时间与经度的关系

伤我心太深

　　时间与经度的关系

　　我们都知道，一条由北而南通过某地的线叫做该地的子午圈。更确切些说，地球表面上的子午圈便是由北极至南极之间所作的半圆。这种半圆从北极向各方散开，因此我们可以把这线画到任何地方去。格林威治皇家天文台(Royal Observatory at Greenwich)的子午圈是当今国际公认的经度计算的起点，而欧美大部分的钟表时间也是依此标准而定的。


　　相对于某地地上子午圈的还有天上的子午圈(即地上的子午圈在天球上的投影)，从天的北极起始通过天顶，在最南一点与地平相交，再往南直达南极。既然地球绕着轴旋转，它也就把地上的跟天上的子午圈一起连带着旋转，因此，天上的子午圈在一日之内经过整个天球。在我们看来的现象却是天球上的每一点在一日之内都要经过子午圈。






　　中午便是太阳通过子午圈的时刻。在现代计时工具出现以前，大家都依照太阳定钟表。可是因为黄道的倾斜角与地球绕日轨道的偏心率，太阳每次经过同一条子午圈前后所间隔的时间是不完全相等的。结果，假如钟的时间准确，太阳便有时在正午12点钟以前，有时又在以后通过子午圈。如果明白了这个道理，便不难区分视时(apparent time)与平时(mean time)了。视时是依太阳而定的每日长短不等的时间，平时是依钟表定的每日之内完全不差的时间。两者之间的差别便叫做时差(equation of time)。它们相差最多的时候约发生在每年11月初和2月中。11月初，太阳在12点前16分钟经过子午圈;在2月中，却又在12点以后14分钟经过子午圈。


　　为了定出平时，天文学家想象出一个平太阳(mean sun)的概念。平太阳是永远顺着天球赤道运行，因此每次经过同一子午圈间隔的时间完全一致，也因此有时在真太阳之前，有时又落后了。这个想象出的平太阳就可以确定每天的时间。如果不管真实情形，只按照眼见的景象说起来也许更为明了，那么我们先想象地球是静止不动的，平太阳绕着地球转，陆续经过各地的子午圈。这样我们便要想象着“中午”永远环绕世界周游了。在我们的纬度上，它的速度只不过是每秒300米左右;这就是说，假如我们所在的地方正是中午，1秒钟后，向西300米的地方便是中午，再过1秒钟又西移300米，依此类推下去，过了24小时后中午又回到我们这儿来了。这种情形的最显著的结果便是：任何两个在不同子午圈上的人不可能处在相同的时间。我们向西方旅行，便要不停地觉得我们的表比当地的表走得快，反之，向东方旅行，我们的表又太慢了。这种不同的时间便叫做“地方时”(local time)。


　　标准时


　　从前这种地方时的应用曾引起旅行者的很大的不便。每条铁路都有自己的子午圈，依照自己的时间开车，而旅客因为不知道自己的钟表与铁路时间的关系，便常常容易误了火车。直到1883年，我们现在的标准时制度才成立。在这种制度下，每15度(就是说太阳在每一小时内经过的地方)有一标准子午圈。中午经过标准子午圈的时候，两旁7.5度之内也都算是正午。这便叫做“标准时”(standard time)。指示这些地带的经度也都以通过格林威治(天文准时”(standard time)。指示这些地带的经度也都以通过格林威治(天文台)的子午圈为起点计算。





       费城(Philadelphia)约在格林威治西75度或者说西五区，更确切些说是约5时1分。于是美国东部诸州的标准子午圈便在这地方(费城)东面一点。平正午(mean noon)经过这子午圈时，西面一直到俄亥俄(Ohio)都要算是正午12点的。1小时后，12点便在密西西比河流域。再过1小时，12点又在落基山脉(Rocky Mountains)一带。再过1小时，12点在太平洋沿岸了。于是美国便有4种时间：东部时间、中部时间、山区时间、太平洋时间，依次相差一个钟头。用这种标准时，在太平洋、大西洋之间穿梭的旅行者只要每次把钟表拨快或拨慢1小时，便与在单一时区中毫无差别了。


　　1949年之前，中国分别设置了5个时区，即中原时区、陇蜀时区、新疆时区、长白时区、昆仑时区。时区不同，所在地的时间也不一样。新中国采用以首都北京所在的东八时区的时间作为全国的标准时间，通称为“北京时间”。


　　一个地方经度的确定也就是利用这种时间的差别。试想有一观察者在纽约(New York)，当某一颗星准确经过子午圈的时候发一下电报，这时间便在芝加哥(Chicago)和纽约两处记录了下来。等到这颗星经过芝加哥的子午圈的时候，另一观察者又发一下电报报告时间。这两次电报之间所隔的时间表示了这两城市相差的经度。

　　另一种定经度的方法便是两观察者互相报告本地的地方时，这样也可以得到与前面同一的结果。两地时间之差也就是经度之差。

　　可是在这方面有一点必须记得：天体的升落出没是依照地方时而不依标准时的。因此日历中列的太阳出没的时刻不能确定我们钟表的标准时，除非我们恰好住在标准子午圈上。这两种时间的差异之一便是：当我们向东或西旅行时，地方时不断地改变，而标准时却只在我们经过某一时区的边界时，一跳跳过去1小时。


　　日期在什么地方改变


　　“午夜”也像“中午”一样不断地绕着地球旅行，陆续经过子午圈。每过一处便表示那一子午圈上又开始新的日期了。假使它经过一处的日期正是星期一，那么它再来时便是星期二了。因此一定有一道子午圈是星期一与星期二的交界处，或者说是两天之间交替的地方。这一划分日期的子午圈叫做“国际日期变更线”(date line)，人们只是由习惯和方便来划定这条线的。当移民向东西方发展的时候，人人都把日期带了去。但直到向东去的跟向西去的在一处碰了头时，他们的日期已相差了一整天。向西去的还是星期一而向东来的却已是星期二了。这便是美国人到阿拉斯加(Alaska)时所发生的事。


　　俄国人向东走到了这地方，美国人向西走也到了这地方，可是美国人还在过星期六而俄国人已经度星期日了。于是发生了一个问题：当地居民要到希腊教堂做礼拜的时候，到底应该遵照新的还是旧的日期计算法呢?这问题一直闹到圣彼得堡(St.Petersburg)大教堂的主教面前，最后还是请俄国国立普尔科沃天文台(Pulkova Observatory)台长斯特鲁维(Struve)来解决。斯特鲁维做了一个报告，认为美国人算法较为正确，日期才算更改一致了。


　　现在习惯所规定的国际日期变更线是正对着格林威治的子午线。这条界线恰好在太平洋中间，经过很少的陆地——只是亚洲的东北角也许还有斐济群岛(Fiji Islands)的一部分。这是一种很有利的情形，日期变更线经过一个国家内部所发生的种种不便就由此可以避免了。因为假如是那样，这一城市的日期就会和界线外的邻城日期相差一天的，甚至也许一条街的两旁的居民都会过着不同的星期日的。可是既然日期变更线在海洋中，就不会有这种麻烦了。国际日期变更线并不是严格的地上的子午圈，它可以曲折拐弯以回避上述的不便的。因此，查塔姆群岛(Chatham Island)上的日期跟邻近的新西兰(New Zealand)的日期一致，虽然离格林威治180度的子午圈正从它们中间经过。