Dua Waktu Tengah Hari yang Berbeza
Terdapat dua jenis waktu tengah hari, dan mereka hampir tidak pernah bersetuju. Satu adalah waktu tengah hari jam — saat telefon anda menunjukkan pukul 12:00. Satu lagi adalah waktu tengah hari suria — saat Matahari mencapai titik tertinggi di langit untuk hari itu, melintasi garisan khayalan yang terus di atas kepala dari utara sejati ke selatan sejati. Garisan itu adalah meridian tempatan anda, dan saat Matahari melintasinya adalah pertengahan hari yang jujur dan astronomi.
Jika anda menanam sebatang kayu di tanah dan melihat bayang-bayangnya, waktu tengah hari suria adalah saat bayang-bayang itu paling pendek dan menunjuk lurus di sepanjang garisan utara–selatan. Lakukan ini pada mana-mana hari dan anda akan mendapati bayang-bayang mencapai titik terpendek pada waktu yang tidak menentu seperti 12:37 atau 1:14 — jarang sekali, jika pernah, pada pukul 12:00 yang tepat. Mengapa ketidakpadanan ini? Tiga kesan berasingan bertindih antara satu sama lain, dan setelah anda melihatnya, aritmetik pelik jam mula masuk akal.
Apa Sebenarnya Waktu Tengah Hari Suria
Waktu tengah hari suria ditakrifkan semata-mata oleh geometri. Semasa Bumi berputar, Matahari kelihatan bergerak melintasi langit dari timur ke barat. Pada satu saat setiap hari, ia berada di selatan sejati (di Hemisfera Utara) pada ketinggian maksimumnya. Itulah waktu tengah hari suria anda, dan ia sepenuhnya tempatan — ia bergantung pada longitud anda hingga ke pecahan darjah.
Matahari sendiri terletak kira-kira satu unit astronomi jauhnya — kira-kira 150 juta kilometer (Unit astronomi ke kilometer) — dan cahayanya mengambil masa kira-kira lapan minit untuk sampai kepada kita. Jadi "titik tertinggi" yang anda perhatikan sebenarnya adalah di mana Matahari berada lapan minit yang lalu. Pada skala sehari penuh, bagaimanapun, kelewatan itu adalah offset tetap yang secara senyap membatalkan dirinya, jadi ia tidak pernah mengalihkan waktu tengah hari suria anda berbanding semalam. Apa yang mengalihkannya, hari ke hari dan tempat ke tempat, adalah tiga kesan di bawah.
Sebab Satu: Zon Waktu Adalah Jalur Lebar
Bumi berputar 360 darjah dalam 24 jam, yang bermaksud Matahari melintasi satu darjah longitud setiap empat minit. Masa suria sebenar oleh itu berbeza untuk setiap meridian di planet ini. Jika setiap bandar menyimpan jam surianya sendiri — seperti yang mereka lakukan secara literal sebelum kereta api — waktu tengah hari di satu bandar akan berbeza dari waktu tengah hari di bandar seterusnya.
Kekacauan itulah sebabnya kami mencipta zon waktu: jalur lebar, setiap satu secara nominal selebar 15 darjah longitud, yang semuanya bersetuju untuk berkongsi satu masa "standard" yang berlabuh pada satu meridian pusat. Hanya tempat yang terletak di meridian pusat itu mendapat waktu tengah hari suria hampir pukul 12:00. Semua yang lain diimbangi oleh jarak mereka darinya. Tinggal berhampiran pinggir timur zon anda dan Matahari berlari ke hadapan — waktu tengah hari suria tiba sebelum jam menunjukkan pukul dua belas. Tinggal berhampiran pinggir barat dan Matahari ketinggalan, jadi waktu tengah hari suria mendarat selepas pukul 12:00. Zon boleh selebar satu jam dalam istilah suria, jadi ini sahaja boleh menolak waktu tengah hari sebenar 30 minit ke mana-mana arah.
