经纬度与时间的起源

第二十七章　经纬度与时间的起源

现在我们要来讲解关于地球的一项基本知识——经纬度。

—经纬度—

在很早以前，人类就有了方位的观念。最初的观念也许是从太阳的东升西落来的。将日出之处命名为东方，将日落之处命名为西方，最早的方位就是这么确定的。并与之相对确定了南方与北方，东南西北四方的确定乃是所有方位确定的基础。

后来为了更加精确地测定方位，就出现了经纬线以及与此相应的经纬度。

—经度—

确定经纬线的方法很简单，就是以地球南北两极为端点，在这两个端点间连上一条直线，这就是经线了。

经线又被称为子午线，更精确地说，子午线乃是经过地球地轴的一个平面与地球表面的交线，由于地球总的来说是一个球体，因此这交线乃是一个大圆。这个大圆以南北两个极点为界分成两条经线。如右图：

上图中间那根虚线就是地轴，因位于地球内部，在外面是看不出来的，只能用虚线表示。事实上，所有经过地轴的平面与地球的表面的交线，或者说地球的割线，都是经线。这样地球上就有无数条经线。

定好了经线，我们现在来看纬线。

—纬度—

纬线很好定的，就是作一些与地轴垂直的平面，它与地球表面的交线就是纬线了，如下图：

看得出来，纬线也有无数条。

从图上我们可以看出经线与纬线的差异，例如经线是一个半圆，而纬线是一个整圆。所有经线的长度几乎都一样，而纬线圈的长度就大不一样了，其中最中间的那条最长，被称为赤道。越往南北两边就越短，到了两个极点，纬线圈的长度为0。

经线与纬线定出来之后，就可以确定具体的经纬度了。

地球的大圆即赤道被分成了360°，而大圆的总长度是确定的，大约是40000公里，这样的话，经线1°就是，算出来大约是111公里，同样十分好记。

地球上绝大部分经线与纬线都是根据这种度数来编号的。不过，在编号之前，先将南北向的纬度分成了南半两半，分别称为南纬与北纬。而将经纬分成了东西两半，分别称为东经与西经。再将这与度数结合就能够完整地称呼每条经线与纬线了，例如北纬30°纬线，东经25°经线等。

显然，为了能够标明任何一条纬线或者经线的固定度数，必须找一条固定的纬线与经线作为起点。纬线好办，就是赤道，往它南北都是90°，好办得很。

但经线就不那么好办了，理论上，任何一条经线都能担当这个重任，而且有许多国家都想争这个荣誉，都想用通过它的首都或者什么地方的一条经线为所有经线之起点。为此，1884年在美国首都华盛顿举行了一次国际子午线会议，会上当时国势鼎盛、雄霸天下的英国人取得了胜利，将通过英国最大最著名的天文台格林尼治天文台的经线定为0°经线，即本初子午线。从本初子午线往东，就是东经，往西就是西经，各有180°。

本初子午线定下来后，其他地方的经线就好办了。对于任何一个地点的经度，就是经过这一点以及地轴的平面与经过本初子午线及地轴的平面之间形成的夹角。

当然，我们不可能真的这样去测量经度，还有一个比较简单的办法。我们知道，地球24小时自转一周360°，这也就是说1小时旋转15°，4分钟旋转1°，4秒钟内旋转1′。通过这个办法，我们可以很轻易地计算出任何一个地点的经度。例如，现在某地是正午12点整，我想知道这个地方的经度，怎么办呢？好办，只要知道现在格尼尼治的标准时间是多少，做到这点有很多办法，例如打个电话，上网查查，都行。打听到格林尼治的精确时间后，就可以直接算出要求的经度了。例如格林尼治的时间是下午3点15分。这时我只要简单地以3.25乘以15°就行了，结果是48°45′，这就是所要求的经度。当然这里他已经事先确定了是西经，因为本初子午线的时间比它早，太阳已经先它通过本初子午线，因此它在本初子午线之西，是西经。

