b612
16c62a97d5
- 新增时标、ΔT 模型、质心时间与 UT1 支持 - 改进日月食、月掩、行星事件及路径边界计算 - 完善恒星三维自行与动态距离传播 - 扩展 SVG、GeoJSON、KML 输出与底层距离换算工具 - 整理中英文手册、示例资源及回归测试
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12 KiB
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# 时标
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[English](en/timescale.md) | [README](../../README.md)
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同一个物理时刻可以用 UTC、UT1 或 TT 表示。UTC（协调世界时）用于民用时间，UT1（世界时）反映地球自转，TT 用于星历计算。它们之间的两个差值是 `ΔT = TT − UT1` 和 `DUT1 = UT1 − UTC`，单位都是秒。
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## 目录
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- [时间参数](#时间参数)
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- [time.Time 换算 API](#timetime-换算-api)
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- [儒略日换算 API](#儒略日换算-api)
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- [TCG、TCB 与 TDB](#tcgtcb-与-tdb)
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- [ΔT 模型](#δt-模型)
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- [比较不同模型](#比较不同模型)
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- [接入外部模型](#接入外部模型)
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- [未来的 UTC 对齐口径假设](#未来的-utc-对齐口径假设)
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- [SVG、GeoJSON 与 KML 的时间标签](#svggeojson-与-kml-的时间标签)
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## 时间参数
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一般观测接口接收表示民用时刻的 `time.Time`，先取其 UTC 值，再按计算需要转换到 UT1 或 TT。改变 `Location` 只改变同一时刻的显示方式；日出日落等按日搜索的接口还会用它确定当地日期。
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本库约定：1972-01-01 以前的民用时间按 UT1 处理；这是库的历算约定，不表示当时不存在 UTC。1972 年以后，TT−UTC 由内置闰秒表、所选政策或显式覆盖决定，ΔT 模型负责 TT−UT1。
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以下输入需要另外区分：
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| 输入 | 解释 |
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| `astro.TTFromUTC` / `UT1FromUTC` 的参数 | 民用时刻，可带任意时区 |
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| `astro.UTCFromTT` / `UTCFromUT1` 的参数 | TT / UT1 读数，以 UTC Location 承载 |
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| `astro.TCGFromTT` / `TCBFromTT` / `TDBFromTT` 的参数 | TT 读数，不是民用 UTC 时刻 |
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| `orbit.Elements.EpochJD` / `TpJD` | TT/TDB 儒略日，见[轨道手册](orbit.md) |
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| `basic` 的 JD 数值接口 | 由函数名和参数契约指定时标，数值本身不记录时标 |
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| `calendar.Date2JD` / `basic.Date2JD` | 读取年月日和钟面字段，不自动转换时区；需要 UTC JD 时先传入 `date.UTC()` |
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| 公农历转换 | 按[历法手册](calendar.md)解释日期，默认使用北京时间 |
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`time.Time` 不能表示闰秒的 `23:59:60`。历史日期还须考虑本库的儒略历/格里高利历切换与 Go 前推格里高利历之间的差别。
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## time.Time 换算 API
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这些接口位于根包 `b612.me/astro`。
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| 接口 | 返回值 |
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| `TTFromUTC(date)` | 同一时刻的 TT 读数 |
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| `UTCFromTT(tt)` | TT 读数对应的UTC时刻 |
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| `UT1FromUTC(date)` | 同一时刻的 UT1 读数 |
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| `UTCFromUT1(ut1)` | UT1 读数对应的UTC时刻 |
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| `DUT1(date)` | UT1−UTC，秒 |
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| `LabelIn(scale, date)` | `TimeScaleUTC` 保留输入；`TimeScaleUT1` 返回 UT1 读数 |
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| `TCGFromTT(tt)` / `TTFromTCG(tcg)` | TT 与地心坐标时 TCG 互换 |
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| `TCBFromTT(tt)` / `TTFromTCB(tcb)` | TT 与太阳系质心坐标时 TCB 互换，采用地心近似 |
