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、溫度或質量等，是對物質性狀的描述，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來理解它。

在國際單位制中有七個基本物理量：長度、質量、時間、電流、熱力學溫度、物質的量和發光強度。時間是物理學中的七個基本物理量之一，是一切事件過程長短和發生順序的度量。

確定時間，是靠不受外界影響的物質周期變化的規律。例如地球自轉的周期、月球繞地球的轉動周期、地球繞太陽的轉動周期，等等。而地球的運動規律是構成時間單位的自然基礎。

二、“真太陽時（日”是什么？

我們都知道，在北半球，太陽視運動（地球上觀察者看到的太陽運動）是東一南一西，每天正午太陽會運行到當天的最高點（即正南，或者說上中天）。因此，天文學規定：太陽相鄰兩次出現的最高點所經歷的時間間隔，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動不是一個正圓，而是有一點點扁的橢圓，所以地球距離太陽的遠近時刻在變化。當地球距離太陽近一點時，其公轉會快一點，距離太陽遠一點時，其公轉會慢一點。另外，地球自轉軸與公轉軌道有23.5度的傾角，加上其他原因，使得地球的公轉速度有微小的變化，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。但現代人對時間準確性的要求提高，特別是科學上要求時間更加精確，所以科學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、認識一下“世界時系統”

我們知道地球在轉動，地球上的不同地區不會同時面對太陽，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過了正午。

隨著人類交往的頻繁與密切，迫切需要一個統一的時問。于是，科學家規定：把全球按經度（360度）劃分為24個時區，每個時區跨越15度經度，每個時區使用其中心經度的平太陽時時間（即區時）。例如：零時區（也叫中時區）使用0度經線上的時間；北京處于東八時區，使用的是東經120度經線上的時間。這樣就有了世界時、區時、地方時和時差的概念。

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

區時：就是某時區中心經度線上的時間，一股為居住在本時區的人們使用；

整點時差：區時與世界時之差（差在小時，沒有分秒之差）；

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

五、動手測量“真太陽時”

我們下而要做的足測量當地的真太陽時正午時刻。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《二十四節氣測量》一文中有關測量正午日影的方法。

建議同學們從網上查出當地日中時刻，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，最后征區間內找出影子最短的時刻，這個時刻就是你測量的當地真太陽時在最高點時的正午時刻，參考圖2。

測量方法及結果記錄

1.立桿高度統一采用1米；

2.測量時間段為正午（即當地日中時刻，可以在網上查到）前后各30分鐘（至少各20分鐘）；

3.測量地為當地經緯度；

4.測量數據為時間采樣點的日影長度；

5.請附測量當時的照片；

6.記錄表單如下。

六、一起來動腦

針對測量結果，我們提出以下問題供同學們思考，下期將給出問題解答。

1.你測量的真太陽時正午，也就是太陽運行到一天的最高點，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動時間，有什么不同？