世界时（Universal Time, UT）的定义与详解
世界时（Universal Time, UT）的定义与详解
世界时（Universal Time, UT）是基于地球自转的时间系统，用于描述地球在空间中的真实旋转角度。它直接反映地球自转的变化，是天文学、大地测量和导航的重要基准。世界时分为多个子类型，主要包括 UT0、UT1 和 UTC，各自有不同的定义和用途。
1. 世界时的基本概念
世界时的核心是 以地球自转为基准，但地球自转速度不均匀（受潮汐摩擦、地核运动等影响），因此需要不同的修正版本：
| 类型 | 定义 | 特点 | 主要用途 |
|---|---|---|---|
| UT0 | 直接由天文观测（如恒星中天时间）确定 | 未修正极移影响 | 早期天文观测 |
| UT1 | UT0 + 极移修正 | 反映真实地球自转 | 天文导航、航天任务 |
| UTC | UT1 + 闰秒调整 | 与原子时（TAI）同步 | 日常生活、计算机时间 |
2. UT1：真实的世界时
UT1 是最接近地球真实自转的世界时，定义如下：
- 基准：以地球自转一周（360°）为 1 平太阳日（平均约86400秒）。
- 测量方法：
- 通过 甚长基线干涉测量（VLBI） 观测遥远类星体，确定地球自转角度。
- 结合 国际地球自转和参考系统服务（IERS） 发布的修正数据。
- 特点：
- 由于地球自转速度变化（如潮汐减速、地震影响），UT1 的日长度不固定（通常比86400 SI秒长1-2毫秒）。
- 用于 航天器轨道计算、天文望远镜指向 等需要高精度地球自转信息的场景。
3. UTC：协调世界时（日常使用的“世界时”）
UTC（Coordinated Universal Time）是 UT1 与原子时（TAI）的折中方案：
- 基准：
- 采用 国际原子时（TAI） 的秒长（严格基于铯原子钟，精确稳定）。
- 但通过 闰秒（Leap Second） 调整，使 UTC 与 UT1 的偏差不超过 ±0.9秒。
- 闰秒规则：
- 当 UT1 - UTC > 0.9秒 时，IERS 会宣布在6月30日或12月31日最后一秒插入 正闰秒（23:59:60）。
- 如果地球自转加快（近年未发生），也可能删除1秒（负闰秒）。
- 应用：
- 全球标准时间（如 GMT、时区计算）。
- 互联网、航空、金融交易等依赖精确时间的领域。
4. UT0 与 UT2（历史版本）
- UT0：原始观测值，未修正极移（由于地球自转轴摆动，观测站的位置会影响时间测量）。
- UT2（已淘汰）：UT0 + 季节性修正（考虑地球自转速度的年周期变化），现被 UT1 取代。
5. 世界时 vs. 原子时（TAI）
| 特性 | 世界时（UT1） | 原子时（TAI） |
|---|---|---|
| 基准 | 地球自转 | 铯原子振荡 |
| 稳定性 | 受自转变化影响（±几毫秒/天） | 绝对稳定（误差<1纳秒/天） |
| 调整 | 自然变化 | 无闰秒 |
| 关系 | UTC = TAI - 当前闰秒（截至2023年：TAI - UTC = 37秒） |
6. 如何获取世界时（UT1/UTC）？
- UT1：需查询 IERS 发布的 地球自转参数（EOP） 数据（如
dUT1 = UT1 - UTC）。 - UTC：
- 互联网时间服务器（NTP）同步自国家实验室（如 NIST、PTB）。
- GPS 时间 = UTC + 闰秒（但GPS系统本身不广播闰秒，需手动更新）。
7. 世界时的重要性
- 天文观测：望远镜指向依赖 UT1（因地球自转影响天体位置）。
- 航天任务：深空探测器导航需精确 UT1 数据（如火星车着陆）。
- 时间同步：金融交易、5G通信等依赖 UTC 的全球一致性。
总结
- UT1 = 真实地球自转时间（用于科学计算）。
- UTC = 原子时 + 闰秒（日常使用）。
- 由于地球自转变慢，UTC 通过闰秒保持与 UT1 接近（但未来可能取消闰秒，改用纯原子时）。