第三章
時間與經度的關系

我們都知道，一條由北而南通過某地的線叫作該地的子午圈。更確切些說，地球表面上的子午圈便是由北極至南極之間所作的半圓。這種半圓從北極向各方散開，因此我們可以把這線畫到任何地方去。格林尼治皇家天文臺（Royal Observatory at Greenwich）的子午圈是當今國際公認的經度計算的起點，而歐美大部分的鐘表時間也是依此標準而定的。

相對于某地地上子午圈的還有天上的子午圈（地上的子午圈在天球上的投影），從天的北極起始通過天頂，在最南一點與地平線相交，再往南直達南極。既然地球繞著軸旋轉，它也就把地上的跟天上的子午圈一起連帶著旋轉，因此，天上的子午圈在一日之內經過整個天球。在我們看來的現象卻是天球上的每一點在一日之內都要經過子午圈。

中午便是太陽通過子午圈的時刻。在現代計時工具出現以前，大家都依照太陽定鐘表。可是因為黃道的傾斜角與地球繞日軌道的偏心率，太陽每次經過同一條子午圈前后所間隔的時間是不完全相等的。結果，假如鐘的時間準確，太陽便有時在正午12點鐘以前，有時又在以后通過子午圈。如果明白了這個道理，便不難區分視時（apparent time）與平時（mean time）了。視時是依太陽而定的每日長短不等的時間，平時是依鐘表定的每日之內完全不差的時間。兩者之間的差別便叫作時差（equation of time）。它們相差最多的時候約發生在每年11月初和2月中。11月初，太陽在12點前16分鐘經過子午圈；在2月中，卻又在12點以后14分鐘經過子午圈。

為了定出平時，天文學家想象出一個平太陽（mean sun）的概念。平太陽永遠順著天球赤道運行，因此每次經過同一子午圈間隔的時間完全一致，也因此有時在真太陽之前，有時又落后了。這個想象出的平太陽就可以確定每天的時間。如果不管真實情形，只按照眼見的景象說起來也許更為明了，那么我們先想象地球是靜止不動的，平太陽繞著地球轉，陸續經過各地的子午圈。這樣我們便要想象著“中午”永遠環繞世界周游了。在我們的緯度上，它的速度只不過是每秒300米左右；這就是說，假如我們所在的地方正是中午，1秒鐘后，向西300米的地方便是中午，再過1秒鐘又西移300米，依此類推下去，過了24小時后中午又回到我們這兒來了。這種情形的最顯著的結果便是：任何兩個在不同子午圈上的人不可能處在相同的時間。我們向西方旅行，便要不停地覺得我們的表比當地的表走得快，反之，向東方旅行，我們的表又太慢了。這種不同的時間便叫作“地方時”（local time）。

標準時

從前這種地方時的應用曾帶給旅行者很大的不便。每條鐵路都有自己的子午圈，依照自己的時間開車，而旅客因為不知道自己的鐘表與鐵路時間的關系，便常常容易誤了火車。直到1883年，我們現在的標準時制度才成立。在這種制度下，每15度（太陽在每一小時內經過的地方）有一標準子午圈。中午經過標準子午圈的時候，兩旁7.5度之內也都算是正午。這便叫作“標準時”（standard time）。指示這些地帶的經度也都以通過格林尼治（天文臺）的子午圈為起點計算。費城（Philadelphia）約在格林尼治西75度或者說西五區，更確切些說是約5時1分。于是美國東部諸州的標準子午圈便在這地方（費城）東面一點。平正午（mean noon）經過這子午圈時，西面一直到俄亥俄（Ohio）都要算是正午12點的。1小時后，12點便在密西西比河流域。再過1小時，12點又在落基山脈（Rocky Mountains）一帶。再過1小時，12點在太平洋沿岸了。于是美國便有4種時間：東部時間、中部時間、山區時間、太平洋時間，依次相差一個鐘頭。用這種標準時，在太平洋、大西洋之間穿梭的旅行者只要每次把鐘表撥快或撥慢1小時，便與在單一時區中毫無差別了。

1949年之前，中國分別設置了5個時區，即中原時區、隴蜀時區、新疆時區、長白時區、昆侖時區。時區不同，所在地的時間也不一樣。中華人民共和國采用以首都北京所在的東八時區的時間作為全國的標準時間，通稱為“北京時間”。

一個地方經度的確定也就是利用這種時間的差別。試想有一觀察者在紐約（New York），當某一顆星準確經過子午圈的時候發一下電報，這時間便在芝加哥（Chicago）和紐約兩處記錄了下來。等到這顆星經過芝加哥的子午圈的時候，另一觀察者又發一下電報報告時間。這兩次電報之間所隔的時間表示了這兩城市相差的經度。

另一種定經度的方法便是兩觀察者互相報告本地的地方時，這樣也可以得到與前面同一的結果。兩地時間之差也就是經度之差。

可是在這方面有一點必須記得：天體的升落出沒是依照地方時而不是依標準時的。因此日歷中列的太陽出沒的時刻不能確定我們鐘表的標準時，除非我們恰好住在標準子午圈上。這兩種時間的差異之一便是：當我們向東或向西旅行時，地方時不斷地改變，而標準時卻只在我們經過某一時區的邊界時，一跳跳過去1小時。

日期在什么地方改變

“午夜”也像“中午”一樣不斷地繞著地球旅行，陸續經過子午圈。每過一處便表示那一子午圈上又開始新的日期了。假使它經過一處的日期正是星期一，那么它再來時便是星期二了。因此一定有一道子午圈是星期一與星期二的交界處，或者說是兩天之間交替的地方。這一劃分日期的子午圈叫作“國際日期變更線”（date line），人們只是由習慣和方便來劃定這條線。當移民向東西方發展的時候，人人都把日期帶了去。但直到向東去的跟向西去的在一處碰了頭時，他們的日期已相差了一整天。向西去的還是星期一而向東來的卻已是星期二了。這便是美國人到阿拉斯加（Alaska）時所發生的事。俄國人向東走到了這地方，美國人向西走也到了這地方，可是美國人還在過星期六而俄國人已經在度星期日了。于是發生了一個問題：當地居民要到希臘教堂做禮拜的時候，到底應該遵照新的還是舊的日期計算法呢？這問題一直鬧到圣彼得堡（St.Petersburg）大教堂的主教面前，最后還是請俄國國立普爾科沃天文臺（Pulkovo Observatory）臺長斯特魯維（Struve）來解決的。斯特魯維做了一個報告，認為美國人算法較為正確，日期才算更改一致了。

現在習慣所規定的國際日期變更線是正對著格林尼治的子午線。這條界線恰好在太平洋中間，經過很少的陸地——只是亞洲的東北角也許還有斐濟群島（Fiji Islands）的一部分。這是一種很有利的情形，日期變更線經過一個國家內部所發生的種種不便就由此可以避免了。因為假如是那樣，這一城市的日期就會和界線外的鄰城日期相差一天，甚至也許一條街的兩旁的居民都會過著不同的星期日。可是既然日期變更線在海洋中，就不會有這種麻煩了。國際日期變更線并不是嚴格的地上的子午圈，它可以曲折拐彎以回避上述的不便。因此，查塔姆群島（Chatham Islands）上的日期跟鄰近的新西蘭（New Zealand）的日期一致，雖然格林尼治180度的子午圈正從它們中間經過。