一天到底是24小时，还是23时56分4秒？这篇文章终于讲清楚了

大家都非常清楚，地球自转产生了白天和黑夜的交替，一个昼夜就是一天。

如果有人问：一天是多长时间？

估计你会毫不犹豫地答“24小时”。

如果再追问：地球自转周期是多长时间？

记忆力略好点的朋友，应该也不难回答“23小时56分4秒”。

那么问题来了：地球自转一周不是一天吗？那我们一天下来，到底是过了24小时，还是过了23小时56分4秒呢？

这个问题还有以下两个变形，也是平时经常被问到的，但本质与上述问题一样：
1、是不是我们一天实际只过了23小时56分4秒，但为了日常习惯方便，我们将一天近似为24小呢？
2、钟表的刻度，一天转两圈的显示时长是24小时，但实际只花了23小时56分4秒，对吗？

今天，就这个日常问题，和大家唠个清楚。

但在唠这问题之前，我们先讲两个看似不相干的概念——太阳时和恒星时。

当然，对于已清楚这个概念的同学，以下内容可以选择性飘过。

太阳时

自古以来，人们日出而作、日落而息，受太阳的影响非常明显。

如今大家都知道，地球有自转，产生了白天、黑夜的交替；地球同时绕太阳公转，产生了一年四季的变化。

人们把太阳处于某地的正上空(后简称“中天”)作为一个计时起始点，到下一次日中天作为终止点，这两个计时点的时间差为一个太阳日，又叫真太阳日。

这里说的“真太阳日”，就是平时我们看到日起日落的一整天。由于地球赤道面与黄道面存在一定倾角，且地球轨道不是标准圆形(椭圆)，因而地面不同地方每日光照时间不完全相同，也就是说“真太阳日”一天的时长各不相同。

为了使太阳日时长具有规律性，人们将两个春分点的时间差叫作一个“太阳年”。

再将一个太阳年按365天均分，得一个均等的太阳日，叫“平太阳日”。

如此下来，平太阳日的每日时长就完全相等了。

再把一个平太阳日按24等分，每一等分叫作一个“太阳时”。

显然，相对于真太阳日，这个太阳时严格说应叫“平太阳时”。

一个平太阳时，就是我们当前的1小时，即3,600秒。

最后，人们把太阳年、太阳日、太阳时的计时系统，又统称为“太阳时”概念。
在没有特别强调的情况下，其中“日”取的是“平太阳日”，“时”取的是“平太阳时”。

现在，问题出现了。

上面说的一个(平)太阳日，真的是地球自转一周的360°吗？

古时，人们对星相的研究就发现，夜空星星并非保持一成不变。即使每晚相同时刻观察，其都有周期性整体“迁移”迹象。

随着认识水平提高，科学家已精确测量出地球的自传周期——23小时56分4秒，这说明地球自转一周不是我们一天计时的24小时。

如上图模型，当地球沿着公转轨道从A点到B点刚好自转一周(360°)时，此刻太阳对地面观察者而言还不是日中天。等过一段时间到达C点日中天时，地球转过的角度已达360°59′10″。

如此，一天(平太阳日)时间与地球自转周期不能严格划等号，这对统一计时非常不方便，对“差之毫厘失之千里”的天文、地理等精细研究更是影响巨大，因而人们需要一个相对更严格的计时系统。

恒星时

“太阳时”是以太阳作为参照标志，由于太阳距离地球相对太近，其自转一周时间内的公转距离不能忽略不计。于是，人们需要寻找一颗遥远的恒星作为参考标志。

如上图模型，地球自转一周周期内，即使同期公转从A点到了B点，但由于这颗恒星距离十分遥远，其对地球观察者而言没有视觉偏差。这样，地球自转一周的周期与第二次恒星中天(B点)的时间间隔完美重合，即将这一段时间差称之为一个恒星日，又叫 真恒星日。

理论上，随着地球公转的位置移动，任何一颗真实存在的恒星对于地球观察者来说都存在视觉偏差，所以这是一颗假想的无限远恒星。

有“真恒星日”叫法，对应的，是不是也有“平恒星日”呢？答案是肯定的。

人们在实际观测中，选取的任意恒星总是距离有限的，那么黄赤交角、地轴章动、公转轨道等因素总会带来观测结果的偏差。所以，人们只能最大化减小这种偏差，通过地面多点位、多次测量两个春分点的时间差，定为一个“恒星年”。

再将一个恒星年按366天均分(为什么是366天，这在后文会讲)，得一个均等的恒星日，叫“平恒星日”。

再把一个平恒星日按24等分，每一等分叫作一个“平恒星时”。

如此，一个平恒星日太阳并没有第二次日中天，但这却是地球自转一周的真实时间。

不难理解，一个平恒星时不是我们当前的1小时，实际只有约3,590秒。

最后，人们把恒星年、恒星日、恒星时的计时系统，又统称为“恒星时”概念。
在没有特别强调的情况下，其中“日”取的是“平恒星日”，“时”取的是“平恒星时”。

“太阳时”和“恒星时”是两个不同方式的计时系统，两者相差的3′54″怎么办？如何将两者统一起来，不至于在日常生活中不会出现错乱？

如上图，地球在一个太阳日的自转角度要比一个恒星日要多出59′10″。按一年昼夜更替365次算下来，地球自转要多出约359.9°(即 约一圈)。

这表明，地球在一年内实际自转了366圈，也就是说一年内(按人们作息规律的一个太阳年)有366个恒星日。

没错，一年有365个太阳日，恒星日却是366个。只是我们的历法和计时都是遵循昼夜更替规律，所以日常生活中我们并不拿恒星日的天数说事。

最后，本文开篇问题的答案已呼之欲出：

我们一天下来确实是过了完整的24小时，并没有少那所谓的“3分56秒”，钟表计时也是真实的24x3,600秒。

而经常讲的“一天只有23小时56分4秒”，那只是根据地球自转周期的另一个计时方式——“恒星时”，而恒星日并不在日常生产生活中体现，多是用于航空航天、宇宙探索等科研领域。

课外作业：地球每天(太阳日)多转了59′10″，按道理乘上365之后，应该和恒星年一样有366圈，但我们并没有感觉到有366个昼夜更替，这其中的一个昼夜更替现象又跑哪去了呢？