地球转动与时间的确定

地球自转是一种旋转运动，其旋转轴叫地理轴，简称地轴。地轴的无限延长线称为天轴，它是天球周日运动的轴线。地轴在地球内部的位置以及天轴在宇宙空间中的位置（称之为地轴取向），具有高度的稳定性。

在绪论中讲到，地球自转速度相当稳定，对于转速稳定的地球来说，地球自转的角速度是每小时转动15°，每4分钟转动1°，每4秒钟转动1′（角分）。若取赤道半径为6378160m，则赤道上的线速度为464m/s。长久以来地球自转作为时间和记年的标准。地球自转一周，定为一天。但由于采用的参考点不同，“一天”的含义也略有不同，有太阳日和恒星日之分。所谓太阳日，是以太阳为参考点，地球上同一子午面连续两次通过该点的时间。地球不但自转，而且绕日公转，公转的轨道是椭圆，在一年之中每天的太阳日是不等的。取一年之内诸太阳日之平均值，就得一个平均太阳日，即日常生活中所用的日。一个平均太阳日有86400平均太阳秒。所谓恒星日，是以春分点为参考点，地球上同一子午面连续两次通过该点的时间。一个平均太阳日比一个恒星日长3′55.909″。世界时正是基于地球自转速度的高度稳定性，在平均太阳日的基础上建立的。以英国的格林尼治的地方时为起点，按照各地经度向前后推移，共建立中区、东1—12区和西1—12区。这种世界时记为GMT。

但是，地球自转并不真是均匀的。石英钟和原子钟问世后，地球自转的不均匀性逐渐表现出来，大约每百年增加1ms。相继建立起的世界时UT系统就是为了应对这种变化：UTO为原始世界时，UT1为经过极移订正的世界时，UT2世界时又进一步订正了季节的变化，UTC为经过进一步与国际原子时协调的世界时。图10-3是1955—1970年的地球自转速度变化。

日长，即一日之长，等于地球自转一周的时间。通常用LOD表示（它是lengthofday的缩写）或简化为L。定义日长的相对变化率为α，按前面介绍的地球自转速度变化，其长期变化数值为α=-5×10-10/a。研究地球自转短期日长变化的必要条件是精确的时间服务系统。目前，最好的天文钟的误差是每1年差1 s；最好的石英钟的误差是每103年差1s，而最好的铯原子钟的误差是每3×105年差1s。

图10-3 1955—1970年的地球自转速度变化

根据万有引力理论，可以精确计算行星绕日运动轨道和卫星绕其主星的运动轨道，它们都可以作为时间的函数而求解。满足运动方程的时间，称为历书时（ET）。如果地球自转是均匀的，在做一些假设后可计算出日月星的位置，不断编制出星历表，观测到的日月星位置基本上与计算出来的位置吻合。