再看纬线。纬线是垂直于地轴的平面与地球表面相交得到的圆。任何一个地点的纬度，它乃是这点与地球的球心的连线与赤道面形成的夹角。

纬度的南北纬也很好区分，赤道是地球的大圆，赤道以南就是南纬，北则为北纬，赤道的纬度则是0°。

另外还有两个有特殊意义的纬度，即南北纬的23°26′，它们分别被称为南回归线与北回归线。就是太阳能够直射的最南与最北的纬度。它对于地球五带与四季的形成有决定性意义。

看得出来，纬度最大的就是90°，也就是南北两个极点。

相对测定经度而言，测定一个地方的纬度要难得多，我们既不能真的向地心挖一条线，也没有格林尼治时间什么的作参照物。不过我们还是可以找到比较简单的测量办法。其中最简单者就是利用北极星，只要测出北极星的高度角就可以测出该地的大致纬度了。这是因为北极星位于北极点上空，对于北极点而言，北极星与北极点的连线与经过北极点的地平面成90°角，即它的高度角是90°，因此北极的纬度是90°，同样，在赤道，北极星就在地平线上，即它的高度是0°，说明这里的纬度也是0°。

通过上面的办法测量出一个地点的经度与纬度之后，我们就能够确定这个地点的位置了。因为地球上任何一个地点的经纬度都是独一无二的，绝不会重复。我们知道，同一平面上两条直线相交，有且只有一个交点，而地面上任何一点都可能看作是这样两条直线的交点，这样当然也就只有一个交点了，而且这个交点可以用两个度数来表示。例如中国上海的经度是东经121°16′，纬度是北纬31°12′，也就是说，它位于这两条经线的交点。地球上任何一点都可以这种方法来表示。

从上面看出来，经纬度本质上是一种规定，即人类为了自己的方便而给某一个地方规定某一个经纬度，这完全是一种人为的赋予。与此类似，地球的时间也有这样的特点，即它也是一种人为的赋予，是我们出于方便而对自然界人为制订的某种规定性。

—时间的起源—

时间是一个非常古老的概念，对于时间的概念性解释应该说是哲学家们的事，只有他们热衷于用抽象的术语来解释什么是时间或者空间，对于不大懂哲学的人而言，时间就是事物的运动以及发展的过程，如此而已。例如太阳东升西落，我们慢慢地长大、变老，花开花谢、落日余晖、黄叶满地等，无处不让我们看到时光的流逝。这些就是时间。

也正是上面这些现象，使人类很早以来就有了时间的观念，于是进一步地，他们想要测量时间了。

—“日”来自太阳—

用什么办法来测量时间呢？关键是要找到一个标准。这个标准必须具备一些条件。例如首先它必须是明显的，大家都看得到。其次它必须是经常的，我们能经常地看到这个现象。三是它必须是持续的，让我们能从容不迫地感觉到，不能喘口气儿就过去了，就像人的心跳一样。四是它必须是有规律地重复的，而且每一次重复给人的感觉都是一样长。这条件也是必须的。测量时间的标准就像测量长度的尺子一样，必须有一个标准的长度。

最符合这些标准的是哪个呢？显然是太阳的东升西落。

于是，它便成为了人类第一个时间量度的标准。在各种各样的古代文化里，它有各种各样的称呼，不过意思都是一个，就是现在我们所说的“天”或者“日”。

这个“天”产生的原因也就是地球昼夜之交替，正是这种由于太阳东升西落而引发的昼夜交替是使人们产生“天”这个时间观念的原因。

当然，天还有更加科学的起源，就是我们上面刚刚讲过的地球的自转一周所需的时间。

—“月”来自月亮—

月的形成是月亮绕地球转动的结果。

我们前面讲过，月球绕地球公转一周所需的时间平均约为27.32166天，这就是一个恒星月，即当月亮绕地球转过一圈之后，在地球的上空将出现同样的恒星背景，所以就叫恒星月。

