第二节 时间教材

第二节时间一、时间的计量1.时间的含义和计量单位时间是一种客观存在。一切物质运动都是在一定的时间中进行的，因此，时间是物质存在的基本形式之一。时间既没有起点，也没有终点，它不受制约的无限延伸着。但是，人们通常使用的时间则是有限的，对时间的度量也是人为的。通常所说的时间有两种含义，一是指“时刻”，一是指“时段”（图4－19）。时刻是运动状态的瞬时，它是无限时间中的某一具体瞬时点。无限的时间是由无数的瞬时点组成的。时刻可以表示事件发生的早与晚。例如，8点钟上课，9点钟下课。这里的两个时间都是指时刻，表示上课在先，下课在后，下课发生的时刻比上课发生的时刻晚。时段是运动状态的不同瞬时点之间的间隔，它有始有终，是无限时间中的某一段长度。时段表示运动过程经历的时间长短，而不一定显示运动过程发生的早晚。例如，从甲地到乙地需要步行1小时。这里的1小时即是步行开始与结束两个时刻间的间隔，它不显示何时开始，何时结束。时间与物质运动是相联系的，因而可以根据物质运动来计量时间。只有具备稳定周期性和复现性的物质运动，才能作为计量时间的依据。人们所使用的时间，就是以具有这些特性的物质运动周期为计量单位度量出来的。最基本的时间计量单位是日，它是地球自转运动的周期。地球绕地轴的自转运动，具有比较稳定的周期性和复现性。由于地球自转而产生的天体周日视运动，使人们可以直接体会到这种运动周期。年也是一个重要的时间计量单位，它是根据地球公转运动的周期确定的。地球绕太阳公转的运动，具有稳定的周期性和复现性。因地球公转而产生的太阳在天球上的周年视运动，也可以使人们直接感受到这种运动的周期。月球和太阳在天球上的会合运动，也具有稳定的周期性和复现性。月相的周期性变化，直观地反映了日、月会合运动周期。月（朔望月）就是根据这种运动周期确定的时间计量单位。月和年这两个时间计量单位，一般都用完整的日数来表示。以地球自转和公转运动周期为基础确定的上述计时单位，在人类的生产、生活中，具有极其重要的实践意义。在漫长的人类社会历史中，春种、夏锄、秋收、冬藏，“日出而作，日没而息”。一直是人们共同遵循的活动规律。随着社会的发展，人们需要更精密的时间计量，于是产生了更小的时间计量单位——时、分、秒。它们都是对日这一时间计量单位进一步等分而得出的。如时是日的1/24，分是日的1/1440，秒是日的1/86400。时、分、秒的测定和表示，也是以具有稳定周期性和复现性的物质运动为依据的。利用摆的周期性运动，人们制做了用于测定和表示时间的机械钟表。后来，人们发现晶体每秒钟振荡几百万次，而且，这种振荡运动的周期非常稳定。本世纪30年代制成了石英钟，使时间计量达到每300年仅相差1秒的精确程度。随着现代物理学的飞速发展，人们从微观世界中发现了更加精确、稳定的运动周期。例如，当原子受到X射线辐射时，其轨道电子从一个位置跃迁到另一个位置所产生的电磁波，振动周期每秒钟可达几十亿次，而且周期极其精确、稳定。本世纪中叶以来，根据这种振动周期而制做的各种原子钟相继问世，使时间计量达到了更加精确的程度。地球的自转和公转运动，实际上都不是匀速的。从长期看来，地球自转速度有变慢的趋势，近2000年来，一日的长度大约每过100年即增加1.6毫秒。根据天体运行周期确定的计时系统，在科学技术水平低下的时代，可以满足人们生活、生产等活动对时间计量的需要。科学技术的高度发展则要求时间计量具有与之相适应的高精度。例如，宇航事业的发展，就要求时间计量必须高度的精确。这就促进了时间计量技术不断发展，精确度越来越高。2.天体时角和时刻天体的时角和赤经有着密切的关系。二者都属于天球的赤道坐标系，都在天赤道上度量，而且使用的单位也相同（可以用角度单位，也可以用时间单位）。但是，二者的起算点不同，度量的方向也相反。天体时角是以观测地天顶所在时圈（即午圈）与天赤道的交点为起算点，沿天赤道向西度量的。赤经不同的天体，在同一瞬间的时角也不相同。对于一定的观测点来说，每个天体在某一瞬时的时角都是固定值。但是，随着地球的自转，天体不断地作自东向西的周日视运动，天体的时角也就不断地发生相应的变化。由于天体时角的变化，是同地球的自转运动紧密联系在一起的，因此，可以用它来表示不断变化着的时间。天文上以及我们日常所使用的时刻，都是用天体的时角测定的。3.恒星时和太阳时天球上的每一颗恒星或特征点，都可以用来度量时间。但是，实际上，只有春分点和太阳，才被用于度量时间。