兩種不同的正午
正午有兩種，而且它們幾乎從不一致。一種是時鐘正午——你的手機顯示12:00的那一刻。另一種是太陽正午——太陽在一天中達到天空最高點的那一刻，它越過一條從正北到正南、正好在頭頂上方的假想線。那條線就是你的本地子午線，而太陽越過它的那一刻，才是誠實的、天文學意義上的一天正中間。
如果你在地上插一根棍子，觀察它的影子，太陽正午就是影子最短、且正好指向南北方向線的那一刻。在任何一天這樣做，你會發現影子在一個像12:37或1:14這樣不整齊的時間點達到最短——很少，如果有的話，會是整整齊齊的12:00。為什麼會不匹配？有三個不同的效應疊加在一起，一旦你理解了它們，時鐘那奇怪的算術就開始變得完全合理了。
太陽正午到底是什麼
太陽正午純粹由幾何學定義。隨著地球自轉，太陽看起來從東向西劃過天空。在每一天的某一個瞬間，它正好位於正南方（在北半球），達到其最大高度。那就是你的太陽正午，而且它完全是本地化的——它取決於你的經度，精確到小數點後的分數。
太陽本身距離我們大約一個天文單位——大約1.5億公里（天文單位 到 公里）——它的光需要大約八分鐘才能到達我們這裡。所以，你觀察到的「最高點」實際上是太陽八分鐘前所在的位置。不過，在一天的尺度上，這個延遲是一個恆定的偏移量，會悄悄地抵消掉，所以它永遠不會讓你的太陽正午相對於昨天發生偏移。真正讓它一天天、一個地方一個地方發生偏移的，是下面這三個效應。
原因一：時區是寬頻帶
地球在24小時內轉動360度，這意味著太陽每四分鐘跨越一個經度。因此，真正的太陽時對於地球上的每一條子午線都是不同的。如果每個城鎮都保留自己的太陽時鐘——就像鐵路出現之前他們確實做的那樣——一個城市的正午會與鄰近城鎮的正午不同。
這種混亂正是我們發明時區的確切原因：寬頻帶，每個名義上寬15個經度，它們都同意共享一個以一個中心子午線為基準的單一「標準」時間。只有位於那個中心子午線上的地方，其太陽正午才接近12:00。其他所有人都會因為與它的距離而產生偏移。如果你住在時區的東邊界附近，太陽會跑得更快——太陽正午在時鐘敲響十二點之前就到達。如果你住在西邊界附近，太陽會落後，所以太陽正午會在12:00之後很久才到來。一個時區在太陽時上可能寬達一個小時，所以僅此一項就可以讓真正的正午向任一方向偏移30分鐘。
原因二：夏令時間
第二個效應完全是人類的發明。在一年中的大部分時間裡，許多地區會將時鐘撥快一個小時，實行夏令時間。當你把時鐘撥快時，你並沒有移動太陽——你只是在重新標記一天。太陽正午仍然發生在同一個天文學瞬間，但當時鐘顯示時，它現在大約晚了一個小時。
結果是：在夏令時間期間，太陽正午通常落在下午1:00到1:30之間。這就是為什麼夏天的傍晚感覺如此漫長——你只是簡單地將一個小時的日光從大多數人還在睡覺的清晨，挪到了他們醒著的傍晚。
原因三：均時差
前兩個效應是固定的偏移——一年中的每一天都相同。第三個效應會擺動，而且它是最迷人的。即使你正好站在你所在時區的中心子午線上，並且完全忽略夏令時間，太陽正午仍然會漂移，在11月初比時鐘快多達約16分鐘，在2月中旬則慢大約14分鐘。這種漂移被稱為均時差，它的存在是因為一個真實的太陽日長度並非固定不變。有兩件事共同作用：
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地球的軌道是橢圓形。 我們的行星並非以恆定速度繞太陽運行。在一月附近，當地球離太陽最近時，它沿軌道運行得更快；在七月附近則運行得更慢。因為太陽日的長度部分取決於地球繞太陽轉動了多少，這種加速和減速會拉伸和壓縮一天。
