解读日迹图背后的时差奥秘
- 发布时间：2015-12-03 03:32:26 来源：科技日报 责任编辑：罗伯特
许多摄影爱好者拍摄过这样的照片：把照相机对准选定的方向固定好，在一年中选取若干天，在这些天的同一时刻拍摄太阳，并在同一张底片上曝光。那么一年之后，就会发现太阳在天空中的轨迹形似一个“8”字。那么，从这样一张照片能否知道拍摄的地理纬度和拍摄时间？北京天文馆副研究员李鉴在《前沿科学》2015年第三期刊发文章《关于时差的几个问题》，厘清关于时差的若干问题，并介绍了“日行迹”摄影图的分析办法。
时差是天文学中的重要概念，在改正日晷时间、精确计算太阳升落时间和白昼长度等方面都有十分重要的应用。天文学上定义真太阳时角与平太阳时角之差为时差。所谓真太阳时是以真正的太阳为参考点确定的时间。古代的日晷所表示的时间就是真太阳时。但由于地球自转同时还绕日公转，而且公转速度是不均匀，所以真太阳时在日常生活中应用很不方便。天文学家引入一个天球上的假设点——平太阳，它在天球上以均匀的速度（公转与自转速度之和）运动。以平太阳为参考点确定的时间为平太阳时，即日常生活用的钟和手表显示的时间。
李鉴认为，时差产生的原因是黄赤交角的存在和地球沿椭圆轨道绕日运动。由于真太阳的周年视运动是不均匀的，而平太阳的周年视运动是均匀的，所以时差η不是一个固定值。“有人将时差η分解为由黄赤交角和地球非匀速运动引起的两部分，这种做法并不科学，忽视了两者之间的相关性。”李鉴说。
如果以时差为横坐标、太阳赤纬为纵坐标，可以得到一张“8”字形的太阳轨迹图，也叫做“赤纬-时差图”。根据这张图，就能知道日期与太阳位置的对应关系。“8字形的最高点对应太阳赤纬最大日，即夏至日，这天的时差数值约为1.7分钟；最低点对应太阳赤纬最小日，即冬至日，这天的时差数值约为-1.7分钟。”李鉴指出，8字形的交叉点并不是春、秋分日，而是取决于地球公转轨道的朝向。而0时差线不经过时差-赤纬图的交叉点，也并不经过8字形的最高点和最低点，0时差的时刻分别出现在4月15日、6月13日、9月1日、12月25日。
了解照片中日行迹8字图所包含的时差等天文概念后，只要通过简单的测量和计算，就能求出拍摄地的地理纬度和拍摄时间。《关于时差的几个问题》一文中，李鉴给出了地理纬度与拍摄时间的计算方法。根据这一方法对几幅不同日行轨迹作品的计算，确定这种方法获得的纬度的精度在6%以内，拍摄时间的精度在4%以内。“这说明这个计算方法比较可靠，方便摄影创作者提前计算出拍摄时刻的全年太阳位置，方便取景和构图。”李鉴说。
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