用春分点度量出来的时间，叫做恒星时。恒星时的时刻，是用春分点的时角来表示的。春分点的周日运动周期，即春分点连续两次上（或下）中天的时间间隔，称为一个恒星日。一个恒星日等分为24恒星时，一恒星时等分为60恒星分，一恒星分又等分为60恒星秒。以春分点周日运动周期确立的计时单位系统，主要用于天文学方面，它和我们日常生活中所使用的时间，没有直接的关系。在天球的春分点位置上，没有一颗可供观测的恒星作标志，很难直接对春分点的时角进行观测。因此，春分点的时角，一般是通过对其它恒星时角的观测而推算出来的。如图4-20所示，M表示任意恒星，α为它的赤经。当M的时角为t时，那么，春分点的时角（tr）则为：tr=α+t对于任意一颗恒星来说，赤经α都是一个已知的固定值（可从天文年历）中查得）。这样，只要观测到M的时角t，即可计算出当时春分点的时角tr，这也就是我们要求的恒星时。赤经是从春分点开始度量的，时角是从午圈开始度量的。当被观测的恒星M位于上中天时，它的时角t值为零，这时M的赤经值也就是春分点的时角值。即：tr=α由此可知，恒星时与午圈的赤经存在着等值关系。在观测点上中天位置的任意一颗恒星的赤经，也就是该地点当时的恒星时。这样，测定恒星时，实际上也就是对午圈上的恒星进行赤经观测了。天文台对恒星时的测定，是通过“中星仪”观测恒星来进行的。“中星仪”的望远镜只能沿着子午线方向移动。当望远镜中的南北系对准某一恒星（即该恒星位于当地上中天）时，查找出该恒星的赤经值，也就得到了当时当地的恒星时。用太阳度量出来的时间，称为太阳时。太阳时是通过太阳时角测定的，但它不像恒星时那样直接用所测得的太阳时角表示，而是用太阳圆面中心的时角加12小时来表示。这就是说，太阳日的起算点不是它在上中天的时刻，而是太阳在下中天的时刻。因此，太阳时的时刻总比当时的太阳时角多12个小时。例如，某地的太阳时为15时30分，此时太阳圆面中心的时角实际是3时30分。人类的活动主要是在白天。一个完整的白昼在同一个日期内，用起来比较方便。然而，太阳的时角是从视太阳圆面中心在上中天时开始度量的，如果直接用太阳时角表示太阳时，就会把一个完整的白昼分割在两天，造成同一个白天中午前和中午后的日期不一样。用这样的方法表示太阳时，与人们的生活习惯不相适应，会造成许多麻烦。用太阳时角加12小时表示太阳时，把太阳圆面中心下中天的时刻规定为太阳日的起点，就可以避免上述情况的出现，从而使一个完整的白天属于同一个日期。太阳是距地球最近的恒星天体，它的光和热，是地球上一切生命活动的能量源泉。太阳的周日视运动周期，直接决定了地球上的昼夜交替周期。利用太阳时，便于人们有节奏的安排作息活动。所以，太阳日和太阳时，具有非常重要的实际应用意义。4.真太阳日和平太阳日在天文学中，用于度量时间的太阳有两个，一个是真太阳，一个是平太阳（即平均赤道太阳）。真太阳是众目所见的客观上真实存在的太阳。平太阳是实际上不存在的假设的太阳，因而是不可见的。真太阳在天球上沿黄道作周年视运动，其周期为回归年。同时它还不停地作周日视运动，周期为真太阳日，或称为视太阳日，其时间长度等于真太阳视圆面中心连续两次经过上中天的时间间隔。由于地球公转轨道形状等因素的影响，导致真太阳在天球上的周年视运动和周日视运动速度不均匀。因而真太阳日也就不等长。地球沿椭圆轨道运行，在近地点附近和远地点附近的速度有明显差异。它在近地点的自转周期最长，真太阳日也最长；在远日点时，地球自转周期最短，真太阳日也最短。真太阳的周年运动是在黄道上进行的，而确定真太阳日的时间度量却是在天赤道上进行的。由于地轴对于地球公转轨道平面的倾斜，天赤道和黄道之间有23°26′的交角。因此，即便是真太阳沿黄道运行的速度是均匀的，反映到天赤道上的时角变化，也是不均匀的。时间系统的确立，需要以具有匀速、稳定周期的物质运动作依据。太阳的周日视运动虽然是不均匀的，但是，对于人类的生活和生产活动来说，它却是最具有实际应用意义的。为了既保证时间系统的尺可能精确，又使时间的计量符合人们生产、生活的实际需要，天文学家假设了一个平太阳，以消除真太阳周日视运动的不均匀性缺欠。依据平太阳的运动周期，确立了比较实用而又便于计量的时间系统。平太阳是一个假设的点，它在天球上沿天赤道作均匀的周年视运动，其周期为回归年。平太阳周年视运动的角速度，等于真太阳在黄道上周年视运动的平均角速度。