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时间的来历

很久以前,在“地心说”还在流行的时期,人们普遍认为地球是宇宙的中心,人们通过物体影子的长度来判断一天中的时间,影子最短的时候为一天的正中(后来才被称为“正午”),中国古代的日晷也是相同的原理只是稍显高级。古埃及人最先将一昼夜的周期划分为24小时(Hours则是以古埃及太阳神之名命名),也许是巧合,卢克索 – 古代城市底比斯,埃及在新王国的大都市 – 几乎就处在北回归线位置,所以当夏至的正午,太阳垂直照射时,所有的影子都会“消失”。

直到深入中世纪,人们开始逐渐接受昼夜长短随着季节不同而发生着变化,不能简单的用12对12小时来简单的划分,更崇尚科学的古希腊人还发现了“昼夜平分点”也就是春分和秋分,在这两个时间,昼夜长短相等,到公元前2世纪,才最终确定每一天,应被等分为24个小时。

没有太确切的证据表明到底是谁先把1小时分为60分钟,但60是自苏美尔时期(南美索不达米亚的早期青铜时期文明,现处伊拉克南部)以来就非常受欢迎的数字,像希腊人一样,他们热衷于几何学,而60度角用罗盘通过两个步骤就可以简单的得到,以此为基础,6个60度就可以组成完美的“圆”,1个半则可以组成非常有用的90度。此外,60可以通过1至6的数字进行简单的加法得到,因此古人可以仅用两个“圆规”玩出很多的花样并且乐此不疲,而在数学领域,60进制可远比小数提供的信息多得多得多。

时间的来历

天文学规定地球的自转前进方向为东方,于是就有了地球自西向东的自转,简单来说居住在东方的人们会比西方先度过正午,当格林威治当地时间为正午时,在西方170公里的布里斯托尔只是上午11时50分,这种“当地时间”的差异曾导致美国早期铁路的毁灭性灾难,这个问题直到在1884年华盛顿举行国际子午会议才得到议解决,确立格林威治作为本初子午线,并根据格林威治标准时间(GMT)将世界划分为多个标准时区。

在这个时期,人们已经广泛的认可了“日心说”,地球是围绕太阳运动的,虽然一天拥有24小时还仍然是以假设为前提。随着更精确的计时方式得到运用,人们很快意识到当更准确的时钟变得可用时,很快就意识到每天的长度是不同的,而24小时只是平均值,或叫做平均太阳日。这种变化部分是由于地球绕太阳的轨道不是一个圆而是一个椭圆,此外,地球旋转的轴线不垂直于其轨道,而是倾斜约23°,正是这种倾斜给产生了季节。

时间的来历

就地球人而言,地球每年旋转365.24次,这也是会有闰年的原因。如果从距离地球足够远的位置观察,一个恒星日地球旋转的时间为24 x 365/366小时,比太阳日约少四分钟,并且在整年中是恒定的。约翰·哈里森在开发他的经度钟时就是使用恒星日作为时间标准,而且这种方法不仅简单而且无需消耗什么特殊的原料。而约翰·哈里森发现这一现象跟牛顿有一拼,并不是通过假设、计算甚至实验得出的结论,在一个晴朗的夜晚他坐在窗前,注意到一颗星与邻居烟囱的边缘和窗口上的一个点对齐,而这三点第二次对齐的时候,正好是23小时56分钟4秒。

也正是每天长度的小数部分,产生了我们长短不一略显“凌乱”的长短月,具有简单日期显示的手表都假定每个月具有31天,因此必须在每个较短月份的结束时重新调整日期,真正的万年历手表每2100年仅需调整一次(几乎可以忽略),这种技术非常复杂,尤其要在机械表上实现更为困难,所以真正的万年历机械手表通常都价格不菲,而年历手表就便宜的多,可以解决长短月天数不同的问题,但每年在3月1日需要重新调整一次。例如,爱彼的千禧闰年,只需要在闰年3月1日重置。

时间的来历

月球自己不发光,我们再夜空中看到它,是因为它反射来自太阳的光,随着月球绕地球运动,我们就看到了月球被照亮的不同面积。一些最早的时钟和手表试图通过月相显示模仿这个周期,这种复杂功能在无论在男士还是女士手表设计中都流行的比较早。

月球一个满月周期平均为29.53059天,这个数字不太好记,但29½是相当接近的,但是,传统的月相系统无法做到完全的精确,每八年满月将被提前一天。尽管很多手表厂商都想研究出更精确的月相系统,但这始终是一个难题。像绕太阳公转的地球一样,月球围绕地球旋转的轨道与轴线也存在倾斜角,农历月的长度每6个月变化最多13小时。对于制表师来说,农历月份超精确度可能是一个有趣的技术挑战。

时间的来历

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以正午为依据,一天的长度全年不同,我们大多数时间所指的都是平均太阳日,我们的24小时时长的钟表也是来源于此。日晷时间和标准时间之间的差异由EoT (equation of time) 表示,EoT是两个正弦波的总和:一个由于地球的椭圆轨道具有一年的波长,另一个由于地球轴相对于其轨道平面的倾斜而具有六个月的波长和略高的幅度。

考虑到地球的轨道呈椭圆形,春天和秋天是在更“平缓”的位置,夏天和冬天在更“弯曲”位置,圆由其圆心和半径限定,但椭圆具有沿其长轴与其中心等距的两个焦点,太阳位于焦点之一处,使得地球在椭圆的一个“端部”处最接近太阳,并且在另一处离太阳最远。

时间的来历

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受到太阳巨大的重力的吸引,地球的运动并不是匀速的,依据开普勒行星运动第二定律可知,地球公转速度与日地距离有关。地球公转的角速度和线速度都不是固定的值,随着日地距离的变化而改变。地球在过近日点时,公转的速度快,角速度和线速度都超过它们的平均值,角速度为1°1′11″/日,线速度为30.3千米/秒;地球在过远日点时,公转的速度慢,角速度和线速度都低于它们的平均值,角速度为57′11″/日,线速度为29.3千米/秒。地球于每年1月初经过近日点,7月初经过远日点,因此,从1月初到当年7月初,地球与太阳的距离逐渐加大,地球公转速度逐渐减慢;从7月初到来年1月初,地球与太阳的距离逐渐缩小,地球公转速度逐渐加快。

时间的来历

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月亮的朝向太阳的一侧总是被照亮,当月球在地球和太阳之间移动时,被照亮的一面背离我们,我们只能看到一个光芒暗淡点亮,这就是新月。随着月亮继续它的轨道,被照亮的部分开始被显露,首先作为一个向左(在北半球)的月牙,最终变成一个发光的圆,满月。在阴历月的后半个月,月圆向另一个新月状态逐渐“减弱”。就地球上的观察者而言,月亮不旋转,总是同一面对着我们,然而,它确实是旋转的。

时间的来历

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法国天文学家/艺术家卢西安·鲁多克(Lucien Rudox)将地球和月球太阳轨道的一部分拉伸成比例。

虽然手表的月相显示可以被设计成非常精确再现平均阴历月,但是月亮周期的长度变化相当广泛,因为月亮似乎在倾斜的椭圆轴上绕地球旋转,由于月球表面轨道的旋转,变化具有8.5年的周期性(由图上的绿色箭头指示)。

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