锏吧:[]时间和历法

来源:百度文库 编辑:九乡新闻网 时间:2024/04/29 19:52:22
时间和历法
  赵君亮
  
           时间有两层含意:一是给出某一瞬间在时间流程中的位置,二是给出两个瞬间之间的时间长度,又称时间间隔。由于后者涉及人类在地球环境中的生活和社会活动,因此比较复杂。当然,两者并不能完全割裂开来,而有着密切联系。
  
  为了生活和生产的需要,人们早就开始制订各种历法,并不断地加以完善。制定历法的基础就是时间,主要是如何恰当地选择一些时间间隔,如年、月、日等,使其既能反映基本自然规律,又能满足人类生活和工作的需要。
  
  量度时间的基本单位
  
  地球绕轴旋转,自转轴过南、北两极。地球自转是造成昼夜交替的原因,自转一周就是1日。同时,地球又绕太阳公转。地球自转轴与公转轨道平面交角为66.5°,地球公转和自转轴的倾斜是造成四季变化的原因,公转一周就是1年。因此,地球的运动规律构成了时间单位的自然基础。
  
  任何运动都是相对的,转动周期的确定需要有一个参考系。以太阳为参考系所确定的地球自转周期称为太阳日,以恒星为参考系所确定的地球自转周期称为恒星日。由于地球一面自转,一面又绕太阳公转,因此,太阳日比恒星日长约3分56秒。此外,地球绕太阳的公转周期称为回归年,1回归年=365.2422太阳日=366.2422恒星日,即在1年时间内,太阳日数比恒星日数多1日,这多出来的1日就是因地球公转引起的。
  
  仅规定年和日,对日常生活和工作仍是不够的,于是人们又引入了“月”的概念,这就是月球绕地球公转的周期。同样,这里也有参考系问题。以太阳为参考系所确定的月球绕地球的公转周期称为朔望月,1朔望月=29.5603日,它是月球圆缺变化(月相)的周期;以恒星为参考系所确定的月球公转周期称为恒星月,1恒星月=27.3216日。
  
  以地球和月球的运动规律定义的年和月都不是日的整倍数,不能简单用于日常生活和社会活动。此外,四季变化规律取决于回归年的长度,月相变化规律取决于朔望月的长度,它们也都不是日的整数倍。如何做到既不违反自然规律,又能很方便地用于生活和工作,是编制一部好的历法的关键。
  
  阴 历
  
  历法中的年称为历年,历法中的月称为历月,它们都是日的整数倍,但可以不是常数。阴历又称太阴历,是以月球绕地球的公转周期为基础而制订的,其基本原则是:每一历月的长度接近朔望月(29.5603日);历月的平均长度等于朔望月;历年的平均长度尽可能接近回归年的长度(365.2422日)。
  
  在服从上述基本原则的前提下,阴历中历年和历月设置的规则是:一个历年含有12个历月,历月中的大月为30日,小月为29日,大月和小月尽可能交替安置;在360个历月(30个历年)中,大月占191个,小月占169个,以满足在一段较长的时间(39个历年)内历年的平均长度尽可能接近回归年的长度;设置闰年:平年354日,含六个大月和六个小月;闰年355日,含七个大月和五个小月,其中12月末增加1天。阴历的优点是,历月中的日期大体上与月相保持一致,即阴历每个月的初一大致为新月(朔),十五前后为满月(望),其他月相情况也是如此。
  
  尽管阴历有上述优点,但它却存在着严重缺点:由于阴历历年长度只有354~355日,与回归年长度相差11~12日,因而与四季变化规律不符,不适用于农业生产和日常生活。例如,阴历的某一年在隆冬过春节(就像现在一样),那么按照阴历,经过15~16年后,人们就会在盛夏过春节了。这是因为每经过15~16年,阴历历年的总长度会比同样年数回归年的总长度短约180天,即相差约6个月。这种寒暑交替规律与月份不一致带来的不便显然令人难以接受,因而现在已很少有人采用纯粹的阴历了。
  
  阳 历
  
  阳历又称太阳历,是以地球绕太阳的公转周期为基础而制订的。制订阳历的基本原则是:每一历年的长度都非常接近回归年的长度;历年的平均长度等于回归年;参照朔望月的长度把历年分为若干历月,其长度尽可能接近朔望月。
  
  在服从上述基本原则的前提下,阳历中历年和历月设置的规则是:1、3、5、7、8、10、12月为大月,每个大月为31日;2、4、6、9、11月为小月,其中2月在平年为28日,闰年为29日,其余各个小月均为30日;设置闰年,平年为365日,闰年为366日,增加的1日加在2月份。此外,阳历设置闰年还须同时服从以下原则:公元纪年数能被4整除的为闰年,其余均为平年;能被100整除,但不能被400整除的为平年;能被400整除的为闰年。
  