平太阳周日视运动的周期，即它连续两次经过上（或下）中天时的时间间隔，称为平太阳日，简称平日。平太阳日的起算点，与真太阳日的起算点相同，都是以下中天时刻为0时起算的。5.视太阳时和平太阳时以真太阳和平太阳为参照点来度量时间，分别得到了真太阳日和平太阳日。根据真太阳日和平太阳日来确定次一级的计时单位，于是就产生了两种太阳时：视太阳时和平太阳时。根据真太阳日确定的太阳时，称为视太阳时，也叫真太阳时，简称视时或真时。1视时为真太阳日的1/24，等于60真太阳分，1真太阳分为60真太阳秒。真太阳时间系统是以真太阳为参照点，根据真太阳的时角变化而确立的。作为参照点的真太阳是客观存在的、直实可见的。因此，视太阳时可以通过直接观测得出。但是，由于真太阳日是不等长的，真太阳时也就不等长。因此，以真太阳为参照确立的时间系统，是不甚精确的时间系统。根据平太阳日确定的太阳时，称为平太阳时，简称平时。1平时为平太阳日的1/24，等于60平太阳分，1平太阳分为60平太阳秒。平太阳时间系统是以假设的平太阳为参照，根据均匀变化着的平太阳时角来度量的，因而不可能用直接观测的方法获得，它是根据恒星时或真太阳时推算出来的。平太阳时均匀、等长，是均匀流逝的比较精确的时间系统，它得到了广泛的应用。人们使用的各种钟表所表示的时间，就是平太阳时。两种太阳时系统既有区别，又有联系，它们的确立都充分考虑了太阳在人类生活中的意义。在计时方法上，充分考虑了人们的生活习惯以及实际应用的方便，都以参照点在下中天的时刻为日的起算点，即真太阳时等于真太阳时角加12小时，平太阳时则等于平太阳时角加12小时。在人类社会历史中，真太阳时曾长期为人们所利用。早期的天文年历所使用之格林威治时间，也是真太阳时。社会生产和科学技术的发展，对时间的精度要求越来越高，于是，格林威治时间于1834年改用平太阳时。与真太阳时比较，平太阳时显然有不少优点，但后者并不能完全取代前者。在一些实际应用上，如测定地方经度等，仍需使用真太阳时。平太阳时是均匀的，而真太阳时是不均匀的。在一个回归年中的大部分时刻，真太阳时和平太阳时的时刻是不一致的，二者之间经常存在一个差值，称为时差。用式子表示，即：时差=视时-平时真太阳时的长度是不断变化的，时差也随之而不断变化：有时大，有时小，有时为正值，有时为负值。时差的变化具有一定的连续性和周期性，可以用一条时差曲线，来表示它的变化规律。从图4-25中可以明显看出，一年之内时差变化有四次极值和四次零值。极值中有两次为正，两次为负，分别出现在2月12日、5月15日、7月27日、11月4日前后。零值则分别出现在4月16日、6月15日、9月2日、12月25日前后。时差为零时，真太阳时和平太阳时相等。可见，一年之中，除了上述四个零值外，其余任何时刻的真太阳时与平太阳时，都是不相等的。时差是根据理论计算得出的，它只与观测日期相关，而与所在之观测位置无关，因而世界各地的时差值是一致的。在天文历书中载有每天的时差值，可供平时和视时换算时查阅。这样，平太阳时虽然无法通过直接观测获得，却可以根据测得的真太阳时和天文年历中所载时差值推算出来。太阳是个圆面，而不是一个光点，准确的真太阳时，也很难用直接观测的方法得到，事实上，准确的真太阳时是在对恒星时角观测的基础上，间接推算出来的。二、地方时和标准时1.地方时和经度前面所讲的恒星时角、真太阳时角、平太阳时角，都是以观测点所在的午圈为起算点进行度量的。地球表面的任何地点，都有自己的子午圈。地理经度不同的各个地点，其子午圈也各不相同。因此，地理经度不同的各地点，在同一时刻对天球上任一相同的参照点进行观测，所得到的时角都不相同。当然，经度不同的地点，时间也就不可能相同。这就是说，恒星时、真太阳时、平太阳时，都是针对地表某一特定地点的子午圈，进行时角度量而得到的时间系统，它们都具有一定的地方性特点。这种以观测点所在子午圈为基准，进行天体时角的观测和计量，所得到的时间称为地方时，包括恒星时、真太阳时和平太阳时。地球表面的任何地点都有各自的经度，也就有各自的地方时。处在同一经度的各个地点，任何时刻的任何一种地方时都相同。而不同经度的各个地点，任何时刻的任何一种地方时都不相同。所以，全球有无数条经线，也就有无数个地方时时刻。假设A、B是地表的两个地点，两地的经度不同，A在B的西边。天球上的参照天体M自东向西作周日运动，当M在A地上中天时，它早已通过了B地的上中天位置。这就是说，位于A东边的B时刻较早。