#时间的天文学#作者：*驰
天文学，用数学、物理学准确的描述和解释每一种天文现象。
天文学是现代科学中最尖端，最前沿的科学，也是现代科学中最基础、最简单的学科。其实天文学无处不在，从东、南、西、北，到太阳的东升西落，从日夜交替，到一年四季，甚至地面上的每一个影子都是天文学的一部分；而太阳系、银河系、黑洞、宇宙、宇宙大爆炸也都是天文学中的一部分。无论是最简单的天文现象，还是最复杂的天文现象，天文学都是用数学、物理学来描述和解释的。而学习天文学，我们还是需要从最简单的天文现象开始，并不是直接去描述黑洞、去解释宇宙大爆炸。
时间，是天文学的核心，也是开启天文学的钥匙。天文学对于时间的定义是天文历法，描述的是天文学中最重要的天文现象--地球的自转和围绕太阳的公转。而学习天文学的过程，就是我们对时间认知、定义和利用的过程，甚至可以说天文学是一门关于时间的科学，是时间的天文学。而学习天文学我们还是需要从最简单的开始，从认识东、南、西、北开始。
一.正南方、天赤道
二.时间，真太阳时
三.天，高度的规律
四.日晷，相对运动
五.天，时间的规律
天文学，每一个中、小学生都可以系统学习的科学。因为我们已经花费了大量时间学习数学和物理，剩下的只是如何正确的使用数学去描述天文现象，用物理学去解释天文现象了。小学生的数学已经可以准确的、系统的描述很多天文现象了，包括天文学中最重要的天文现象--地球的自转和围绕太阳的公转。
一.正南方、天赤道
天赤道，地球赤道在星空中的投影。我们将地球的赤道平面向太空中无限延伸投影，得到的就是天赤道。天赤道是天文学中是重要的标记线。当我们观察太阳的东升西落，星星、星座的东升西落时，他们所有的移动轨迹都是和天赤道平行的，这是地球自转的结果。但这不是我们第一课学习的重点，我们的重点是找到天赤道，天赤道和东、南、西、北之间的位置关系。
在现实生活中，面向正南，从头顶（天顶）向正南倾斜一个特定角度就是天赤道，而这个特定的角度就是我们城市的纬度值。
我们以猎户座为例，无论东升、正南、还是西落，猎户座和天赤道之间的位置关系不变，他的移动轨迹和天赤道是平行的。星空中的每一个星座都是这样的，虽然他们东升西落，但是他们和天赤道之间的位置关系不变，移动轨迹也是平行的。
二.时间，真太阳时
时间，天文学中最重要的要素。真太阳时，天文学中最重要的计时方式。日晷，真太阳时的计时工具，是最重要的天文学仪器。日晷，日晷的正式名称是“赤道式日晷”，日晷面倾斜指向天赤道，与地球的赤道面平行，日晷的指针指向南、北天极，与地球的自转轴平行，垂直于日晷面。
随着地球的自转，正南方扫过整个星空，而影子记录下时间，其实真正记录时间的是正南方和影子之间的夹角。或者说：随着太阳的东升西落，影子指示时间。影子指向10:00，表示上午10:00；指向13:00点，表示13:00。同样真正表示时间的是正南方和影子之间夹角，并不是单独的影子。
时间与数学，其实我们一直是使用数学中的角度值来表示时间，为了区分时间和角度，我们用"小时"来表示时间，用度"°"来表示角度。时间和角度之间的转换公式是24小时=°。1小时=15°，4分钟=1°。
日晷为什么不是水平放置的？了解水平放置的日规，和倾斜对准天赤道的日晷。日规，水平放置，指针垂直于地面。日晷，倾斜对准天赤道放置，指针垂直于日晷面。日规、日晷使用的都是等分刻度的量角器，但是只有日晷等分的刻度将时间等分了，而日规的刻度不行。
这里又体现天赤道在天文学中的重要性，日晷面必须倾斜对准天赤道，这样等分的刻度才能将时间等分。而其他方式、其他角度都不行。
