時(shí)間測(cè)量與驗(yàn)證

郭紅鋒

我們?cè)谏掀趧?dòng)手測(cè)量中介紹了時(shí)間、真太陽(yáng)時(shí)、平太陽(yáng)時(shí)、世界時(shí)、區(qū)時(shí)、地方時(shí)等概念，也介紹了測(cè)量真太陽(yáng)時(shí)的方法。希望同學(xué)們都能夠跟上進(jìn)度，認(rèn)真地進(jìn)行了測(cè)量，獲得真實(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)。在這一期里，我們要幫助同學(xué)們驗(yàn)證自己的測(cè)量結(jié)果。

由于我們測(cè)量時(shí)用于計(jì)時(shí)的手表、手機(jī)等計(jì)時(shí)工具使用的時(shí)間都是平太陽(yáng)時(shí)的區(qū)時(shí)，而我們測(cè)量的結(jié)果是地方真太陽(yáng)時(shí)，為了把時(shí)間統(tǒng)一起來(lái)，我們必須做兩件事情：一是把區(qū)時(shí)換算成測(cè)量地的平太陽(yáng)時(shí)里的地方時(shí)；二是把平太陽(yáng)時(shí)里的地方時(shí)換算成地方真太陽(yáng)時(shí)。

圖1把地球沿經(jīng)度360度均分為24等份（對(duì)應(yīng)24小時(shí)），每等份15度（對(duì)應(yīng)1小時(shí)），所以經(jīng)度之差可以換算成時(shí)間之差，即360度經(jīng)度等于時(shí)間上的24小時(shí)（其實(shí)就是地球自轉(zhuǎn)一周360度，花費(fèi)的時(shí)間是24小時(shí)）。由于角度的分和秒與時(shí)間的分和秒容易混淆，我們列出如下讀法和表示方法。

時(shí)間：l小時(shí)（h）=60時(shí)分（m）；l時(shí)分（m）=60時(shí)秒（s）；

角度：l角度（°）=60角分（′）；1角分（′）=60角秒（″）。

再利用上述經(jīng)度（角度）與時(shí)問(wèn)的關(guān)系，可以推算出：

24小時(shí)（h）=360角度（°）；

1小時(shí)（h）=15角度（°）；

l時(shí)分（m）=15角分（′）；

1時(shí)秒（s）=15角秒（″）。

所以，換算后經(jīng)度差3°37′16″約等于時(shí)間差14時(shí)分29時(shí)秒，也就是國(guó)家天文臺(tái)所在地（東經(jīng)E116°22′44.14″）的地方時(shí)，比北京時(shí)間（區(qū)時(shí)）晚14分29秒。這在觀測(cè)上的意義是：我們?cè)诋?dāng)?shù)乜刺?yáng)在最高點(diǎn)（上中天）的時(shí)間（區(qū)時(shí)），不是12時(shí)，而是12時(shí)+14分29秒。

注意：在東經(jīng)120度以西的地區(qū)，要加上用經(jīng)度差換算成的時(shí)間差，反之在東經(jīng)120度以東的地區(qū)，要減去用經(jīng)度差換算成的時(shí)間差。

三、真太陽(yáng)時(shí)與平太陽(yáng)時(shí)之差

經(jīng)過(guò)上面的換算，我們把區(qū)時(shí)換算成了地方時(shí)（平時(shí)）。

我們上期講過(guò)，真太陽(yáng)日的一天，在一年中有時(shí)快有時(shí)慢，有時(shí)1天比24小時(shí)長(zhǎng)，有時(shí)1天比24小時(shí)短。科學(xué)家用一個(gè)假想的地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)（見圖2），得到的平均太陽(yáng)時(shí)就是均勻的，每天都是整整24小時(shí)，由此產(chǎn)生了真太陽(yáng)時(shí)與平太陽(yáng)時(shí)之問(wèn)的誤差。這個(gè)差與地球上的位置無(wú)關(guān)，全球各地在同一天，誤差是一樣的。

科學(xué)家把每天真太陽(yáng)時(shí)與平太陽(yáng)時(shí)之差（以下簡(jiǎn)稱真平太陽(yáng)時(shí)差）做了一個(gè)表，每年通過(guò)天文年歷對(duì)外發(fā)布。這里我們給大家提供2017年6月份的真平太陽(yáng)時(shí)差表，供大家使用（見圖3）。

真平太陽(yáng)時(shí)差表的使用，從圖3最左邊欄里找出日期，對(duì)應(yīng)同行最右欄里查出真平太陽(yáng)時(shí)差值。這里的視時(shí)就是真太陽(yáng)時(shí)，平時(shí)就是平太陽(yáng)時(shí)。

