允抚黎

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【科普】Stardate,星历与历法

河水乘冰:

这篇小科普的起因是由于我这学期的专业课“空间信息技术基础”在卫星导航电文数据结构一部分内容里,提及了“星历”在卫星定位中的作用及其所承载的信息。


星际迷航舰长日志中提及的“stardate”,一般也翻译成“星历”。但是仔细追究起来,其无论是和传统意义上的“星历表”( 记载每日星体运行状况的图表),还是卫星定位里的这个“星历”( GPS测量中,天体运行随时间而变的精确位置或轨迹表)都有很大不同。于是我查阅了一些资料总结如下,试图说明这几者的一些微妙的关联。


这些知识我也是边查边学习, 如有错漏,还请指正,鞠躬。


大部分资料来自维基百科修改整理。


首先是《星际迷航》里面的“stardate”。


stardate实际上是《星际迷航》系列用于电影和剧集开发的一个虚构的计时和历法系统。其总体思路和天文学家现在使用的儒略日类似。在不同系列中,stardate的计算方式也不同。


最早在原初系列中,编剧为了避免将故事限定在确切年代,观众会对剧中科技发展水平产生争论。于是发明了stardate作为剧集的计时系统。


每一集中stardate的前四位数字是任选的,小数部分大约相当于十分之一天。例如1313.5是某一天12时正午,那么1314.5便是第二天的正午。由于当时的设定中stardate的算法与星舰在银河系中的位置、航行速度以及其他的因素有关,不同集数间可能相差巨大。但是从剧集的顺序来看,总体上stardate还是与时间对应,尽管有一些电视剧的stardate比故事发生在前的要小。


第一次五年任务的时间是2265-2269年,这段时间对应的stardate为1312.4-5928.5。


原初中stardate的算法在《星际迷航:下一代》以及随后同时代电影和电视剧中被修改。此后的stardate是一个十进制五位数,且有十分位,前面两位固定为41。4代表24世纪,1代表电视剧的第一季,后面三位数在一季中于000至999间不均匀增加。


由于《深空九站》的第一季与《下一代》第六季同期播出,所以《深空九站》中的stardate开始于46379.1,对应《下一代》中的第六季和公元2369年;《航海家号》第一季在《下一代》第七季结束之后播出,所以《航海家号》中的stardate开始于48315.6,即公元2371年。


《航海家号》的stardate第二位也如《下一代》中随季递增,最终由49递增至50,尽管对应的公元2373年仍在24世纪。


《复仇女神》的故事发生于stardate56844.9,为星际迷航正史中最大的stardate。


而在AOS的故事中,stardate算法被再次修改,其中前四位数对应公元年份,剩余位数代表日期。《星际迷航:暗黑无界》的故事发生于stardate2259.55,即公元2259年2月24日。


关于stardate,网上可以查到一些在线计算软件,其原理大致是根据《下一代》中给出的几个时间点的换算关系进行计算。


刚才我们提到了,《星际迷航》中“stardate”计算的总体思路和天文学家现在使用的儒略日类似。


儒略日(Julian day)是一种不用年月的长期纪日法,简写为JD。这种记日方法是由法国学者Joseph Justus Scliger在1583年所创,名称据说是为了纪念他的父亲——意大利学者Julius Caesar Scaliger。 


儒略日是指由公元前4713年1月1日天文学上记为 -4712 年),协调世界时中午12时开始所经过的天数,多为天文学家采用以作为天文学的单一历法,把不同历法的年表统一起来。 儒略日将每一天赋予了一个唯一的数字,顺数而下。


如:1996年1月1日12:00:00的儒略日是2450084。这个日期是考虑了太阳、月亮的运行周期,以及当时收税的间隔而订出来的。 以儒略日计日是为方便计算年代相隔久远或不同历法的两事件所间隔的日数。 由于儒略日数字位数太多,国际天文学联合会于1973年采用简化儒略日(MJD),其定义为 MJD = JD– 2400000.5。MJD相应的起点是1858年11月17日世界时0时。


说到了“儒略日”,那就顺便提及”儒略历“。


“儒略日”和“儒略历”是两种计算方式截然不同的历法,名字的来源也并不相同。


这让我想起一个工科学生里流传的冷笑话来:


如果有人问及,“Java和JavaScript是什么关系?”(这两种编程语言除了名字开头相同之外,没有任何内在关系)


这时候我们也可以回答“就如同儒略日和儒略历的关系一样。”


