把手伸进阳光里,看影子。影子最短的那一刻,就是当地太阳时的正午。可你低头看手机,时间往往不是12:00。在东部沿海,两者可能只差几分钟;在新疆西部,能差出两个多小时。太阳和钟表,到底谁不准?
一句话:太阳时是“按太阳的位置来读时间”
太阳时是一种以太阳在天空中的实际位置来计量的时间:太阳经过当地子午线(正南北方向的那条线)的那一刻,被定为正午十二点。
把它想成厨房墙上的挂钟:太阳是那根不停转动的时针,你脚下的大地就是表盘。时针扫过表盘一圈,就是一天。这套系统不用电池,不用授时台,插一根杆子、量一量影子的方向,就能读数。
三个原因,让正午“错位”
最外层是时区。中国全境统一使用北京时间,它的基准经线是东经120°。乌鲁木齐大约在东经87.6°,每差1个经度,太阳时就差4分钟;32.4个经度约合130分钟。也就是说,那里太阳时正午时,你的手表已经走到下午两点十分左右。北京在东经116.4°附近,偏差小得多,约14分钟。
第二层是均时差,第三层更细微,藏在“一天到底有多长”里。
太阳也会迟到早退
地球绕日轨道是椭圆(1月初离太阳最近,7月初最远),地轴又斜着23.44度。两件事叠加,让真太阳时(太阳实际位置给出的时间)和平太阳时(钟表使用的全年平均时间)一年到头互相拉扯,差值最大约+16分钟(11月初),最小约−14分钟(2月中旬)。这个差值叫均时差。
打个比方:你每天走同一条路上下班,有时一路绿灯,有时红灯连片。出发时间一样,到公司却能差十几分钟。地球的“路况”,就是轨道偏心率和黄赤交角。
一年里只有四天左右,两者恰好对齐——大约在4月15日、6月13日、9月1日和12月25日。如果你在院子里插一根杆子,每天记下影子最短的那一刻,会发现这个时刻一直在前后漂移。
至于一天的长度:真太阳日(太阳连续两次经过子午线的时间间隔)一年中最长的一天比24小时长约30秒,最短的短约20秒。我们表盘上的24小时,是全年平均出来的平太阳日。
日晷为什么配一张“校对表”
日晷读出的正是真太阳时,所以它显示的时间会与钟表有偏差,这是它的本来属性,并非坏了。老日晷旁边常刻着一条“8”字形的曲线,或附一张小表,告诉使用者今天该加几分钟、减几分钟。那条曲线叫日行迹,是把一年中同一时刻太阳所在位置连起来画出的形状。
它没有过时
- 太阳能电站让电池板追着太阳转,计算依据是太阳时,不是北京时间。
- 日出、日落与晨昏蒙影时刻表,依据的是太阳的几何位置。
- 天文台安排观测、一些宗教确定礼拜时刻,也仍旧仰仗它。
另外,地球自转长期在变慢(观测证实:潮汐摩擦使日长每世纪增加约1.7毫秒),这让原子时与基于地球自转的世界时逐渐脱节,于是有了闰秒。未来是否继续用闰秒来弥合这一差距,目前尚无定论。
影子最诚实
找个晴天,插一根杆子,每小时画一道影子的位置。你会得到一台最古老的钟。它不告诉你“几点”,只告诉你太阳在哪儿——而这恰恰是时间最原始的来源。当人类把太阳的位置折算成数字,才走出了统一时刻表、铁路和时区的世界。
那么,如果人类真的在火星定居,那里的一天比地球长约39分钟,火星的“太阳时”又该怎么定?
延伸阅读
- 《时间的故事》,克里斯滕·利平科特等著,商务印书馆
- 纪录片《宇宙时空之旅》(Cosmos: A Spacetime Odyssey,2014)
- 中国科学院国家授时中心官网(ntsc.ac.cn)