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你的腕表準嗎?
獨立表評人兼瑞士高級製表基金(FHH)首席華人教授
陳楷遜
時間等式(Equation of Time)在腕表的世界裡算是愈來愈流行的一種功能。但在許多不同品牌、不同型號的情況下,大部分的銷售員,甚至收藏家都未必能夠清楚說明這功能的來龍去脈。

現代社會已經不再使用日晷來測量時間,而是使用精密儀器設備(如原子能時鐘)來確定統一的時率。這個時率是使用了天文觀測來設定的,使我們日用的時間(民用時間)相等於在地球的平均運行的時間(太陽時間)。或許你知道地球的每日運行並不是整整24小時,但因為方便社會整體運作的理由,我們把每日的平均時間設定為24小時。

我們從現代天文觀測和人造衛星的數據,可以看到地球的自轉速度不是恆定的,而且在短期和長期會有不同的變化。這些變化來於地球自轉,自然變化而產生。

當然,如果我們使用日晷來確定時間,你可以明顯看到日晷顯示的時間與時鐘的時間不同。它的差距在不同的日期有不同的大小,某些日期更有大約16分鐘的誤差!這種差異也被視為在日出和日落的時間不對稱,天文學家稱此為時間等式(Equation of Time)。

出現Equation of Time有兩個原因:其一是地球的赤道平面傾向於圍繞太陽的地球軌道平面(地球自轉是傾斜)。先說從地球自轉的傾斜產生的差距,假設地球自轉軸並不是傾斜(而是水平),太陽光便會沿著黃道(Ecliptic)運行,恰好落在赤道以上,覆蓋相同的角度。但事實並非如此,太陽運行時因地球自轉的傾斜,令陽光的投影不只在赤道,而且隨着不同月份,太陽光在赤道的上方和下方移動。

當太陽光線沿著黃道平行於赤道運行時,這就是一年內日光最強大的日子,也就是夏季和冬季的夏至、冬至。 最弱小的一個日子就是分點(equinoxes)。分點就是一年內有兩天(3月20日和9月22日)是日和夜大概相等。

太陽將在夏至、冬至和兩次分點的正午時落在子午線上,也就是一年有4次的太陽正午相等地球正午(並沒有時間等式的誤差)。第一個分點(3月)和夏至間的日子,太陽時運行比較慢;但由分點和冬至之間太陽時相對運行快速,而這誤差在5月5日至11月5日發生。

第二個出現Equation of Time的原因,是地球圍繞太陽的軌道是橢圓形而不是圓形。地球與太陽之間的距離最近在12月31日,而最遠則在7月1日,太陽的經度變化最快的是當地球最接近太陽時。太陽在7月1日和12月31日,這兩個日期是沒有時間等式的誤差,又可說這兩個日子的太陽時間和民用時間是相等的。而由12月31日至7月1日期間,太陽時間是較慢;由7月1日至12月31日則較快。

以上的兩種效應形成時間等式,這也是民用時間和太陽時間之間的差距。時間等式在某些日期會有某一定的誤差:零誤差的日期是4月16日、6月15日、9月1日和12月25日;具有最大值和最小值的誤差是2月12日、5月15日、7月27日和11月4日。

早在十七世紀,鐘表匠對時間等式已經有研究,Nicholas Mercator製作了時間等式鐘。早期人類生活對太陽運行的依賴,遠比現代重要得多。在十八及十九世紀,重要的製表大師如Ferdinandand Louis Berthoud和Breguet等人也製作過時間等式的時計。直至今天仍然有不少的品牌在探索製造時間等式的技巧。