谁发现了时差——从《八十天环游地球》谈起

发布: | 发布时间:2011-12-28,星期三 | 阅读:1,910
作者:赵洋 | 来源:科学松鼠会

“改良俱乐部的大门一下被推开,斐利亚·福克用他那沉静的声音说:‘先生们,我回来了。’”

每一位初看《八十天环游地球》(东西方两大硬汉——成龙和皮尔斯-布鲁斯南分别在大银幕上演绎过这部名著)的人,看到这里恐怕都要为即将输掉全部身家的福克先生捏把汗吧。不过善解人意的作者儒勒·凡尔纳马上作了解释:福克在向东走的路上一直是朝着太阳升起的方向前进,所以他每走过一条经度线,就会提前4分钟看见日出。整个地球经度线分作360等份,4分钟乘以360,正好是24小时。这就是福克不知不觉赚来的那一天的时间。

小说虽为虚构,但因为环球航行而“净赚”一天的例子在历史上确有其事。1522年,麦哲伦率领的舰队致力于完成环球航行的壮举。当船队返航至佛得角群岛时,发现船上记录的日期是7月8日星期三,而岸上的日期却是7月9日星期四。水手回国后向国王和教皇汇报了这个现象,引起了广泛的关注和探讨,时差之谜逐渐被揭示出来。

时差的发现

 在没有钟表的古代,人们只能通过观察太阳在天空中的位置来确定本地时间,这个时间叫做“地方时”。地球是自西向东自转的,东边总比西边先看到太阳,东边的时间也总比西边的早。比如在北京太阳已经升起了一个时辰,而乌鲁木齐还处于黎明时分。这个时间差便是不同地区的“时差”。

最早发现时差现象的可能是古希腊天文学家。希腊人长于航海、精于天文,善于绘制地图。生活于公元前2世纪的喜恰帕斯已经知道不同地点发生日食或月食的时间是不同的,进而他利用各地发生月食的时间差来测定地理经度。但是日月食发生的时间差不容易测定,古希腊人只能在较近的距离内使用这种方法。三个世纪后,托勒密继承了喜恰帕斯的思想,利用经纬线绘制地图。可是,由于无法准确测量经度,他只能凭借对距离的估计,大致标出某地的相对位置。托勒密的方法一直延续了一千多年,此法显然不够严密,所以那时的地图大都不准,往往夸大了陆地的面积,低估了海洋的范围。

蒙元时代的时差问题

在中国,早在13世纪就有人注意到了时差现象。此人便是成吉思汗的谋士耶律楚材。耶律楚材在跟随蒙古大军西征过程中,发现用金代《大明历》推算出应该在某时刻出现的月食,在中亚的撒马尔罕竟然要推迟出现。他隐约意识到,把万里之外的中原地带制定的《大明历》直接用在遥远的西域恐不合适。于是,他在《西征庚午元历》中提出了一个全新的概念“里差”,弥补了由于东西距离差而造成的天象发生的时间差。这实际上是对不同地理经度引起的地方时差作出了数值修正。虽然耶律楚材没有提到现代“时区”的概念,但他事实上解决了时差的问题。

近年来有学者指出,“里差”是西方地理经度概念传入中国,并在历法上加以应用的结果。原来,耶律楚材在《西征庚午元历》中使用的东西距离(从开封到撒马尔罕)数值过大,约为实际距离的1.4倍。这种情况恰好接近于希腊托勒密的地理经度测量值。也许这个倍率是巧合,也许这个知识真的经历了“古代西方→阿拉伯世界→中国”的知识传播过程。

时区的划定

进入19世纪,在科技领域再次居于领先地位的西方世界发起工业革命,铁路运输普及开来。此时,不仅是旅客希望车辆准点运行,对运输部门而言,为了避免共用一条铁轨的多列火车发生相撞事故,车次时间必须掌控精确。当时横贯东西的漫长铁路往往造成不同车站之间有时差存在。19世纪70年代,在加拿大铁路公司任职的桑福德·弗莱明意识到了时区对于铁路安全的重要性,遂提出了国际标准时间的概念。1884年,在华盛顿召开的国际子午线会议认可了这个概念。该次会议还规定通过格林威治天文台的经线为本初子午线(零经度线),当地地方时为格林威治标准时间(GMT)。从这里算起,往东往西各有12个时区,每个时区跨越经度15度。

到了20世纪,随着航空业的兴起,旅客有可能在几小时内跨越几个时区。时区的设置开始出现在手表、电脑和手机等个人装备上。因为现代喷气式客机速度太快,长途旅客血液中皮质醇浓度的变化已经跟不上地面昼夜变更的速度,“倒时差”便成了飞行一族的头痛事。时差和时区已然是司空见惯之事,斐利亚•福克先生的奇遇愈来愈成为天方夜谭了。



 

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