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第二个是恒星日(Sidereal day),是指地球某一条子午线连续两次正对同一颗恒星时的时间间隔 。因为恒星是极其遥远的,所以这个时间就是地球自转360度的周期,为23小时56分4秒 。换句话说,恒星日就是地球自转周期 。
由于引潮力的原因,地球自转周期会变长,所以恒星日的值也在微弱地增加 。
一个有意思的问题:太阳日为什么比恒星日要长一点?
可以根据下图来理解 。
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1和2之间是恒星日,地球刚好完成了一次完整的自转——某条子午线A再次正对恒星 。但在2这个位置,子午线A处太阳的光并不是正好从头顶直射下来,地球须继续走一小段才能使太阳正对该处 。
这个过程中,地球再多转一个小小的角度,达到3这个位置时,太阳高度才达到最大,所以1和3之间是太阳日 。它比恒星日长3分56秒 。
相比恒星日,太阳日这个名词用得更多 。平时我们说一天,一般默认就是指太阳日,它就是24小时,即86400秒 。我们说一年含有多少天里的“天”也是指太阳日 。
讲完了天,再来看年 。
首先是回归年(Tropical year),又称为太阳年(Solar year),是指太阳连续两次通过春分点的时间间隔 。每个回归年的具体长度是不同的,每过一年,回归年会产生6.14× 天的长度变化 。目前回归年的大小是365.24219879天,即365天5小时48分46秒,这是根据计算121个回归年的平均值得到的 。
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其次是恒星年(Sidereal year),它是指地球绕太阳一周实际所需的时间 。也就是从地球上观测,以太阳和某一个恒星在同一位置上为起点,当观测到太阳再回到这个位置时所需的时间 。一个恒星年比一个回归年长约20分24秒 。
需要说明的是,恒星年与回归年是两种不同的时间体系,恒星年只在天文上使用,它记录的是原子时 。
回归年也好,恒星年也好,都是变化的,换句话说,这些年所包含的秒数都是不完全确定的 。既然这些年的时间长度不确定,那么光年里的这个“年”不可能是这些“年”中的任何一个,否则光年就变成了不确定的长度了 。
光年中的“年”是另外重新定义的一种年,叫儒略年(Julian Year),它等于365.25个太阳日,即365.25 86400s 。
儒略年原本是指儒略历中的一年的长度,指365天或366天,平均为365.25天 。儒略历由凯撒大帝在希腊数学家和天文学家的帮助下设计,并于公元前45年1月1日起开始使用 。因为它比实际的太阳年(365.24219879天)明显大一些,每隔128年就会增加一天,这个误差有点大,所以在1582年被公历年取代 。
现在,儒略年只是天文中测量时间的单位,它的大小是365.25 86400秒,也就是365.25个太阳日 。儒略年并不对应特定的历史年份,因此儒略年现在与任何历法都没有关联,也与任何其他形式年的定义没有关联 。
再说一下我们日常生活中常说的那个年,它叫公历年(Gregorian year),它是公历(Gregorian calendar)中规定的一年的平均长度 。公历也叫格里历,由罗马教皇格里高利十三世批准颁行,并于1582年10月15日开始使用 。
公历年的大小为365.2425天,也就是365.2425X86400秒,与实际的太阳年的长度365.24219879天非常接近,在将近7700年的时间内也只会导致一天的误差,这就是格里历能取代儒略历的原因 。
你可能会问,既然公历年的平均长度比儒略年的值更接近回归年,为什么不采用它来定义光年单位中的“年”呢?
简单的说就是,公历年牵扯到太多的东西,而儒略年既然已经退出历史舞台赋闲在家,用它来定义一个新的单位,不会有啥不好的影响,还顺便纪念了一下这个在历史上长期使用的历法年 。
实际上,儒略年并不是国际单位制(SI)中的计量单位,而是专门为国际天文学联合会(IAU)使用的单位,并成为了光年定义的基础 。
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