时间测量与验证

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  我们在上期动手测量中介绍了时间、真太阳时、平太阳时、世界时、区时、地方时等概念,也介绍了测量真太阳时的方法。希望同学们都能够跟上进度,认真地进行了测量,获得真实的测量数据。在这一期里,我们要帮助同学们验证自己的测量结果。
  由于我们测量时用于计时的手表、手机等计时工具使用的时间都是平太阳时的区时,而我们测量的结果是地方真太阳时,为了把时间统一起来,我们必须做两件事情:一是把区时换算成测量地的平太阳时里的地方时;二是把平太阳时里的地方时换算成地方真太阳时。
  图1把地球沿经度360度均分为24等份(对应24小时),每等份15度(对应1小时),所以经度之差可以换算成时间之差,即360度经度等于时间上的24小时(其实就是地球自转一周360度,花费的时间是24小时)。由于角度的分和秒与时间的分和秒容易混淆,我们列出如下读法和表示方法。
  时间:l小时(h)=60时分(m);l时分(m)=60时秒(s);
  角度:l角度(°)=60角分(′);1角分(′)=60角秒(″)。
  再利用上述经度(角度)与时问的关系,可以推算出:
  24小时(h)=360角度(°);
  1小时(h)=15角度(°);
  l时分(m)=15角分(′);
  1时秒(s)=15角秒(″)。
  所以,换算后经度差3°37′16″约等于时间差14时分29时秒,也就是国家天文台所在地(东经E116°22′44.14″)的地方时,比北京时间(区时)晚14分29秒。这在观测上的意义是:我们在当地看太阳在最高点(上中天)的时间(区时),不是12时,而是12时 14分29秒。
  注意:在东经120度以西的地区,要加上用经度差换算成的时间差,反之在东经120度以东的地区,要减去用经度差换算成的时间差。
  三、真太阳时与平太阳时之差
  经过上面的换算,我们把区时换算成了地方时(平时)。
  我们上期讲过,真太阳日的一天,在一年中有时快有时慢,有时1天比24小时长,有时1天比24小时短。科学家用一个假想的地球绕太阳公转(见图2),得到的平均太阳时就是均匀的,每天都是整整24小时,由此产生了真太阳时与平太阳时之问的误差。这个差与地球上的位置无关,全球各地在同一天,误差是一样的。
  科学家把每天真太阳时与平太阳时之差(以下简称真平太阳时差)做了一个表,每年通过天文年历对外发布。这里我们给大家提供2017年6月份的真平太阳时差表,供大家使用(见图3)。
  真平太阳时差表的使用,从图3最左边栏里找出日期,对应同行最右栏里查出真平太阳时差值。这里的视时就是真太阳时,平时就是平太阳时。
  使用时只要把当地的平太阳时里的地方时,加上当天的真平太阳时差(注意符号,“ ”号相减,“”号相加),即可得到当地当天的真太阳时时问。例如2017年5月31日,查表真平太阳时差值为 2m21.82s≈ 2m22s(我们不需要那么精确,小数点后四舍五入),约2分22秒,即当天当地的真太阳时应该用平太阳时减去2分22秒。
  四、区时改正为地方真太阳时
  我们上期测量了正午前后太阳的影长,希望每个同学都认真记录了你测量的结果。还记得你记录事件所用的时钟吗?无论是手表还是手机,或者其他计时工具,那上面的时间都是北京时间,也就是东经120度经线上的时间,即平太阳时的区时。而我们在观测地测量的太陽样子的运动,却是当天当地的真太阳时,因此我们测量太阳影子最短的时刻(当地太阳上中天,最高点),应该是当天当地真太阳时的12点。
  按前面讲过的换算关系加以改正,把计时用的区时改正到当天当地的真太阳时,轨可以跟我们测量的太阳影子表现的真太阳时一致起来。
  综上所述,我们使用的计时工具的时间,与当天当地的真太阳时,有以下两项差别应该做出改正。
  (1)区时改正为地方平时:将地方经度与区时经度之差换算成时间差,改正(东边加,西边减);
  (2)平太阳时里的地方时改正为地方真太阳时:查表获得测量日当天的真平太阳时差值,改正(“ ”号相减,“”号相加)。
  做了以上两项改正后,我们就得到了观测地当天的真太阳时。
  五、测量结果验证
  下面就到检验你的测量结果是否准确的时候了。我们用改正过的当天当地的真太阳时,来验证一下你的测量记录数据,也就是说,在你的测量记录里影长最短那一时刻所对应的时间,是不是经过改正后的真太阳时正午时刻,即区时12时 地方经度时差 真平太阳时差。如果你测量的值很接近,说明你的测量结果很准确,反正你需要找出测量误差较大的原因,或者再测量一次获得更准确的结果。
  没有做过测量的同学,或者对测量结果不满意的同学,可以继续测量,并使用时差改正后的真太阳时检验你的测量结果。请把测量记录单和照片放在同一个压缩包里,以附件的形式发送至邮箱:chinahouObao.ac.cn和jswzkxsn20110126.com,让我们早点看到你的实践成果哦!
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