真太陽時及計算方法

2020-09-19 菩提樹下悟菩提


真太陽時


真太陽時


是一種針對日正當中的日照角度計算時間的方式，也就是只拿中午十二點正到明天中午十二點正為基準，規劃出24小時，排除了夏天日長夜短、或冬天日短夜長，用經度把世界劃分出固定的時區。

均時差

是在一年之中，來自日晷和鐘錶的時間差異。日晷可以比鐘錶的時間快（超前）16分33秒（大約在11月3日）或慢（落後）14分6秒（大約在2月12日）。這一是因為地球的公轉軌道不是正圓，二是因為黃道與赤道之間存在一定的夾角。均時差可以用來解釋日行跡。

因為太陽的運動是每日轉一圈，也就是每24小時轉360°，或是每4分鐘轉1°，而且太陽本身的盤面在天空中就有0.5°的大小，簡單的日晷能達到的最佳準確度是1分鐘，而因為均時差的範圍達到30分鐘，很明顯日晷和鐘錶之間的時間差異是不能忽略的。除均時差之外，也必須更正與地區標準子午線距離的差異，而如果實施夏令時間也需要修正。

由於地球自轉的減速，平太陽日本身也有微量的變化，每世紀的一日長度約減少2微秒，每一年累積的量大約是1秒鐘，這與均時差毫無關係，而且從最精確的日晷中也完全看不出這種改變。

當然，其他行星也有均時差。在火星，因為軌道離心率更大，日晷和鐘錶顯示的時間會差到50分鐘。

成因

地球軌道離心率

地球繞著太陽公轉，看起來就像太陽繞著地球每年轉一圈。如果太陽是在天球赤道上以等速運轉，那麼它會很準確的在每日的12點整中天，並且是理想的守時者。但是地球的軌道是橢圓的，因此依據克卜勒行星運動定律，太陽看起來在經過近日點附近時（現在大約在每年的1月3日）移動的比較快，而在半年後經過遠日點附近時，移動的比較慢。在最極端的狀況下，這種作用會使一日增加（或減少）7.9秒，這是逐日累加的。結果是地球軌道的離心率對均時差呈現正弦波函數的變化，在一年的周期中有7.66分的震蕩。零點的位置在近日點（一月初）和遠日點（七月初），最大值落在四月初（正值）和十月初（負值）。

黃赤交角

太陽不是沿著赤道移動，而是在黃道上移動，太陽的周年運動在經過晝夜平分點時，可以分解成兩個分量，大部分的運動分量在赤緯上，少部分的在赤經上；太陽每日減緩20.3"的移動量，在至點時，運動分量全在赤經的方向上，這時的赤緯是23.4°，經線比在赤道上靠近，因此太陽行經的速度會加快。黃道傾角的結果導致另一個半年為周期的正弦波變動效應，使均時差在半年的震蕩達到9.87分鐘。零點的位置在分點和至點，二月初和八月初是最大的正值，五月初和十一月初是最大的負值。

均時差計算方法

均時差（E.T.）= 視太陽時 − 平太陽時。

正值：太陽移動得比較快並且較早過中天，或是日晷的時間早於平太陽時。每年都會有微量的變化，但每四年一閏會重置這種變化。 精確的均時差曲線和地球儀上的八字曲線的形狀會因為軌道離心率和軌道傾角的改變，以世紀的長度為單位逐漸的改變。在目前的時段，這兩個值都在逐漸減少中，但是在實際上它們增減的變化是以數萬年的時標為單位在變化著。當離心率由目前的0.0167變化達到0.047時，離心率的效應會使軌道傾角的影響變得無足輕重，使得均時差的曲線上每年只有一個極大值與極小值。 在較短的時間尺度下（數千年），春分點和近日點日期的改變會顯得比較重要。這種現象是由進動造成的，在與背景恆星比較下晝夜平分點逐漸在退行，但在目前的討論中可以被忽略，因為格里曆在設計上會將春分的日期維持在3月21日的（至少我們有強烈的企圖）。近日點的移動是向前的，大約是每世紀1.7日。例如，1246年的近日點落在12月22日，也是冬至點，這時兩者的波形均在零點的位置，因此均時差的曲線是對稱的。在這之前，2月的極小值大於11月的極大值；並且5月的極大值大於7月的極小值。與現在的圖表（如下圖所示）比較，可以看出經過數個世紀均時差的變化是很明顯的。例如，與從託勒密的數據製作的均時差圖比較。

真太陽時計算方法

  • 真太陽時=平太陽時（當地時間）+地理時差+均時差+（夏季日光節約時間修正）.
  • 地理時差 : 若將地球均分為24個時區,而每個時區即360/24=15度角。每個時區相差1小時。但並非每個地方都剛好在15度角上。因此有地理時差之產生。也就是當地時間相對於太陽位置的誤差。例如中午12:00整.當時間已透過均時差修正後，而太陽位置並不是在當天的相對最高點。
  • 均時差：地球的軌道是橢圓的，依據克卜勒運動定律，太陽移動速度有時較快，有時較慢(+/-16分鐘)。

例子

a、北京時間換算為平太陽時。

平太陽時 ＝北京時間+[(當地經度－120) ×4分鐘]

重慶市中心位於東經106度33分，按公式計算：

太陽時＝17點58分＋[(106度33分－120度)×4分鐘]

＝17點55分＋ [(－13.45度)×4分鐘]

＝17點55分－53分48秒

＝17點01分12秒

b、 平太陽時換算為真太陽時。

真太陽時=平太陽時+當日真太陽時與平太陽時的差值。

未考慮地球運行的軌跡，而純粹從數學的角度計算出來的太陽時間，稱為平均太陽時（簡稱「平太陽時」 ），它是一種大致的太陽時間。因為地球圍繞太陽運行的軌道是橢圓形而不是圓形，所以，地球相對於太陽的自轉周期並不完全均等，一年之中，有的日子稍早一點，有的日子稍遲一點，把這種差值納入計算後所得的結果才是當日精確的太陽時，稱為「真太陽時」。一年365天，每天的平太陽時與真太陽時都會有個差值。

從時差表上可查得：3月29日的平太陽時與真太陽時之間的差值為—4分9秒，所以該日的真太陽時為：

17點01分12秒—4分9秒

=16點57分3秒

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