身邊的天文學:出地鐵找不著北?天文學家這樣辨別方向

2020-12-08 新華教育

  時間折半對太陽,12點指向是北方。以東經120度處某地上午8點鐘為例,將手錶時針的4點鐘刻度對準太陽(注意:時間要按照24小時制讀數),錶盤的12點所指大致就是北方。使用時要注意其適用範圍:冬季、高緯精度高,夏季、低緯須提防。李鑑圖

  身邊的天文學

  在都市生活的人們,恐怕大都有著出了地鐵就轉向的經歷。來到一個陌生的地方,經常一出地鐵就找不著北了。打開手機導航,還得先賭上一把,逮著條路走上一大截,它才能識別出正往哪兒走,然後提示:「您已偏離路線」或「前方請調頭」……其實天文學家告我們,不用這麼麻煩,我們看看太陽,再巧用一下自己的手錶,就能大致判斷出東南西北。

  看天知方向有口訣

  時間折半對太陽,12點指向是北方;冬季、高緯精度高,夏季、低緯須提防

  在早晚,太陽是最好的「指向明燈」。它每天都東升西落。對我們北半球而言,冬季時日出的位置是東偏南,日落的位置是西偏南;夏季日出的位置是東偏北,日落的位置是西偏北;春分、秋分日,日出在正東,日落在正西。

  不過通常我們最容易轉向的時間,不是早晚或中午,而是上午九十點鐘或下午三四點鐘。這時,請別忘了我們的手錶,它可是一個辨向利器。我們只需要按照以下幾步操作即可:

  把手錶平放在手上或者地上,按24小時制讀出手錶上的時刻,將小時數除以二,得到一個數A。然後讓錶盤上的A刻度對準太陽,這時手錶表面12點所指的方向就是北方,6點所指的方向是南方。例如在下午3:30,按照24小時讀數並除以2就等於7:45,這時把錶盤上時針的7:45這個刻度(七八點之間靠近八點的位置)對準太陽,那麼錶盤12點所指的方向大致就是北方。

  在這個過程中,手錶要儘量水平。而且嚴格地說,應該把手錶上的北京時間換算成當地的地方時。不過考慮到實用性,加上手錶辨向本就是一個粗略的方法,誤差比較複雜,在我國大部分地區只需要粗略判斷方位時也可省去這步。還需要注意的是,總體而言,手錶辨向比較適合在上午十點鐘以前和下午兩點鐘以後使用,並且緯度越高,手錶辨向精度越高。在低緯地區的夏天,手錶辨向誤差太大,不能再用。以北回歸線以南地區(例如海南、深圳、廣西南部等地)的6—9月為例,手錶辨向的誤差可高達50°以上!

  周日視運動幫助辨方向

  太陽與天空構成「天然時鐘」,手錶是其「微縮」版

  為什麼利用手錶與太陽就能確定方向?因為地球自轉,我們看到太陽每天在天空中從東往西運動一圈的時間是24小時,這在天文學上稱為「周日視運動」。人們規定太陽經過上中天,也即頭頂最高位置的時刻為地方時的12點。於是在我們看來,太陽的周日視運動路徑,就好像一個24時制的錶盤,它與太陽一起構成了一個巨大的「天然時鐘」,太陽所在處就是時針所指的位置。而且重要的是,這個「錶盤」的指向相對於觀測地點來說是固定不變的,錶盤垂線總是指向北天極,錶盤的12點總是指向南邊。

  我們的手錶就可以視為這個天然時鐘的「微縮」版。如果手錶也採用24小時制的話,換算成地方時後,任意時刻將手錶時針方向與天然時鐘的時針方向(即太陽的方向)對齊,錶盤的12點當然也指向了南邊。不過實際使用的手錶盤都是12時制的,所以我們需要進行一個數學轉換,「時間折半」就是為了把錶盤刻度換算成24時制,換算後就變成12點指向北方了。

  理解了原理後,我們很容易找到手錶辨向的誤差來源:由於事先不知道北天極的位置,錶盤只能水平放置,這與太陽周日視運動面有一個夾角,而且圓心也並不重合,手錶辨向的主要誤差即由此而來。太陽的高度越高,則錶盤指針與「太陽指針」的角度之差越大,此時的辨向誤差也就越大。在北半球,低緯度地區太陽的高度一般比高緯地區高;另外,越靠近夏至,太陽高度越高。因此我們說手錶辨向的適用範圍是:冬季、高緯精度高,夏季、低緯須提防。

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