儒略历是我们现在使用的公历纪年的前身,由罗马共和国独裁官儒略·恺撒(Gaius Julius Caesar)采纳索西琴尼计算的历法,在公元前46年1月1日起执行。儒略历一年设12个月,大小月交替,四年一闰,平年365日,闰年于二月底增加一闰日,年平均长度为365.25日。由于累积误差随着时间越来越大,1582年后被教皇格里高利十三世改善,变为格里历,即沿用至今的公历。


stardate,儒略日和儒略历是三种不同的历法。


历法是推算年、月、日的时间长度和它们之间的关系,制定时间序列的法则。历书就是指按照一定的历法排列年,月,日,时的参考书籍。



《汉书·律历志上》:“ 箕子言大法九章,而五纪明历法。”


《史记·历书》太史公曰:神农以前尚矣。盖黄帝考定星历,建立五行,起消息,正闰馀,於是有天地神祇物类之官,是谓五官。各司其序,不相乱也。民是以能有信,神是以能有明德。民神异业,敬而不渎,故神降之嘉生,民以物享,灾祸不生,所求不匮。 





这大体就是说,黄帝时考察星象,制定历法,建立了五行序列,确立起事物变化的规律,纠正了闰月余分数值的大小,于是有了分管天地神祗和其他物类的官员。民神各司其职,互相敬重,不相冒犯,百姓才有了丰收年景。


在《史记·历书》里,我们又看到了【星历】这个词,这里的星历指的是【天文历法】,与前述stardate的意义截然不同。


“黄帝考定星历”即为“黄帝考察星体的运行情况确定历法”。我国是农业国家,要想让农业生产得到发展就需要顺应天时地利,就需要掌握天文知识来顺应自然规律。


黄帝考定星历的故事显然有着神话的成分,历法发展到夏朝,我国始创夏历。也就是我们现在所说的农历。农历是阴阳历的一种,以正月为首。平年12个月,大月30天,小月29天。全年354天或355天。


把这些观测得到的星象数据记录下来,就成了星历表(Ephemeris)星历表也叫星历书,简称历表。其源自希腊文“ephemero”, 是记载每日星体运行状况的图表,能快速查出星体的精确位置。天文年历也是星历表的一种。


而在空间信息技术中,我们衍生了“星历”的含义,并将其用于GPS定位中。此时“星历”指代的是卫星的位置而并非是星座的位置。


GPS 卫星发送的导航信息是每秒50位的连续的数据流,称之为导航电文。导航电文中包括了卫星的系统时间和时钟校正值,星历(Ephemeris)历书(Almanac)和系统运行情况。


简单来讲GPS卫星星历包含了某一时刻空间中卫星的位置信息,其分为预报星历和精密星历。星历的有效期短,只有几个小时。星历靠监测站对卫星的实时监测进行更新,轨道参数精度较高。


GPS卫星的历书可以看作是卫星星历参数的简化子集。历书是非实时的,包含卫星轨道的一些大体的参数,精度低。GPS卫星历书用于计算任意时刻天空中任意卫星的概略位置。通常来讲,星历包含的只是当前卫星的信息,而历书包含所有卫星的信息。


简单总结一下,历法是推算年、月、日的时间长度和它们之间的关系,制定时间序列的法则。历书是指按照一定的历法排列年,月,日,时的参考书籍。历书中可能包括的资料有节气,宗教节日,潮汐,月相等等。


星际迷航中的“stardate”,儒略日和儒略历是三种不同的历法,其中stardate的计算方式和儒略日有着共通之处,而儒略历是我们现在使用的公历纪年的前身。


传统意义上,“星历”的含义是“天文历法”。


“星历表”和“星历书”(Ephemeris )即为将星体运行状况数据数据总结归纳成的表格。


而空间信息技术里的“星历”(Ephemeris)和“历书”(Almanac) 变成了描述卫星位置的数据。


附1:一些相关的维基百科页面


历书:


https://en.wikipedia.org/wiki/Almanac


stardate:


https://en.wikipedia.org/wiki/Stardate


儒略日:


https://en.wikipedia.org/wiki/Julian_day


儒略历:


https://en.wikipedia.org/wiki/Julian_calendar


附2:这个网站提及了一些《星际迷航》剧集的stardate和更详细的资料


http://memory-alpha.wikia.com/wiki/Stardate


附3:一个关于stardate的在线计算器


http://www.stoacademy.com/tools/stardate.php

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