  由于阳历历年的长度(365或366日)很接近回归年的长度,与农业生产和人们生活的要求相一致,因而被广泛采用。但阳历历月中的日期数与月相完全没有关系,而且每个月的情况又各不相同,人们完全无法从阳历历月中的日期来判断月相。不过,与优点相比,这个缺点显然就不重要了。
  
  目前采用的阳历经历了漫长的演变过程。最初的阳历起源于古埃及,即埃及历,其基本制历规则是:平年365日,闰年366日;一年分为12个月,每个月30日;平年岁末另有5日,称为不定年,闰年岁末另有6日,称为定年;这5~6日不属于任何一个月份。
  
  现代历法的鼻祖是罗马历。早期的罗马历十分混乱,法国文学家伏尔泰(1694—1778)曾讽刺当时的罗马历法:“罗马人常打胜仗,但不知道打胜仗是在哪一天。”公元前46年,罗马皇帝儒略·恺撒(Julius Caesar)执政,第二年即着手改革历法,诞生“儒略历”。儒略历的要点是:改历前的那一年定为含445日,称为乱年,目的是要使春分点落在3月21日;从公元前46年起,以365日为一年,以春分那一天作为一年的第一天,即岁首;一年分为12个月,单数月为大月31日,双数月为小月30日,多余的一日在2月中扣除(因为2月为岁末行刑之日),这样,2月份就只有29日;每4年的最后一年的2月增加1日,这一年为闰年,并规定闰年为能被4整除的年份。
  
  儒略出生于7月,他下令以他的名字作为7月的月名,这就是英语中7月的月名“July”的由来。可是,就在改历后的第二年(公元前44年),儒略即遇刺身亡,由他的侄儿奥古斯都(Augustus Caesar)接位。奥古斯都进一步改历,生于8月的奥古斯都改8月的月名为“August”,并将8月改为大月31日。他下令从2月中再减去1日,改8月后的单数月为小月30日,双数月为大月31日。这就是目前阳历历月月份长短不一、又毫无规律可循的历史原因。
  
  儒略历每四年一闰增加一天的规则,决定了历年的平均长度为365.25日,比回归年长11分14秒。因此,采用儒略历后,每过128历年,两者就会相差1日。从儒略历年开始使用到16世纪中叶,这一差异累计已达10日,因此,春分点已前移到历年的3月11日,而不是天文学上的3月21日。在这种情况下,1582年,罗马教皇格里高里八世(P. Gregory XIII)以公告形式进一步改革历法,其主要内容为:1582年10月4日以后的第一天改为10月15日,以消除1200多年来儒略历平均历年与回归年长度的累积误差;改进置闰规则,即公元年份能被4整除的为闰年,有366日;不能被400整除的世纪年(如1700、1800等)仍是平年,为365日;能被400整除的世纪年(如1600、2000等)为闰年,有366日。
  
  经格里高里八世改革后的历法就是目前世界上通行的公历,称“格里高里历”,简称“格里历”,其历年的平均长度为365.2425日,与回归年长度仅相差25.92秒,要经过3333历年两者才会相差1日,是一种较合理的历法。中国辛亥革命(1912年)后即采用格里历,1949年起采用公元纪年。
  
  所谓“纪元”是指从哪一年起算年份。不同国家、不同年代有不同的纪元法,如“康熙二十三年”、“光绪元年”等。公元532年,僧侣学者狄奥尼西(Dionysius Exiguus)提出,纪元应为“基督诞生”之年。他认为基督是在离当时532年之前诞生的,因此,下一年应该定为公元533年。这一观点后来为人们所接受,因此公元纪年法是从公元533年起始用,而不是从公元第一年即开始实行。实际上,532=28×19=7×4×19,其中7是一星期的日数,4是阳历置闰的周期年数,而19是阴阳历置闰的周期数。28年称为“太阳周”,因为每隔28年阳历各月份的日期数和星期数相同(但越过世纪年可能差1天);19年称为“太阴周”,因为每隔19年,阳历各月的日期有相同的月相(也可能相差1日)。所以,532这个数字既具有宗教意义,又符合天象规律,但并不是真实的“基督诞生”年。
  
  
  
