送你一个天空般轻重的北斗七星时钟
手机电量耗尽不知几点?没干系,天上另有一个巨型钟表!快来学习怎样使用北斗七星确定时间。
图注:北斗七星在夜空中冉冉升起。有了北极星和北斗七星,我们就可以构思出一个浅易的“时钟”。
图源:Bob King
计时是一种十分新鲜的活动。早前,人类经过察看太阳和玉轮在天空中的挪动来标志时间的流逝。我们乃至可以把插在地上的竖棍影子当作一个原始的时钟。人类最早制造的计着安装是日晷和水钟。日晷依托好天的太阳,水钟则依托水的滴漏。13世纪后期显现了钟楼,人们听钟报时。到了18世纪,熟习的钟表和指针才面世。
三百年后,手机和数字时钟协助我们纪录时间。手机直接从举世定位体系(GPS)卫星获取时间,大概是经过四周的信号基站获取时间(这些信号基站也使用 GPS )。现在在轨的31颗 GPS 卫星中(最少有24颗坚持全天正常运转),每颗都配有多个原子钟,这些原子钟可以将时间准确到1000亿分之一秒以内。
图注:在这幅动态图中,24颗 GPS 卫星构成的星座围绕地球运转。从地球外表随意一点(图中地点是科罗拉多州的戈尔登)观察,所看到的卫星数目会随时间厘革。这些卫星携带安定的原子钟,可为地球上任何场合的 GPS 吸收机(包含手机)提供准确的时间和定位。
图源:Paulsava / CC BY-SA 4.0
秒是古代计时的基本单位,原子钟丈量同位素铯133在微波辐射的引发下从低能态跃迁到高能态9,192,631,770次所履历的时间就是一秒钟的长度。这种云云准确的“振动”确保了原子钟约1亿年的偏差仅有1秒,与之比拟,我们平常的时间体验可谓是大略不堪了。
在古时,依托星星来推断时间固然不是那么准确,但是这种办法仍旧可以在紧急关头助我们一臂之力。天朗气清的日子里,夜幕到临后仰面望向北边,就能看到北斗七星了。春天,这七颗亮堂的星星在头顶上空旋转;秋日,它们则倘佯在树梢房顶。勺头的那两颗星星分散叫做天枢(大熊座α)和天璇(大熊座β),它俩构成了一个星群,唤作“指针”。假想有一支箭一箭双星射穿它俩,这支箭就会指向北极星(小编注:从天璇向天枢延伸其长度5倍,约莫就到北极星了,这是使用更亮的北斗星寻觅北极星的好办法)。
图注:使用北斗七星来寻觅北极星的办法先放一边,我们调转朝向,从北极星向天枢天璇延伸出一条线,并将这条线想象成24小时制钟表的时针。在上图这个例子中(当地时间4月25日夜晚9时48分),北斗七星时针指向24点钟的地点。使用下文先容的公式,并算上夏令时(作者地点地区炎天的时制)调前的一个小时,可以得出约莫是当地时间的夜晚10点钟。
图源:Stellarium with additions by Bob King
底下我们开头制造北斗七星时钟,从北极星开头,将其视为经典模仿时钟的表盘中央。由从北极星延伸到两颗“指针星”的线就是时针,它每24小时就在北边的天空中扫完一圈。我们平常所见的平凡时钟是12小时制的,上方是中午/半夜的12点,下方是傍晚/早上的6点。由于地球24小时自转一周,星星干系于我们也是24小时转一圈,以是北斗七星时钟是24小时制的钟面,24/0点在“表盘”的顶部,12点在底部。随着地球自西向东转动,星星时钟就自东向西以逆时针的朝向每小时转动15 °。
图注:当地时间7月20日清早1点(距离3月6日约莫4.5个月),北斗七星时针指向9点,我们来求解出准确的时间:9- (2 × 4.5) = 9 - 9 = 0。再加上被调前1小时的夏令时,准确的时间是当地夏令时清早1点支配。
图源:Stellarium with additions by Bob King
一只坏了的手表天天只能报出两次准确的时间(小编注:这里所说的“坏”是指手表指针转动速率禁绝确了,假如转动速率准确,但是时间没有对准,那么这个表指示的时间会不休错)。
而北斗七星时钟也有一个缺陷,它一年仅有一天能全程指示出准确的时间,就是3月6日那天(小编注: 极度准确的表述应当是:仅有一个时候是准确,而某一天全程准确是由于谁人时候就落在了这一天,以是这一天内偏差很小可以以为都是准确的。那为什么是3月6日这天呢?这与我们假想的24小时制的表盘要把24/0放在顶端、把12放在底端有关,3月6日北斗七星时针在24点时就是转到了最顶端的地点)。
在3月6日那天,假如北斗七星时针指向22点,那就是夜晚10点。假如是指向19点,那就是夜晚7点。关于其他日期的时间,必要用底下这个简便的公式得出:
实践时间 = 北斗七星指示时间- (2 x 距离3月6日的月数)
举个栗子,假如在4月25日夜晚你面朝北边,发觉北斗七星时针指向24:00,那么实践时间约莫的时间是:
实践时间 = 24 - (2 x 1.6个月) = 24-3.2,也就是24小不时钟上的20.8小时。
将小数转换为分钟(0.8 x 60,1小时=60分钟) ,得出是当地标定时间(LST)中午8:48。
图注:1月6日,假如看到北斗七星时钟指向18:00,我们可以解出实践时间: 18 - (2 x 10) = 18-20 = -2。从24减去2即是22,得出是当地标定时间夜晚10点。
图源:Stellarium with additions by Bob King
假如你所处的地区有夏令时,别忘了把夏令时调停的时间复原回去。
在上述盘算公式中,假如解出一个实数,就从半夜(0点)加上这个实数值;假如解出一个正数,就从半夜(24点)减去这个正数值。依据使用北斗七星时钟的履历,我发觉它的偏差约莫在30分钟以内。
另有一点必要注意,我们使用的时区时间和所地方在的当地时间是有偏差的,这就要看你在所处时区的什么地点了——假如你位于在时区中央经度的西侧,那么北斗七星时钟会略微落伍于真实的时区时间,假如你位于时区中央经度的东侧,则会略微超前。
纵观人类汗青,计时精度的不休提高,推进了武艺和封建的提高。只管云云,回忆已往,欣喜地发觉天体的时空之轮仍在嗡嗡作响,这也太幽默了。
作者:BOB KING
翻译:sunday
校正:李宜骅
排版:简稚珉
背景:李子琦
原文链接:https://skyandtelescope.org/astronomy-blogs/explore-night-bob-king/tell-time-with-the-big-dipper-see-ceres-transit-m100/
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泉源:牧夫天文
编纂:小线