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天界现象（2）
记清楚这种情形后，我们要再请读者集中一下注意力。我们知道地球不是静止的，它不停地绕着通过它中心的一根转轴旋转，这件事的当然结果便是整个天球看起来都向相反的方向旋转了。地球从西往东转，因此天球便好像是从东往西转。这实际的地球自转和因之而起的星辰的视转动便叫做“周日运动”（ｄｉｕｒｎａｌ ｍｏｔｉｏｎ），因为这种运动是一日一周。
星辰的每日视转动（1）
我们第二步便要表示出在地球自转的极简单的概念与因之而起的天体的周日视转动所表现的较复杂的现象之间的联系。后者是随地球上观察者所在的纬度不同而不同的。我们先从在北纬中部所看见的现象说起。
为了这个目的，我们可以先想象造出一个内空的大球来代表天球。我们可以随意把它造多么大，但一个直径１０米左右的已足够用了。现在用图１表示这个大球的内部，它是钉在转轴的两点上（Ｐ和Ｑ），使它能够倾斜地旋转。在中心点Ｏ上，我们有一个平的盘子——ＮＳ，我们在这盘上坐着。星座都在球的内部，全表面上都有，可是下面一半被盘子遮住了，我们看不见。这个盘子很显然地代表了我们的地平线。
现在我们便使这大球在转轴上旋转起来。这时发生了什么事？我们会看到在转轴的Ｐ点附近的星在大球旋转时也都绕着Ｐ点转。在ＫＮ圈上的星绕到Ｐ点下面的时候会擦到圆盘的边。离Ｐ点更远的星就会沉落到盘底下去，或远或近，依它们离Ｐ点的远近而定。靠近ＥＦ圈上的星正在ＰＱ之间，它们的旋转路程一半在盘上一半在盘下。最后，在ＳＴ圈内的星就永不能升到盘上面来，因此也永不能为我们所见。
我们眼中的天球就正是这样一个球，不过加上无限大的广袤而已。在我们看起来，它也是把天上的一点当成转轴不停地绕着旋转，差不多一日一周，太阳、月亮、星辰也都随着它旋转。星辰都保留着它们自己相互间的位置，就好像是钉扎在旋转的天球中一样。这便是说，如果我们在夜间任何一小时内给它们拍摄一张照片，那么在其他任何小时内它们也还是照片中的状况，只要我们能把它放在准确的方位上。
转轴的Ｐ点叫做“天球北极”（ｎｏｒｔｈ ｃｅｌｅｓｔｉａｌ ｐｏｌｅ）。在北纬中部的居民（我们中的大部分都是）眼中，它便在北天上，差不多正当天顶与北方地平线的正中。我们住的地方愈向南去，北极便愈靠近地平线，它离地平线的高度正相当于观察者所在地的纬度。离北极很近的一颗星便是北极星，我们以后要讲怎样去寻找它。在平常的观测中，北极星似乎从来不移动。其实它离北极只有一度多一点，这差别我们现在可以不管它。
正对着天球北极的是“天球南极”（ｓｏｕｔｈ ｃｅｌｅｓｔｉａｌ ｐｏｌｅ），它在地平线下，与北极离地平线的距离一样远。
很明显的，在我们的纬度上所看见的周日运动是倾斜的。当太阳从东方出来的时候，它看起来并不是从地平线上一直升起来的，它的路线是倾向着南方与地平线成一个或大或小的锐角。因此在它沉没的时候，它对于地平线也还是取着倾斜的路线。
现在我们再想象一只极大的圆规来，它要大得足以接着天界。我们把它的一只脚定在天球北极，再把另一只脚接上北极下面的地平线。让指定北极的那只脚不动，而用另一只脚在天球上画出一个大圆圈来。这大圆圈的下面正好和地平相连，而它的上面，在我们的北纬地区看起来，最高点已差不多接近天顶了。这大圆圈里的星是永远不落的，它们看来只是每日环绕北极转动一周。因此，这圆圈便叫做“恒显圈”（ｃｉｒｃｌｅ ｏｆ ｐｅｒｐｅｔｕａｌ ａｐｐａｒｉｔｉｏｎ）。
星辰的每日视转动（2）
在这圈外更向南的星都有升有落，可是越往南去的星每天在地平线上的路程就越少，直到最南方的一点上，星星只在地平线上略微一露面就隐退了。
更往南去的星，在我们的纬度上看起来，就根本不出现了。那些星都在一个“恒隐圈”（ｃｉｒｃｌｅ ｏｆ ｐｅｒｐｅｔｕａｌ ｏｃｃｕｌｔａｔｉｏｎ）中。恒隐圈以天球南极为中心，正像恒显圈以天球北极为中心一样。
图２是北方所见的恒显圈内的北天主要星座。把适当的月份转到顶上来，我们便可看到当月每日下午八时前后的北天星座了。图中也标出了找北极星的方法，就是利用大熊座中７颗星（即北斗七星）中的两颗“指极星”（Ｐｏｉｎｔｅｒｓ）的延长线，那便是对着北极的方向。