经度的任何微小差异，都会带来与之相应的地方时差异。处在不同经度的任意两地，总是东边地点比西边地点的地方时早。经度相差1°，地方时相差4分钟。例如，东经120°的地方时为8时30分，在它东面的东经135°的地方时为9时30分。天球上的时圈变化与地球上的经圈变化，具有相互对应的关系。因此，时间和地理经度之间存在着一定的换算关系，兹列表4-5：表4-5时间与地理经度的换算关系根据这样的数值关系，若用时间单位表示地理经度，那么，在同一计时系统内，地表任意两地的地方时刻差与其经度差，在数值上则完全相等。例如，北京和兰州的地方时相差49分44秒。北京的经度为东经116°19′（用时间单位表示为东7时45分16秒），兰州的经度为东经193°53′（用时间单位表示为东6时55分32秒），二者的经度差为12°26′，即49分44秒。无论在何时刻，也无论真太阳时、平太阳时、恒星时，北京的地方时总是比兰州的地方时早49分44秒。不同经度的任意两地之间，经度和地方时都有类似这样的一个恒定差值。两地的地方时差，等于它们之间的经度差。二者之间的这种关系可写成下面公式：λA-λB=mA-mB式中的mA、mB表示任意两地点的经度值（东经为正值，西经为负值），λA、λB表示该两地点在某一相同时刻的地方时。在这一恒等式中，只要知道其中的三项数值，其余一项即可计算求得。这样，就可以进行经度或地方时的推算。例如，在海洋上航行的轮船，得到中央人民广播电台发布的报时讯号为“北京时间6点整”，同时又观测到轮船所在地点的地方时为2时30分。于是，便可以推算出轮船当时所在的地理经度。北京时间即东8区的标准时间，也就是东经120°的地方时。东经120°用时间单位表示即东8h0m0s。假设东经120°为λA，则：λB=-λA-(mA-mB)=8h0m0s-6h0m0s+2h30m0s=4h30m0s即轮船当时所在的经度为东经67°30′。这说明，在地理经度与地方时之间，经度测算与地方时测算之间，存在着非常密切的联系。实际上，对某地点经度的测定，就是通过对该地点地方时的测定得到的。2.理论时区和区时以太阳为参照而确立的地方时系统，体现了太阳在人类生活与生产活动中的实际意义，它在生产力低下，人们的生产活动和相互交往只局限在狭小范围的情况下，尤其具有需要的实用价值。科学技术水平和生产力的提高，现代交通工具的出现和通讯事业的发展，使人类活动突破了狭小的范围，改变了封闭式的生活方式，而在广阔的空间、乃至全球地域范围内交往。在这样的情况下，如果还只是完全按照各自的地方时行事，显然是不适应的，它将会带来许多的麻烦和不便。比如，在东西方向上旅行的人们，如果是乘坐飞机，就必须不断地拨动自己的钟表，方能使之与所经地点的地方时相一致。然而，如果世界各地使用同一个地点的地方时，虽然可以实现时间计量上的高度统一，却又会给人们的活动带来新的麻烦。例如，在中午12时这一时刻，有的地方正是赤日当空，有的地方却是日出，或者正是太阳落山，甚至是人们正在熟睡的深夜。这样，就会使许多地方完全失去使用太阳时的实际意义。为了使时间计量满足社会发展的需要，建立适应国际交往日益频繁的时间计量系统，而又避免全球用同一的时刻造成的麻烦，1884年在华盛顿举行的国际经度会议上，确定了以平太阳时为基础的标准时制度。这种标准时制度规定，按经度线把全球划分成24个标准时区。每个时区跨经度15°，在此范围内，使用统一的标准时间。位于每个时区中央的那条经线，叫做中央经线，它是所在时区的标准经线。中央经线的地方平太阳时，就是该时区的标准时间，也称为区时。本初子午线所在的时区，叫做零时区，也叫做中央时区，简称中区。中央时区的中央经线，是通过格林威治天文台原址的0°经线。0°经线向东、向西各7.5°；即为中时区的范围。从中时区向东，每隔经度15°划为一个时区，依次称为东1区、东2区……，东12区跨经度7.5°（E172.5°至180°）；中时区以西，每隔经度15°划为一个时区，依次称为西1区、西2区……，西12区跨经度7.5°（W172.5°至180°）。在中央时区以东（称为东时区）及其以西（称为西时区），实际上都各有十一个半时区，东12区和西12区合起来共跨经度15°，并以180°经线的地方平时，作为它们共同的标准时间（图4-26）。按这种标准时制度计量时间，在每个时区之内，各地点的地方时与其标准时之间，最多只相差半小时。这样，一个时区内的各地都使用本区的标准时间，误差不大，不会出现前面所说那种昼夜颠倒的现象。