五种计时

我们已经习惯使用怀表和挂钟，不会问自己表盘上指示数的意义。我确信，读者中只有为数不多的人，在说“现在是晚上7点”的时候可以解释他们想说什么。难道仅仅是在说明小小的时针指向了数字7吗？这个数字表示什么意思？它表示正午过后一天又过去了。但是表示哪个正午之后呢？又主要表示哪些天的呢？

什么是昼夜？家喻户晓的俗语“一个白天和一个黑夜——一昼夜就过去了”中提到的昼夜，是时间间隔，在这间隔期内，地球可以围绕地轴自转一周。实际生活中，人们这样衡量一昼夜：太阳连续两次转过（更准确地说是太阳的中心）连接观察者头顶的点（天顶）和地平线上南方点的天际线。这个时间间隔并不总是一样的：太阳通过上述天际线有时早，有时晚。根据这样实际的正午来调整钟表是不可能的，最优秀的钟表匠也无法严格按照太阳的转动来调整钟表时间——如果这样做，那时间就会极度不准确了。“太阳指示的时间是具有欺骗性的。”巴黎的钟表匠早在100年前就在自己的徽章上这样写到。

我们的钟表并不是按照实际的太阳来校准的，而是按照某种想象的太阳进行校准。这个想象的太阳是不发光不发热的，它是想象出来用于正确计算时间的。想象一下，自然中存在一个天体，在一年中都是匀速运动的，它围绕地球运动一周的时间等于我们真实的太阳围绕地球运动一周的时间（当然，太阳围绕地球运动是设想的）。这个想象的星体在天文学上被称为平太阳。平太阳通过南天顶线的时刻，被称为平正午，两个平正午之间的间隔就是平太阳日，而所需要的时间被称为平太阳时。怀表和挂钟都是按照这个平太阳时来计时的，但是日晷指示的是当地的真太阳时，日晷中杆子的影子就是指针。

图6　为什么太阳日比恒星日长？（详见文字表述）

读者在读完以上内容后，可能会有这样的认识，即地球不是匀速自转，且真太阳的日长是不一样的。这是不正确的，因为日长不相等是由于地球的另一种运动，即地球围绕太阳轨道的运动是不匀速的。我们稍后就会明白，这是如何影响昼夜长短的。在图6中，我们可以看到地球先后的两个位置。先看左边的位置，右下方的箭头表示地球自转的方向：如果从北极看的话，是逆时针。A点现在是正午：这个点正好在太阳对面。现在想象一下，地球自转了一周，同时地球沿轨道向右移动到另一位置。地球半径经过A点，保持着一昼夜以前的方向，但A点已经不在太阳的正对面了。而对站在A点的人而言，正午还没有到来：太阳比所画的线还要靠左。地球还要再转动一段时间，A点才会出现新的正午。

由此得出什么结论？答案是，两个太阳日之间的间隔比地球自转一周的间隔要长。如果地球围绕太阳做匀速的圆周运动，而圆周的中心是太阳的话，那么地球自转一周的真实时间，与我们假设的地球围绕太阳一周的时间之间的差异在每天都是相同的。我们可以看到，在一年中，这些少量的时间的增加会累计成一个整日（一年中地球公转比自转要多出一天），那么这一差异是很容易确定的，即每自转一周的实际时间等于23小时56分4秒。

由此可以得出，每日的真实时长就是地球围绕任一恒星运动的周期时长，它被称为恒星日。

这样，恒星日平均比太阳日短3分56秒，用整数表示就是4分钟。这一差异并不总是不变的，因为：1.地球并不是围绕太阳做匀速的圆周运动，而是做椭圆运动，在椭圆的某部分（更靠近太阳的地方）地球运动得更快，而在其他部分（远离太阳的地方）地球运动得较慢；2.地球自转的地轴与地球轨道表面是倾斜的。简而言之，这两点导致在不同时期的真太阳时和平太阳时之间的差异是不同的，某些时间甚至会达到16分钟。一年中，真太阳时和平太阳时只有4次是重合的：

4月15日

6月14日

9月1日

12月24日

相反，在以下时间：

2月11日

11月2日

真太阳时与平太阳时之间的差异是最大的，约差小时。图7中的曲线显示了一年中不同时期两者之间的差异。

图7　此表为时差表，其显示了平正午和真正午在某一天的差异。

比如，4月1日在真正午时，机械钟表指示的是12时5分，也就是说，曲线显示的是真正午时的平太阳时

1919年以前，俄国人都根据各地的太阳时生活。由于地球每一个经线上的平正午出现的时间（当地的正午）都不一样，因此每一个城市都是按照当地的时间生活，只有火车的时刻表是按照全国统一的时间，即圣彼得堡时间。人们要区分城市时间和火车站时间，前者是当地的平太阳时，显示的是当地城市的时间；后者是圣彼得堡平太阳时，显示的是火车站的时间。

从1919年起，我们计算时间的基础不再是当地时间，而是所谓的区时。地球被经线划分成24个相同的区，并且每一个区里所有地方的时间都相同，这个时间就是每一个区中心经线处的平太阳时。在整个地球上，任何一个时刻只存在24个不同的时间，而不是像使用区时计算之前那样有很多不同的时间。

除了这3种计时方法，即真太阳时、当地平太阳时、区时，还需要增加一种只有天文学家才会使用的第4种计时方法，这就是恒星时，它是按照之前提到的恒星日计算的时间。我们已经知道，恒星日比平太阳日大约短了4分钟。在9月22日，两种计时是重合的，但是此后，每一天恒星时都比平太阳时快4分钟。

最后，还存在第5种计时方法——法定时，即俄国人全年都使用的时间，而大部分西方国家则在夏季使用该时间。

法定时比区时早一个小时，这样的目的是在一年中的夏令时（从春天到秋天）早点开始和结束劳作，这样能减少照明用电。这样就需要将时针调快。西方国家每年春天（在深夜1点将时针拨到数字2）都会进行这样的调整，而在每年秋天就要将时针往回调。

而苏联的时间是一年一调，即不仅仅是针对夏季，冬季也同样适用：这样虽然不能减少照明用电，但是电站的负荷却能更加均匀。

法定时在苏联第一次使用是在1917年[雅科夫·伊西达洛维奇·别莱利曼首倡使用该法案。（编者注）]。在一段时期内，时针要调快两个甚至是3个小时；中断数年之后，自1930年春天起，苏联又开始重新使用法定时，且与区时的时差为1小时。