真太陽時簡易測量

郭紅鋒

一、你真的了解“時間”嗎？

我們每天都在使用時間，你是不是認(rèn)為時間很簡單？其實不然，時間是一個非常抽象的概念。它類似于長度、溫度或質(zhì)量等，是對物質(zhì)性狀的描述，但又有所不同。例如：我們能辨別距離，感覺到溫度和重量，但是我們看不到、聽不到、嗅不到，也嘗不到時問，只能通過意識，或者通過觀測它的效應(yīng)來理解它。

在國際單位制中有七個基本物理量：長度、質(zhì)量、時間、電流、熱力學(xué)溫度、物質(zhì)的量和發(fā)光強(qiáng)度。時間是物理學(xué)中的七個基本物理量之一，是一切事件過程長短和發(fā)生順序的度量。

確定時間，是靠不受外界影響的物質(zhì)周期變化的規(guī)律。例如地球自轉(zhuǎn)的周期、月球繞地球的轉(zhuǎn)動周期、地球繞太陽的轉(zhuǎn)動周期，等等。而地球的運(yùn)動規(guī)律是構(gòu)成時間單位的自然基礎(chǔ)。

二、“真太陽時（日”是什么？

我們都知道，在北半球，太陽視運(yùn)動（地球上觀察者看到的太陽運(yùn)動）是東一南一西，每天正午太陽會運(yùn)行到當(dāng)天的最高點(diǎn)（即正南，或者說上中天）。因此，天文學(xué)規(guī)定：太陽相鄰兩次出現(xiàn)的最高點(diǎn)所經(jīng)歷的時間間隔，就是一個真太陽日；把真太陽日分為24小時，每個小時就是一個真太陽時。

三、“平太陽時（日）”是什么？

由于地球圍繞太陽運(yùn)動不是一個正圓，而是有一點(diǎn)點(diǎn)扁的橢圓，所以地球距離太陽的遠(yuǎn)近時刻在變化。當(dāng)?shù)厍蚓嚯x太陽近一點(diǎn)時，其公轉(zhuǎn)會快一點(diǎn)，距離太陽遠(yuǎn)一點(diǎn)時，其公轉(zhuǎn)會慢一點(diǎn)。另外，地球自轉(zhuǎn)軸與公轉(zhuǎn)軌道有23.5度的傾角，加上其他原因，使得地球的公轉(zhuǎn)速度有微小的變化，這引起了地球上每一個真太陽日的長短有微小變化。真太陽日長短的微小變化，在古代不會影響日常生活，人們甚至毫無察覺，例如古代的日晷、圭表等工具都是測量的真太陽時。但現(xiàn)代人對時間準(zhǔn)確性的要求提高，特別是科學(xué)上要求時間更加精確，所以科學(xué)家就制定了一套實用的時間體系，稱為平太陽時。

平太陽日的定義，就是把真太陽日一年中的誤差去掉，取其平均值，這樣每一個平太陽日的時間都一樣長。再把一個平太陽日分成24小時，則每小時就是一個平太陽時，也就是我們今天日常使用的鐘表時間，或電視廣播播報的時間。

四、認(rèn)識一下“世界時系統(tǒng)”

我們知道地球在轉(zhuǎn)動，地球上的不同地區(qū)不會同時面對太陽，而是順序面對太陽，如圖1所示。例如，住在北京的人處于正午時刻（太陽在最高處），此時住在北京以西的人還沒有到正午，而住在北京以東的人則已經(jīng)過了正午。

隨著人類交往的頻繁與密切，迫切需要一個統(tǒng)一的時問。于是，科學(xué)家規(guī)定：把全球按經(jīng)度（360度）劃分為24個時區(qū)，每個時區(qū)跨越15度經(jīng)度，每個時區(qū)使用其中心經(jīng)度的平太陽時時間（即區(qū)時）。例如：零時區(qū)（也叫中時區(qū)）使用0度經(jīng)線上的時間；北京處于東八時區(qū)，使用的是東經(jīng)120度經(jīng)線上的時間。這樣就有了世界時、區(qū)時、地方時和時差的概念。

世界時：0度經(jīng)線（經(jīng)過英國的格林尼治天文臺）上的時間，就是零時區(qū)（也叫中時區(qū)）時間；

區(qū)時：就是某時區(qū)中心經(jīng)度線上的時間，一股為居住在本時區(qū)的人們使用；

整點(diǎn)時差：區(qū)時與世界時之差（差在小時，沒有分秒之差）；

地方時：就是你所在的具體經(jīng)度處的時間（與區(qū)時有差別，是經(jīng)度之差，差在分秒）。

五、動手測量“真太陽時”

我們下而要做的足測量當(dāng)?shù)氐恼嫣枙r正午時刻。古人一直采用立竿見影的方法測量真太陽時，我們也可以效法。具體測量可以參考上劃《二十四節(jié)氣測量》一文中有關(guān)測量正午日影的方法。

建議同學(xué)們從網(wǎng)上查出當(dāng)?shù)厝罩袝r刻，然后測量日中時刻前后30分鐘（至少20分鐘）。具體方法是：每隔1～2分鐘測量一次，最后征區(qū)間內(nèi)找出影子最短的時刻，這個時刻就是你測量的當(dāng)?shù)卣嫣枙r在最高點(diǎn)時的正午時刻，參考圖2。

測量方法及結(jié)果記錄

1.立桿高度統(tǒng)一采用1米；

2.測量時間段為正午（即當(dāng)?shù)厝罩袝r刻，可以在網(wǎng)上查到）前后各30分鐘（至少各20分鐘）；

3.測量地為當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度；

4.測量數(shù)據(jù)為時間采樣點(diǎn)的日影長度；

5.請附測量當(dāng)時的照片；

6.記錄表單如下。

六、一起來動腦

針對測量結(jié)果，我們提出以下問題供同學(xué)們思考，下期將給出問題解答。

1.你測量的真太陽時正午，也就是太陽運(yùn)行到一天的最高點(diǎn)，為什么不是12時？

2.你記錄使用的時鐘時問，與你觀測的太陽真實運(yùn)動時間，有什么不同？