火星历法和计时

[emptymalei]

InterImm/roundTable#3

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关于火星历法：http://www.planetary.org/explore/space-topics/mars/mars-calendar.html

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火星历法相关的收集

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

[ProtossProbe]

我记得在《赶往火星》这本书上还提到可以用黄道十二宫对火星的月份进行命名，不过划分的基本原理是一样的，只是称呼不同。

[emptymalei]

@SpaceXploration 以前我听说过这本书，刚刚翻了翻，还挺系统的。

我觉得不如不给月份，因为采用月份没有很大的意义嘛，为了划分成一段时期，还不如根据实际的需要划分。

[ProtossProbe]

@emptymalei 根据实际需要怎么划分呢？分为四季？

[emptymalei]

@SpaceXploration 感觉月份好像也不是那么有用嘛，就直接说第几周？反正划分了也没有坏处。我觉得呢，不如按照实际工作的劳累程度，把一个季节分成几部分，过完每个部分会有个休息，类似于周末。

[ProtossProbe]

@emptymalei 火星一年684天，假设分为四季的话每个季节171天，如果每周和地球上都是7天的话，一个季度就有24周多一点..感觉还行

[emptymalei]

@SpaceXploration 突然觉得 24 周有点长。或许那样分月份有道理，因为那样分月份似乎正好跟季节能够对应起来，3 个月一个季节吧。

我算的好像是火星一年在 668 天左右？如果按照 Mars' Calendar 里面的说法，我算了最近的两个年，是 687 个地球日。然后一个火星日是 24+2/3 个小时，这样总的火星日的天数应该是

687*24/(24+2/3)=668.4

[ProtossProbe]

哦对。。忘了684天是地球日了。。。
668天的话，分为12个月的话，每个月55.7天，每周7天的话，一个月8周，刚好合适啊

[emptymalei]

@SpaceXploration 突然感觉好巧合。一个月八周（7.95）。

[emptymalei]

火星历法这一部分似乎也应该加到书中了吧。没想好开个什么章节比较好。

[LostAbaddon]

火星历法很久很久以前我倒是弄过一份，给做个参考吧：http://jianshu.io/p/273cae7c8949

[emptymalei]

@LostAbaddon 好赞啊，这才像历法的样子啊。看看我们之前的讨论好惭愧~~

[unionx]

@LostAbaddon 你的文章好多，赞啊！

[syrte]

@LostAbaddon 好棒哎，赞。还有火星的天文学家使用恒星时，哈哈。

[emptymalei]

今天晚上我打算开始这部分的内容。

[emptymalei]

一个关系可能不是很大的东西：双星体系中的历法。

反正跟历法有关，所以贴过来玩玩。

（瓦克星是一个算法工程师建立的一个项目，一直对这个很感兴趣，但是由于我编程能力不足一直没能加入进去。实际上不仅仅是编程能力，也需要的数学功底比较好。总之太难所以我干不了什么事情。如果各位有兴趣可以看看。顺便提一句，我开始大规模使用 GitHub 就是因为这位好心的算法工程师教会了我怎么用 git 。）

[syrte]

@emptymalei 他们似乎是搭一个ipython nbviewer作展示啊，好棒。
哦，原来是利用ipython nbviewer网站打开github上的notebook。

[emptymalei]

@styra 是的啦。我其实还在计划写些关于文明啦，传播啦什么的 code，或许以后也可以写成ipynb。甚至关于日历这个也可以写个 notebook 之类的。待办。

[LostAbaddon]

如果是关于文明模拟的话，不久前我倒是写过一个，不过考虑光速极限的2.0版写到一半没更新下去，因为开始做别的东西了。。。
https://github.com/LostAbaddon/Civilization

[LostAbaddon]

另，他的里面关于黄道面的说法个人认为还有欠缺。因为如果双恒星本身的运动很复杂，比如所在位置和运动方向不在一个平面内（三个矢量未必都能落在同一个平面），那么行星的运动就几乎不可能稳定在一个平面内，从而黄道面没法有良好的定义，从而南北极星也无法给出良好的定义。
当然，个人很怀疑这样的环境是否有宜居带，所以也许可以压根不考虑。

[emptymalei]

@LostAbaddon 现在研究的大多是 circumbinary planet，这是有的宜居带的，从观测到理论现在都有人做过了。甚至最近一篇arxiv文章这种系统对于生物多样性也有帮助。这些是一些前沿课题，很值得研究。对于任意 configuration 的系统，这个印象中最近也有文章讨论这个话题。总之，是值得考虑的。

[emptymalei]

@LostAbaddon 文明那个很早就关注了。只是一直觉得不是我的style，所以没有跟进。

[syrte]

@LostAbaddon 我也关注你那个啦，挺好玩的啊。
记得进化论相关的书里常常提到有一个算法大赛，什么“一报还一报”，“永远的恶人”之类的，跟你这个有些类似啊。

[emptymalei]

火星的计时方法

用到的参数：

• 火星上的一天平均是24h 37m 22.663s按照地球的计时 （地球上是 23h 56m 4.0916s）
• 火星上的太阳日88,775.24409 sec 或者 24h 39m 35.24409s， （地球上是 24h 00m 00.002s，这个 .002 ）
• 火星地球对比图，来自维基：
• 零度经线：经过 Airy-0 坑。

几点：

1. 火星的偏心率比地球大得多，导致 sol 和人工划分之间会有很大的偏差，甚至可以比钟表时间跑的快 40 多分钟或者慢 50 多分钟。（地球：14min 22sec slower and 16min 23sec f）
   
2. 地球上的 UTC 方法，会使用 leap seconds 就是闰秒来调节钟表时间和 sol 的同步性。
3. NASA 有个很有趣的程序：Mars24 要是有人做成 web app 就好了。这个程序第一次用了 MTC，下面会提到。

总结现有计时方法：

时间划分

1. 舍弃地球上的秒：

   对于很多物理计算之类的会产生问题。但是目前为止的火星任务都是使用的这种：将火星的个 sol 分成24个火星小时，每火星小时60火星分钟，每火星分钟60火星秒。也就是说，火星的时刻要比地球时刻多 2.7%，即一火星秒比地球的秒长 2.7%.