两个相邻时区中央经线的经度相差15°，因此，其标准时间也相差整1小时。任意时区之间都只有时的差别，而分、秒都是一样的。相邻两个时区，东边的比西边的时刻早。任何一个时区的标准时间，在任何时刻都比与之相邻西面时区早1小时。例如，当东5区标准时为8时15分时，东6区的标准时为9时15分，东4区的标准时则为7时15分。这样，任意两个时区，只要知道它们之间相差几个时区（或它们之间有几条时区界线），就能知道它们的标准时间相差多少小时。任意两个时区的区时差，等于它们的时区数差，这种数值关系可以写成下面的公式：TA-TB=NA-NB式中的NA、NB表示任意两个时区的区号，其中东时区为正值，西时区为负值。TA、TB分别表示该二时区的区时。根据两个时区的区时与时区号之间的数值关系，可以进行任意两个时区之间的区时计算。如果已知某时区（如NA时区）的区时，那么，上面公式可写成以下形式：TB=TA-NA+NB这是进行区时计算最常见的形式，即根据两个时区的区号和其中一个时区的区时，求另一时区的区时。计算结果，若0≤TB≤24，则TB即为当日当时NB时区之区时；若TB＜0，则TB+24为当时NB时区的区时，但日期为NA时区的前一天；若TB＞24，则TB-24为当时NB时区的区时，但日期较NA时区多一天。例1，东7区的区时为3月8日8时，此刻东5区的区时为：8-7+5=6即此刻东5区的区时为3月8日6时。例2，东9区的区时为6月8日5时，此刻西3区的区时为：5-9-3=-7此刻西3区的区时为：-7+24=17（时），而日期则为东9区日期的前一天（即6月7日）。例3，西2区的区时为星期五的21时，此刻东4区的区时为：21+2+4=2727-24=3即此刻东4区的区时为第二天（星期六）的3时（日期比西2区多一天）。某事件变化过程所经历的时间，实际上是针对某地点来说，该事件变化从开始到终了两个时刻之间的时段长度，即TA终-TA始或TB终-TB始TA和TB都可以用上述公式求得。因此，计算某一事件变化过程所经历的时间，也可运用上面的公式。例4，某人乘飞机从北京（东8区）去华盛顿（西5区）。1月28日从北京启程时，北京时间是9时44分。到达华盛顿时，当地时间是1月28日15时30分。求该人在途中经历了多少时间？在这个问题中，给出了事件变化过程（某人从北京到华盛顿）开始时间（1月28日9时44分），也给出了事件变化过程的终了时间（1月28日15时30分）。但是，这两个时间并非针对同一地点来说的：前者是针对北京（东8区），后者是针对华盛顿（西5区）。为了使问题更明显，不妨将该事件变化过程所涉及的时区区号和区时列表分析。若以NA代表北京所在时区的区号（8），NB代表华盛顿所在时区的区号（-5），则：由于开始时间和终了时间不属于同一个时区，因此不能直接用它们计算事件变化过程所经历的时间。然而，从表中所列条件可知，表中的两个未知项（TA终和TB始），均可用公式计算求得。只要求出其中的一个未知项，事件变化过程所经历的时间也就可以求得。如求出事件变化过程终止（即到达华盛顿）时的北京时间，即：TA终=TB终-NB+NA由于各时区之间的区时差都是整时数，在运用公式计算时，所有时间的尾数（即分、秒值），均可暂时省略不计。最后，再将这些时间尾数加入计算结果，即得欲求时间。根据计算得到抵达华盛顿时的北京（东8区）时间为1月29日4时30分。将此时间与启程时的北京时间（1月28日9时44分）相减，即得该人在途中经历的时间为18小时46分。同样，也可先用公式，求得事件变化过程开始（即从北京启程）时的华盛顿（西5区）时间为1月27日20时44分。将到达华盛顿时当地的时间（即1月28日15时30分），与启程时的华盛顿（西5区）时间相减，同样得到该人在途中经历的时间为18小时46分。两种计算，所得结果相同。因此，只需求出其中一个地点的开始和终了时刻，也就可以求出事件变化过程所经历的时间了。上述公式除了用于求算区时之外，也可以用来求算某地所在的时区（即求出时区的区号）。例如，已知A地在NA时区，当A地的标准时为TA时，B地的标准时为TB，则B地所在的时区为：NB=NA-TA+TB利用这一式子求算时区号时，必须注意使A、B两地的日期保持一致。计算结果，若所求的NB＞0，则B在东时区，若NB＜0，则B在西时区。各时区的标准时，就是该时区标准经度的地方时。