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| `TDBFromTT(tt)` / `TTFromTDB(tdb)` | TT 与太阳系质心力学时 TDB 互换，采用地心近似 |
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| `TCBFromTDB(tdb)` / `TDBFromTCB(tcb)` | TDB 与 TCB 的线性互换 |
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| `TCGMinusTT(tt)` / `TCBMinusTT(tt)` / `TDBMinusTT(tt)` | 相应时标与 TT 的秒差，输入为 TT 读数 |
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TT、UT1、TCG、TCB、TDB 的换算结果虽然使用 `time.Time` 类型和 UTC Location，但字段表示的是相应时标的读数。不能把这个值直接传回要求民用时刻的太阳、月亮等接口，否则相当于再次移动了计算时刻。需要还原时，调用对应逆变换。
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```go
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package main
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import (
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"fmt"
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"time"
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"b612.me/astro"
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)
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func main() {
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date := time.Date(2026, 4, 1, 0, 0, 0, 0, time.UTC)
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tt := astro.TTFromUTC(date)
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ut1 := astro.UT1FromUTC(date)
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fmt.Println("UTC:", date.Format(time.RFC3339Nano))
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fmt.Println("TT:", tt.Format("2006-01-02 15:04:05.000000"))
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fmt.Println("UT1:", ut1.Format("2006-01-02 15:04:05.000000"))
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fmt.Printf("DUT1: %.6f s\n", astro.DUT1(date))
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fmt.Println("UTC from TT:", astro.UTCFromTT(tt).Format(time.RFC3339Nano))
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}
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```
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数值换算经过浮点儒略日，往返结果可能有微小舍入差。TT/UT1 的显示格式不加 `Z`，以免被当成 UTC 时间戳。
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## 儒略日换算 API
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下列函数位于 `basic`，参数与返回值是 `float64`。换算函数返回儒略日，差值函数返回秒。
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| 接口 | 输入 → 输出 | 说明 |
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| `UTC2TT` | UTC JD → TT JD | 1972 年前按 UT1，之后使用 TT−UTC 模型 |
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| `TT2UTC` | TT JD → UTC JD | 上述逆变换 |
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| `UT12TT` | UT1 JD → TT JD | 使用当前 ΔT 模型 |
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| `TT2UT1` | TT JD → UT1 JD | 上述逆变换 |
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| `UTC2UT1` | UTC JD → UT1 JD | 等于 `TT2UT1(UTC2TT(jd))` |
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| `UT12UTC` | UT1 JD → UTC JD | 上述逆变换 |
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| `TTMinusUTCSeconds` | UTC JD → 秒 | 内置闰秒段为 `32.184 + (TAI−UTC)`；也可由注入函数覆盖 |
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| `DUT1Seconds` | UTC JD → 秒 | `(TT−UTC) − ΔT` |
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| `DeltaT` | JD 或十进制年 → 秒 | 第二参数为 `true` 时输入是 UT 儒略日，为 `false` 时是十进制年 |
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| `TT2TCG` / `TCG2TT` | TT JD ↔ TCG JD | 线性换算 |
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| `TT2TCB` / `TCB2TT` | TT JD ↔ TCB JD | 地心近似 |
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| `TT2TDB` / `TDB2TT` | TT JD ↔ TDB JD | 地心近似 |
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| `TCB2TDB` / `TDB2TCB` | TCB JD ↔ TDB JD | 线性换算，含 TDB0 常数 |
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| `TCGMinusTTSeconds` / `TCBMinusTTSeconds` / `TDBMinusTTSeconds` | TT JD → 秒 | 相应时标与 TT 的秒差 |