   这样做的好处是，对于规划火星上的生活和任务很有利。

2. 保留地球上秒的定义(metric time 方法)：

   a. 保留 24小时，添加火星附加时刻。
   b. 取消 24 小时制度。

时区划分及时间确定方法

1. AMT (Airy Mean Time)，跟地球的 GMT 类似。使用 Airy-0 处，即零度经线处的 mean solar time 来作为标准计时方法。由于每天的中午定为太阳最高点的时刻，而地球轨道又不是圆形的，所以每天的长度会有不同。
2. MTC (Coordinated Mars Time)，维基说是依据 mean solar time，但是我估计意思是看远处的恒星而不是太阳吧。另外只要订好了零度经线的时间，其他的都一样，所以定零度经线时间的方法可能是原子钟，可能是太阳日，可能是恒星日，可能是用平均太阳日，可能是当地太阳日等等。如果保留地球的秒，却还用的当地太阳日来定义一天，需要一些天文的方法来确定火星的 sol，从而确定一天多少秒，感觉这个对生活来说非常不方便，因为我们都不知道一天到底多少秒啊，还是用平均太阳日/恒星日定一天比较好。

年的划分

1. 恒星年：668.5991 sols，恒星在天定回到相同的位置。地球上也不用这个，因为不好反映季节。
2. 太阳年：或者回归年，这样才是用来做历法的，因为这样反映季节变化。

定义年的开始，

1. 从 equinox，太阳直射赤道。
2. 其他的至点，例如太阳直射位置距离赤道最远的点。

划分季节

1. 从太阳直射火星赤道（equinox ），到北半球获得最高的太阳（solstice），就是Ls 0 到 Ls 90 ，共有 194 Martian sols，从 Ls 180 到 Ls 270 共有 142 Martian sols

但是从历法的角度来讲，最好是用一个平均时间，外加一种调节机制比较好。

Ls 是日心经度，就是行星在轨道的位置。春分点时火星在轨道上的位置定位 0. 北半球夏至点时 90. 如此。

月份

显然不用用卫星了，因为 Probos 7 h 39.2 min的周期， Deimos 30.312 h 的周期。

但是当在火星上看到地球的时候，有一个选择是观察月球和地球相对位置，例如大致将月亮从离地球最远位置转一圈回到这个位置的时间定位一个火星月。但是意义何在呢。

闰年

几个例子

火星三部曲中，时间停止 39.5 min，24 月份，1 Feb, 2 Feb 这样记录。

大流士火星历

使用：火星的太阳日，回归年（668.5907个火星日）。

置闰：每十个火星年均由6个669火星日的火星年及4个668火星日的火星年所组成。这样 6 个火星年就可以定为奇数年份和能被10整除的年份。惟能被100整除的年份规定为平年；能被1000整除的年份为闰年；能被3000整除的年份为平年。

月份：24 月。

火星年分为24个月，每6个月的最初5个月的长度为28火星日，而最后一个月，除非因是闰年的最后一个月而包含闰日，否则其长度则为27火星日。
虽然这历法与格里历相同，每周由7火星日组成，可是在每一个月的开始时，该周就会从周首重先开始。这是由于假如该月的长度为27火星日，这就会使原本的最后一周的最后一天消失，因此这种做法就能使历法看起来较为规则。

节日

例如春分，夏至这些。其实还有近地点很重要，因为从这时起沙尘要起啦。

新历法

需要确定需求，什么才是核心需求，然后才能找出周期性的现象或者人为定出周期性事件。

现在地球的历法也不是真的完全好用，例如星期和月份对不齐。

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1. 本文的主要参考 Timekeeping on Mars

Written with StackEdit.

[ProtossProbe]

前几天刚把 Timekeeping on Mars 界面的内容学习了一下。。。
对于时间划分，我还是比较倾向于《火星三部曲》中的方法。现在着陆火星的探测器使用的都是各自的当地时间，24小时制的，主要是因为对于只执行探测任务的机器人来说，这样划分比较方便。但是有人在火星殖民之后，就还要涉及到研究、教育等等一系列的问题，如果仍使用24小时制并且改变一秒的长度，随之带来的问题可能远大于便利。

[emptymalei]

突然意识到大流士火星历中采用七曜的方法来制定星期几有问题啊，在火星上就没什么火曜日了……吧……

[syrte]

@emptymalei 其实没什么关系啊，标记而已。或者火曜日用地曜日代替，哈哈。对了，一周开始是周日？如果是周末双休的话，有些月最后一周只能休一天了。不过也没关系，想哪天放假都行，没必要非得周末。

[emptymalei]

@SpaceXploration 但是也不错，必然有一天是周日嘛~