你的正午不是你的正午:「日晷」與「均時差」的原理是什麼?

你的正午不是你的正午:「日晷」與「均時差」的原理是什麼?
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我們想讓你知道的是

日晷,將太陽的規律運行轉換成時間的語言。

文:江秉城、林彥興

小時候看到大型日晷時,總要拿鐘錶來驗證一番,看看自己手上的鐘錶和日晷顯示的時間是否一致。如果你也做過同樣的事,就會發現兩者顯示的時間通常不相同。這時,你得尋找日晷附近是否有附上一面校正表(通常比較精細的日晷才有),將日晷顯示的時間依此校正表加減幾分鐘後,才會和鐘錶顯示的時間一致。想必這會使人產生疑問:難道日晷做壞了嗎?為什麼看個時間還要依賴校正表呢?

事實上日晷並非不精準,而是因為日晷讀出的是「地方太陽時」,鐘錶顯示的則是「地方標準時」,兩者本來就不相同。而校正表顯示的正是這兩種時間的差距,這與當地的經度及「均時差」有關。就讓我們一起來了解,為什麼日晷和鐘錶讀出的時間會有所不同,以及什麼是均時差?

地方太陽時 vs. 地方標準時 vs. 均時差

首先讓我們先來看看,「地方太陽時」和「地方標準時」到底分別代表什麼意思。

地方太陽時代表著太陽在天上的位置。由於地球自轉,星星規律繞著天北極(north celestial pole)東升西落,而太陽也不例外。若我們將一根指針指向天北極,並拿一個垂直於指針的盤面放在下面,再平均地畫上24格刻度,我們就有了一座赤道式日晷(圖)。只要讀出太陽晷影所指的刻度,就能得知當下時刻,也就是地方太陽時。

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赤道式日晷有指向天北極的晷針,以及平行天球赤道的晷面。

至於手機或鐘錶上走的時間則是「地方標準時」。人類將地球畫分為24個時區,同時區內的鐘錶都要對齊中央經線上的鐘錶。以大家熟悉的跨年為例,由於地球向東自轉,臺灣東邊花蓮的「地方平時」應該要比位置較西的新竹更早一些。因此我們會看到大家搶在花蓮目睹新年第一道曙光。但在時區畫分下,花蓮人和新竹人手上的鐘錶都是以東經120°為基準,所以在跨年的時候是全臺灣一起慶祝。

從上述的例子中我們可以發現,各地原本有各自的「地方平時」,但在經過人為的時區畫分後,臺灣都採用東經120°的地方平時,做為共同的「地方標準時」。而地方平時與地方標準時的差距,只和當地經度與時區中央經線的差距有關,並不隨著時間改變。

而所謂的「均時差」,正是地方太陽時和地方平時的差,也有人稱為「真太陽時」和「平太陽時」的差。

本文經科學月刊授權刊登,原文刊載於此

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責任編輯:蕭汎如
核稿編輯:翁世航


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