天体力学/时间

天体力学

时间是物理学中的一个基本量，我们几乎所有方程式都直接或间接地与时间的推移有关。

太阳日

太阳日是指地球绕其轴线自转一周相对于太阳的时间。相对于惯性空间，太阳日大约等于 360.986° 的自转。由于地球的轨道略呈椭圆形，以及自转轴相对于轨道平面的倾斜，太阳连续两次通过子午线的时间并不相同。太阳偶尔会在天空中滞后或超前于其位置的平均值。因此存在两种类型的太阳时：真太阳时和平均太阳时。真太阳时是指太阳在天空中的绝对位置。平均太阳时是指平均太阳的位置，它将一天划分为 24 小时。

恒星日

太阳日和恒星日的区别示意图。左：太阳和一颗遥远的恒星最初同时通过本地子午线。中：地球在惯性空间中旋转 360° 后，恒星再次通过，但由于地球绕太阳运动，太阳似乎相对于背景恒星移动了。右：自第一次通过子午线以来已经过去了 24 小时，太阳再次穿过子午线。

恒星日是地球相对于恒星自转一周的时间。恒星日略短于太阳日：23^h56^m04^s.09054 平均太阳时，或 0.9972695664 平均太阳日。

为了稍微复杂化，恒星时也用小时、分钟和秒表示。因此，一个太阳日等于 24^h03^m56^s.55536 恒星时，或 1.0027379093 恒星日。恒星时最好理解为地球方位角的度量。格林威治平均恒星时 (GMST) 是本初子午线的恒星时，本质上是春分点方向与指向地球中心到本初子午线与赤道交点之间的向量的夹角。

世界时

世界时 (UTC) 基本上是本初子午线的平均太阳时。它完全基于地球相对于背景恒星的自转。

它与国际原子时 (TAI) 相关，国际原子时是基于世界各地国家实验室的原子钟的加权平均值的精密时间基准。由于地球的自转不均匀，需要定期添加或减去闰秒以转换为 UTC。由于地球自转由于月球的潮汐影响而逐渐减速，闰秒只添加过。自 2012 年 6 月 30 日起，TAI 正好比 UTC 快 35 秒。

从世界时转换为恒星时

恒星时可以使用以下公式从当前日期和世界时近似计算，误差在 0.1 秒以内

$GMST=6.697374558+0.06570982441908D_{0}+1.00273790935H+0.000026T^{2}$

其中

$D_{0}=JD_{0}-2451545.0$

$D=JD-2451545.0$

$T=D/36525$

H 项是当前世界时。JD 是当前儒略日，JD₀ 是前一天午夜的精确儒略日，此值将以 .5 结尾。通常，最后一项可以省略，因为它解释了几个世纪内发生的差异。

要使用此方程式，必须熟悉儒略日的概念。该概念在 16 世纪被引入，目的是跟踪天文事件，而无需处理与日历日期相关的复杂计算。儒略日是从公元前 4713 年 1 月 1 日中午开始计算的连续天数。一天中的小数部分用小数表示。转换 算法存在于将日历日期转换为儒略日，但它们可能非常复杂，这里不再讨论。以下是几年 1 月 1 日中午的儒略日参考表。儒略日可以通过添加一年的天数并减去 1 来计算。请注意，儒略日是中午的整数，不是午夜。

年份	儒略日
2010	2455198.0
2011	2455563.0
2012	2455928.0
2013	2456294.0
2014	2456659.0
2015	2457024.0
2016	2457389.0