  阴 阳 历
  
  阴历的制订完全依据月球绕地球的运动周期(朔望月),因此,阴历历年没有天文意义;阳历所依据的是地球绕太阳的运动周期(回归年),因此,阳历历月没有天文意义。“阴阳历”兼顾了两者的特点。中国的农历就是一种阴阳历。农历的基本规则是:以朔望月为历月长度的基础,历月中的每一日期都有月相上的意义,而历月的平均长度等于朔望月;同时,设置闰年和24节气,使历年的平均长度等于回归年。
  
  阴阳历中历年的设置要点是:平年12个月,历年长为354日;闰年13个月,历年长为384或385日,增加的一个月称为闰月;19个历年中设置7个闰年,称为“十九年七闰法”。这样,19个历年的总长度与19个回归年的长度几乎相等(仅相差2小时9分36秒)。历月的设置原则是:历月的长度分为大月30日,小月29日。大、小月的安排严格取决于月相,每个月的初一定为朔日,相邻两个朔日间隔为29日时安排小月,为30日时则安排大月。由于这一原则,以及朔望月的长度为29.5306天,阴阳历中可能出现连续两个月为大月或小月的情况。
  
  中国的农历中,闰年及闰年中闰月的设置规则颇为复杂,为此,首先要对节气加以说明。24节气是中国农历的特点,不少人误认为节气是阴历的内容,实际上,节气属于阳历范畴。例如,一年中白天最长、正午太阳最高的一天为夏至;白天最短、正午太阳最低的一天为冬至;昼夜平分的两天为春分和秋分。24个节气在一年内均匀分布。以上是民用上的定义,节气的含义是一日。天文学上节气的含义是某个瞬间:太阳到达离天赤道最远并位于天赤道之上的瞬间为夏至;到达离天赤道最远并位于天赤道之下的瞬间为冬至;两次经过天赤道的瞬间为春分和秋分。同样,24个节气在一年内均匀分布。显然,节气依据地球公转周期的回归年而定,本质上属于阳历,节气轮转符合气候变化规律。中国的农历设置24节气,具有阳历的性质,因此,属于阴阳历,而不是阴历。
  
  同一节气在阳历中的日期是大致固定的,不同年份中前后相差最多为一天,这起因于回归年不是日的整数倍以及闰年增加一日。比如,春分总是在每年的3月21日或22日,而冬至则总是在12月22日或23日。相反,同一节气在阴历中的日期变化很大,不同年份前后可以相差达一个月。例如,1955年和1956年的清明都在4月5日,但相应的农历日期分别为乙未年三月十三和丙申年二月十五,几乎相差一个月。
  
  节气又分为“节气”和“中气”两大类,并交替安置。属于“节气”的有小寒、立春、惊蛰、清明、立夏、芒种、小暑、立秋、白露、寒露、立冬、大雪;属于“中气”的有冬至、大寒、雨水、春分、谷雨、小满、夏至、大暑、处暑、秋分、霜降、小雪。24节气在阳历一年中的配置有两种方式:一种称为恒气,是按时间把一年分为24等份,每一节气平均长15天多;另一种称为定气,是按地球公转轨道路径均分为24等份,各个节气的时间长度不同。根据开普勒第二定律,即地球公转运动的面积速度不变,冬至前后地球靠近近日点,轨道运动速度快,节气长度不足15天;夏至前后地球靠近远日点,轨道运动速度慢,节气长度超过15天。现在的农历所采用的是定气,春分和秋分仍安置在昼夜平分的那两天。
  
  农历闰年有13个月,其中闰月在一年中的位置是有规定的。农历历月长29~30日(平均约29.5日),因此一般含两个节气,或者说含一个节气和一个中气。由于24节气的总长度约为365.25日,连续两个节气的平均长度约为30.5日,比农历历月的平均日数约多一日,因此,农历每个历月中节气和中气所在的日期必然比上一个月推迟1~2日,因此,每经过32~33个农历历月后,必然会有一个月只有节气(在月中)而没有中气,这个月便定为闰月,闰月前为几月,该闰月便称为闰几月。但是,若某月(比如三月)没有中气,而它的上一个月(二月)或再上一个月(正月)有两个中气,则该月(三月)仍不作为闰月。农历每经过32~33个月就插入一个闰月,19年中插入7个闰月的置闰法则保证了农历历年的平均长度接近回归年的长度。
  
  以上置闰法则十分严格。农历闰月必定只有一个节气,而且一定不是中气,其他历月都有两个节气,个别月份甚至可以有三个节气。农历的最大缺陷是,不同年份历年的长度相差太大(可达30~31日),对生活或工作安排造成某些不便。最明显的就是在不同年份中春节的阳历日期可变动一个月左右,给学校课程的设置带来一定麻烦。其他的农历节日,如中秋节等情况也是如此。
  
