在日常生活中我們的鐘表顯示的時間周期都是24小時,而地球的實際自轉周期是23小時56分4秒,為什麼要把一晝夜的時間規定為24小時呢?
這裡需要明白什麼是太陽日,什麼是恆星日。知道了兩者的區別,也就明白了為什麼要用24小時來度量一天以及它的好處。
太陽日:是指太陽連續兩次經過同一子午線(經線)的時間間隔,我們稱它為一個晝夜,規定為24小時,並且在每個地方,正午12點的時候都是太陽在頭當頂的時候,亦即太陽高度最高的時候,每過去24個小時,太陽就會重新回到原先的位置上。所以,太陽日是以太陽在穹頂之上的運動為參考的。
恆星日:遙遠的恆星在天空的位置上是恆定的,當地球轉過一圈之後,遙遠恆星出現在相同的穹頂位置上,這就是地球的實際自轉周期23時56分4秒,這是以遙遠的恆星在穹頂之上的運動為參考的,是地球自轉周期的實際時間。
由於地球在自轉的同時還繞著太陽公轉,每當地球自轉完一圈(1個恆星日)時,原本地面上該這個時候正對著太陽的位置並沒有重合,也就是說沒在昨天同時刻的那個位置上,需要再經過3分56秒,太陽才會回到昨天的位置上,也就是需要3分56秒來彌補,這樣的話,每隔24小時,太陽都會回到原先的經線位置上。
但如果在遙遠的未來,生活在靠近銀河系中心的小行星的外星人與你取得聯繫並且想來拜訪你。於是你對他們說:「沒問題 這個禮拜我每天都有空」,但是他們不懂你在說什麼,他們生活在一個小行星帶上,那裡有著截然不同的曆法,對他們來說 「天」這個概念是非常陌生的。於是你告訴他們,一天是地球自轉一周所需要的時間,但當他們把地球自轉輸入電腦模擬時,會注意到你的解釋有一個致命的漏洞。對於離我們很遠的外星人而言,地球自轉的同時也圍繞太陽緩緩移動,等到地球轉到太陽的另一邊,太陽在正頭頂的時候,我們的白天和夜晚就會以某種方式切換,時間就切換到了第二天,而非在一天正中間的時間點切換。
這和我們談論的曆法日不同,而你向外星人描述的實際是恆星日。它是根據一個遙遠的相對太空而言靜止的參考點來測量的,比如外星人。
但我們對一天的概念更多是與太陽有關,而不是和銀河系中心有關,所以你試著再解釋一次。這次你告訴他們,當地球人仰望天空的時候地球每轉動一周,太陽都會在某個時間處於最高點。而一天就是太陽重新回到最高點所花的時間。接著小行星人敲擊他們的儀器,根據你的解釋來校正他們的觀念,直到你發現他們的計時器和你的時鐘是不一致的。
他們的計時器新的一天來得更早,而且每一天都比前一天更早,然後後來的每一天又比前一天更晚些。這並不是他們程序上的漏洞,這是地球軌道的特徵,你向他們描述的實際是太陽日,這和表記錄的一天不是同一個概念。
太陽日是以太陽作為「正午」的參考點,但是太陽位於最高點的時間間隔並不是恆定的。一年裡這個時間間隔在一分鐘內來回變化,這種差異是由於地球的軌道是橢圓形的,還有自轉軸的傾斜共同造成的。如果我們在日常生活中使用太陽日,我們要麼需要能根據一年裡的時間來改變一天分鐘數和秒數的日曆和時鐘,要麼就需要能根據一年裡的時間來改變一秒鐘的長度(或是改變一小時內秒數)的時鐘,而日晷幾乎能自動完成這些!不過日晷也有些缺點。
總之改變一秒鐘的長度或者改變一小時的秒數並不是很適應常規或行星間的使用,所以你告訴那些外星人一天或多或少是一個虛構的時間段就是24小時。
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