除恒星月外还有朔望月，就是月相重复出现的时间。月相就是我们平常所看到的新月、半月、上弦月、下弦月、满月等，这样一个朔望月长约29.5306天。朔望月之所以比恒星月长，是因为月球在绕地球公转的同时还随着地球一起绕太阳转，这样就延长了朔望月的时间。

这就是“月”这个时间概念的起源了。

日、月加上前面所讲过的年是三个最基本的时间概念，因为它们都有着与之相应的各自独立的、独特的、且不断循环往复的现象为依托：“日”有东升西落、“年”有春夏秋冬、“月”有阴晴圆缺，无不显然，无不令人感到时光的流逝。

除年、月、日外，其他的时间概念都是以它们为基础得来的，例如小时，它就是将一天等分为24份，每一份就称为1小时。因为小时的时间还太长，人们又将它再等分为60份，每一份称为1分钟，为了计量更短暂的时间，又将1分钟等分成60份，每一份称为1秒。这就是小时、分钟与秒钟的简单起源了。

—“星期”的起源—

在一天之上还有一星期，它就更是“人造日期”了，这里还有优美的传说。

原来，西方的古人们有了一天与一月之后，由于两者之间长短太悬殊，达1∶30，非此即彼很不方便，例如休息吧，古人也是要休息的，如果一个月休息一天呢太少，连着休息两天或者三天再干活呢又不合理，于是就感到需要一种新的计时法，它必须介于天与月之间。这就是星期产生的最初动因。

一星期的最大特色是它每天都有固定的名称，并且每个名称都有特殊的含意。

例如星期日Sunday，即是“太阳日”；星期一Monday，它被指定为月亮日；星期二Tuesday被指定为火星日，也就是战神日；星期三是水星日，星期四是木星日，星期五是金星日，星期六是土星日。

从上面的名称可以看出来，时间与星宿相对，这正是古人发现时间的方式，这也是我们称之为“星”期的缘故。

—历法—

我们前面谈过了年、月、日、时、分、秒等计时方法，它们都可以称之为自然的计时周期，但实际上这些还远不足以计时，这只要看看某天的日历就知道了。例如2002年11月11日星期四，这是什么样的时间呢？2002年是什么意思？难道是要说地球绕太阳转了2002圈吗？那么11月11日又是什么意思？这些仅仅用上面的时间计量法显然是不够的。

这是为什么呢？因为时间实际上应该有两种，一种是动态的、但不具体的时间，它表示某事物经过了一个过程，例如地球自转一周、吃了一顿饭、走了一段路或者人的寿命等，用现在的时间表示就是1天、1小时、1分钟、100年等。这样的时间用上面的计时方法就行了。

但我们实际生活中的时间并不只有这种，还有另一种静态的、具体的时间，它标示某一个固定的时间段或者时刻，例如1818至1883年是卡尔·马克思的有生之年，1818年5月5日则是他诞生的具体日期。这样的时间显然与第一种时间有所不同，它更为具体、明确，它表示的主要不是时光的流逝，而是指明某段或某个具体的、特别的时间。

如何来表达这种静态、具体的时间呢？像1818年5月5日又是什么样的时间表示法呢？

这些就是历法。

历法就是一种计时系统，它将年月日时分秒等时间的量度按一定规则组合起来，就能够确定并记录某件事发生的具体时间或者持续的具体时间段，而且根据其法则，这些具体的时间与时间段具有唯一性。

对于历法而言，其特征取决于它所采取的规则。由于这种规则在很大程度上是人为的，并没有什么自然规则来加以限制，因此历史上的几乎每个民族、每种文化都根据自己的需要或者根据对自然现象的认识创造了自己独具特色的历法，并且这种历法通常成为这个民族文化的主要特色之一。

