4.计时方法

我们应该已经熟悉了身边各种各样的钟表，但是它所指的时间到底有什么意义呢？我个人认为，只有很少一部分人能够解释“现在是晚上19点”到底什么意思。难道就是说指针指向“7”？那么“7”究竟有何意义？它代表着从中午之后已经过去了一天的。然而，这个中午又是什么意思？一个昼夜又是什么意思？

俗话说的白天和黑夜就是一昼夜，也就是地球以太阳为参照物，自转一圈的时间：以天顶（观测者正上方）和地平线正南连线，观测太阳中心连续两次经过连线的时间。这个时间并非一成不变，时早时晚，所以依据这个时间断定正午并且校验钟表显然不可取，经验丰富的钟表匠也无法使钟表时间和太阳运行时间完全一致。100年前，巴黎的钟表匠们还曾在招牌上写着“太阳的指示欺骗人”。

当然，我们的钟表是按照想象的太阳来校准的，这个太阳没有太阳的功能，只是帮助我们校准钟表而已。现在假设有一个这样的天体，它绕地球做匀速圆周运动的时间正好和太阳绕地球一周（实际上并不是这样，只不过需要假设成这种情况）的时间相同，我们把这个假设天体叫作“平均太阳”。于是，它在经过上述的连线时的时刻被叫作“平均中午”，两个“平均中午”的间隔就是“平均太阳日”，自然，这些时间都叫作“平均太阳时间”，我们所使用的钟表都是参照这个时间来的。当然，日晷等依靠影子来计时的物品自然不是利用了“平均太阳时间”，而是实际的太阳时间。

当看到上边关于“太阳经过连线时间不同”一说，读者们可能会觉得地球自转速度不均匀，不然为何太阳日不相等呢？然而，地球自转确实是均匀的，太阳日不等是由于地球的公转，地球的公转不是匀速的。

如图6，我们可以来看一下公转为何会影响昼夜的长短。

左边位置箭头表示地球自转的角速度方向。此刻可以看出A点正对太阳，是处在中午的。然而，在右边的位置，A点相对地球来说是和左边位置相同的，但是A点此刻并不是正午，太阳也没有在A的正上方。如果A点要等到正午，须得再过一段时间。

这就说明，两个真正的“太阳中午”之间的间隔比地球自转周期长。当然，如果地球公转是匀速圆周运动，那么二者就应该一致了，然而并不是，差额也能计算出来。虽然说这个差额很短，但是累积起来就显得很重要了。现在我们规定1太阳日（也就是平均太阳时间）为24小时，则1个地球公转周期内，包含了太阳日。然而，在1个地球公转周期内，地球却自转了周，于是，每个自转周期真正的时间为：

其实这个周期正好是地球绕恒星（任何恒星）真正的一昼夜，这样的一昼夜被称作“1恒星日”。

于是，每个恒星日比太阳日都短3分56秒，约4分钟。

当然，这个时间差值也并非一成不变，由于地球的公转并非匀速且地球自转轴和公转轨道平面并非垂直，导致不同日子里，实际太阳时间和平均太阳时间差值不同，某些时候甚至相差大约15分钟。而且，一年之中，实际太阳时间和平均太阳时间相同的日子只有4天，分别为4月15日、6月14日、9月1日、12月14日。

除此之外，实际太阳时间和平均太阳时间相差最长的日子是2月11日、11月2日。

这两天内，二者相差大约15分钟。图7中可以很明显地看出二者之间的差值变化情况。

此图7名为“时间方程图”，显示了实际太阳中午和平均太阳中午之间的时差。平均中午为12时，但是4月1日的实际中午却比这个时间晚了5分钟，为12时5分。也就是说，这条曲线表示了实际太阳中午的平均时间。

1919年，苏联不再使用“地区时间”，而是启用了“时区时间”，就是将地球按照经线平均划分成24个时区，以时区中间经线的平均太阳时间为准，同一时区都应用同一时间。于是，在一个时间节点，地球上将只有24个不同的时间。当然，在启用“时区时间”之前，地球上存在着非常多的不同时间。

在这之前，苏联一直使用当地的实际太阳时间。由于在不同经线上，平均中午的时间不同，实际中午的时间也不相同，这导致除了火车运行的时间使用全国通用的圣彼得堡地方时间外，其他时候每个城市都拥有自己的当地时间。于是人们根据当地平均时间以及圣彼得堡平均时间，区分了“城市时间”以及“火车时间”。当然，现在火车运行都依靠莫斯科时间了。

在关于苏联的这两段内容中，我们谈到了三种不同的计时方法：“实际太阳时间”，“当地平均太阳时间”，“时区时间”。其实除了这些之外，计时方法还有天文学家使用的“恒星时间”以及“法令规定时间”。

恒星时间使用恒星日计算，比平均太阳日短3分56秒。在3月22日的时候二者相同，然而这天一过，恒星时间就又比平均太阳时间长3分56秒了。

法令规定时间简称法定时，这种计时方法在苏联全年通用，然而很多西方国家却只在夏季使用这种计时方法。法定时相对时区时间要早1小时，可以在白天较长的日子里提前作息时间，减少黑暗提早来临时的照明消耗。这种法定时的规定非常简单，只需要将时针统一调快1小时即可。我们提到，西方国家这种计时方法也有使用，不过他们会在春季时调快1小时，秋季时调慢1小时。

这种法定时在苏联一年当中都有使用，冬季同样需要。虽说不能明显减少照明所需能量，但是可以均衡电站的负荷，作用同样很大。这一“法定时”是从1917年开始使用的[4]，有时甚至会调快2个甚至3个小时。当然，中途这个法令断掉了一段时间，不过在1930年重新启用并改成了调快1个小时。