现在我们来变换一下我们的纬度看看会有什么变化。如果我们是向赤道方向旅行，我们的地平方向也改变了，而且在我们的途中可以看到北极星渐渐地往下沉落得越来越低。我们接近了赤道，它也接近了地平，我们到了赤道，它也到了地平线上。当然，恒显圈也随之越来越小，我们到了赤道时，恒显圈也就完全消失了，南北方向地平线上各有天的一极。那里的周日运动就跟我们此地所见的完全不同了。太阳、月亮、星辰，升起来时就一直向上。如果有颗星恰好在正东方升起，它必定会正好经过天顶；从偏南些的天上升起的星一定从天顶南边过去；而偏北的星也自然从天顶北边过去了。
我们再继续往南走，到了南半球上，我们又看到太阳虽然从东方出来，却大致是从天顶的北面横过中天了。南北两半球上的最大不同点便是：太阳既然在天顶的北边过中天，它的视运动就不像我们这儿一样跟钟表上时针方向一致，却恰好与之相反了。在南纬中部，我们所熟悉的北天星座都永远在地平线下，而南方却出现了新的星座。有些南天星座是颇以美观著名的，例如南十字座。其实说来，大家常以为南天比北天更加美丽而且包含更多的星。可是这种见解现在已证明是不正确的了。很仔细地研究计算这些星辰后，我们知道南天和北天的星数差不多是相等的。大概我们刚才说的这种印象是由于南天相对晴朗些也未可知。南非洲以及南美洲的空气中确实比我们北方较少烟雾，这也许是因为那儿气候比较干燥的缘故。
我们刚才说的北天星辰绕天极的周日运动也同样可以适用于南天。但是南天并没有南极星，因此也没有方法找出天球南极来。南极附近有一些小星，可是也并不比天上别处更密。当然南半球上也有它的恒显圈，而且我们越往南去，圈也越来越大。这便是说在南极周围有一圆圈中的星辰永远不落，却绕着南极转，看起来的方向也正和北天上的相反。因此，也还有一个恒隐圈，里面包括了北极附近的星座，而这些星座却是在我们的纬度上永远不落的。一旦我们过了南纬２０度，就绝看不见小熊座的任何部分。再往南去，大熊座也只在地平线上或多或少的露出一部分了。
如果我们再继续向南极旅行，我们便再也看不到星辰的升落了。那些星都平行地绕着天上一点转动，中心南极便在天顶。当然这种情形在北极也是一样的。
时间与经度的关系
我们都知道，一条由北而南通过某地的线叫做该地的子午圈。更确切些说，地球表面上的子午圈便是由北极至南极之间所作的半圆。这种半圆从北极向各方散开，因此我们可以把这线画到任何地方去。格林威治皇家天文台（Ｒｏｙａｌ Ｏｂｓｅｒ－ｖａｔｏｒｙ ａｔ Ｇｒｅｅｎｗｉｃｈ）的子午圈是当今国际公认的经度计算的起点，而欧美大部分的钟表时间也是依此标准而定的。
相对于某地地上子午圈的还有天上的子午圈（即地上的子午圈在天球上的投影），从天的北极起始通过天顶，在最南一点与地平相交，再往南直达南极。既然地球绕着轴旋转，它也就把地上的跟天上的子午圈一起连带着旋转，因此，天上的子午圈在一日之内经过整个天球。在我们看来的现象却是天球上的每一点在一日之内都要经过子午圈。
中午便是太阳通过子午圈的时刻。在现代计时工具出现以前，大家都依照太阳定钟表。可是因为黄道的倾斜角与地球绕日轨道的偏心率，太阳每次经过同一条子午圈前后所间隔的时间是不完全相等的。结果，假如钟的时间准确，太阳便有时在正午１２点钟以前，有时又在以后通过子午圈。如果明白了这个道理，便不难区分视时（ａｐｐａｒｅｎｔ ｔｉｍｅ）与平时（ｍｅａｎ ｔｉｍｅ）了。视时是依太阳而定的每日长短不等的时间；平时是依钟表定的每日之内完全不差的时间。两者之间的差别便叫做时差（ｅｑｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｉｍｅ）。它们相差最多的时候约发生在每年１１月初和２月中。１１月初，太阳在１２点前１６分钟经过子午圈；在２月中，却又在１２点以后１４分钟经过子午圈。
