解讀日跡圖背後的時差奧秘
- 發佈時間：2015-12-03 03:32:26 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
許多攝影愛好者拍攝過這樣的照片：把照相機對準選定的方向固定好，在一年中選取若干天，在這些天的同一時刻拍攝太陽，並在同一張底片上曝光。那麼一年之後，就會發現太陽在天空中的軌跡形似一個“8”字。那麼，從這樣一張照片能否知道拍攝的地理緯度和拍攝時間？北京天文館副研究員李鑒在《前沿科學》2015年第三期刊發文章《關於時差的幾個問題》，厘清關於時差的若干問題，並介紹了“日行跡”攝影圖的分析辦法。
時差是天文學中的重要概念，在改正日晷時間、精確計算太陽升落時間和白晝長度等方面都有十分重要的應用。天文學上定義真太陽時角與平太陽時角之差為時差。所謂真太陽時是以真正的太陽為參考點確定的時間。古代的日晷所表示的時間就是真太陽時。但由於地球自轉同時還繞日公轉，而且公轉速度是不均勻，所以真太陽時在日常生活中應用很不方便。天文學家引入一個天球上的假設點——平太陽，它在天球上以均勻的速度（公轉與自轉速度之和）運動。以平太陽為參考點確定的時間為平太陽時，即日常生活用的鐘和手錶顯示的時間。
李鑒認為，時差産生的原因是黃赤交角的存在和地球沿橢圓軌道繞日運動。由於真太陽的週年視運動是不均勻的，而平太陽的週年視運動是均勻的，所以時差η不是一個固定值。“有人將時差η分解為由黃赤交角和地球非勻速運動引起的兩部分，這種做法並不科學，忽視了兩者之間的相關性。”李鑒説。
如果以時差為橫坐標、太陽赤緯為縱坐標，可以得到一張“8”字形的太陽軌跡圖，也叫做“赤緯-時差圖”。根據這張圖，就能知道日期與太陽位置的對應關係。“8字形的最高點對應太陽赤緯最大日，即夏至日，這天的時差數值約為1.7分鐘；最低點對應太陽赤緯最小日，即冬至日，這天的時差數值約為-1.7分鐘。”李鑒指出，8字形的交叉點並不是春、秋分日，而是取決於地球公轉軌道的朝向。而0時差線不經過時差-赤緯圖的交叉點，也並不經過8字形的最高點和最低點，0時差的時刻分別出現在4月15日、6月13日、9月1日、12月25日。
了解照片中日行跡8字圖所包含的時差等天文概念後，只要通過簡單的測量和計算，就能求出拍攝地的地理緯度和拍攝時間。《關於時差的幾個問題》一文中，李鑒給出了地理緯度與拍攝時間的計算方法。根據這一方法對幾幅不同日行軌跡作品的計算，確定這種方法獲得的緯度的精度在6%以內，拍攝時間的精度在4%以內。“這説明這個計算方法比較可靠，方便攝影創作者提前計算出拍攝時刻的全年太陽位置，方便取景和構圖。”李鑒説。
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