地球/1f. 时间的本质：太阳历、阴历和恒星历
时间是通过地球相对于其他天体运动来测量的。一天是指地球完全绕其极轴旋转一周所需的时间。一个月是指月球完全绕地球旋转一周所需的时间，而一年是指地球绕太阳旋转一周所需的时间。时间的测量至关重要，因为它决定了何时播种和收割作物，何时发出迁徙狩猎的信号，何时预测天气和季节，何时在机场乘坐飞机，何时上课，以及何时参加期末考试。时间已经被细分到小时、分钟和秒，因此，你生命中的每一刻都可以用我们星球的这种天体运动来解释。
几个世纪以来，时间一直是地球速度或运动的直接衡量标准，以及它相对于其他天体的运动。最早设计用于追踪太阳和月亮在天空中运行轨迹的太阳历和阴历可以追溯到 7000 年前，远在青铜时代之前，当时人类仍在使用石器，但已经开始利用农业并驯养了动物。跟踪时间的流逝变得非常重要，以便发出播种和收割作物的信号。对于游牧群体来说，它也标志着迁移营地的时机，因为冬季和恶劣的天气可能会在突如其来的冬季风暴中困住游牧群体，并发出在一年中的特定时间与其他部落会合的信号。
人们需要解决的关键问题之一是，一年中有多少天，值得注意的是，世界各地每个文化和文明都达成了一个接近一致的意见，即一年有 365 天，一些文化还认识到额外的一天四分之一。为了进行这种计算，每组人都必须确定太阳的运动，无论是从地平线，还是在中午太阳在天空中到达的最高点。
世界各地都发现了古代石碑和太阳历，它们测量了太阳每天的运动。从夏至（中午太阳在天空中的位置最高）到冬至（中午太阳在天空中的位置最低）之间，每一天的长度都标记着转折点。生活在赤道地区的人们，由于季节变化不明显，因此不太关心太阳的运行和太阳年的测量，相反，他们通常会追踪月亮在夜空中的运行轨迹及其相位。太阳时间记录在欧洲、亚洲以及前哥伦布时期美洲的文化中被发现，而月亮时间记录在中东和非洲地区更为普遍，这些地区更靠近地球的赤道。
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为了测量时间的流逝而建造的古代纪念碑包括英国的巨石阵，它似乎与夏至对齐；苏格兰的梅斯豪古墓或石屋；以及爱尔兰的纽格兰奇，建于近 5000 年前，阳光在一年中的关键日子会照射到黑暗的石头庇护所中。一些最复杂的早期太阳历发现于美洲，包括尤卡坦墨西哥的库库尔坎金字塔，或称埃尔卡斯蒂略。这座金字塔建于大约 1200 年前，共有 365 级台阶，按四个基点方向分为每边 91 级。这座四面体金字塔面向的方向，在春分和秋分时，太阳会投下类似羽毛蛇的阴影，羽毛蛇也出现在金字塔周围发现的雕塑中。在新墨西哥州查科峡谷的古普韦布洛城市附近，有一座孤立的巨石，在那里可以找到一个 1000 年前的太阳历，形式为螺旋状的岩画。阳光的匕首在夏至落在其中心，并在冬至移动到螺旋状岩画的边缘。事实上，整个查科峡谷及其周围的建筑似乎都与太阳方向对齐，正如安娜·索菲尔所暗示的那样，并且今天仍然被普韦布洛人所遵循。
太阳历和阴历成为人们聚集在一起的时机的关键，用于宗教活动、节日或体育比赛，例如希腊的四年一度的奥运会或北美的年度印第安人集会。然而，每个历法都不同，因为日期的划分要么以阴历月为单位，要么以太阳年为基础，或者两者混合。已知的最早将太阳日和阴历日同步的历法是希腊早期天文学家梅顿制定的一个 19 个太阳年循环，分为 235 个阴历月。经过 235 个阴历月后，月亮和太阳将在天空中重新开始它们的循环，并且循环将重复，从夏至开始。这个早期历法在 200 年后被另一位名叫卡利普斯的希腊天文学家修改，他认识到一个额外的 76 年的循环，由四个季节长度的变化决定，范围从 94 天到 89 天。这个新历法设定在公元前 330 年的夏至，为了跟踪这个历法，发明了齿轮机制来计算日期以及月亮、太阳和星星的位置。一个例子可以在安提基特拉机械中找到，这是一个大约公元前 100 年的海上历法。
