儒略日
制外单位 · 量:连续天数计数中的一个时刻
天文学家若要把一个观测日期从另一个中减去,便会陷入尴尬:两者之间可能横着长短不一的月份、闰年、改用格里高利历时抹去的那十天;若事关古代日食,还有几套彼此不合的纪年体系。儒略日把这一切一举扫除,因为它只是把日子一个接一个地编号,没有月份,也没有零年:今日是自计数起点算起的第 天,昨日是前一天,两次观测之差相减即得。
计数的起点,约瑟夫·斯卡利杰定在儒略历公元前 4713 年一月一日 — 并非那里发生过什么,而是因为在那一点上,纪年所用的三个历法周期同时开始。他又让一日从正午起算,这成了幸事:一夜观测整个容于一个整数之内,而历法日期却在其中途变更。这种计数只有一个缺点,却很显眼:数字已越过两百五十万,为免整数写全,1957 年引入了较短的简化日期。
01 · 定义
儒略日是自儒略历公元前 4713 年一月一日正午以来所经过的天数,并带一个小数部分,用以计当日已过之数。不含小数的整天数称为儒略日数;为免书写七位数字,便从日期中减去 2 400 000.5,得到简化儒略日,其一日已自午夜开始。
以正午为一日之始,是为观测者着想:自傍晚至清晨的夜晚正落在儒略日的中间,一班值守的全部记录都得同一个整数,而在历法中日期却在那一夜中途变更。简化日期之所以把起点移到午夜,正因为它并非为望远镜而设,而是为卫星的无线电跟踪,那里值班昼夜不停,记录与民用历法相合更为便利。
这个日期称为儒略,并非因儒略历,而是因作者之父尤利乌斯·凯撒·斯卡利杰 — 一个不巧的重名,如今再无人去更正。至于起点本身,斯卡利杰是算出来的:他取了三个纪年周期,二十八年的太阳周期、十九年的太阴周期与十五年的小纪周期,寻找三者同时开始的年份。这些数相乘得 7980 年,而下一个这样的点要到 3268 年才会来临。
儒略日本身并不规定任何时标,只给出书写某一时刻的方式;故而在严谨的著作中要注明小数部分取自何种时标:观测用 JD(UTC),星历用 JD(TT),处理光变曲线时还要加质心改正,因为星光到达地球轨道不同点的时刻相差可达十六分钟。
用滑块在世界时中移动时间,并留意两处标记:金色的是正午的儒略日界线,红色的是民用午夜。望远镜工作期间,红线来得及从值守的中间穿过,历法日期随之变更;金线却远在一旁,于是整夜的记录都带着同一个整数。
远处恒星的光在一月与七月并非同时抵达地球:横穿地球轨道的直径需十六分半。对变星的光变曲线而言,这个量极大,因此观测要归算到太阳系质心,并写作质心儒略日 BJD。若忽略这项改正,便会画出周期的虚假变化,而恒星本身并无此变。
02 · 换算
输入日期或天数编号
所有简写形式之间的换算都是精确的,因为与儒略日相隔的只是一个减去的常数。历法一行按通常算法求得,而小数部分的时标则取决于时间取自何处:UTC 中的 JD 与地球时中的 JD,今日相差 69.2 秒。
1582 年以前的日期,此卡按儒略历读取,一如纪年学中的惯例;历法开关置于此卡的细项设置之中。
儒略日与简化日期的小数部分相差半天,故整数的 MJD 落在午夜,而整数的 JD 落在正午。这半天的差错,是处理档案观测时最常见的:它不损坏同一序列内部的差值,却在把序列接续起来时,将变星的位相整整移动半个周期。
| 数值 | 说明 | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · 数量级
对数标度:从一天到整个周期04 · 测量仪器
用什么给观测标注日期
一个半世纪里,观测日期都由手写入记录簿,而儒略日数之所以便利,正因它不在值守中途变更。如此积攒下来的变星光变曲线档案至今仍在使用:若无连续计数,要把十九世纪的观测与今日的接续起来几乎不可能。