而各时区标准经线的经度，是很容易求得的，它们都是15的整倍数，在数值上等于本时区的区号与15的乘积。这样，根据区时、经度、地方时之间的关系，就可以进行不同地点之间有关区时、经度、地方时方面的数值计算。例如，已知某时区的区时，可以求得当时任一经度的地方时（平太阳时）。又如，已知某时区的区时，又已知当时另一地点的地方时，可以求得该地点的地理经度。标准时制度的确立，是时间计量上的一大飞跃。它给现代社会生产、科学研究和国际间大范围频繁交往，带来了很大的方便。不过，上述区时制只是一种理论上的标准时制度。这种理论区时制的时区，既不考虑海陆分布状况，也不考虑国家政区界线，完全是根据经线划分的。实际上，时区的划分并不完全遵照理论区时制度的规定，各国所使用的标准时制度，同理论上的标准时制度是有区别的。3.法定时区和法定时法定时区是各国根据本国具体情况自行规定的适用于本国的标准时区。法定时区的划分，比理论时区划分复杂得多。但是，一般来说，它符合理论时区划分的一些基本规律。多数国家法定时区的标准时经线，同理论时区的标准时经线是一致的，其经度值为15的整倍数。但是，也有一些是不一致的。比如有的国家采用半时区，其标准时经线与理论时区标准经线的经度相差7.5°。法定时区的界线，一般不是依据经线，而是依据实际的政治疆界和社会经济发展状况来确定的。面积较小的国家，都以本国的适中经度作法定时区的标准经度，根据适中经度与理论时区标准经度的关系，来确定采用正规时区或半时区。例如，埃及的适中经度为E30°，采用东2区为法定时区；缅甸的适中经度为E97.5°，则采用东6.5区为其法定时区。地域辽阔的国家，有的把全国划分为若干个时区。例如俄罗斯，全国分成11个时区（从东3区至东13区）；美国本土划分为4个时区（从西5区至西8区）；巴西划分为4个时区（从西2区至西5区），等等。各个时区之间的界线，则往往依据政区界线来确定。我国跨理论时区的5个时区，而法定时区却只有一个（即东8区）；蒙古跨理论时区的3个时区，而法定时区也是只有一个。根据法定时区确定的标准时，称为法定时。法定时是目前世界各国实际使用的标准时。绝大多数国家使用的法定时，同理论上的区时是一致的，它们同协调世界时（UTC）的差值，在格林威治以东的为正整数，在格林威治以西的为负整数。世界上绝大多数法定时区同理论时区的任保时区之间，在任何时刻的时间差，都是整时数，而分、秒则完全相同。只有少数国家是采用半时区。例如，伊朗、阿富汗、印度、缅甸等国，分别采用东3.5区、东4.5区、东5.5区、东6.5区为其法定时区，因而，它们的法定时同理论时区的区时之间，都有半小时的时差。也有极个别国家的法定时区，既不是正规时区，也不是半时区，而是一种不规则的时区。例如，南亚的尼泊尔就是这样，它的法定时与协调世界时之间的差值，为+5时45分。为了充分利用太阳光照，世界各国法定时区的标准经度，往往不是其适中经度，而是普遍向东偏离。从世界范围看，法定时区系统几乎比理论上的区时系统向东偏离一个时区。例如，法国和西班牙都位于中时区，它们所使用的法定时却是东1区的标准235时。新西兰位于东11区和东12区之间，其法定时为东12区的标准时。俄罗斯共有11个时区，每个时区都以其东面相邻时区的标准时为法定时（如莫斯科位于东2区，却以东3区的标准时为法定时）。我国共跨5个时区，从地理位置看，E105°是我国的适中经度，然而却把较偏东的东8区规定为法定时区，作为标准经度的E120°，也比我国的适中经度（E105°）向东偏离15°。世界标准时制度的确立，已有一百多年的历史。这段时间内，世界各国在时间计量方面发生了巨大变化。目前各国使用的标准时（法定时），虽然比理论时区的标准时（区时）复杂，但是，与数十年前的情况相比，却是简化多了。世界上时间计量发展变化的总趋势是越来越接近于统一的区时计量，越来越简化，越来越便于国际间的交往。这种变化趋势，今后还将继续下去。4.北京时间和北京夏令时北京时间是我国的法定时间，它是目前我国通用的标准时。北京时间实际上是北京所在的东8区的区时，也就是东8区标准经度的地方平时。北京的经度是E116°19′，而东8区的标准经度是E120°。所以，北京时间并不是北京的地方平时，而比北京的地方平时约早14分44秒。当中央人民广播电台发出“北京时间12点整”的报时讯号时，实际上北京还没有到正午时刻。需要再过大约14分44秒的时间，太阳才能到达北京的上中天。我国的时间计量制度，曾经历过多次变化。