在日常生活中我们的钟表显示的时间周期都是24小时,而地球的实际自转周期是23小时56分4秒,为什么要把一昼夜的时间规定为24小时呢?
这里需要明白什么是太阳日,什么是恒星日。知道了两者的区别,也就明白了为什么要用24小时来度量一天以及它的好处。
太阳日:是指太阳连续两次经过同一子午线(经线)的时间间隔,我们称它为一个昼夜,规定为24小时,并且在每个地方,正午12点的时候都是太阳在头当顶的时候,亦即太阳高度最高的时候,每过去24个小时,太阳就会重新回到原先的位置上。所以,太阳日是以太阳在穹顶之上的运动为参考的。
恒星日:遥远的恒星在天空的位置上是恒定的,当地球转过一圈之后,遥远恒星出现在相同的穹顶位置上,这就是地球的实际自转周期23时56分4秒,这是以遥远的恒星在穹顶之上的运动为参考的,是地球自转周期的实际时间。
由于地球在自转的同时还绕着太阳公转,每当地球自转完一圈(1个恒星日)时,原本地面上该这个时候正对着太阳的位置并没有重合,也就是说没在昨天同时刻的那个位置上,需要再经过3分56秒,太阳才会回到昨天的位置上,也就是需要3分56秒来弥补,这样的话,每隔24小时,太阳都会回到原先的经线位置上。
但如果在遥远的未来,生活在靠近银河系中心的小行星的外星人与你取得联系并且想来拜访你。于是你对他们说:“没问题 这个礼拜我每天都有空”,但是他们不懂你在说什么,他们生活在一个小行星带上,那里有着截然不同的历法,对他们来说 “天”这个概念是非常陌生的。于是你告诉他们,一天是地球自转一周所需要的时间,但当他们把地球自转输入电脑模拟时,会注意到你的解释有一个致命的漏洞。对于离我们很远的外星人而言,地球自转的同时也围绕太阳缓缓移动,等到地球转到太阳的另一边,太阳在正头顶的时候,我们的白天和夜晚就会以某种方式切换,时间就切换到了第二天,而非在一天正中间的时间点切换。
这和我们谈论的历法日不同,而你向外星人描述的实际是恒星日。它是根据一个遥远的相对太空而言静止的参考点来测量的,比如外星人。
但我们对一天的概念更多是与太阳有关,而不是和银河系中心有关,所以你试着再解释一次。这次你告诉他们,当地球人仰望天空的时候地球每转动一周,太阳都会在某个时间处于最高点。而一天就是太阳重新回到最高点所花的时间。接着小行星人敲击他们的仪器,根据你的解释来校正他们的观念,直到你发现他们的计时器和你的时钟是不一致的。
他们的计时器新的一天来得更早,而且每一天都比前一天更早,然后后来的每一天又比前一天更晚些。这并不是他们程序上的漏洞,这是地球轨道的特征,你向他们描述的实际是太阳日,这和表记录的一天不是同一个概念。
太阳日是以太阳作为“正午”的参考点,但是太阳位于最高点的时间间隔并不是恒定的。一年里这个时间间隔在一分钟内来回变化,这种差异是由于地球的轨道是椭圆形的,还有自转轴的倾斜共同造成的。如果我们在日常生活中使用太阳日,我们要么需要能根据一年里的时间来改变一天分钟数和秒数的日历和时钟,要么就需要能根据一年里的时间来改变一秒钟的长度(或是改变一小时内秒数)的时钟,而日晷几乎能自动完成这些!不过日晷也有些缺点。
总之改变一秒钟的长度或者改变一小时的秒数并不是很适应常规或行星间的使用,所以你告诉那些外星人一天或多或少是一个虚构的时间段就是24小时。
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