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平太阳时、真太阳时与均时差:从经度到太阳 ​

太阳每天在天空中的位置变化给出了另一种计时参照。当地平太阳时以均匀运动的平均太阳为参照,真太阳时以真实太阳的日周位置为参照。它们与民用钟表可以在同一时刻显示不同数字,理解这种差异要分别处理经度和均时差。

为什么经度对应时间差 ​

地球一周为 360°,以 24 小时计量,平均每 15° 对应 1 小时,每 1° 对应 4 分钟。东边地点的太阳过中天先发生,因此同一世界时刻,东经较大的地方平太阳时较大。这里说的是旋转角与时间的关系,不表示国家必须按经度划定时区。

设经度为 λ,东正西负,以 UT1 为近似旋转时间参照,可写地方平太阳时为 LMT ≈ UT1 + λ/15 小时。如果已经用标准钟表表达时刻,且它对应标准经线 λ₀,则近似关系为 LMT ≈ 标准时 + 4×(λ−λ₀) 分钟。夏令时需要先还原标准时,历史时区也须先确定。

真太阳为何不匀速 ​

地球轨道的偏心率与黄道相对赤道的倾斜,共同使太阳的表观运动不能直接等同于均匀钟表。均时差描述真太阳时和平太阳时之间的差别。本文明确采用 E = 真太阳时 − 平太阳时,于是 LAT = LMT + E。查别人提供的公式时,先看其符号定义;同一个名称不足以保证加减方向相同。

这里的“真”表示太阳计时定义,不是对某种术数结果可靠性的排名。某体系采用哪种时间,属于该体系的历法和方法选择,需要另外说明文献依据。

从标准钟表逐步换算 ​

给定假定条件:标准时为 08:00,标准经线东经 120°,地点东经 116°,E 为 +5 分钟。经度差 −4°,校正 −16 分钟,平太阳时为 07:44,真太阳时为 07:49。E 是人为给定的示例值,没有指定日期,不能当作某一天的实际均时差。

如果地点改为东经 121°,同一标准时对应平太阳时 08:04,真太阳时 08:09。两例只改变经度,民用制度相同。这种分步计算能看出每个差异来自哪里。

均时差的实际符号 ​

美国海军天文台采用同样的 E = 视太阳时 − 平太阳时 定义,并以 7 月下旬约 −7 分钟说明:日晷读数比地方平太阳时约慢 7 分钟。这是季节量级说明,不是某一天的精密星历值。

若以东经 120° 为标准经线,地点东经 116°,标准时 12:00 对应地方平太阳时约 11:44;再使用上述约 −7 分钟的季节量级,真太阳时约 11:37。符号为负,所以第二步继续向前减;经度校正与均时差来自两个不同原因。

太阳时换算的交互示例 ​

下面固定 UTC 00:00,忽略本文不处理的 UT1−UTC 小差别。改变标准偏移、经度和给定均时差,观察同一个时刻怎样获得不同时间表示。均时差由你输入,不是自动查询星历。

同一时刻,三种时间读数

固定示例时刻为 UTC 00:00。拖动经度和时区,观察钟表与太阳时间如何变化。

标准钟表时间08:00(同日)UTC + 标准偏移
当地平太阳时07:44(同日)UTC + 经度 × 4 分钟
当地真太阳时07:49(同日)平太阳时 + E

经度校正 −16 分钟,再加均时差 +5 分钟。

E 在本例中人工给定,未按实际日期求值;为突出经度与均时差,本例近似取 UT1=UTC,钟表使用标准偏移。

午夜和日期也会改变 ​

给定标准时 00:10,经度校正 −16 分钟,得到前一天平太阳时 23:54。再给 E = +8 分钟,真太阳时为当天 00:02。平太阳日期、真太阳日期和民用日期在此可以不同。某术数是否因此换日,还要看它采用的时间参照和换日规则。

这也是为什么“换成太阳时”不应该只保存一个没有日期的小时数字。历法日期、时刻表示和方法的起日条件需要连贯处理。

如何连接到排盘知识 ​

在天文排盘中,应由同一真实时刻计算天体与地球朝向,太阳时可以是这个时刻的一种表示。将钟表表示换成太阳时,再把新数字当作原时区中的另一时刻,是不同操作。在八字、紫微等传统排盘中,采用哪个表示来划分时辰或日期,需要分别说明学理与政策。

资料 ​

USNO 均时差说明用于核对定义、符号和两个主要天文原因。恒星时另见恒星时与四轴,它采用不同的计时参照。