三.天，高度的规律
1年天，正南方扫过太阳次，每一次的太阳的高度都不一样。太阳的高度角在天赤道±23.5°之间变化。这里再一次体现天赤道再天文学中的重要性。地球上一年四季的变化就是太阳和天赤道位置变化引起的。我们根据太阳与天赤道之间位置变化的时间规律制定了天文历法。
1年天，正南方扫过猎户座次，每一次的高度都是一样的，猎户座次东升西落，猎户座和天赤道位置关系始终不变。
四.日晷，相对运动
我们将日晷的平面向星空中无限延伸，日-地-影连线也向星空延伸，整个星空就是一个巨大的时钟，随着地球的自转，正南方扫过整个星空。表示时间的依然是正南方和影子（日-地-影连线）之间的夹角。
日-地-影的连线，是时间的基准线。随着地球的自转，正南方扫过整个星空，而太阳、影子、星空并没有移动。影子，地球上所有的影子都指向一个方向，太阳的反方向，无论我们身在何处，上海、北京、伦敦、东京、华盛顿、无论是早晨、中午、还是晚上，地球上所有的影子都指向一个方向，太阳的反方向。整个星空就是一个巨大的24小时刻度的时钟，而正南方是这个时钟的指针。
五.天，时间的规律
1年天，正南方扫过太阳次，每一次都是中午12:00。只是每一天太阳的高度不一样（太阳与天赤道之间的角度在±23.5°之间变化）。1年天，正南方扫过猎户座也是次，每一次的高度都是一样的，但是每一次的时间都是不一样的。太阳高度变化的规律，猎户座时间变化的规律，是地球围绕太阳公转的结果。
1年的时间，太阳永远在12:00点位置，而整个星空旋转了1周°。这是地球围绕太阳公转的结果。我们俯视地球围绕太阳的公转，随着地球的自转，每一天正南方扫过太阳的时间都是中午12:00点整。十二月份，地球在太阳和猎户座之间，所以中午12:00点，正南方扫过太阳，而午夜0:00点，正南方扫过猎户座。六月份，太阳和猎户座在地球的同一侧，我们看见的是猎户座和太阳同时东升西落，中午12:00，正南方同时扫过太阳和猎户座。
我们从俯视地球围绕太阳的公转，到改变视角平视地球围绕太阳的公转，我们能发现更多的细节，地球的自转平面（赤道平面）和地球围绕太阳公转的平面（*道平面）不是同一个平面。
星空中，猎户座、太阳都是静止的，没有移动，但是随着地球围绕太阳的公转，三月份太阳影像的位置在天赤道，到了六月份太阳影像的位置就移动到了猎户座的正上方，与天赤道夹角23.5°。这就是为什么太阳没有移动，但是一年的时间太阳和天赤道之间的角度在±25.5°之间变化的原因，是影像移动了。
天赤道，地球赤道在星空中的投影。随着地球的移动，天赤道也在移动。但是1年天，天赤道和猎户座之间的位置关系不变，为什么？要解释这个天文现象，是数学中的无穷远。
请看下一章：天赤道、无穷远。
这里是第一到第五章内容的简介，描述的是天文学中最重要的天文现象--地球的自转和围绕太阳的公转。这里最重要的是天文学对于数学中的角度应用，换句话说，我们是如何使用"量角器"正确的描述天文现象的，这正是我们小学数学中的内容。
相对运动，这是我们唯一使用的物理学知识。太阳的东升西落，是地球自转的结果，东升西落是由于相对运动产生的视觉运动，太阳并没有真的移动。地球在自转，其实地球本事就是一个巨大的旋转木马，只是他旋转的速度非常慢，1天24小时旋转了1周°。
很多人误认为天文学很难，其实天文学最缺少的是"学"，没有学习，再简单的天文现象我们也不会描述，即使描述这个天文现象只需要量角器。
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