  历法改革问题
  
  现行格里历(即公历)的主要缺陷是:岁首(阳历1月1日,即元旦)无天文意义;历月长度参差不齐(从28日到31日),而且完全因人为因素造成;历月的设置与月球运动无关,其日期与月相不对应;四季长度不等(为90~92日);各个月份的日期与星期几没有固定关系。1923年,国际天文学联合会(International Astronomical Union, IAU)设立了专门委员会以研究改革现行历法问题,同时,各国也有相关研究。迄今为止已提出了数以百计的改历设计,其中最主要的有十三月历法和四季历法。
  
  十三月历的要点是:每年分为13个月,每月28日,全年364日,剩余的一日放在岁末,不属于任何一个月,闰年在6月末再加一日,也不属于任何一个月;岁首为1月1日,定为星期日或星期一;每4年设一个闰年,每128年取消一个闰年;日历中加注朔、望等月相说明。十三月历的主要优点是月份长度相等,且日期与星期位置固定不变,主要节假日的星期位置也完全固定,这会给生活和工作带来一定的方便。另外,在十三月历法中,要积8万年之久才与回归周期相差一日。十三月历的缺点是不便划分四季,星期的连续性会中断。
  
  四季历的要点是:一年分为四季,每季为三个月,其中前两个月为小月30日,后一个月为大月31日,全年共364日,每季91日;平年多余的一日放在岁末,闰年的闰日放在6月的后面。四季历的优点是星期位置相对固定。四季历又称国际新历,由法国人在1884年提出。中国北宋时期的科学家沈括也提出过同类历法,比法国人早800多年。
  
  由于历法改革涉及到世界各国,而且要改变积习又极为困难,因此,至今世界上通用的仍然是格里历。事实上,要想克服格里历的全部缺陷也是不可能的。
  
  日常生活中的几个问题
  
  农历是否有“闰正月”,即“闰春节” 现在农历中的节气设置采用“定气”法,冬季两个节气的平均长度约为29.74日,比朔望月长度29.56长不了多少,节气逐月向后移动很慢,因此,冬季设置闰月的可能性很小。夏季的情况则恰恰相反,由于冬季节气逐月后移,农历三、四、五、六、七月后的闰月设置较多。
  
  在公元1821年至2020年这200年中,共有农历闰月74个,其中闰正月、闰十一月、闰十二月一次也没有。闰五月最多,达17次,其次是闰三、四、六、七月,分别为9、15、10、8次。另外有闰二月6次,闰八月6次,闰九月2次,闰十月1次。既然没有闰正月,人们也就不能过“闰春节”了。
  
  “一年两头春”的含义 此处的“春”是指24节气中的“立春”,通常在公历的2月4日或5日。农历岁首(春节)的公历日期是不固定的,在1月20日~2月20日,因此,若春节在2月4日之前,而该年又是有13个月的农历闰年,历年长度为384~385日,比相邻两次立春的间隔(阳历历年长度,即365~366日)长18~20日,则农历年初和年末就会各有一次立春,该农历历年便含25个节气。此即所谓的“一年两头春”。相反,如果农历春节在立春日之后,而该农历年又是平年,长度为354日,比阳历年短11~12日,那么这个农历年中就没有立春,仅含23个节气。
  
  农历闰年与气候、凶吉是否有关 农历历年的安排与地球公转规律无关。农历闰年有13个历月,闰年的出现和其中闰月的安置有严格的人为法则,而与天象及社会活动或个人活动毫无关系。因此,民间流传的所谓闰某月那年特别热,或者闰年会有凶兆,不宜婚嫁等说法都是毫无科学根据的。
  
  虚龄和实龄可相差几岁 在中国,表述人的年龄有虚龄(虚岁)和实龄(实岁)两种。婴儿一出生虚龄即为一岁,此后,凡过农历岁首(春节)就加一岁,依此类推。虚龄与人的生肖相一致。实龄的计算以婴儿出生后满公历一年为一岁,依此类推,实龄与生肖无关。因此,一年中过了生日后,虚龄比实龄大一岁,在生日前,则虚龄比实龄大两岁。
  
  然而,对少数人来说,虚龄有可能比实龄大三岁。比如某人出生于1973年2月1日,此时虚龄即为一岁。该公历年中的春节为2月3日,于是孩子到2月3日虚龄便为两岁。下一个春节是1974年1月23日,于是,这个孩子到那天虚龄即为三岁,而他的实龄在1974年2月1日之前仍不足一岁。所以,凡是生日接近农历岁末,而下一农历年的岁首又比上一年偏前时,就有可能出现虚龄比实龄大三岁的情况。
  
