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2014咱们学天文·0119:你的手表几点了?(中)

(2014-01-19 18:45:56)
标签:

科普

时钟找方位

天文入门

分类: 天文
上帖提到:手表测量方向准不准,首先要质疑的是:正午时的太阳是不是在正南方?

1、与时区的关系
在古代,这个说法是准确的,但在现在,就通常使用的意义而言,不准。由于古代和现代对时间的定义和约定不同。
我国古代采用“立竿见影”的方法来观测太阳的东升西落和正午。具体做法是:
在地上竖直地插一根杆子,观察它的影子。太阳在一天之中,早上升起和晚上落下的时间间隔、方位是以正午所在的位置为对称的。
http://s15/mw690/001O0G7lty6FUQ2cIoe4e&690
如图,上午T1时间,杆子的影端落在外圆上的L1位置,随后影子不断缩短,到了中午达到最短,然后开始逐渐变长。到了下午T2时间,影子再次落到外圆上的L2位置。把L1和L2连起来就是指向东西方向,再画个垂线就能得到南北方向。

如果担心一个圆不够精准,可以画一组同心圆。测出多个结果来做校验。元代大科学家郭守敬老师在他主持修建的登封观象台里就有这样校正南北方向的仪器,名叫 “正方案”(翻译成现代文大概就是“校正方向的案板”的意思)。这个案板上用来校正的同心圆一共画了19个。真是不愧是精益求精而著称的郭老师的作风啊!
http://s1/mw690/001O0G7lty6FUQ642Bi50&690
(图片来自网络)

到了现代,人们对时间的定义不太倚重于天象,而是出于倚重约定了。
地球是圆的,它的自转使得每个时刻都有一些地区是正对着太阳的。如图:
http://s10/mw690/001O0G7lty6FUQdtj3X29&690
在A、B、C三个位置中,A点首先被太阳直射,其次是B点,最后才轮到C点。在图上这个时刻,B点看太阳是在正南的话,A点看太阳就已经偏西了;而C点看太阳还处在偏东位置。

要在古代,这不是事儿,因为古人传递信息的速度很慢,以最快的“八百里加急”方式快马加鞭发个文件,据说一天其实也就传出500里。

而现在借助电磁波传递信息的效率可就高多了,一秒钟30万公里,能绕地球转七圈儿半。如果各地还是要坚持以“太阳直射”为正午12点,那就会出现比如:在哈 尔滨的人给兰州的人打电话:“不是说好了下午一点钟之前发个传真给我怎么还没发来?”兰州的人说:“没那么早啊我这里刚吃午饭太阳才过头顶呢!”;外出旅 游,西安的人到了上海,得赶紧把手表拨快半小时,否则坐回程火车的时候,按照西安时刻去火车站,火车都已经开走了……

所以现代人需要以较为统一的时间来协调彼此之间的活动。这就涉及到“时区”的概念:将全球的360度划分为24个时区,对应于一天的24小时,以英国格林威治天文台所在经线为零点,每隔15度的地区相距一小时。在实际使用中,根据国家、地区的统一化有所调整。
http://s7/mw690/001O0G7lty6FUQimtQGa6&690
(图片来自网络)

我国因为首都北京在东经116度,接近东八区的东经120度,所以就以东经120度的时间为全国的标准时间,称为“北京时间”,比格林威治时间快8个小时。

——很明显的,这时候当你的手表显示为正午12点时,太阳只是直射在东经120度经线上,你的位置如果在这根经线的东边,看太阳方位其实是南偏西的;如果在这跟经线的西边,则太阳的方位在南偏东。用这样的时间去寻找方位肯定就不准了。
(如图,三个地区都显示北京时间10点,但经度存在差距,所以找出来的“正南”各有偏差。)
http://s1/mw690/001O0G7lty6FUQkBbAQ30&690

我国的地区东西跨度很大,在民国时期全国被划分出了5个时区,分别是:
(1)中原时区:东经120度的地方时,相当于现在的北京时间
(2)陇蜀时区:东经105度的地方时,比北京时间慢一个小时
(3)新藏时区:东经90度的地方时,比北京时间慢两个小时
(4)昆仑时区:东经82.5度的地方时,比北京时间慢两个半小时
(5)长白时区:东经127.5度的地方时,比北京时间快半个小时

国朝建立后就只设了一个时区,看着简单一些也挺好,但造成了“用机械表对准太阳确立方位”的方法偏差可能很大。

2、与黄赤交角的关系

黄赤交角虽然是中学教科书的内容,但估计很多人也记不起来了,细节还是留着以后再说。在此只简单提一句:地球绕着太阳公转的时候,自转轴与公转的平面并不垂直,由此造成了四季变化,以及一般我们买来的地球仪都是偏斜的等现象。
http://s8/mw690/001O0G7lty6FUQHGCRV07&690
(图片来自网络)

如图,在南北回归线之间的热带地区,冬天时太阳的方位是在南方,但到了夏天,太阳的方位改成了北边,再用这招就无法确定方位了

在 我国最南端的疆域:云南、两广、台湾的南部,福建的最南一小块,整个海南省,包括东西中南沙群岛等,就处于热带地区。以下是用天象软件 Stellarium模拟海南岛地区今年6月19号的中午12点,太阳位于东北方(这里是叠加了前面讲的时区效果:由于海南岛在东经120度以西,所以当 地的12点比北京时间12点晚一些,所以太阳偏东)。
http://s16/mw690/001O0G7lty6FUQKzzsj2f&690

综上所述,手表找方向的方法只在我国东部地区可以相对准一些,其他大部分地区都有偏差,西部地区甚至可能偏差四十度以上。而南部进入热带的地区,到了夏天可能就是南北大对调了。
不过,手表显示的时间与天文时间的差异,还不止是时区这一个问题。以上所提到的内容对我们最初要讨论的话题“如何拍摄太阳8字轨迹”,基本没什么影响。真正影响的因素,跟人们对一天、一小时的定义和约定有关,且听下回分解。

补充1:古人测量日影的标杆被称为“”或“”,现代的计时器被称作手表(錶),出处即缘于此。

我以前看三国,荆州刘表,字景升。搞不明白,古人的字和名要求有点儿关系,刘表字景升这有啥关系呢?后来有次看到吴大澂的一幅篆书:“表直景无枉,衡端理乃平”,才猛然想出刘表的这个景是“影”的通假字,就是立表观测日影的联系。

http://s9/mw690/001O0G7lty6FUQQb5CU68&690

(图片来自网络)

又及,观测者对投在地上的影子,需要记录其长短,就在投影平台上画刻度,后来把这样的台子就称为“”,看着还比较形象了。也因此留下一个成语:奉为圭臬。大意是把什么东西当作像记录天象一样严格的标准。

补充2:欢迎关注我的微信公众号:myAstro
http://s8/mw690/001O0G7lty6FUR6i90P07&690



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