时间的度量

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作者|邹乾一

审核郑成卓

编辑|高天可

 

时间的度量

上一周小星提及了恒星日、真太阳日和平太阳日。大家也许已有所思考:既然有恒星日、真太阳日和平太阳日,那是否还有对应的恒星时、真太阳时和平太阳时呢?

答案是肯定的,以下小星就来介绍下这三种时间系统。(本文中所有恒星日、恒星时均以春分点定义)

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时间流逝(图片来源于网络)

 

先来了解下真太阳时与平太阳时。不知大家是否发现一个有趣的现象:日晷与钟表所显示的时刻通常是有差别。其实,我们将日晷显示的时间称之为真太阳时,而我们钟表所显示的时间则是平太阳时。

那么,二者有什么联系和不同呢?

 

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日晷(摄影:吴霞辉)

 

上周已经介绍过,太阳连续两次上中天的时间间隔叫做真太阳日。1真太阳日可分为24真太阳时。如果真太阳时以太阳视圆面中心的时角来计量,即以太阳上中天为起算点,那么太阳上中天为真太阳时0时,而我们日常生活中习惯的起算点是半夜,相差约12小时,如此多有不便。因此,为了和日常生活习惯一致,把真太阳时定义为:真太阳视圆面中心的时角加12小时。因为真太阳时是观测太阳视圆面中心得到的,所以真太阳时也称为视太阳时,简称视时。由于真太阳日长短不一,因此真太阳日和真太阳时往往会给日常生活带来不便,这种不便会给如今愈发讲究精确性的社会带来灾难性的后果。

 

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太阳东升西落(图片来源于网络)

 

为了应对这样的问题,天文学家们创造出了“标准的时间”——平太阳时,简称平时。这种想法是由美国天文学家西蒙·纽康提出的,平太阳(假想天体)在天赤道上从西向东匀速运行,这个速度相当于真太阳在黄道上运行的平均速度,这意味着我们用人为的规定方式获得了一个相对稳定的参考时间,极大满足了日常生活中对需要准确并相对均匀的时间的需求.将1平太阳日平分为24份,每一份即为1平太阳时,这是我们日常中所用的时间计量系统。

 

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真平太阳时与平太阳时的时差(图片来源于网络)

 

太阳时与平太阳时之差称为时差,即:

时差=真太阳时-平太阳时

因为真太阳日长短不同,所以时差不是一个固定值,一年中有4天时差为0:4月16日、6月15日、9月1日和12月24日,有4次极值:2月12日前后达到-14.2分、5月14日前后达到3.9分、7月2日前后达到-6.6分、11月1日前后达到16.4分。

 

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格林尼治天文台展出的计量恒星时的时钟(图片来源于wikipedia)

 

除此之外,恒星时也是一个会出现在地理教材上但多数人不甚了解的词汇。春分点相继两次上中天所经历的时间称为恒星日,等于23时56分4.09053083288秒平太阳时,并以春分点上中天的时刻作为这个计量系统的起点,即春分点上中天时的恒星时为0时。若将岁差[由于地球自转轴指向变化(称为进动)造成春分点西移的现象]与章动(地球自转轴在进动的过程中来回摆动的现象)考虑在内则为真恒星时,只考虑岁差则是平恒星时。

 

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岁差(P)与章动(N)(图片来源于网络)

 

有趣的是,一个地方的地方恒星时与本初子午线(0度经线)的恒星时之间差就是这个地方的经度,因此通过观测恒星时及就可以知道某地的经度。某地恒星时等于当地上中天的天体赤经,而由当地纬度可求得哪些天体会升出地平线(某天体上中天地平高度=90度-|当地纬度-此天体赤纬|,地平高度若大于0度即会升出地平线),两者结合便可得知当天可以观测哪些天体。由上可见恒星时在天文观测中有非常大的作用,但在日常生活中基本不会使用。

 

参考资料

(1)恒星时,百度百科,https://baike.baidu.com/item/%E6%81%92%E6%98%9F%E6%97%B6/692631?fr=aladdin

(2)平太阳时,百度百科,https://baike.baidu.com/item/%E5%B9%B3%E5%A4%AA%E9%98%B3%E6%97%B6/692356?fr=aladdin

(3)真太阳时,百度百科,https://baike.baidu.com/item/%E7%9C%9F%E5%A4%AA%E9%98%B3%E6%97%B6/692540?fr=aladdin

(4)真太阳时与平太阳时代区别,360个人图书馆,http://www.360doc.com/content/12/0309/17/7458471_193061011.shtml

(5)李芝萍,贾焕阁,天文·时间·历法.第二版,气象出版社,2011年6月1日

 

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原文始发于微信公众号(星明天文台):时间的度量

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