411 钟表时刻与量时天体

在天文上,时刻是以天体的时角来度量的。因此,时刻要因量时天体而不同。

§ 411-1 恒星时与太阳时

天体无限众多,但在天文上被用作“量时”天体的只有两个:一个是春分点(它起着恒星总代表的作用),另一个便是太阳。春分点时角表示恒星时;根据太阳时角推算的是太阳时。

春分点之所以被用作量时天体,不但因为它的时角的均匀变化,而且因为它在任何时候都等于上点(午圈)的赤经,即上中天恒星的赤经。如前所述,恒星时(S)可以用同一恒星的赤经与它当时的时角之和来表示,即

S=a*+t*

如该恒星正值上中天,t*=0,那么便有S=a*(中天)

春分点的这后一特点,是一般恒星所不具备的,它为恒星时的测定提供极大方便。利用这个方便条件,只须测定某一恒星中天(这是容易的),该恒星的已知赤经,便是当时的恒星时。

太阳之所以被当作量时天体,那是因为太阳的周日运动是昼夜交替的直接原因。“日出而作,日入而息”,仍是人类的基本生活规律。因此,实际生活中应用太阳时要方便得多。

这二种时间系统,在时刻与天体时角的关系方面有所不同:恒星时的时刻与春分点的时角完全一致;而太阳时的时刻与太阳的时角有 12h(或 180

°)之差。这是因为,时角度量以午圈为始圈,太阳时角以太阳上中天为 0h ; 而太阳时的时刻却以太阳下中天(午夜)为 0 时(图 4-33)。于是便有:

恒星时=春分点时角太阳时=太阳时角+12h

此外,这二个量时天体还存在另一方面的差异:春分点是天球上的定点, 其赤经恒为 0h;太阳在天球上有周年运动,方向向东,因而其赤经逐日递增

(每日约 1°)。两者之间的赤经差,也即两种时刻差,任何时候总是等于太阳的赤经。

根据上述两个方面,同一地点的任何时刻,恒星时与太阳时之间,有如下的换算关系(图 4-34):

恒星时=太阳时+太阳赤经-12 时太阳时=恒星时-太阳赤经+12 时图 4-33 太阳时刻与太阳时角

图中的太阳时角为 3h,而太阳时刻为 15h

§411-2 真太阳时、平太阳时及时差

天文上有两个太阳:一个是真实存在的太阳,即真太阳(或称视太阳); 另一个是假想的太阳,即平太阳。两个太阳都以回归年为周期,在天球上作周年运行。真太阳沿黄道运行,其速度是非均匀的;它的周日运动周期,是长短不等的视太阳日。平太阳沿天赤道运行,其速度是均匀的;它的周日运动周期,是均匀的平太阳日。

有两个不同的太阳,就有两种不同的太阳时:以真太阳时角推算的时刻, 叫真太阳时或视太阳时,简称视时;以平太阳时角推算的时刻,叫平太阳时, 简称平时。视时与平时,各有优缺点:视时流逝不匀,但可以直接测定,用日晷测定的时刻便是视时;平时流逝均匀,但只能根据恒星时或视时进行推算,日常应用的钟表时刻是平时。比较而言,视时的缺陷是严重的,其优点则没有多大的实际意义。但是,对有关太阳本身的问题,或是测定地方经度等问题,视太阳和视时是不能用平太阳和平时代替的。

图 4-34 恒星时与视太阳时的换算关系

两个太阳既有快慢(在周年运动中)的不同,它们之间便存在赤经差或时角差,也就是两种太阳时之间的时刻差,被叫做时差①(图 4-35)。在决定时差值时,平太阳和平太阳时被当作比较标准。于是有:

时差 = 视时 - 平时图 4-35 时差的定义

时差要因两个太阳相对位置的变化而变化,有正有负,可大可小。天文学上假定,在 12 月 24 日,两个太阳有相同的赤经,时差为零。从这以后, 两个太阳沿不同路线和不同速率运行,视太阳对于平太阳的位置便发生参差先后的变化。当视太阳落在平太阳之西,视时>平时,时差为正;反之,当视太阳超越平太阳之东,视时<平时,时差为负。差值时而变大,时而变小。这样,时差的正负和大小就发生连续变化。但是,真假(平)太阳都以回归年为周期,到次年 12 月 24 日,又都回到一年前的位置,时差复归于零。一

年内,时差出现 4 次零值和 4 次极值(二极大和二极小),列表如下:

① 现在报刊文献中,常把两地之间的钟点之差也叫“时差”。这与天义学上的传统用法是有区别的

日期

时差

日期

时差

12 月 24 日

0

6 月 14 日

0

2 月 12 日

-14.4 分

7 月 27 日

-6.3 分

4 月 16 日

0

9 月 1 日

0

5 月 15 日

+3.8 分

11 月 4 日

+16.4 分

时差的周年变化,是视太阳日长度的周年变化的结果。具体的变化情形, 可用视午(视太阳时正午)和平午(平太阳时正午)的比较来说明。如图 4-37 所示,在视太阳日长于平太阳日期间,视午(用平时表示)逐日推迟,时差逐日变小。在这段时期的终了,视午最迟,时差达极小值。

图 4-36 时差的符号

图中以平午时的情况为例,以视太阳与平太阳的东西相对位置,表示当时时差的正负。

图 4-37 时差的逐日变化

一月初,视太阳日长于平太阳日,在这期间,视午逐日推迟,以致时差逐日变小。反之,则变大。反之,在视太阳日短于平太阳日期间,视午逐日提早,时差逐日变大。在这段时期的终了,视午最早,时差达极大值。

图 4-38 表示时差的周年变化与视太阳日长度的周年变化之间的关系。该图把二条变化曲线溶于一图,可以清晰地看出,时差的周年变化随视太阳日长度的变化而起落。视太阳日长度的 4 次平均值的日期(2 月 12 日,5 月 15

日,7 月 26 日和 11 月 3 日),分别就是时差的二次极大值和极小值出现的日期。该图的纵坐标有二:左侧对应视太阳日长度的变化,其单位为秒;右侧表示时差的变化,单位是分。必须指出的是,时差的极大值和极小值,都是视太阳日与平太阳日的差值的累计。所以,视太阳日与平太阳日的差值的极大值和极小值,分别只有+ 29 秒和-21 秒;而时差的极大值和极小值,却分别可达+ 16.4 分和-14.4 分。

按时差的定义,同地的任一时刻,视时与平时有如下的关系(图 4-39): 图 4-38 时差的周年变化

视时=平时+时差平时=视时-时差

图 4-39 视太阳时与平太阳时的换算关系

图 4-40 恒星时与平太阳时的换算关系

根据上列关系式以及恒星时与视时的关系,还可以推出,同地任一时刻的恒星时与平时,有如下的换算关系(图 4-40):

平时=视时-时差

=[恒星时-太阳赤经+ 12 时]-时差恒星时=视时+太阳赤经-12 时

=[平时+时差]+太阳赤经-12 时

如果推算结果是负值,应+ 24 时;若推算结果超出 24 时,则应减去之。我们此刻只讲钟点,而暂不考虑日期。