恒星日比太阳日短将近四分钟,观测者的钟依恒星而行,好让望远镜按赤经指向而无须计算。然而观测不能记在恒星时里,因为它不适于求差;故而旁边总另置一台民用钟,而进入记录簿的正是儒略日。
今日每一幅影像的文件头中都写着曝光的始末,测光则取其中点。它以简化日期书写,因为较短,能不失位数地容于寻常的浮点数中;而完整的儒略日则把全部精度都耗在整数部分上。
观测的日期并非取自墙上的钟,而是取自捕捉卫星系统信号的接收机,标记的精度可达数十纳秒。接收机给出的是 UTC 时标的时间,故而处理者自行把日期的小数部分归到地球时,加上当时的偏移与 32.184 秒的常数。
05 · 书写规则
不注明时标的日期并不完整
标记用大写字母书写,不加点,数字本身以空格分隔;小数部分所取的时标写在括号内,因为 UTC 中的 JD 与地球时中的 JD 相差一分钟以上。计数的各种形式不可混用:简化日期有自己的常数和自己的午夜,给它添上「JD」即便在草稿中也不允许。
第一种写法把别家的标记挂在简化的数字上,将时刻挪动了两百五十万天。第二种在标记内部加点,这对 JD 和 MJD 都不这么做。第三种恰恰丢掉了那半天 — 正是它使一种形式自正午起日,另一种自午夜起日。第四种则混淆了起点。
06 · 相邻单位
与之并列的是同一计数的全部简写形式,各为不同任务而设:卫星遥测的截短日期、旧星历的约化日期,以及 POSIX 纪元的秒数计数 — 依同一原理安排,只是起点不同、单位不同。
自正午起算的天数
自午夜起算的天数
遥测中的五位数字
在 Simetrium 的档案中 与之相邻的是 UTC、TAI 与 UT1 各时标,它们给出日期的小数部分, 天 作为这一计数的单位, 纪年法,它们的起点各不相同,以及 世纪,其 36 525 天的儒略形式进入历元公式。
07 · 历史部分
为相减而想出的计数
格里高利改历一年之后,约瑟夫·斯卡利杰刊行了关于厘正纪年的著作,其中提出一种不依附于任何历法的计数。他把起点置于二十八年的太阳周期、十九年的太阴周期与十五年的小纪周期相会之年 — 使一切古代日期都落在这一周期之内。
约翰·赫歇尔在《Outlines of Astronomy》中指出纪年周期于观测者有何用处,并给出换算表。天文学家很快接受了它,因为他们的任务正是这计数所擅长的:把一个日期从另一个中减去,得出天数,而不必顾及月份与闰年。
最初几颗人造卫星的跟踪靠电报和计算机器进行,那里每多一位数字都要花钱、生错。于是从儒略日中减去 2 400 000.5,一举去掉两百万,并把一日之始移到午夜;如此得来的简化日期,成了一切昼夜不停的服务的规范。
巡天望远镜的每一帧影像,其文件头都带着曝光中点的简化日期;而变星星表给出极大历元时,用的是完整的儒略日。这一计数经历过改历、时标更替以及从照相干板到传感器的过渡而不衰,因为它所描述的不过是日子的序号。
既无基准也无误差的量
儒略日无法测量,其中也没有什么可以检定:它并非世界的属性,而是编号的方式,其正确由算术保证,而非仪器。一切可能出错之处都坐落在小数部分,真正的物理在那里现身:那里须知时间取自何种时标、是否计入原子钟的偏移、时刻是否归算到质心。
它长寿的缘由正在于此。历法一部接一部地更替,十天被一纸法令抹去,秒上挂过闰秒而如今又要取消;日子的序号却自行其道,对这一切概不作答。1860 年以儒略日记下的观测,与今日的观测相减时无须一处改历订正 — 所求的正是这个。
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。