历法、纪年、时间中的概念

基础概念

赤道

是地球表面的点随地球自转产生的轨迹中周长最长的圆周线

黄道

是太阳在地心天球上的视运动轨迹，它是黄道坐标系的基准。另外，黄道也指太阳视运动轨迹所在的平面，它和地球绕太阳的轨道共面（看起来像是太阳绕着地球转）

天球

天文学等领域中，天球是一个假想的旋转的球，具有无限大的半径，与地球或太阳等天体同心。天空中所有的物体都想象成是在天球上。相对应的，它有天赤道，天极。根据所选取的天球中心不同，有日心天球、地心天球等，一般天球指的是地心天球

天赤道

赤道平面与天球相截所得的大圆称为天赤道

平太阳

平太阳是一个假想的天体，它每年和真太阳同时从春分点出发，在天赤道上从西向东匀速运行，这个速度相当于真太阳在黄道上运行的平均速度，最后和真太阳同时回到春分点。由美国天文学家纽康（simon newcomb）提出来，主要是为了得到一个均匀适用的日常时间。

周日运动

也称周日视运动，是描述地球上的观测者每天观测到天空上的天体明显的视运动状态，由于地球绕轴自转，使得（从观测者眼中）所有天体都绕着这个轴作圆周运动。观察周日运动最好的地点是北极点和南极点。

天顶

在天球座标系统中位于观测者正上方的点。

天底

在天球座标系统中位于观测者正下方的点。

子午圈

经过天球南极、北极、天顶、天底的一个圆圈。由于天顶、天底由观测者而定，所以这个圆圈的位置也不是固定的。

中天

• 从位置上来说，是： 被观测的天体，在周日运动的过程中所经过的天顶或天底。 经过天顶，称为上中天。 经过天底，称为下中天。
• 从时间上来说，是： 该天体正经过当地子午圈的时刻。

ps：有个成语叫，如日中天，说的就是 太阳处于上中天的意思。

太阳年

又称回归年，是以太阳为参照物，地球围绕太阳旋转一周所需要的时间，因固体潮汐导致的地球差异旋转之故，每个太阳年时间都不相等。

太阳日

以太阳为参考点所度量的地球自转的周期。太阳连续两次经过同一子午线的时间间隔，叫做一个太阳日.根据实际用途又分为，视太阳日和平太阳日。

视太阳日

又称真太阳日，是指现实中的太阳连续两次经过同一子午线的时间间隔。由于地球公转轨道为椭圆、地球自转速度不均匀等原因，太阳连续两次经过同一子午线的时间间隔处于变化之中

平太阳日

产生原因：由于 真太阳日 的长短不断变化，不易选做计时单位，于是引进 平太阳日 的概念。

定义：平太阳日是 平太阳 在 地心天球 连续两次 上中天 的时间间隔。

简单理解，相当于把一年中真太阳日的平均值称为平太阳日，

平太阳时

并且把1/24平太阳日取为1平太阳时

通常所谓的“日”和“时”，就是平太阳日和平太阳时的简称。

历法

是用年、月、日等时间单位计算时间的方法。主要分为阳历、阴历两种。

阳历

又称为太阳历，是一种历法种类。 该种类的历法，主要是在地球上通过观察太阳运动状态来计算时间。 计算方法有回归年、恒星年、近点年等。 其中公历采用回归年法来计算。 最常见的阳历为 格里高利历，也就是中国人口中的公历。

阴历

又称为月亮历，是一种历法种类。 以一个月相周期即朔望月为一个月。 由于月相周期并不稳定，有时只要29天有时需要30天，但平均值在29.5306天左右 阴历中的年为12个朔望月，平均值在 29.5306x12=354.3672天左右，所有采用阴历的国家一年会比采用阳历的国家约少10.875天。 一些伊斯兰国家使用的 伊斯兰历 就是一种阴历，它以12个朔望月为一年，他们一年只有355天左右

朔望月

朔望月，又称“太阴月”。月球绕地球公转相对于太阳的平均周期。为月相盈亏的平均周期。以从朔到下一次朔或从望到下一次望的时间间隔为长度，平均为29.53059天。我国的先民们把月亮圆缺的一个周期称为一个“朔望月”，把完全见不到月亮的 一天称“朔日”，定为阴历的每月初一；把月亮最圆的一天称“望日”，为阴历的每月十五（或十六）。从朔到望，是朔望月的前半月；从望到朔，是朔望月的后半月；从朔到望再到朔为阴历的一个月

公历

公历是一种阳历,标准名称为格里高利历,由儒略历修正而来，现因全球基本通用，所以称为公历。 注意这里是基本通用，有些国家和地区还是在使用他们自己的历法，例如一些伊斯兰国家。 公历中的一年为一个回归年，当时算出回归年的平均长度为365.2425日，十分接近现代算出的365.242199074日 因此公历的一年为365.2425日。

闰年

由于公历规定一年只有365天，而公历中的一年实际是365.2425天，每年相差0.2425天。 4年之后这个差距会变成 4x0.2425=0.97天 ，于是公历中的第一条规定诞生了。