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闰秒或模拟闰时带来阶跃时，TT→民用时间的逆变换存在与阶跃宽度相同的不可表示区间；不能要求跨该区间的逐值往返恒等。
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`TTMinusUTCSeconds` 与 `DefaultTTMinusUTC()` 读取闰秒表值（前者可被注入函数覆盖），不应用 `UTC2TT` 的未来政策外推。换算未来民用时刻时直接使用 `UTC2TT` 或 `TTFromUTC`。
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## TCG、TCB 与 TDB
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TCG 是地心坐标时；TCB 与 TDB 分别是太阳系质心坐标时和太阳系质心力学时。TT 与 TCG、TCB 与 TDB 的关系为线性定义；TT 与 TDB 的关系在这里采用地心近似，不含观测者位置引起的日周项。
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令 `T0 = 2443144.5003725`、`LG = 6.969290134e-10`、`LB = 1.550519768e-8`、`TDB0 = −65.5e-6` 秒，时标读数用 JD 表示：
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```text
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TCG − TT = LG / (1 − LG) × (TT − T0)
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TDB = TCB − LB × (TCB − T0) + TDB0 / 86400
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TCB − TT = [LB × (TT − T0) + (TDB − TT) − TDB0 / 86400] / (1 − LB)
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```
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参考历元 T0 不表示四个时标的读数在此全部相等。现代日期 TDB−TT 的主要年周期振幅约 1.7 ms；TCG−TT 每年增加约 0.022 秒，TCB−TT 每年增加约 0.489 秒。
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TDB−TT 使用 40 项截断级数和质量调整项。在 −3000 至 +6000 年范围，相对完整 787 项地心级数，遗漏项绝对幅度之和给出的保守截断误差上界为 11 µs；每 31 天抽样的最大差约 2.0 µs。抽样最大差不是全时域误差保证，截断误差也不包含完整模型自身的误差；范围外不作精度承诺。
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单个 `float64` JD 在现代日期附近的分辨率约为 40 µs，`time.Time` 包装同样经过这一步舍入。比较微秒级时标差值应使用 `*MinusTT` 或 `*MinusTTSeconds`，不要把两个完整 JD 相减后再换算成秒。
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## ΔT 模型
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默认模型为 SMH2016 与 Morrison 2021 的样条和长期外推，并在实测覆盖期内优先使用逐月 ΔT 表。当前表延伸到 2026 年 9 月 1 日，末点为快速观测值，尚非最终解；表外在端点作常值锚定以保持连续。`DeltaT` 对超出 ±40000 年的输入返回 `NaN`。
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| 常量 | 模型 |
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| `DeltaTModelDefault` / `DeltaTModelSMH2016` | 内置默认模型 |
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| `DeltaTModelMS2004` | Morrison & Stephenson 2004，`ΔT = −20 + 32u²`，`u = (year−1820)/100` |
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| `DeltaTModelEspenakMeeus2006` | Espenak & Meeus 2006 分段多项式 |
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| `DeltaTModelNASACanon2006` | 上述多项式加 NASA 目录配对项：1955 年以前加 `−0.000012932(year−1955)²` |
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| `DeltaTModelManual` | 查询状态时表示当前使用任意注入函数，不能作为命名模型安装 |
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`SetDeltaTModel(model, keepObserved)` 设置进程级模型，返回是否成功；未知模型不会改变当前状态。`keepObserved=true` 保留实测段，模型只用于表外；`false` 则全程使用所选模型。`GetDeltaTModel()` 返回模型标识和该开关。
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### 比较不同模型
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`DeltaTModelSeconds` 不改变进程状态，适合比较同一时刻的不同 ΔT 取值：
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```go
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package main
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import (
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"fmt"
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"time"
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"b612.me/astro"
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"b612.me/astro/basic"
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)
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func main() {
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date := time.Date(2100, 1, 1, 0, 0, 0, 0, time.UTC)
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jd := basic.Date2JD(date)
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for _, model := range []astro.DeltaTModel{
