複雜的一“日”_風聞
中国科学院国家天文台-中国科学院国家天文台官方账号-发布科研成果，普及天文知识2021-01-26 21:37
上下四方曰宇,古往今來曰宙。
請隨我們進入“時間”的故事。
“日”是人們最容易直觀感受到的時間單位。那麼，日（天）是怎樣形成的？不要以為這是一個簡單的問題。實際上，每天的長度並不是24小時，地球像個醉漢一樣在改變着日的長度。
我們都知道，地球是在不停自轉的，這是“日”形成的根本原因。地球自轉，對着太陽的一面是白天，揹着太陽的一面是夜晚。地球不停的自轉，於是就有了各個地方白天和夜晚的差別。
圖1. 地球上被太陽照射的地方就是白天（圖源：作者）
在任何一個地方進行觀測，連續看到兩次日出，就能有一個基本的週期，可以作為一個時間的尺度。時間尺度就是選定一個起點，按照固定的間隔進行累加的一個標準。
有了時間尺度，我們可以把任何兩個物理事件在這個尺度上標記，就能夠比較兩個事件的先後次序了。
選定“日”這個基本的時間間隔後，一天從哪裏開始呢？不要小看這個問題，直到現在都有不同的標準！
圖2. 有人認為一天是從日出開始（圖源：作者）
**古埃及人認為一天是從日出開始。**在公元前3000年，他們就把日出作為一天的開始，日落作為夜的開始，白天和黑夜各12小時。因為一年四季的晝夜並不相等，因此他們的小時長度也是變化的。實行變化的小時，讓他們比較容易知道白天還剩多長時間。
**猶太人的一天則是從日落開始的。**他們認為：“將黑暗作為開始的人，他的最後是光明；將光明作為開始的人，他的最後是黑暗。”穆斯林，古希臘，古巴比倫人，還有基督教禮拜儀式等，都是把日落作為一天的開始。
圖3. 有人認為一天從日落開始（圖源：作者）
天文學家是古代掌握時間的人，他們恐怕是不想將自己夜間的觀測數據放在兩天，於是就把一天的開始定在了中午。而航海家為了定位，使用的是天文學家的方法。所以航海日和天文日的一天的開始都是正午。古代的翁布里亞人是將正午作為一天的開始。
圖4. 有人認為一天從正午開始（圖源：作者）
到19世紀，國際上大多數國家和地區統一將一天的開始定義在午夜，但也有少數穆斯林和猶太人還是從日落開始他們的一天。
圖5. 有人認為一天從午夜開始（圖源：網絡）
統一“日”的起點後，另一個問題就出現了：“日”究竟有多長？
如果你被問到這個問題，你可能很快就會給出類似這樣的答案：一天有24小時×60分鐘/小時×60秒/分鐘=86400秒。但是我要告訴你，這只是大概正確！實際上一天並沒有這麼多，你會不會驚訝呢。
日的長度是由太陽的週期變化引起的，但太陽的週期變化是由於地球自轉造成的，地球一邊自轉，又一邊繞太陽公轉，這就會改變日的長度。因為地球一年繞太陽轉360度，因此每天看到的太陽，要比前一天看到的太陽位置變化大約1度。也就是説地球要多轉1度才能看到同樣的太陽。這樣，一天的時間就多於24小時。
再加上地球在公轉軌道上不同位置的速度、月亮的影響等因素，一天的長度在不停的變化。秋分和冬至兩個時期，日的長度相差最大，能長達51秒。
圖6. 日的長度是不停變化的（圖源：作者）
摒棄地球公轉的影響，參考遙遠的恆星來觀測地球自轉，也會得出日的長度是逐漸增加的結論。下圖是近40年來一天長度的變化，橫座標是年，縱座標是一天的長度與86400秒的偏差。從圖中可以看出，地球自轉的長期趨勢是變慢的，但也存在不規則的變化，有時快，有時慢。
圖7. 日的平均長度長期趨勢是逐漸增加的（圖源：作者）
人們對“日”進行了比較透徹的研究，諸多結果顯得“日”比較複雜。但確實是應該複雜的，因為日是我們時間體系的基礎。
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作者簡介
**李孝輝，**中國科學院國家授時中心研究員，博士生導師，國家衞星導航重大專項專家組成員，主要研究時間頻率測量、時間同步、衞星導航。
**朱琳，**中國科學院國家授時中心助理研究員，在讀博士生。主要從事衞星導航系統時間監測與評估、多模導航中系統時間偏差應用等方面的研究工作。