规定一：能被4整除的年为闰年，闰年为366天，这多出来的一条加在2月末，也就是2月29号。 但新的问题又出现了，每4年其实只差0.97天，但却加了1天，每4年快了0.03天。100年就快了 100/4x0.03=0.75天 于是第二条规定就出现了

规定二：能被100整除的年为平年。 就这样本来每100年应该有25个闰年，就变成了24个闰年了。 再来算一下，现在100年有多少天 100x365+24x1=36524天，而实际是100年有 365.2425x100 == 36524.25天。 也就是说每100年还是比实际少0.25天，这样400年后就少了0.25x4 = 1天了。

于是第三条规定诞生了。 规定三：能被400整除的年为闰年。 因此判断一年是否为闰要同时满足上面三个条件。

农历

农历结合了阳历和阴历的特性，是一种阴阳合历，它不仅仅考虑了月亮的圆缺周期变化，还考虑了太阳的周期变化

农历中的月：取月相的变化周期即朔望月为月的长度，一个朔望月平均值为29.5306天，农历分为答曰和小月，大月三十天，小月二十九天

农历中的年：取太阳回归年为年的长度，一个回归年为365.242199074日

农历中取12个月为一年,即 29.5306x12 = 354.3672 。比一个回归年约少 10.875天。为了防止历年与回归年不一致，通过设置二十四节气以及闰月以使平均历年与回归年基本相同

二十四节气

节气最初是依据黄河流域的气候特征来命名的，和黄河流域的物候特征基本吻合。可以指导该地域的农业，但其他地区就不那么准了。 二十四节气由12节令和12中气组成。

月份	节令（节）	中气（气）
正月	立春	雨水
二月	惊蛰	春分
三月	清明	谷雨
四月	立夏	小满
五月	芒种	夏至
六月	小暑	大暑
七月	立秋	处暑
八月	白露	秋分
九月	寒露	霜降
十月	立冬	小雪
十一月	大雪	冬至
十二月	小寒	大寒

二十四节气每一个分别相应于太阳在黄道上每运动15°所到达的位置，反映了太阳的周年视运动。

节气都是指的时刻，比如春分指的是太阳位于黄经0度这个时刻。 例如：2018春分的具体时间(这里指的是北京时间)为2018-03-21 00:15:24

由于节气对应到各国时间各不相同，以下日期为北京时间。

• 春季
  • 立春 : 太阳位于黄经315度，2月3-5日左右
  • 雨水 : 太阳位于黄经330度，2月18-20日左右
  • 惊蛰 : 太阳位于黄经345度，3月5-7日左右
  • 春分 : 太阳位于黄经0度，3月20-22日左右
  • 清明 : 太阳位于黄经15度，4月4-6日左右
  • 谷雨 : 太阳位于黄经30度，4月19-21日左右
• 夏季
  • 立夏 : 太阳位于黄经45度，5月5-7日左右
  • 小满 : 太阳位于黄经60度，5月20-22日左右
  • 芒种 : 太阳位于黄经75度，6月5-7日左右
  • 夏至 : 太阳位于黄经90度，6月21-22日左右
  • 小暑 : 太阳位于黄经105度，7月6-8日左右
  • 大暑 : 太阳位于黄经120度，7月22-24日左右
• 秋季
  • 立秋 : 太阳位于黄经135度，8月7-9日左右
  • 处暑 : 太阳位于黄经150度，8月22-24日左右
  • 白露 : 太阳位于黄经165度，9月7-9日左右
  • 秋分 : 太阳位于黄经180度，9月22-24日左右
  • 寒露 : 太阳位于黄经195度，10月8-9日左右
  • 霜降 : 太阳位于黄经210度，10月23-24日左右
• 冬季
  • 立冬 : 太阳位于黄经225度，11月7-8日左右
  • 小雪 : 太阳位于黄经240度，11月22-23日左右
  • 大雪 : 太阳位于黄经255度，12月6-8日左右
  • 冬至 : 太阳位于黄经270度，12月21-23日左右
  • 小寒 : 太阳位于黄经285度，1月5-7日左右
  • 大寒 : 太阳位于黄经300度，1月20-21日左右

闰月

由于农历取12个朔望月为一年, 即 29.5306x12 = 354.3672 比一个回归年约少 10.875天。

公历中也出现了这样的问题，即历年与回归年差一些，公历是通过闰年来解决的，而农历则是通过闰月来解决。

农历一般是每19年添加7个闰月 19x10.875 - 7x29.5306 = -0.0892天。这样 历年与回归年 差距就缩减到0.0892天左右了。 但具体要将闰月插到哪年哪月，怎么插才合理？总不能将7个闰月都插都第19年吧！古代人想出了无中置闰法来解决这件事。

无中置闰法

先说一种大家都能想到的置闰方法

农历的一年比回归年少了10.875天，相当于每个朔望月就会少0.90625天。那么只要一直增加到两者的误差达到了一个朔望月的程度，就需要增加一个闰月。

但是增加了一个闰月后，不能刚好把误差抵消，又产生了新的偏差.我们可以把这个新的偏差记录下来，并放到新一轮的误差累积里中不断循环。

这方法虽然简便，但是不太好记，也没有什么规律。

因此古人想到了一种更便捷的方法，叫无中置闰法。 它规定每个朔望月要包含一个中气。如果某个月不含中气，就要将这个月置闰。

24节气中一共有12个中气，每两个中气的时间间隔平均为 回归年/12 = 30.4368天，比平均朔望月29.53059大，因此两个中气之间是可样以容下一个朔望月的。

