時間等式是什麼 ?

Dec 15, 2017

時間等式
江詩丹頓2017年推出的Les Cabinotiers Celestia Astronomical Grand Complication 3600,是天文學腕錶中的怪物級之作,細節設計完備功能又齊全,而時間等式則是以和中央時分針同軸、尾端為太陽形狀的金色指針指示出分鐘差

對於一般人來說,時間等式(Equation of Time)是個陌生的詞彙,到底什麼是時間等式呢?這就要從地球繞行太陽的軌跡開始說起了。

目前我們所使用的時間,是依照地球與太陽的相對位置而定的。天文物理課都學過的,地球繞行太陽公轉一圈為一年、地球自轉一圈為一天,然後再根據太陽光入射角度,區分出24小時、60分鐘等等。

然而,這一切都是建構在「地球是以完美圓形軌道繞行太陽」的前提為基礎。但事實上,地球繞行太陽的軌道並非是正圓形,而是以類似腎形的軌跡在繞行,因此無法精準的被均分,地球繞太陽一圈的時間差不多是365.2422天,而非整數365天。不過為了使用上的方便,我們還是以圓形軌道來算出時間的分野。於是才會有閏年這類為了補償平均計算結果,而無條件加減的制度。(這就是關於萬年曆的部分了)

要了解時間等式一定要先弄清楚「真太陽時True Solar Time」與「平均太陽時Mean Solar Time」的意思。所謂的真太陽時,顧名思義就是依照太陽實際運行軌跡的時間;而平均太陽時,則是我們再精算過的時間。雖說兩者是基於不同運行軌跡所顯示的時間,但它們不會漸行漸遠,而是時而靠近時而疏遠、時而交會。

時間等式
一年之中真太陽時與平均太陽時的運行會有四次交會,不過根據經度和時區的不同,每年的日期也不太一樣

基本上若以平均太陽時為基準,真太陽時與它的差異,大約落在±15分鐘之間,每年的日期都會有些差異,針對所在地的位置不同也會不一樣。以2017年的台北來說,415日、613日、91日,與1225日這四天,平均太陽時和真太陽時會產生零分鐘差的交會點。而所謂的時間等式功能,便是指示出這兩者之間的差異。(有興趣的話這個網站可以提供查詢,只要輸入經度和時區就可以查出同步天數是哪幾天。)

鐘錶史上針對時間等式很早之前就有研究,最早約可推估到十七世紀,畢竟古人的生活對太陽運行的依賴,遠比今日用電便利的我們,還要緊密得多,因此十八、十九世紀,重要的製錶大師如Ferdinand BerthoudAbraham-Louis Breguet等人,也都製作過時間等式的時計。現在的我們的確不太需要用到時間等式,但想想如果可以很明確跟旁人說出,此時此刻真太陽時和平均太陽時的分鐘差是多少,這種精準好像也是挺浪漫的。