常用的五种计时法

钟表是我们生活中很常见的一个物件，但是你有没有思考过，钟表所指示的时间究竟意味着什么呢？当人们说“现在是晚上7点”时，到底在表达什么呢？

你可能会说，当时钟表的时针正好指着“7”这个数字。那么，我再问你，这个数字“7”又代表什么呢？你可能说，这表示正午过后，又过去了一个昼夜的7/24。可是，这一昼夜是怎样的一昼夜？它又是什么意思呢？

其实，我们经常会看到这样的表述：“过去了的一个昼夜”。在这个描述中，“一个昼夜”指的是地球绕地轴自转一周所用的时间。那么，要怎样测量呢？我们可以找到观察者正上方天空中的一点，也就是天顶和地平线正南方的一点，然后将两个点连起来作为准线，测量太阳的中心两次经过这条准线的时间间隔，这段时间就是一个昼夜。受其他因素的影响，这个时间间隔可能并不固定，但是差别不大。所以，我们没有必要严格要求手表、时钟一定要跟太阳的运动完全对应，更何况这对于人类而言，也是不太可能的。

一个多世纪以前，巴黎的钟表匠们曾经昭示人们：“关于时间，我们一定不要相信太阳，它是个骗子。”这就出现了一个问题：如果我们不相信太阳，那要用什么标准来校正我们的钟表呢？实际上，这里说“太阳是个骗子”不过是夸张的说法，其意是提醒我们不要把实际的太阳作为参考，而是要利用太阳模型来作为校正标准。

这个模型不会发光发热，只是我们用来计算时间的标准。如果我们假定它的运行速度恒定不变，但在绕地球运行一周的时间上，与真实的太阳是一样的。在天文学中，通常将这个模型称为“平均太阳”。当“平均太阳”经过准线时，我们把那个时刻称为“平均中午”，把两个“平均中午”之间的时间间隔称为“平均太阳日”。利用这个模型推算出的时间，就被称为“平均太阳时间”。

可以看出，“平均太阳时间”不同于真正意义上的太阳时间，但可以作为校正钟表的标准。如果你想知道某个地方真正的太阳时间，可以用日晷测定，它跟钟表的区别在于利用针影作为指针。

有人可能会认为，经过准线的太阳时间间隔肯定会有差异，因为地球自转的时候速度是变化的，但这种观点是错的。其实，这个差异跟地球的自转毫无关系，而是由地球绕太阳公转的速度不均引起的，如图6所示。这里标记出了地球在公转轨道上连续运行时的两个点，在地球的右下方有一个箭头，它代表地球自转的方向。如果从北极点上看，地球的自转方向是逆时针的。对于左边地球上的点A而言，此时正好面对太阳，说明是正午12点。

我们知道，地球在自转的同时仍然在公转，那么，当它自转完一周时，它在公转轨道上的位置应当达到轨道中偏右的某个点上，也就是图中右边的地球表示的那样。此时，点A处的地球半径的方向没有变化，由于在公转轨道上位置发生了改变，所以点A不再正对着太阳，而是偏向了左边。换句话说，对于点A，此时不是正午。过几分钟，当太阳越过点A处的地球半径，点A那个地方才是正午。

从图6中可以看出，一个真正太阳日的时间比地球自转一周的时间稍长。我们假设地球以匀速来公转，且公转轨道是以太阳为圆心的一个圆，那么，“真正的太阳日”跟地球自转一周的时间就是固定的，我们很容易就能计算出来。而且，这个固定不变的、细微的时间差乘以一年的天数（365天），刚好是一个昼夜。换句话说，地球围绕太阳公转一年所需的时间，比其围绕地轴自转一年的时间正好多一天，而一天恰恰是地球自转一周的时间。这样，我们就能计算出，地球自转一周需要的时间为：

实际上，这里算出的一昼夜的时间，也正好是地球以任何其他恒星为基准自转一周所需要的时间。所以，我们通常把这样的一昼夜称之为一个“恒星日”。很明显，一个恒星日比一个太阳日短3分56秒，四舍五入的话就是4分钟。需要注意的是，由于其他一些因素的影响，这个时间差也不是固定的。

第一，地球围绕太阳公转的速度不均，且公转的轨道是椭圆形的。所以，在距离太阳近的地方，速度快一些；在距离太阳远的地方，速度慢一些。第二，地球自转的轴跟公转轨道平面不完全垂直，有一个夹角。所以，真正的太阳时间跟平均太阳时间也不同。在一年之中，只有4月15日、6月14日、9月1日和12月24日这四天，这两个时间才是相等的。

我们还能够得出，在2月11日和11月2日这两天中，两个时间的差异最大，大约是15分钟。如图7所示，图中的曲线表示一年之中每天的真正太阳时间跟平均太阳时间的差异。在天文学上，通常将这个图称为时间方程图，主要用来表示平均太阳中午和真正太阳中午之间的时间差。比如在4月1日这一天，在准确的钟表上，真正的中午应该是12点5分。这就是说，图中的曲线只是表示了真正太阳中午的平均时间。

你一定听过“北京时间”和“伦敦时间”的表述，之所以这样说，是因为地球经度的不同，使得各经度上的平均太阳时间也不同。具体来说，每个城市都有它自己的时间。经过火车站的时候，我们也会注意到“城市时间”和“火车站的时间”不一样，这是因为“火车站的时间”是统一的，通常以该国首都或某个重要城市的时间来确定，火车都要根据这个时间出发或到站。比如，俄国的火车站使用的时间以圣彼得堡的平均太阳时间为依据。

依照不同经度时间不同，我们将地球平均划分为24个相等的时区，在同一时区中，各地都采用这个时区的时间，也就是这个地区中间经线所对应的平均太阳时间。所以，地球上只有24个互不相同的时间，并不是说每个地方都以自己的地方时间为准。

我们在前文中一共讨论了三种计时类型，也就是真正太阳时间、当地的平均太阳时间和时区时间。除此以外，天文学家还经常使用另外的一种时间类型，那就是恒星时间。它是通过恒星日计算出来的一种时间。我们说过，恒星时间比平均太阳时间短4分钟左右，在每年的3月23日，两个时间才会重合。但是，从重合的第二天起，每天的恒星时间就会比平均太阳时间早4分钟。

还有一种计时类型，我们将其称为“法令规定时间”，它比时区时间提前1小时，这是为了调整每年白天较长季节的作息时间，通常是从春天到秋天，这样能促使人们减少燃料使用量和用电量。不少西欧国家只在春季使用这一时间，也就是把春季开始时的半夜一点拨快一个小时到两点，到了秋季再把钟表往回拨1个小时，恢复到原来的时间。在俄国，全年都会调整钟表的时间，为的就是减少发电厂的负荷。

顺便提一下，俄国是从1917年开始使用法令规定时间的，且一度曾把时间提前几个小时。中间有几年一度中断过，从1930年春天开始，政府又重新规定，继续使用法令规定时间，并把地区时间统一提前了1个小时。 4AjOLL/CLvAm+AIVxz8mIOiHXF1U1qYaus6fopBNSGUBl+zI3r/q14be1FkN2aYC