时空探秘：意外！太阳原来是这样东升西落的

@秦楚刊号

时间的观念是从太阳的有规律的运动中得来的。所以，讲时间就得弄清太阳的运动。平常人们所见的太阳的东升西落现象，是一种表面的现象，它是地球自转运动的反映。由于我们居住的地球不停地自西向东在旋转，才产生了太阳、月亮与星星的东升西落现象。打个比方说，人们坐在前进的火车内，总是看见两边的山林、田野不断地向后移动，实际上是火车在前进。因此，山林、田野的后退运动可以称之为视运动(用眼看是那样地运动，实际上不是)。关上的日月星辰自东向西的运动，就是一种视运动，它们在一昼夜中转一周，所以就叫做周日视运动。天体的周日视运动是地球自转的反映。

自我们的地球除了自转以外，还有围绕太阳的公转运动。地球以每秒钟30公里的速度，围绕太阳旋转，旋转一周为一年。与此相应地，我们见到太阳在天空中一年移动一周，称为太阳的周年视运动。从图2中不难看出，当地球由A走到B时，见到太阳在天空中由C走到D。地球绕太阳一周,也就见到太阳在天空中移动一周。《小桥张上国洲城北

太阳的周年(视)运动，大们不易直接感觉出来，但只要耐心地长期地观测就可看出。白天天空太亮，看不见星星，看不出太阳的移动，但是在太阳下山后，可以看看最接近太阳的星座是哪个星座。经过一些时日(比如一个月)，再看看天黑时西方出现的星座，这时原先的星座已沉没了，出现的是它东边的星座，这表明太阳在向东移动了。当然，你也可以观察子夜时(与太阳所在位置恰好相对时)头顶南方的星座的移动，来了解太阳的周年(视)运动。太阳在天空中自西向东移动的路线，称为黄道(古时人们为了区别日月的运行路线，用黄色与白色来画，因此，就将表示太阳移动的路线叫黄道，表示月亮移动的路线叫白道)。黄道经过十二个主要星座，习惯上称这些星座为十二宫。它们的名称如下表

太阳在一年( 365.2422日)内沿黄道移动一周360 ，因此每天向东移动约1。实际上太阳沿天空移动的速度是不均匀的。这是因为我们地球围绕太阳公转的轨道是椭圆形的，公转的速度有快有慢。每年一月初(图3 )地球距离太阳最近，公转速度最大，七月初地球距离太阳最远，公转速度最小。地球运行的速度有快有慢，自然就反映出太阳的周年(视)运动也有快有慢。秒动最快的时候，太阳每天在黄道上走1 01’多，慢的时候，只有57'多一点。

为了表示黄道在天空的位置，需要引用天球的概念。大家都有这样的感觉，无论我们走到哪里，都觉得天空好像半个球面盖在头上，由此就产生了“天球”的概念。观测者的眼睛可作为天球的球心，但通常以地心作为天球的中心。天球的半径是无穷大（作图时常取为一个单位）。通常将地球的自转轴无限延长到与天球相交，这相交的点叫做北天极与南天极。地球的赤道平面无限扩大与天球相交的大圆圈，叫做天赤道。

有了这么一个假想的天球，如果将太阳周年(视)运动的路线画上去，就是黄道(图中的KK)。不难看出，黄道与赤道有一个23度半的交角(叫黄赤交角，我国在战国时代就测量出来了)。由于这个黄赤交角，使我们的计时工作碰到一些困难。那是什么样的困难呢?后面再说。

让我们回到时间的计量上来谈。从古代起,人们就以太阳高度最高的时刻作为正午。太阳从正午开始向西移动，下山后，经过一个黑夜，汉从东方升起来，再到正午，这么一圈所经过的时间间隔，就叫做一个真太阳日。真太阳日分为24小时，就是真太阳时。古时用日暑(音轨)记的时间，就是真太阳时。

后来发现，一年内真太阳日的长度逐日不同，最长与最短时可相差51秒钟。原因就在于前面所说的两点:一是太阳视运动速度不均匀，二是黄赤交角。我们计量时间是以地球自转为标准的，也可以说是以天赤道为标准的。可是太阳是在黄道上运动，即使太阳视运动是均匀的(比如在相等时间内移过L，=L2，见图5 )，但它们在赤道上的投影是不均匀的(图中S S2)。因此，黄赤交角的存在，增加了计量时间的复杂性。

既然真太阳走得有快有慢，那么，要做一一个钟表机械跟着太阳走，:有时快，有时慢，这是做不到的(钟表机械只能是作比较均匀的旋转).。所以，1820年法国科学院会议决定，将一年内各个真太阳日的平均值，作为一个“平均太阳日”或“平太阳日”。以平太阳日来定的时间就叫做“平太阳时”，或“平时”。后来世界各国都采用这种计时办法。现在，我们钟表上的时间都是按平太阳时来计算的。

为了测量时间，人们就设想天上有一个“平太阳”(实际上是一个点，符号为①)，它在天赤道上走，并且每天走的速度都一样，也是一年走一圈。这样，平太阳时也可以跟真太阳时一样来定义了。比如，当平太阳在南方最高位置时是正午。平太阳由正午到下一次正午所经历的时间间隔就是一个平太阳日。一个平太阳日分为24小时，1小时分为60分，1分分为60秒。这样，一秒的长度就是平太阳日的86400分

一个回归年长为365日5时48分46秒，或365.2422 平太阳日。习惯上省去“平太阳”，也就是365.2422日。但应理解，这“日”就是平太阳日。

上面讲过， 真太阳在黄道上一年走一周，平太阳在赤道上一年走一周;真太阳的运行速度是不均匀的，平太阳运动的速度是均匀的。所以在任何一天，平太阳与真太阳并不会在同一个方向上，或者说，平太阳正午时，真太阳不一定是正午。因而两者所表示的时刻就会不一致。也就是说，真太阳时与平太阳时不一致，它们的差别就叫做“时差”。用式子表示就是：

真太阳时—平太阳时=时差

或：视时—平时=时差

时差的数值已按天体力学的方法预先计算出来了，它刊登在“中国天文年历”中。一年当中，每天的时差都是不相同的，最大的时差可达十六分钟，最小的是零。一年有四次为零:约在4月15日，6月14日，9月1日，12月24日。每年同一天的时差值并不完全相同，而有微小的变化。

如果我们应用经纬仪或其它仪器观测了太阳，定出真太阳时，然后查出时差值，就知道当时的平时时刻了。