如何计算时间经度?
这个问题好,可以检验一下自己是不是真能明白时间的本质是什么。 先给大家讲一个我自己的故事! 我曾经去云南找一个人,他在丽江古城里开了一家客栈。我去的时候和他说的第一句话就是,我是来帮你在时间的维度上定位你的坐标系,建立一张地图的。他当时就笑翻了……
好了我来正式回答问题,如何计算时间经度? 这个问题的实质是,给定时刻,怎么求出一个完整的坐标系。 这个完整坐标系的要求是什么呢?它应该包含三个要素:
1、起点——从这一秒开始的一瞬间,这一瞬间有多少个微小时、多少分钟、多少秒?这些时间的数值就是所谓的“经过度”;
2、方向——向东、向西还是向南,这个方向是由地球自转决定的;
3、速度——我们处在哪一圈(赤道、热带、寒带),以怎样的角速度在公转,这些因素决定了每一瞬间的坐标系的位置。
现在分别来讨论这三要素 在时间要素中,“经过度”是最容易计算的。只要你打开手表或手机上的日历,就能看到经过了多少天数,几天之后就是星期几。要算出经过多少个“毫秒”、“微秒”和“纳秒”就更简单了,只要把这些单位除以729600秒即可。 但是这样的计算没有意义吗?当然有意义!因为当我们说一个事件发生在某个时间点,如果不知道具体的经过度信息,我们就无法准确判断这个事件发生的时间。例如,假设A向B发送了一条短信,这条短信按照已知条件最快需要48分钟后才到达B。在这期间,如果发生地震、海啸或者彗星撞地球等自然现象导致时间停滞,那么发短信这件事就不存在了,当然也就根本没有发生过。同样,假如时光倒流,A提前两个小时给B发了条短信,那么即使此时距离AB相距甚远的人也收到这条短信,我们也知道这是A虚构的一条“未来”短信。
在坐标系的方位元素中,地球的自转是个困扰人类的难题。因为它既不确定也不稳定,时刻都在变化之中。如果要把地球自转的影响考虑进来,就需要给出当前时刻的日期和时间,以及所在纬度和高度。这样就能根据数学公式计算出该时刻的磁偏角和磁倾角,再结合地磁场的变化曲线就可以确定下一个时刻的磁偏角和磁倾角。如此循环往复,就能把整个坐标系的方向元素算出来。不过,这样做显然是不现实的。在计算坐标系时,人们都假定了某种形状或周期性的变化趋势,并根据这些假定的形状构建起一套计算公式。
目前被广泛使用的是基于地球椭圆轨道的参数解,这套解的建立基于两个基本假设:
1、 地球的轨道近似于椭圆;
2、 地轴在空间中的方向近似不变。 基于这两个假设,就可以通过积分计算出任意时刻的坐标系方向。具体细节我就不说了,可以搜索“地球椭圆形轨道参数解”。
最后,来说说速度要素。这也是最复杂的一部分,因为要考虑的因素太多。不仅要考虑当前所处的纬度,还要考虑海拔高度和大气层的情况,甚至要考虑宇宙中未知的作用力对时间流逝的影响。 虽然要考虑的因素很多,但是最终的结果却是简单的。确定了某一个时刻的速度要素,也就确定了从这个时间点往后累加的每1秒内的所有元素。而反过来也一样,知道了所有的元素,通过积分计算就可得到这个时刻的速度要素值。
可能有人会问,为什么加了个“累加”的字眼?这是因为除了像地球公转那样有周期性的运动,有些运动是无理的,也就是说不可能通过求和的方式将前后两端连接起来。这种情况下就不能使用微积分来计算。因此就得考虑别的办法了。