我们现代的历法，由一个太阳年划分为12个准阴历月，最早在公元前700年左右的罗马实施。罗马在原有的10个月基础上增加了Januarius和Februarius这两个月，之前的10个月分别是：（1）Martius，（2）Aprilis，（3）Maius，（4）Iunius，（5）Quintilis，（6）Sextilis，（7）September，（8）October，（9）November，（10）December。与结合太阳和月球周期的希腊历法不同，罗马历法只使用太阳周期，这意味着月份的天数是固定的。然而，这带来一个问题，因为太阳年不能被均匀地划分为365天。每四年都需要在日历中增加一天。早期的罗马历法会增加一个月（称为Mercedonius），并将天数交替保持在355天（12个月的阴历年）和377天，平均为366.25天。这意味着夏至在这本日历上只有一天的时间差异。然而，这本日历很复杂，因为有些年份会增加一个月，如果一个城市或地区忘记或忽略了这个额外月份，日历就会出现偏差。经过700多年的使用，凯撒对罗马历法进行了改革，取消了额外月份，并在每四年增加一天，即闰年。这本日历以凯撒的名字命名，称为儒略历，凯撒于公元前44年在3月15日（三月伊德节）被杀。他的养子屋大维在罗马掌权，并在公元前27年取名为奥古斯都，这成为Sextilis月的新的名称，因为他的统治发生在凯撒之后，所以他将August之前的一个月Quintilis命名为July，以纪念凯撒。现在月份的名称为一月、二月、三月、四月、五月、六月、七月、八月、九月、十月、十一月和十二月，并在二月增加一个闰日。这本日历被整个罗马帝国采用，并使用了1500多年，至今仍被世界上的一些地区使用。
然而，在公元1582年，春分日期误差了10天，因为根据儒略历，每年比地球绕太阳旋转的时间短0.0075天，虽然不多，但在使用该系统1582年后，误差累计达11.865天。为了纠正这个问题，天文学家阿洛伊修斯·利留斯提倡向前跳10天，克里斯托弗·克拉维乌斯向教皇格里高利十三世提出了这个建议，教皇下令将1582年10月4日改为1582年10月15日。为了防止未来出现偏差，闰年的规则进行了修改，即每四年一闰，但能被100整除的年份除外，如果能被400整除则为闰年。这个想法不受欢迎，并没有在所有地方得到完全采用，特别是新教和东正教国家，但几个世纪以来，格里高利历，即与地球绕太阳旋转最匹配的历法，已成为标准的太阳历。
然而，即使在今天，仍然使用利用月球旋转的历法。中东和北非（以及穆斯林信仰的宗教信徒）使用的阴历伊斯兰历，遵循一年12个月，共355天的规则。这本日历决定了斋月和祖尔希吉这两个月，它们是伊斯兰历中重要的圣月。因为这本日历遵循月球，所以斋月和祖尔希吉这两个月与太阳历不一致，因此斋月的开始日期相对于格里高利历而言会发生变化。在公元2020年，斋月开始于4月24日，而在2030年，则开始于12月26日。伊斯兰历将12个月的阴历年从穆罕默德迁往麦地那的第一年开始计算，缩写为AH（代表Anno Hegirae）。