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astro.DeltaTModelSMH2016,
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astro.DeltaTModelEspenakMeeus2006,
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astro.DeltaTModelNASACanon2006,
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} {
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fmt.Println(model, astro.DeltaTModelSeconds(model, jd, false))
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}
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}
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```
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ΔT 的未来值不能精确预知。按现有模型计算，Espenak–Meeus 2006 与默认模型在 2035、2050、2100、2200 年的差异约为 11、21、116、275 秒。远期日月食的时刻和地面路径会受此影响；与日月食目录对照时，应先统一 ΔT 模型。
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### 接入外部模型
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| 根包接口 | 用途 |
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| `DeltaT()` / `SetDeltaT(fn)` | 读取、设置 ΔT 函数；函数类型为 `func(float64, bool) float64` |
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| `DefaultDeltaT()` | 取得内置默认 ΔT 函数 |
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| `TTMinusUTC()` / `SetTTMinusUTC(fn)` | 读取、设置 TT−UTC 覆盖；函数类型为 `func(float64) float64`，参数是民用 JD |
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| `DefaultTTMinusUTC()` | 取得内置闰秒表函数，不读取注入覆盖或未来政策 |
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两个回调均返回秒。`SetDeltaT(nil)` 恢复默认 ΔT；`SetTTMinusUTC(nil)` 恢复内置闰秒表与未来政策。未设置 TT−UTC 覆盖时，`TTMinusUTC()` 返回 `nil`。
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`basic` 中对应的接口是 `GetDeltaTFn` / `SetDeltaTFn`、`GetTTMinusUTCFn` / `SetTTMinusUTCFn`，与根包共享状态。TT−UTC 覆盖作用于 1972 年以后的查询，优先于未来政策；1972 年前仍采用本库的 UT1 约定。
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这些设置会影响同一进程内的后续计算。应用应在开始计算前设定；临时对照结束后恢复原来的函数或命名模型，不要把模型切换当成某一次函数调用的局部选项。
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## 未来的 UTC 对齐口径假设
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`SetTimeScaleFuturePolicy` 与 `GetTimeScaleFuturePolicy` 选择民用时标换算政策，默认是 `TimeScaleLeapSecond`。除 `TimeScaleUT1Civil` 替换全时轴外，其余政策只控制实测窗口之后的 TT−UTC；1972 年后显式注入的 TT−UTC 覆盖始终优先。它与出图的 `TimeScaleUTC` / `TimeScaleUT1` 选项用途不同。
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| 政策 | 计算假设 |
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| `TimeScaleLeapSecond`（零值、默认） | 从末端 TT−UTC 出发，以最少整数秒校正使外推 DUT1 回到 ±0.9 秒内 |
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| `TimeScaleAssumeUT1Tracking` | 保留末端 DUT1，TT−UTC 随外推 ΔT 平滑变化 |
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| `TimeScaleFreezeUTCOffset` | TT−UTC 固定在内置窗口末端值，当前为 69.184 秒 |
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| `TimeScaleLeapHour` | 按 ΔT 外推，以最少整小时校正使 DUT1 回到 ±3600 秒内，用于情景计算 |
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| `TimeScaleUT1Civil` | 全时轴将民用时间视为 UT1，含历史闰秒表覆盖期；无显式覆盖时 DUT1 恒为 0 |
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这些选项是计算假设，不是对未来闰秒或国际决议的预报。整数秒或小时校正由当前查询时刻的 ΔT 决定，不记录历次校正，也不强制落在公告的日历边界。阶跃附近不保证逐值往返恒等；步进政策依赖的 ΔT 无效或超出模型范围时返回 `NaN`，不会退回正常偏移。
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默认模型也不能保证任意未来日期相对真实 UTC 的误差小于 0.9 秒。需要精确民用时刻时，应使用对应日期的已发布时标数据。
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## SVG、GeoJSON 与 KML 的时间标签
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SVG 和 GeoJSON 默认输出民用时间标签。需要 UT1 时，可使用 `...InUT1` 结果转换函数，或设置导出选项的 `TimeScale: astro.TimeScaleUT1`。UT1 输出的 `Location` 应为 `nil` 或 `time.UTC`。
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已有几何换时标时仍对应同一个物理时刻。时间标记若按输出时标的整刻度重新取点，采样时刻会随之改变，标记位置也会移动。GeoJSON 用 `time_scale` 标明标签口径；KML 的 `<when>` 必须是 UTC，转换器会把 UT1 标签按当前模型换回 UTC，并保留原 `time_scale` 属性。生成 GeoJSON 和转成 KML 时应使用一致的时标模型。
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具体选项、时间标记步长和 KML 时间轴行为见[地图与数据导出](map-geojson.md)。
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