1919年，全国采用的法定时区为三个整时区（中原时区、陇蜀时区、新藏时区）和两个半时区，它们的标准经度分别是E120°、E105°、E90°和E127.5°、E82.5°。中华人民共和国成立后，除新疆、西藏使用东6区的区时外，全国其它各省、市、自治区，都使用东8区的区时。1966年以后，东8区又被确定为全国唯一的法定时区，和省、市、自治区一律使用北京所在的东8区区时。这就是目前我国统一的法定时——北京时间。全国使用统一的标准时间，有利于不同地区之间的交往和配合，特别是给通讯和交通运输等事业带来很大方便。然而，在远离标准经线的地区，标准时间不能很好体现太阳光照的情况，会给生活和生产活动造成新的麻烦。不过，这些问题可以通过作息时间的调整，加以解决。我国疆域辽阔，东西跨经度60°。全国分属理论时区的5个时区（东5区至东9区），最西与最东地方时相差4小时之多。黑龙江省的抚远，地方时比北京时间早约一个小时。新疆的喀什，地方时则比北京时间迟2小时56分。当北京时间12点时，抚远的地方时早已过了正午，而喀什的地方时则刚刚9时多一点。可见，北京时间所反映的天文情况，只与东经120°的实际完全相符。其它任何经度的地点，在任何时刻的太阳光照情况，都同它有一定的差异，距E120°越远的地方，这种差异就愈加显著。人们的生产活动和生活的安排，是有时间节奏的。这种节奏同太阳的光照状况紧密联系在一起。远离东8区的人们如果也完全按照北京时间去安排作息活动，则是不适宜的。比如，生活在喀什的人们，如果也在北京时间12点时吃午饭，显然是不合适的。因为此时离喀什的中午（太阳上中天）还有将近三个小时。在远离法定时区的地方，按当地太阳光照情况制订不同于北京地区的作息时间，既符合作息习惯，又利于充分利用自然光源。我国的不少地方都有这样的做法。如拉萨一般在北京时间14点才吃午饭。黑龙江省东部有这样的俗话：中午饭，十点半。即钟表显示的时间（北京时间）十点半时吃午饭（太阳在当地已近上中天）。这样，既使用指示北京时间的钟表，又参照当地实际太阳光照情况，体现了地方时和标准时在日常生活中的并用和统一。准确的标准时由测时天文台提供。北京时间就是由我国的授时服务中心——陕西天文台提供的。在那里，准备有国际通用的237铯原子钟和氢原子钟，它们随时保持着极其精确的时间（30万年误差只有一秒钟）。天文台用特定频率和专用电缆，把准确的时间传到广播电台。每逢北京时间整点之前50秒时，便开始自动发出六响报时讯号（每隔2秒一响，每一响持续时间为0.6秒），最后一响的开端，就是当时所报告的准确整点时间。通过电台广播，将这种精确的标准时间传向全国，各地均以此为准来校正自己的计时器，使之与北京时间保持一致。这样，就使我国的时间计量实现了高度统一和标准化。为了适应夏季昼长夜短的特点，充分利用太阳光照，而又不变动作息时间，许多国家在夏半年实行一种以节约能源为目的的计时制度，叫做夏时制。夏时制也是一种法定的标准时制度。它具有临时性和阶段性的特点，有效使用期只局限在每年的一定阶段——夏半年。由于南、北半球季节相反，而月份相同，所以，夏时制的有效使用月份，在南、北半球是不相同的。北半球一般在4月至9月，南半球一般在10月至次年3月。夏时制的实行，都是由各国政府以行政法规的形式确定的。每当夏时制开始实行时，将其原来使用的法定时提前一小时（即将钟表顺时针向前拨1小时）；夏时制结束时，再恢复原来的法定时（即将钟表逆时针向后拨回1小时）。在这个期间使用的法定标准时间，称做夏制时，或称为夏令时，也叫做经济时。我国从1986年以来实行了夏时制，其有效使用时间在每年的4月中旬到9月中旬。我国夏时制规定，4月中旬的第一个星期日凌晨2时开始，将北京时间提前1小时（即将钟表时针指示的时间，从2时拨到3时）；9月中旬的第一个星期日凌晨2时，再恢复原来的北京时间（即将钟表时针指示的时间，从2时拨回到1时）。在这一期间，全国统一使用的这种夏令时，叫做北京夏令时。夏令时的采用，可以充分利用自然光源，节约大量能源，具有重大的经济意义。在中纬度地带，这种意义更为突出。因此，它正在越来越广泛地得到采用。目前，世界上已有半数左右的国家和地区采用了夏令时。不过，各大洲实行夏时制的情况很不平衡。在欧洲，所有的国家都实行了夏时制。在亚洲，实行夏时制的只有少数国家。在非洲，则只有埃及和利比亚等国实行了夏时制。各国夏令时开始和结束的时间，有很大的差别，有效使用期并不都是一样的。