因为中气间隔比朔望月要长一点，所以每过一个月中气就向后推迟一点，当中气被后推了超过一个朔望月，下一个月就没有了中气，需要被置闰。

这实际上面计算经过多少个朔望月后误差累积到一个朔望月是一个道理。中气代表太阳历，而朔望月代表阴历，当二者的误差不断累积，达到了一个朔望月的时候，就恰好没有中气了，这时就需要额外增加一个闰月了。

闰月为什么在农历2到8月份出现的较多？
按照两个中气的时间间隔平均为30.4368天，随着时间的推移，应该每个月被闰月的概率是一样的。但实际闰月多出现在农历2到8月份，这是为什么

这是由于地球公转的速度并不均匀，因此两个中气之间的时间也是变化的。距离太阳越近，运行速度越快，两个中气之间的时间就越短。到远日点时，速度最慢，两个中气之间的时间就越长

回归年

平太阳连续两次通过春分点的时间间隔，即平太阳自西向东沿黄道从春分点到春分点所经历的时间，大约为365.24219天。

地球

平均自转周期 23h56min4s

平均公转周期 365.24219天

秒

• 1960年，第11届的国际度量衡会议将秒定义为：自历书时1900年1月0日12时起算的回归年的31556925.9747分之一

• 1967年，第13届国际度量衡大会将秒重新定义为：铯133原子基态的两个超精细能阶之间跃迁时所辐射的电磁波的周期的9,192,631,770倍 的时间。这个定义提到的铯原子必须在绝对零度时是静止的，而且所在的环境是零磁场。

• 1977年，人们认到引力时间膨胀会导致在不同高度的原子钟有不同的秒，因此每个原子钟都必须改正为在平均海平面的高度，以取得一致的秒（大地水平面的自转约改变×10−10的秒长）。于是在1977年开始修正秒的定义并且在1980年已经制度化。

引力时间膨胀

• 是指在宇宙有不同势能的区域会导致时间以不同的速率度过的现象，引力导致的时空扭曲率越大，时间就过得越慢。

常用的时间系统

世界时（Universal Time，简称UT）

世界时是以地球自转为基准得到的时间尺度，其精度受到地球自转不均匀变化和极移的影响。1955年国际天文联合会定义了UT0、UT1和UT2三个世界时系统

• UT0系统是是以格林尼治子夜起算的平太阳时。
• UT1系统是在UT0的基础上加入了极移改正 Δλ，修正地轴摆动的影响。
• UT2系统是在UT1基础上加入了地球自转速率的季节性改正 ΔT，它主要是历史性的，目前已经很少再使用了。

今天说的世界时通常指的是UTC或UT1（虽然这里的UTC并不是世界时，而是协调世界时）

格林尼治标准时间（GMT）

是以格林尼治子夜起算的平太阳时，又叫格林尼治平时。由于精度不高的原因现在已经不再使用

国际原子时（TAI）

以铯133原子基态的两个超精细能阶之间跃迁时所辐射的电磁波的周期的9,192,631,770倍为一秒，并采用全球50多个国家的超过400个原子钟的加权平均值做为标准。

国际原子时标是一种连续性时标， 由1958年1月1日0时0分0秒起，以日、时、分、秒计算。原子时标的准确度为每日数纳秒，而世界时(UT1)的准确度则只为数毫秒。

协调世界时(UTC)

又称世界统一时间、世界标准时间、国际协调时间。由于英文（CUT）和法文（TUC）的缩写不同，作为妥协，简称UTC。

协调世界时是以原子时（TAI）秒长为基础，在时刻上尽量接近于世界时(UT1)的一种时间计量系统。

由于世界时(UT1)没有国际原子时（TAI）精准，一段时间后采用国际原子时（TAI）秒长为基础的协调世界时在时间上和世界时(UT1)之间的差距可能达到1秒。

协调世界时为了在时刻上尽量与世界时(UT1)保持一致，当两者相差超过0.9秒时，通过为协调世界时(UTC)增加闰秒来解决。

协调世界时也是目前世界统一使用的时间，北京时间8点整，说的就是 UTC 时间

闰秒

是指为保持协调世界时接近于世界时(UT1)时刻，由国际地球自转和参考座标系统服务（IERS）来统一规定在年底或年中（也可能在季末）对协调世界时增加或减少1秒的调整。

• 当协调世界时比世界时快了超过0.9秒时(正闰秒)，就将协调世界时加一秒，这样协调世界时就要多走一秒
• 当协调世界时比世界时慢了超过0.9秒时(负闰秒)，就将协调世界时减一秒，这样协调世界时就要少走一秒
• 目前，全球已经进行了27次闰秒，均为正闰秒

最近一次闰秒在北京时间2017年1月1日7时59分59秒之后变成07:59:60