—阴历—

阴历是太阴历的简称，太阴就是月亮的雅称，因此阴历是以月亮的圆缺变化为周期而制订的历法。

由于是以月相为依据制订的历法，因此阴历的每一天基本上都与特定的月相相对应，例如每月的初一都是新月，十五或者十六是满月等。

在一个朔望月，每一种月相，从新月到满月都会出现一次，它的周期约合29.5306天。一个月应当是由整数天构成的，因此阴历就规定了两种月，大月与小月。大月30天，小月29天。不过，阴历的大月与小月不是固定的，即不是一个大月一个小月地轮流转，也不是如阳历那样每年的哪个月有多少天都是一定的，而是要根据历法家们的计算而定，平均大约是每15个月中有8个大月，7个小月。阴历一年也是12个月，它的总长度就是12×29.5306＝354.3672天，即使隔3年加一个闰年闰一天，也只有355天。这与我们平常所知的一年365天差了约10至11天。也就是说，每年阴历年的新年都要比阳历年早10或者11天，只要过上3年左右，就会提早达一个整月，要是过十六七年，就会寒暑倒置，冬夏易位。这样的历法自然不行，根本不敷生活之需。因此，更加合理的阳历诞生了。

虽然阴历不精确，但在所有的历法中它是最早被制订出来的。其原因很简单，因为它最容易制订。月亮圆缺的规律是十分明显的，只要一双普通的眼睛就行了，因此，即使没有多少知识的古人也不难从中总结出规律从而制订出历法。比通过观察没有明显圆缺规律的太阳再制订历法要容易多了。

您知道阴历为什么不能准确地反映地球的实际情况吗？例如四季的交替、寒暑的轮换？道理很简单，因为决定四季交替、寒暑轮换的根本不是月亮。

那么，是哪个决定了四季的交替与寒暑的轮换呢？是太阳。以太阳年为基础的制订的历法就是阳历了。

—阳历—

我们上章说过，地球每绕太阳公转一圈就是一年，因为起点的不同有几种年，如恒星年、回归年、近点年和交点年。在这里，阳历所采用的是回归年，它一年的长度约为365.2422日。每年的天数当然不能有小数，于是就省去了。

当然，不可能真的不考虑这尾数的0.2422天，等四年后它就会达到将近一天了，于是，每隔四年，阳历就会闰一天，加在天数最少的二月份，因此阳历的闰年就有366天。这个闰年也是很好计算的，只要年数能够被4整除就行了。

不过，我们又看到，四年并没有真的达到一整天，而只有0.9688天，因此四年一闰就多加了0.0312天，再累积400年后便又多了3天。这3天必须被去掉，也就是说，400年中本来有100个闰年的，现在只能有97个了。去掉哪个呢？具体做法是凡碰上世纪年的，只有能被400除尽才能算是闰年，否则不是，因此，1700年、1800年、1900年虽然能够被4除尽，但却不能算是闰年，2000年就是了。这样的话，就刚好去掉了3年。

其实这样也还不绝对精确，400年中还会多出近3个小时，但要将它凑成一天需要长达3333年，这样小的误差就被认为是无须考虑的了。

—中国奇妙的农历—

除了上述三种历法外，我们中国还有一种十分独特的历法——农历。

农历又被称为夏历，它还包含有二十四节气，中国的广大农民很早以前起就是根据它来安排全年的农事。

二十四节气能够表示太阳在周年运动中到达的黄道位置，它按太阳黄经，把黄道等分为24弧段，全年相应地分为24时段，这就是二十四节气，各节气的弧段相等，每节气合黄经15°。

在我国，二十四节气通常是指24个交气时刻，即两气相交的时刻，它刚好与黄道上的24个等分点对应。在二十四节气中，最重要的是春分、秋分和冬至、夏至，合称二分二至，相应地，在黄道24点中，最重要的是春分点、秋分点和冬至点、夏至点，合称二分点和二至点。为了便于记忆，我们的老祖宗还编了一首诗：

春雨惊春清谷天，
夏满芒夏暑相连。
秋处露秋寒霜降，
冬雪雪冬小大寒。

与中国的二十四节气相似，西方也有黄道十二宫之说。就是根据太阳黄经，把黄道等分为十二宫，分别以黄道十二座命名，例如白羊宫、天秤宫、巨蟹宫、摩羯宫等。每宫跨黄经30°，相当于我国的两个节气。