此外，夏令时开始生效时，时间向前拨动的幅度，各国也不尽相同。绝大多数国家时间的变动幅度是1小时，也有个别的只变动半小时（如太平洋上的库克岛和洛德豪岛等）。5.日界线和日期变更地球不停地自转，地球上的昼夜也就不断地进行交替。昼夜每完成一次交替，时间便流逝一日，地球上的日期也随之不断地发生变化。对于经度不同的各地来说，虽然日的长度都是24小时，但是，每一个日期在各地开始时，太阳所在的子午圈是不同的。太阳东升西落，在同一纬线的各地点，总是东边比西边先看到日出。因而越往东时刻越早，地球上的最东边，应该是每个日期最早开始的地方。可是，由于纬线是闭合的圆，地球上的东、西方向，都是没有穷尽的。那么，在地球上，什么地方的时刻最早呢？地球上的每一天（每个日期）是从哪里开始的呢？这个问题不解决，在进行全球性的时间计量和换算时，将会出现很大混乱。为此，人为的把180°经线规定为地球上的日期界线，叫做日期变更线，简称日界线。地球上的每一天都从日界线开始，向西绕地球推进一周，最后又在这里结束。这样，本来没有边界的地球，也就有了边界：日界线是地球的最东边，同时又是最西边。日界线西侧（极靠近日界线）的地方，是世界上时刻最早的地方，新的一日最早从那里开始；日界线东侧（极靠近日界线）的地方，是世界上时刻最晚的地方，新的一日从那里开始得最晚。当某一日在日界线东侧刚刚开始时，日界线西侧则刚刚度过了这一日，并开始了新的一日。这样，日界线东西两侧的日期就不一样，它们的时间正好相差一整日，而且总是东侧比西侧晚一天。180°经线是具特殊意义的经线。它既是东、西12区的时区界线，又是日期的分界，还是东12区和西12区共用的标准经线。东12区和西12区既然都以180°经线的地方平时为标准时，它们的时、分、秒数值是完全相同的。从钟表指示的时间看，东12区和西12区似乎完全一样。其实它们的时刻并不相同，而是相差整24小时。例如，当位于日界线东侧的西12区为5月1日8时30分时，东12区的钟表所指示的，也是8时30分，但并不是5月1日，而是5月2日8时30分。既然日界线两侧有日期的差异，当人们从日界线一侧到另一侧去时，必须相应地变更原来使用的日期，方能使自己的日期与所在地保持一致。从西12区向西越过日界线到东12区时，需要把日期增加一天；反之，从东12区向东越过日界线到西12区时，则需要把日期减少一天。在跨过日界线时，对日期的变更，简要说就是：向西加，向东减。理论上，180°经线是日期变更线。实际上，日期变更线同180°经线并非完全一致。为了使日界线避开大陆和岛屿，保持每个国家在日期上的一致性，经过国际间协商，规定日期变更线以180°经线为基本依据，而在三个地段使日界线偏离180°经线：在俄罗斯西伯利亚的东端向东偏离；在阿留申群岛西部向西偏离；在S5°～S51°30′之间向东偏离。这样构成一条不规则的线，就是目前实际上为世界各国通用的国际日期变更线。在交通工具发达的今天，日界线的应用同标准时制度的应用一样，具有重要的意义。飞机在飞越时区界线和日界线时，都要及时进行钟点和日期的变更，才能随时同地面上的时间保持一致。轮船在东西方向上航行时，也要进行这样的变更。不过，轮船驶越日界线的日期变更，一般是在深夜进行。国际日期变更线的应用，可避免计时中的日期混乱。作环球旅行时，越过日界线必须变更日期。否则，若是向东旅行，日期会多一天；若向西则比出发地少一天。6.世界时、原子时和协调世界时世界时就是格林威治时间，即0°经线的地方时。这种全世界通用的时间，最初是在1767年出现的。当时的世界时，是格林威治真太阳时。1884年国际经度会议确立了区时制以后，改用中时区的标准时，即通过格林威治天文台子午仪之经线——本初子午线的地方平太阳时作为世界时，简称“UT”。经过长期的观测、研究，特别是石英钟的发明，人们逐渐认识到，地球的极移现象使地理坐标有微小的变动。而且，地球自转的速率也是在变化的。因而地球自转周期实际上是不均匀、不稳定的。精确时间系统的建立，必须以具有均匀稳定周期的物质运动状态为依据。既然地球自转周期不均匀、不稳定，那么，用它作为确立世界时的依据，所得到的世界时也就不会精确。1955年以后，人们对世界时进行了重要的修正。经过修正后的世界时，简称“UT2”。UT2与UT相比较，在精确、均匀、稳定性上有很大提高。可是，由于UT2是通过天文观测和数学计算得到的，所依赖的基础也还是地球自转