01 · 定義
一日正好是 86 400 秒,也就是二十四小時。這是通過 SI 秒下的定義,而不是通過地球自轉:行星已經不再被它绑住,平均每日慢一毫秒左右。
日其實有好几種。恆星日是地球相对遥遠恆星轉一整圈的時間,二十三小時五十六分。太陽日是兩次正午之間的時間,要更長:地球自轉的同時在軌道上走了将近一度,要讓太陽重新回到南方,就得把那四分鐘補轉上。一年里多出来的轉動正好凑成一個恆星日:一年有 366 個恆星日,对 365 個太陽日。
可是太陽日也不恆定。軌道是椭圆,冬天地球走得快,要補轉的就更多。地轴是斜的,運動在天赤道上的投影隨季節而變。兩種作用叠加起来,最長和最短的真太陽日之間相差約一分鐘。平太陽日是虚構的,天文学家把它引進来,恰恰是因為鐘錶不會走得不匀。
真時与平時之間積累的差叫均時差。因為它,日晷時快時慢;一年里在同一時刻拍下的太陽,在天上畫出一個八字 — 日行跡。這是唯一一個不是儀器畫出来的圖形,而是同一個日的兩種定義互不相讓畫出来的。
左邊是日行跡:一年中同一鐘錶時刻太陽的位置。横轴是均時差,縱轴是赤緯。右邊是那一天真太陽日的長度,与整整二十四小時相比。第二個滑块在時区内移動位置,顯示按墙上的鐘正午落在何時。
一日之内地球在軌道上走過約一度。相对恆星的轉動已經完成,可太陽挪了位置,行星還得再補轉一點 — 正是那四分鐘。
02 · 換算
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日允許与分和小時一同使用,但不給它加詞頭:任何標準里都沒有「千日」。更長的時段改用年,更短的改用小時。
天文学里的儒略日正好是 86 400 SI 秒,别无其他:从公元前 4713 年1 月 1 日正午起的連續計數,沒有月,沒有閏年,也沒有曆法改革。正是靠着它,才能把巴比伦書吏記下的日食与昨天的測量放在一起比較。
火星的一日比我們的長三十九分鐘。任务頭几個月,巡視器的操作组得按它作息,每次把工作日往后挪四十分鐘 — 大約五周,值班錶就繞錶盤轉了一整圈。
| 說明 | |||
|---|---|---|---|
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03 · 數量級
其他世界的一日04 · 測量儀器
用什麼捕捉行星的自轉
严格固定在子午面内的一根鏡筒:它只能升降。天文学家捕捉恆星越過絲線的一瞬,从這樣一串通過中得出恆星日的長度。兩個世紀里這是当時最精确的鐘 — 精确恰恰是因為充当摆的是天空本身。
真空容器里的自由摆,外面還有一個受它牵引的孪生摆。一九三〇年代,這種鐘比地球自轉還準,也正是它們頭一次錶明:行星并不守時刻錶。
从 1967 年起,秒由铯原子的一個躍迁来定義,一日就成了正好 86 400 個這樣的秒。与行星的聯系被切斷了:地球从此可快可慢,一日一根頭發絲也不會變。
兩座位于不同大陸的天線聆聽同一顆類星體,从信号到達的時間差里把地球的指向定到毫秒的几分之一。如今一日的長度就是這樣量的 — 拿到天上去核对的是行星,而不是反過来。
05 · 書寫規則
d 用小写,不加詞頭
国際符号是不帶點的小写 d;漢語里也常直接写「日」。大写 D 已被屈光度占去,所以大小写并非无關紧要。在组合單位里日用居中點或斜線書写:mg/(kg·d)、mm/d。
最后一行不是吹毛求疵,而是實際故障的来源。有閏秒的一日里有 86 401 秒,凡是假定正好 86 400 的代碼,那天就會崩 — 2012 年如此,2015 年又来了一回。
06 · 相鄰單位
日夹在小時与年之間,兩頭的聯系各有各的不整:一日里正好有二十四小時,一年里却有 365.2422 日,任何取整都消不掉這個零頭 — 只是把它挪進了曆法。
一日的 1/24
86 400 s
365.25 d
在金星上第一個關系式的符号反了過来:它逆向自轉,太陽日比恆星日還短。JD 是儒略日,天文学用的連續日計數。
07 · 歷史部分
日是怎樣与地球脱钩的
秒被定義為平太陽日的 1/86 400。這個定義撑了将近一個半世紀,看上去不可動摇:地球是当時能拿到的最可靠的鐘。
石英鐘和摆鐘錶明:一日的長度在一年里以毫秒為單位摆動。罪魁是氣团隨季節的重新分布和潮汐 — 行星不是刚體,也不守時刻錶。
一種折中:鐘按原子走,但每隔几年往時標里插進一秒,免得正午離太陽越来越遠。半個世紀二十七次插入,全都是為了一個沒有儀器誰也察覺不到的差别。
大會決定停止插秒:數字系統因它出故障的次數,比偏離太陽給誰添麻烦的次數還多。到 2035 年,時標将与行星彻底分家。
一個不再与其現象重合的單位
潮汐摩擦給地球刹車:月球拉着海洋,隆起落在自轉后頭,把行星拖住。一日每世紀變長約 1.8 毫秒 — 泥盆紀時還不到二十二小時,珊瑚的生長紋為此作證:一年約 400 条。
所以今天的日,是一個诚實地与其得名之現象脱了钩的單位。86 400 秒是一個數,行星的自轉是一個再也塞不進這個數的過程 — 差额由閏秒来補,从 2035 年起干脆任由它積累。
目錄 · 計量單位
每個量都有一份檔案
七個 SI 基本單位,二十二個有专名的導出單位,以及若干制外量 — 少了它們,工程与曆法都轉不動。