为了定出平时，天文学家想象出一个平太阳（ｍｅａｎ ｓｕｎ）的概念。平太阳是永远顺着天球赤道运行，因此每次经过同一子午圈间隔的时间完全一致，也因此有时在真太阳之前，有时又落后了。这个想象出的平太阳就可以确定每天的时间。如果不管真实情形，只按照眼见的景象说起来也许更为明了，那么我们先想象地球是静止不动的，平太阳绕着地球转，陆续经过各地的子午圈。这样我们便要想象着“中午”永远环绕世界周游了。在我们的纬度上，它的速度只不过是每秒３００米左右；这就是说，假如我们所在的地方正是中午，１秒钟后，向西３００米的地方便是中午，再过１秒钟又西移３００米，依此类推下去，过了２４小时后中午又回到我们这儿来了。这种情形的最显著的结果便是：任何两个在不同子午圈上的人不可能处在相同的时间。我们向西方旅行，便要不停地觉得我们的表比当地的表走得快，反之，向东方旅行，我们的表又太慢了。这种不同的时间便叫做“地方时”（ｌｏｃａｌ ｔｉｍｅ）。
标准时
从前这种地方时的应用曾引起旅行者的很大的不便。每条铁路都有自己的子午圈，依照自己的时间开车，而旅客因为不知道自己的钟表与铁路时间的关系，便常常容易误了火车。直到１８８３年，我们现在的标准时制度才成立。在这种制度下，每１５度（就是说太阳在每一小时内经过的地方）有一标准子午圈。中午经过标准子午圈的时候，两旁７．５度之内也都算是正午。这便叫做“标准时”（ｓｔａｎ－ｄａｒｄ ｔｉｍｅ）。指示这些地带的经度也都以通过格林威治（天文台）的子午圈为起点计算。费城（Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ）约在格林威治西７５度或者说西五区，更确切些说是约５时１分。于是美国东部诸州的标准子午圈便在这地方（费城）东面一点。平正午（ｍｅａｎ ｎｏｏｎ）经过这子午圈时，西面一直到俄亥俄（Ｏｈｉｏ）都要算是正午１２点的。１小时后，１２点便在密西西比河流域。再过１小时，１２点又在落基山脉（Ｒｏｃｋｙ Ｍｏｕｎｔａｉｎｓ）一带。再过１小时，１２点在太平洋沿岸了。于是美国便有四种时间：东部时间、中部时间、山区时间、太平洋时间，依次相差一个钟头。用这种标准时，在太平洋、大西洋之间穿梭的旅行者只要每次把钟表拨快或拨慢１小时，便与在单一时区中毫无差别了。
１９４９年之前，中国分别设置了５个时区，即：中原时区、陇蜀时区、新疆时区、长白时区、昆仑时区。时区不同，所在地的时间也不一样。新中国采用以首都北京所在的东八时区的时间作为全国的标准时间，通称为“北京时间”。
一个地方经度的确定也就是利用这种时间的差别。试想有一观察者在纽约（Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ），当某一颗星准确经过子午圈的时候发一下电报，这时间便在芝加哥（Ｃｈｉｃａｇｏ）和纽约两处记录了下来。等到这颗星经过芝加哥的子午圈的时候，另一观察者又发一下电报报告时间。这两次电报之间所隔的时间表示了这两城市相差的经度。
另一种定经度的方法便是两观察者互相报告本地的地方时，这样也可以得到与前面同一的结果。两地时间之差也就是经度之差。
可是在这方面有一点必须记得：天体的升落出没是依照地方时而不依标准时的。因此日历中列的太阳出没的时刻不能确定我们钟表的标准时，除非我们恰好住在标准子午圈上。这两种时间的差异之一便是：当我们向东或西旅行时，地方时不断的改变，而标准时却只在我们经过某一时区的边界时，一跳跳过去１小时。
日期在什么地方改变
“午夜”也像“中午”一样不断地绕着地球旅行，陆续经过子午圈。每过一处便表示那一子午圈上又开始新的日期了。假使它经过一处的日期正是星期一，那么它再来时便是星期二了。因此一定有一道子午圈是星期一与星期二的交界处，或者说是两天之间交替的地方。这一划分日期的子午圈叫做“国际日期变更线”（ｄａｔｅ ｌｉｎｅ），人们只是由习惯和方便来划定这条线的。当移民向东西方发展的时候，人人都把日期带了去。但直到向东去的跟向西去的在一处碰了头时，他们的日期已相差了一整天。向西去的还是星期一而向东来的却已是星期二了。这便是美国人到阿拉斯加（Ａｌａｓｋａ）时所发生的事。俄国人向东走到了这地方，美国人向西走也到了这地方，可是美国人还在过星期六而俄国人已经度星期日了。于是发生了一个问题：当地居民要到希腊教堂做礼拜的时候，到底应该遵照新的还是旧的日期计算法呢？这问题一直闹到圣彼得堡（Ｓｔ． Ｐｅｔｅｒｓｂｕｒｇ）大教堂的主教面前，最后还是请俄国国立普尔