  
  
          

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  西方历法
  
  古罗马历法(Roman Calendar)
  
  现时所用的西方历法,源于古罗马的太阳历。 据估计,古罗马城是由传奇的领袖Romulus大约建于公元前753年。初期是承继希腊历法,在公元前738年实行。罗马历法可以说是非常混乱,无人了解其法则,现时的知识很多都是来自估计。罗马历法定一年有304日, 分10个月(六个月30日及4个月31日),以三月份(March)作为新年及一年之始。这十个月的名称分别是Martius, Aprilis, Maius, Junius, Quintilis, Sextilis, September, October, November 及 December,最后的六个字是表示五至十的拉丁文。但与一太阳年约365日相比相差了61日,当时的罗马人似乎忽略这些日子,只把它当成无名称及不定期的月份,成为年与年之间无一定规律的冬日。
  
  后来为了补偿这少了的日数,第二任的罗马领袖Numa Pompilius (公元前715-673),于公元前713年,在年之前加上January及年开尾加上February两个月份造成一年12个月共355日。至公元前452年,罗马人将February移至January及March之间。虽然加了两个月成355日 但仍与回归年不吻合。为了调整至回归年,Numa Pompilius 每隔一年下令在February之后加上一个特别月Intercalaris或Mercedinus,Mercedinus一般有22或23日。
  
  儒略历(Julian Calendar)
  
  到公元前46 年,情况非常混乱,古罗马儒略西泽(Julius Caesar)要在Mercedinus的特别月里加入90日,才能恢复月份的季节。他根据埃及亚历山大狄天文家索西琴(Sosigenes)建议,修订古罗马历而制定儒略历(Julian Calendar)。将一年分为十二个月,规定单数月为31日,双数月为30日,通常二月是29日(平年),每四年设置一闰年,闰年的二月加多一日成为 30日。因此平年有6*31+5*30+29=365日,二闰年有6*31+6*30=366。四年里总共有365*3+366=1461日,平均每年日数为1461/4=365.25,较准确回归年365.2422相差0.0078日,即是每128年会有一日偏差。
  
  至公元前8 年,罗马议会将八月改成奥古斯都皇帝(Augustus Caesar)之名,称为August。同时将八月改为大月而成31日,使它和纪念西泽(Julius Caesar)的七月(July)日数相同,以显示他和西泽的功业同等伟大。而八月后的大小月全都反过来,即将九月和十一月改为30日,而十月和十二月则改为31日,八月所增的一日由二月里扣减,因此平年二月变成28日,闰年二月变成29日。每年平均日数不变即365.25日。
  
  西泽死后,罗马当局曾错误地在一段时间里面每三年置一闰,后来奥古斯都皇帝(Emperor Augustus)在至公元前8年至至公元后4年间取消闰年设置,使儒略历恢复原先的规划。
  
  格勒哥里历(Gregorian calendar)
  
  由于儒略历(Julian Calendar)平均每年日数为365.25,较准确回归年365.2422相差0.0078日,即每100年会有0.78日偏差。到公元后16世纪,偏差已经累积至十多天。历法偏差使到宗教节日亦有错误。
  
  早在13世纪时,培根(Roger Bacon)及其他人已指出历法错误,须要收改。但教会廷多年来都无任何行动。到16世纪,复活节有时在春分之前到来,而不是根据公元后325年Council of Nicaea 所定的日子出现。至1563 AD,Pope Pius V召开弥撒议会(Council of Trent)上尝试修正春分及复活节日期问题。目的是重新确立春分点不能迟过3月21日及确立复活节前的满月的日期。
  
  格勒哥里十三世(Gregory XIII)是继任Pope Pius V成为天主教教皇。他也是弥撒议会的成员。根据天文学家Aloysius Lilius及Christopher Clavius建议,从现有历法中减去十天使春分出现在3月21日,因为他们观察到春分点发生在3月11日。格勒哥里十三世接受建议。执行以下改革并称为格勒哥里历。
  
  1.将1582年10月5日至1582年10月14日这10日取消。
  
  2.每个可被 4 整除的年份是一个闰年。
  
  3.但00结尾的年份一定要被 400 整除,才能算是闰年。否则不是闰年。因此,1700,1800,1900,2100 和 2200 年都不是闰年。而1600,2000,和 2400年是闰年。
  
  由以上可知,格勒哥里历以400年为一循环。400年共有365 * 400 + 97 = 146097日,平均每年有146097 / 400 = 365.2425日。与准确回归年365.2422相比只差0.0003日。因此3千3百多年才会产生一日的偏差。