01 · 定义
一日正好是 86 400 秒,也就是二十四小时。这是通过 SI 秒下的定义,而不是通过地球自转:行星已经不再被它绑住,平均每日慢一毫秒左右。
日其实有好几种。恒星日是地球相对遥远恒星转一整圈的时间,二十三小时五十六分。太阳日是两次正午之间的时间,要更长:地球自转的同时在轨道上走了将近一度,要让太阳重新回到南方,就得把那四分钟补转上。一年里多出来的转动正好凑成一个恒星日:一年有 366 个恒星日,对 365 个太阳日。
可是太阳日也不恒定。轨道是椭圆,冬天地球走得快,要补转的就更多。地轴是斜的,运动在天赤道上的投影随季节而变。两种作用叠加起来,最长和最短的真太阳日之间相差约一分钟。平太阳日是虚构的,天文学家把它引进来,恰恰是因为钟表不会走得不匀。
真时与平时之间积累的差叫均时差。因为它,日晷时快时慢;一年里在同一时刻拍下的太阳,在天上画出一个八字 — 日行迹。这是唯一一个不是仪器画出来的图形,而是同一个日的两种定义互不相让画出来的。
左边是日行迹:一年中同一钟表时刻太阳的位置。横轴是均时差,纵轴是赤纬。右边是那一天真太阳日的长度,与整整二十四小时相比。第二个滑块在时区内移动位置,显示按墙上的钟正午落在何时。
一日之内地球在轨道上走过约一度。相对恒星的转动已经完成,可太阳挪了位置,行星还得再补转一点 — 正是那四分钟。
02 · 换算
输入数值,本页为你换算
日允许与分和小时一同使用,但不给它加词头:任何标准里都没有「千日」。更长的时段改用年,更短的改用小时。
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 日正午起的连续计数,没有月,没有闰年,也没有历法改革。正是靠着它,才能把巴比伦书吏记下的日食与昨天的测量放在一起比较。
火星的一日比我们的长三十九分钟。任务头几个月,巡视器的操作组得按它作息,每次把工作日往后挪四十分钟 — 大约五周,值班表就绕表盘转了一整圈。
| 说明 | |||
|---|---|---|---|
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03 · 数量级
其他世界的一日04 · 测量仪器
用什么捕捉行星的自转
严格固定在子午面内的一根镜筒:它只能升降。天文学家捕捉恒星越过丝线的一瞬,从这样一串通过中得出恒星日的长度。两个世纪里这是当时最精确的钟 — 精确恰恰是因为充当摆的是天空本身。
真空容器里的自由摆,外面还有一个受它牵引的孪生摆。一九三〇年代,这种钟比地球自转还准,也正是它们头一次表明:行星并不守时刻表。
从 1967 年起,秒由铯原子的一个跃迁来定义,一日就成了正好 86 400 个这样的秒。与行星的联系被切断了:地球从此可快可慢,一日一根头发丝也不会变。
两座位于不同大陆的天线聆听同一颗类星体,从信号到达的时间差里把地球的指向定到毫秒的几分之一。如今一日的长度就是这样量的 — 拿到天上去核对的是行星,而不是反过来。
05 · 书写规则
d 用小写,不加词头
国际符号是不带点的小写 d;汉语里也常直接写「日」。大写 D 已被屈光度占去,所以大小写并非无关紧要。在组合单位里日用居中点或斜线书写:mg/(kg·d)、mm/d。
最后一行不是吹毛求疵,而是实际故障的来源。有闰秒的一日里有 86 401 秒,凡是假定正好 86 400 的代码,那天就会崩 — 2012 年如此,2015 年又来了一回。
06 · 相邻单位
日夹在小时与年之间,两头的联系各有各的不整:一日里正好有二十四小时,一年里却有 365.2422 日,任何取整都消不掉这个零头 — 只是把它挪进了历法。
一日的 1/24
86 400 s
365.25 d
在金星上第一个关系式的符号反了过来:它逆向自转,太阳日比恒星日还短。JD 是儒略日,天文学用的连续日计数。
07 · 历史部分
日是怎样与地球脱钩的
秒被定义为平太阳日的 1/86 400。这个定义撑了将近一个半世纪,看上去不可动摇:地球是当时能拿到的最可靠的钟。
石英钟和摆钟表明:一日的长度在一年里以毫秒为单位摆动。罪魁是气团随季节的重新分布和潮汐 — 行星不是刚体,也不守时刻表。
一种折中:钟按原子走,但每隔几年往时标里插进一秒,免得正午离太阳越来越远。半个世纪二十七次插入,全都是为了一个没有仪器谁也察觉不到的差别。
大会决定停止插秒:数字系统因它出故障的次数,比偏离太阳给谁添麻烦的次数还多。到 2035 年,时标将与行星彻底分家。
一个不再与其现象重合的单位
潮汐摩擦给地球刹车:月球拉着海洋,隆起落在自转后头,把行星拖住。一日每世纪变长约 1.8 毫秒 — 泥盆纪时还不到二十二小时,珊瑚的生长纹为此作证:一年约 400 条。
所以今天的日,是一个诚实地与其得名之现象脱了钩的单位。86 400 秒是一个数,行星的自转是一个再也塞不进这个数的过程 — 差额由闰秒来补,从 2035 年起干脆任由它积累。
目录 · 计量单位
每个量都有一份档案
七个 SI 基本单位,二十二个有专名的导出单位,以及若干制外量 — 少了它们,工程与历法都转不动。