

這表明，地球在一年内實際自轉了366圈，也就是說一年内(按人們作息規律的一個太陽年)有366個恒星日。

沒錯，一年有365個太陽日，恒星日卻是366個。隻是我們的曆法和計時都是遵循晝夜更替規律，所以日常生活中我們并不拿恒星日的天數說事。

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最後，本文開篇問題的答案已呼之欲出：

我們一天下來确實是過了完整的24小時，并沒有少那所謂的“3分56秒”，鐘表計時也是真實的24x3,600秒。

而經常講的“一天隻有23小時56分4秒”，那隻是根據地球自轉周期的另一個計時方式——“恒星時”，而恒星日并不在日常生産生活中體現，多是用于航空航天、宇宙探索等科研領域。

課外作業：地球每天(太陽日)多轉了59′10″，按道理乘上365之後，應該和恒星年一樣有366圈，但我們并沒有感覺到有366個晝夜更替，這其中的一個晝夜更替現象又跑哪去了呢？

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