使用時(shí)只要把當(dāng)?shù)氐钠教?yáng)時(shí)里的地方時(shí)，加上當(dāng)天的真平太陽(yáng)時(shí)差（注意符號(hào)，“+”號(hào)相減，“”號(hào)相加），即可得到當(dāng)?shù)禺?dāng)天的真太陽(yáng)時(shí)時(shí)問(wèn)。例如2017年5月31日，查表真平太陽(yáng)時(shí)差值為+2m21.82s≈+2m22s（我們不需要那么精確，小數(shù)點(diǎn)后四舍五入），約2分22秒，即當(dāng)天當(dāng)?shù)氐恼嫣?yáng)時(shí)應(yīng)該用平太陽(yáng)時(shí)減去2分22秒。

四、區(qū)時(shí)改正為地方真太陽(yáng)時(shí)

我們上期測(cè)量了正午前后太陽(yáng)的影長(zhǎng)，希望每個(gè)同學(xué)都認(rèn)真記錄了你測(cè)量的結(jié)果。還記得你記錄事件所用的時(shí)鐘嗎？無(wú)論是手表還是手機(jī)，或者其他計(jì)時(shí)工具，那上面的時(shí)間都是北京時(shí)間，也就是東經(jīng)120度經(jīng)線上的時(shí)間，即平太陽(yáng)時(shí)的區(qū)時(shí)。而我們?cè)谟^測(cè)地測(cè)量的太陽(yáng)樣子的運(yùn)動(dòng)，卻是當(dāng)天當(dāng)?shù)氐恼嫣?yáng)時(shí)，因此我們測(cè)量太陽(yáng)影子最短的時(shí)刻（當(dāng)?shù)靥?yáng)上中天，最高點(diǎn)），應(yīng)該是當(dāng)天當(dāng)?shù)卣嫣?yáng)時(shí)的12點(diǎn)。

按前面講過(guò)的換算關(guān)系加以改正，把計(jì)時(shí)用的區(qū)時(shí)改正到當(dāng)天當(dāng)?shù)氐恼嫣?yáng)時(shí)，軌可以跟我們測(cè)量的太陽(yáng)影子表現(xiàn)的真太陽(yáng)時(shí)一致起來(lái)。

綜上所述，我們使用的計(jì)時(shí)工具的時(shí)間，與當(dāng)天當(dāng)?shù)氐恼嫣?yáng)時(shí)，有以下兩項(xiàng)差別應(yīng)該做出改正。

（1）區(qū)時(shí)改正為地方平時(shí)：將地方經(jīng)度與區(qū)時(shí)經(jīng)度之差換算成時(shí)間差，改正（東邊加，西邊減）；

（2）平太陽(yáng)時(shí)里的地方時(shí)改正為地方真太陽(yáng)時(shí)：查表獲得測(cè)量日當(dāng)天的真平太陽(yáng)時(shí)差值，改正（“+”號(hào)相減，“”號(hào)相加）。

做了以上兩項(xiàng)改正后，我們就得到了觀測(cè)地當(dāng)天的真太陽(yáng)時(shí)。

五、測(cè)量結(jié)果驗(yàn)證

下面就到檢驗(yàn)?zāi)愕臏y(cè)量結(jié)果是否準(zhǔn)確的時(shí)候了。我們用改正過(guò)的當(dāng)天當(dāng)?shù)氐恼嫣?yáng)時(shí)，來(lái)驗(yàn)證一下你的測(cè)量記錄數(shù)據(jù)，也就是說(shuō)，在你的測(cè)量記錄里影長(zhǎng)最短那一時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，是不是經(jīng)過(guò)改正后的真太陽(yáng)時(shí)正午時(shí)刻，即區(qū)時(shí)12時(shí)+地方經(jīng)度時(shí)差+真平太陽(yáng)時(shí)差。如果你測(cè)量的值很接近，說(shuō)明你的測(cè)量結(jié)果很準(zhǔn)確，反正你需要找出測(cè)量誤差較大的原因，或者再測(cè)量一次獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果。

沒(méi)有做過(guò)測(cè)量的同學(xué)，或者對(duì)測(cè)量結(jié)果不滿意的同學(xué)，可以繼續(xù)測(cè)量，并使用時(shí)差改正后的真太陽(yáng)時(shí)檢驗(yàn)?zāi)愕臏y(cè)量結(jié)果。請(qǐng)把測(cè)量記錄單和照片放在同一個(gè)壓縮包里，以附件的形式發(fā)送至郵箱：chinahouObao.ac.cn和jswzkxsn20110126.com，讓我們?cè)琰c(diǎn)看到你的實(shí)踐成果哦！