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地球的自轉軸是傾斜的。 給我們帶來四季的23.4度黃赤交角也意味著太陽的每日運動並不總是平行於赤道。在至點附近，視太陽的運動方式會延長太陽日；在分點附近則會縮短它。
將這兩個週期加在一起，你會得到一條平滑的曲線，它在一年中四次穿過零點，並在接近那16分鐘的極值時達到峰值。我們的時鐘運行在平太陽時上——平均的一天，一個完美均勻滴答作響的虛構概念——正是為了讓我們不必忍受一個長度不斷變化的一天。均時差就是那個調節帳目，用來調和誠實的太陽與方便的平太陽。
日行跡：描繪漂移
有一種美麗的方式可以用自己的眼睛看到均時差。在一年中，每週一次，在同一個時鐘時間（比如說，正好12:00）從同一個地點拍攝太陽，然後疊加這些圖像。太陽不會靜止不動。它會在天空中描繪出一個不對稱的8字形，稱為日行跡。它的長軸記錄了太陽在夏天升高、在冬天降低；它的寬度記錄了均時差，即太陽相對於時鐘是跑快了還是跑慢了。那個8字形纖細的橫向拉伸部分，就是可視化的均時差。
極端案例：一個大陸共用一個時鐘
時區既是天文學的，也是政治的，沒有哪個地方比中國更能體現這一點。從地理上講，該國橫跨大約五個時區，然而整個國家官方上只使用一個時間——北京時間。對於居住在遙遠西部新疆地區的居民來說，時鐘設定在數千公里以東的一條子午線上。其後果是顯而易見的：在西部地區，太陽正午可能落在下午3:00左右，而按照官方時鐘，太陽可能要到上午9:00過後才升起。西班牙提供了一個較溫和的版本——地理上與英國對齊，但它使用歐洲中部時間，所以即使在實行夏令時間之前，太陽正午也習慣性地漂移到下午1:30之後。
如何找到你真正的太陽正午
你不需要特殊裝備。一些可靠的方法：
- 影子棍法。 將一根筆直的垂直桿插入水平地面，並在一天中標記其影子的頂端。影子最短的時刻就是太陽正午，而那個最短的影子指向真正的南北方向。
- 計算法。 從12:00開始，根據你所在地的經度與時區中心子午線的距離進行調整（每度四分鐘），如果正在實行夏令時間則增加一小時，最後應用當天的均時差值。
- 計算器。 任何太陽位置計算工具都能為你的坐標給出精確到分鐘的時刻，自動將所有三個效應結合在一起。
理解太陽正午會重新定義整個時鐘：12:00是一個社會約定，而不是一個天文事實。好奇你自己的城市偏離太陽多遠嗎？探索城市參考資料，比較時鐘和天空在哪裡悄悄地不一致。
常見問題解答
太陽正午曾經正好是12:00嗎？
只有極少數情況，而且只是巧合。這需要你正好位於你所在時區的中心子午線上，夏令時間關閉，並且均時差為零——這種組合對於狹窄地帶的地點來說，一年中只有幾天會出現。
太陽正午會每天變化嗎？
是的，略有變化。由於均時差，太陽正午的時鐘時間每天會變化多達約半分鐘，在一年中平滑地來回擺動，總跨度最多約30分鐘。
為什麼夏天的太陽正午更晚？
主要是夏令時間。將時鐘撥快一小時意味著太陽達到頂點時，時鐘已經顯示大約下午1:00而不是正午，這也是為什麼夏天的傍晚會持續那麼長時間明亮。
太陽時和平太陽時有什麼區別？
太陽時（或「視」時）跟隨真實的太陽，其一天的長度會變化。平太陽時使用一個理想化的、完全均勻的一天——平均值——所以我們的時鐘穩定地滴答作響。它們在任何給定日期的差距就是均時差。
我的經度會影響太陽正午嗎？
絕對會。你所在地的經度與時區中心子午線每相差一度，太陽正午就會偏移四分鐘——如果你在東邊則更早，在西邊則更晚。這是同一個時區內兩個城市經歷正午時鐘時間不同的最大單一原因。