恒星日和太阳日【转载】
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太阳日与恒星日都是基于天文测量来确定的时间,但是具体定义有些不同。太阳日(Solar day)的定义为,太阳连续两次经过当地子午面的时间间隔。恒星日(Sidereal Day)的定义为,某颗遥远恒星连续两次经过当地子午面的时间间隔[注1]。通俗来说,可以理解为,太阳日是指太阳两次经过头顶的时间,恒星日是指遥远恒星(这里我们常说的以两次经过春分点也可以作为恒星日的原因就是,这个春分点也认为是在遥远的天球赤道上,等同于遥远恒星)两次经过头顶的时间。在一年的时间内,我们相对于太阳的方向会改变360度,而遥远恒星相对我们的方向几乎不变,这就造成了太阳日和恒星日的不同。通常所说的太阳日指的是平太阳日,定义为太阳平运动连续两次经过当地子午面的时间间隔,太阳日的长度被定义为24小时,即86400秒(UT)。而恒星日的长度比太阳日略短一些,这是由于地球围绕太阳的公转运动导致的。
如上图所示,在时间1,一颗遥远恒星和太阳都在头顶。到时间2,地球自转过了360°[注1],遥远恒星又出现在了头顶,而太阳还没有到达头顶。到了时间3,太阳才到达头顶,这是地球的自转角度已超过360°。由于一个回归年为365.24天(太阳日),根据上图可以得到太阳日和恒星日的关系如下,
已知一个太阳日为24小时,可以得到,一个恒星日为23小时56分04秒。[注1]实际上,天文学中的恒星日并没有选定某一特定恒星作为参照点,而是黄道对于天赤道的升交点,即春分点。由于岁差的存在,实际上春分点也会缓慢得变化,使得恒星日比地球自转周期断了大约8.4毫秒,但是在本文的讨论中可以忽略这个差异。
也可理解为参照物的不同:
恒星日是以距离地球遥远的同一恒星为参照物,地心、地表某一点、恒星三者第一次连成一条直线与第二次连成一条直线之间的时间间隔.是地球自转的真正周期,一般用于科学研究当中.
而太阳日是以太阳为参照物,地心、地表某一点、太阳三者第一次连成一条直线与第二次连成一条直线之间的时间间隔.是地球自转的另一个周期,一般用于日常生活、生产当中.这里以太阳为参照物就是我们日常生活中的24小时。
参考文献
[1]郑伟, 陈小前, 杨希祥. 天文学基础[M]. 国防工业出版社, 2015.
[2]Sidereal time[J]. Wikipedia, 2018.
[3]Solar time[J]. Wikipedia, 2017.
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