2.1 真太阳日和平太阳日

核心概念

真太阳日是太阳连续两次上中天（过正南子午线）的时间间隔。平太阳日是真太阳日在一年中的平均值，即我们日常使用的 24 小时。

一、真太阳日为什么不均匀

按理说地球自转是匀速的，太阳每天回到子午线的时间应该一样。但实际真太阳日的长度在一年中是变化的——最长和最短相差约 30 秒。

两个原因叠加造成了这个现象：

原因一：地球公转轨道是椭圆（开普勒定律）

地球在近日点 → 公转速度快 → 太阳在天球上移动快 地球在远日点 → 公转速度慢 → 太阳在天球上移动慢

太阳每天向东移动的量不固定（0.95°~1.02°），地球需要多转或少转一点才能让太阳回到子午线。

原因二：黄赤交角

太阳沿黄道运动，但我们用赤经来量它的位置。黄道上均匀的运动投影到赤道上就不均匀了——在二至点附近投影更快，在二分点附近投影更慢。

二、两个效应的叠加：均时差

均时差（Equation of Time）= 真太阳时 − 平太阳时，全年曲线是一个双峰叠加波形：

分钟 +16 | /
| / \ /
0 |------/--------/-------- | / \ /
-14 | / /
||__||__|_|__ 1月 3月 6月 9月 12月

Table✶

日期	均时差（约）	含义
2 月中旬	-14 分钟	真太阳比平太阳慢 14 分钟
4 月中旬	0	两者对齐
5 月中旬	+4 分钟	真太阳比平太阳快 4 分钟
7 月下旬	-6 分钟	真太阳比平太阳慢 6 分钟
11 月初	+16 分钟	真太阳比平太阳快 16 分钟
12 月底	0	两者对齐

三、中国古代计时——真太阳时

中国古代的日晷直接读取真太阳时。日晷影子的方向就是太阳在天空中运行的真太阳位置，晷面上的刻度给出"时刻"。

这意味着：

• 古代一个时辰（2 小时）在夏天和冬天实际的平太阳时长度略有不同
• 日晷上"午正"（正午）= 真太阳上中天的时刻
• 不同季节，太阳上中天的平太阳时刻（即钟表时间）有 ±16 分钟的浮动

中国古代用漏刻（水钟）来弥补这个问题。漏刻给出的是均匀的时间流（接近平太阳时），而日晷给出的是真太阳时。两者结合，实际上暗含了均时差的信息。

四、真太阳日长度变化表

Table✶

时段	真太阳日长度	原因
12 月 23 日前后（冬至附近）	约 24h 0m 30s（最长）	近日点 + 黄赤投影叠加
3 月 26 日前后	约 23h 59m 39s（最短之一）
6 月 20 日前后（夏至附近）	约 24h 0m 13s	远日点，但因为黄赤效应仍然偏长
9 月 17 日前后	约 23h 59m 39s

五、中国古代历法中的处理

早在汉代，《太初历》就意识到了这个问题——日晷测定的"日"长度不是恒定的。中国古人引入了平朔和定朔的概念（见 3.1），实际上就是真太阳时和平太阳时的区分在历法中的投影。

郭守敬的《授时历》（1280 年）在处理日月运行速度不均匀性时，已经给出了与均时差非常接近的修正方法，把日行盈缩（太阳运动快慢）和月行迟疾（月球运动快慢）分别建模。这比欧洲早了近 400 年。