在罗马使用太阳历时，年份是从罗马建城开始计算的，即AUC（代表Ab urbe condita），公元前754年。早期的基督徒以Anno Diocletiani纪年，即从罗马皇帝戴克里先统治开始计算。戴克里先在今伊斯坦布尔附近的尼科米底亚迫害早期基督徒，并销毁了早期的记录。这些年份后来被一位名叫狄奥尼修斯·埃希古斯的僧侣修改，他将公元247年Anno Diocletiani调整为公元532年Anno Domini，并计算出耶稣基督的出生年份为罗马皇帝奥古斯都执政的第28年。因此，AD（Anno Domini，意为主的年份）在公元700年左右被欧洲的基督教国家标准化。随着太阳历格里高利历的广泛使用，AD纪年系统得以保留，但在非宗教的科学用途上，则用公元（CE）和公元前（BCE）表示。本文贯穿使用此系统。请注意，在此系统中，公元前1年（1 BCE）之前是公元1年（1 CE），BCE随着时间推移而减小，CE随着时间推移而增加，以耶稣基督的诞生作为此系统的第一年。
使用太阳或月亮并非追踪时间的唯一方法，因为地球每年绕其极轴自转，恒星会在夜晚的不同时间出现在地平线上，并且根据一年中的时间出现在不同的位置（就像太阳和月亮一样）。星历最早用于埃及，并记录在一系列被称为努特之书的文本中，该书也描绘在拉美西斯四世的陵墓中，拉美西斯四世统治埃及大约在公元前1150年。 努特之书识别了夜空中36颗恒星或恒星组合，它们每10天在夜空中出现不同的位置。这10天的时间段称为星宿，代表一年中的360个夜晚，接近现代历法中一年365.242个夜晚。
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利用恒星测量时间被称为**恒星时**。恒星时与**太阳时**（利用太阳的位置测量时间）不同，原因在于地球在恒星日内自转一圈，同时沿着其绕太阳的轨道移动一小段距离（约1°）。因此，在恒星日过去后，地球还需要稍微多转动一些，才能使太阳达到根据太阳时计算的当地正午。因此，一个平均**太阳日**比一个**恒星日**大约长4分钟。因此，地球的自转周期为23小时56分4.1秒，而太阳日为24小时。另一种理解方式是，除了太阳以外的恒星代表了一个遥远的参考点，而更靠近的太阳参考点相对于绕其运行的地球略有移动。**恒星年**（恒星回到夜空中完全相同的位置）与**太阳年**（也称为**回归年**）之间的差异（太阳回到白天天空中的完全相同的位置）仅约短21分钟。天文学家使用恒星时来追踪夜空中恒星的位置，而时钟则倾向于显示太阳时。
在《努特之书》中，一天被划分为24小时，代表12个小时的夜晚和12个小时的白天。这些小时是通过观察恒星在夜空中出现的时间以及日晷测量白天12个小时来测量的。然而，跟踪一天中的小时并不一定是标准的时间单位。例如，在中国，白天用日影跟踪来记录时辰（时-刻），晚上用更点（更-点）来记录，更点是通过敲击铜锣的声音来记录的。在中世纪的欧洲，钟楼会报时，将一天分成8个非标准的小时，分别是早祷、初祷、三时祷、六时祷、九时祷、晚祷、日落和完祷，虽然可以通过跟踪太阳和恒星的位置来确定这些小时，但它们并非标准化。
随着文艺复兴时期机械钟表的出现，跟踪一天中的小时变得更加统一，在24小时制中引入了一个标准小时包含60分钟的概念，这最早是由一位名叫约斯特·比尔吉的钟表匠在公元1579年测量的，用于在鲁道夫二世皇帝的宫廷中进行夜间天体的跟踪，他与约翰内斯·开普勒一起工作。但是，分钟和秒钟在时间方面的术语起源于约翰内斯·萨克罗博斯科的作品，他是第一个根据儒略历计算春分发生时间变化的人，时间为公元1235年。作为更小的标准时间测量单位，分钟和秒钟对于理解地球轨道中的长期振荡至关重要，并有助于计算春分发生的时刻。
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