天體力學/時間

天體力學

時間是物理學中的一個基本量，我們幾乎所有方程式都直接或間接地與時間的推移有關。

太陽日

太陽日是指地球繞其軸線自轉一週相對於太陽的時間。相對於慣性空間，太陽日大約等於 360.986° 的自轉。由於地球的軌道略呈橢圓形，以及自轉軸相對於軌道平面的傾斜，太陽連續兩次透過子午線的時間並不相同。太陽偶爾會在天空中滯後或超前於其位置的平均值。因此存在兩種型別的太陽時：真太陽時和平均太陽時。真太陽時是指太陽在天空中的絕對位置。平均太陽時是指平均太陽的位置，它將一天劃分為 24 小時。

恆星日

太陽日和恆星日的區別示意圖。左：太陽和一顆遙遠的恆星最初同時透過本地子午線。中：地球在慣性空間中旋轉 360° 後，恆星再次透過，但由於地球繞太陽運動，太陽似乎相對於背景恆星移動了。右：自第一次透過子午線以來已經過去了 24 小時，太陽再次穿過子午線。

恆星日是地球相對於恆星自轉一週的時間。恆星日略短於太陽日：23^h56^m04^s.09054 平均太陽時，或 0.9972695664 平均太陽日。

為了稍微複雜化，恆星時也用小時、分鐘和秒錶示。因此，一個太陽日等於 24^h03^m56^s.55536 恆星時，或 1.0027379093 恆星日。恆星時最好理解為地球方位角的度量。格林威治平均恆星時 (GMST) 是本初子午線的恆星時，本質上是春分點方向與指向地球中心到本初子午線與赤道交點之間的向量的夾角。

世界時

世界時 (UTC) 基本上是本初子午線的平均太陽時。它完全基於地球相對於背景恆星的自轉。

它與國際原子時 (TAI) 相關，國際原子時是基於世界各地國家實驗室的原子鐘的加權平均值的精密時間基準。由於地球的自轉不均勻，需要定期新增或減去閏秒以轉換為 UTC。由於地球自轉由於月球的潮汐影響而逐漸減速，閏秒只新增過。自 2012 年 6 月 30 日起，TAI 正好比 UTC 快 35 秒。

從世界時轉換為恆星時

恆星時可以使用以下公式從當前日期和世界時近似計算，誤差在 0.1 秒以內

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

其中

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

$D=JD-2451545.0$

$T=D/36525$

H 項是當前世界時。JD 是當前儒略日，JD₀ 是前一天午夜的精確儒略日，此值將以 .5 結尾。通常，最後一項可以省略，因為它解釋了幾個世紀內發生的差異。

要使用此方程式，必須熟悉儒略日的概念。該概念在 16 世紀被引入，目的是跟蹤天文事件，而無需處理與日曆日期相關的複雜計算。儒略日是從公元前 4713 年 1 月 1 日中午開始計算的連續天數。一天中的小數部分用小數表示。轉換 演算法存在於將日曆日期轉換為儒略日，但它們可能非常複雜，這裡不再討論。以下是幾年 1 月 1 日中午的儒略日參考表。儒略日可以透過新增一年的天數並減去 1 來計算。請注意，儒略日是中午的整數，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