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通俗天文学：和大师一起与宇宙对话（全彩四色珍藏版） [:1700937086]
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第三章 时间与经度的关系
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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。
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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。
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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。
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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）。
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标准时
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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。
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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”。
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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。
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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。
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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。
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日期在什么地方改变
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“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。
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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。
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通俗天文学：和大师一起与宇宙对话（全彩四色珍藏版） [:1700937087]
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第四章 怎样确定一个天体的位置
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本章中我不得不引用并且解释一些专门的名词了。如果我们想完全明白天体的运行，以及在任何时候观测星星的位置的话，这些专门名词的意义都是很重要的。对于一位只想大致知道天界现象的读者，这一章并不是必要的。但我一定要请那想更深一点了解天象的人来一同作更深的研究，研究我们在第二章里所描写过的天球。我们现在回到图1上去，便可看出我们正在研究的两个球之间的关系；一个是真实的地球，我们住在它上面，它每天带着我们不停地旋转；另一个是天上看来仿佛存在的天球，它在极其辽远的距离之外从各方向围绕地球，它虽然不是实在的，我们却一定要想象着它，为的是知道到什么地方去寻找天体。要注意我们是在天球的中心，因此天球上的东西都好像是在球的内部表面上，而我们是在地球的外部表面上。
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这两球上的许多圈点都有类似的关系。我们已经说过地球的转轴指出我们的南北极，又从两个方向直横过长空，指出天球上的南北极来。我们知道地球的赤道环绕地球，离两极同样远。同样的，在天球上也有一条赤道环绕天球，与两天极各成90度。假使能把它画在天上，那我们就日夜都能看见它永远在不变的位置上。我们可以准确地想象出它的形状来。它在正东正西两点上与地平线相交，实际上也便是当春分、秋分（3月、9月）时，太阳在地平线上的12小时内，由周日运动在天上移动的那一条路线。在美国北部诸州看来，它正好横过天顶与南方地平线之间的正中间，越往南来，它也越近天顶——在中国的大部分地区看来，也是如此。
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正像我们有平行于赤道而环绕地球赤道南北的纬度圈一样，天球上也有与天球赤道平行以两天极为中心的圈子。正像地球上的纬度圈越接近两极越小一样，天球上的纬度圈也越接近天极越小。
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我们知道地上的经度是根据通过该地的从北极到南极的子午圈而定的。这子午圈与格林威治子午圈所成的角度便是当地的经度。
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图3 天球的经纬
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在天球上，我们也有同样的东西，也想象出一些线介于北天极到南天极之间在各方向散开，但都与天球赤道成直角正交，如图3所示。这便叫做“时圈”（hour circles）。其中之一叫做“二分圈”（equinoctial colure），图中也标示着。这条线正好通过春分点（这一点我们下一章就要讲到）。它在天上的作用与格林威治子午圈在地上的作用相同。
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天球上一颗星的位置与地球上一座城的位置是用同样的方法来定的：由它的经纬度来表示。可是用的名词却不大一样。天文学中，等于地上经度的叫做“赤经”（right ascension），等于地上纬度的叫做“赤纬”（declination）。于是我们便有了下面这些定义，我要请读者把它们好好地记下来：
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一颗星的赤纬便是它距离天球赤道在南北方向上的视距。图3中的星正在赤纬北25度。