Sebab Dua: Waktu Penjimatan Siang
Kesan kedua adalah sepenuhnya ciptaan manusia. Untuk sebahagian besar tahun, banyak wilayah mengalihkan jam mereka ke hadapan sejam untuk Waktu Penjimatan Siang. Apabila anda melompatkan jam ke hadapan, anda tidak menggerakkan Matahari — anda melabel semula hari itu. Waktu tengah hari suria masih berlaku pada saat astronomi yang sama, tetapi jam kini membaca kira-kira sejam kemudian apabila ia berlaku.
Kesimpulannya: semasa DST, waktu tengah hari suria biasanya jatuh antara pukul 1:00 dan 1:30 petang. Itulah sebabnya petang musim panas terasa begitu panjang — anda hanya menolak sejam cahaya siang dari awal pagi, ketika kebanyakan orang tidur, ke waktu petang, ketika mereka terjaga.
Sebab Tiga: Persamaan Masa
Dua kesan pertama adalah offset tetap — sama setiap hari dalam setahun. Yang ketiga berubah-ubah, dan ia adalah yang paling menarik. Walaupun anda berdiri tepat di meridian pusat zon anda dan mengabaikan DST sepenuhnya, waktu tengah hari suria akan masih hanyut, berjalan kira-kira 16 minit lebih awal daripada jam pada awal November dan kira-kira 14 minit lewat pada pertengahan Februari. Hanyutan ini dipanggil persamaan masa, dan ia wujud kerana hari suria sebenar bukanlah panjang yang tetap. Dua perkara bersekongkol:
-
Orbit Bumi adalah elips. Planet kita tidak mengelilingi Matahari pada kelajuan tetap. Berhampiran Januari, ketika Bumi paling dekat dengan Matahari, ia bergerak lebih pantas di sepanjang orbitnya; berhampiran Julai ia bergerak lebih perlahan. Kerana panjang hari suria sebahagiannya bergantung pada sejauh mana Bumi telah berayun mengelilingi Matahari, pecutan dan nyahpecutan ini meregangkan dan memampatkan hari.
-
Paksi Bumi condong. Kecondongan 23.4 darjah yang memberikan kita musim juga bermakna pergerakan harian Matahari tidak selari dengan khatulistiwa. Berhampiran solstis, Matahari yang kelihatan bergerak dengan cara yang memanjangkan hari suria; berhampiran ekuinoks ia memendekkannya.
Tambahkan dua kitaran ini bersama-sama dan anda mendapat lengkung licin yang melintasi sifar empat kali setahun dan memuncak berhampiran keterlaluan 16 minit itu. Jam kita berjalan pada waktu suria min — hari purata, satu rekaan detik yang sempurna sekata — tepat supaya kita tidak perlu hidup dengan hari yang terus berubah panjang. Persamaan masa adalah catatan perakaunan yang mendamaikan Matahari yang jujur dengan purata yang mudah.
Analema: Melukis Hanyutan
Terdapat cara yang indah untuk melihat persamaan masa dengan mata anda sendiri. Fotografikan Matahari dari tempat yang sama pada waktu jam yang sama — katakan, tepat pukul 12:00 — sekali seminggu selama setahun, dan tindihkan imej. Matahari tidak duduk diam. Ia menjejaki angka-8 yang tidak simetri di langit yang dipanggil analema. Paksi tingginya merekodkan Matahari naik tinggi pada musim panas dan tenggelam rendah pada musim sejuk; lebarnya merekodkan persamaan masa, Matahari berjalan awal atau lewat berbanding jam. Regangan sisi yang langsing dari angka 8 itu adalah persamaan masa yang boleh dilihat.
Kes Ekstrem: Satu Jam untuk Sebuah Benua
Zon waktu adalah politik sama seperti astronomi, dan tiada tempat yang menunjukkan ini lebih dramatik daripada China. Secara geografi negara ini merangkumi kira-kira lima zon waktu, namun seluruh negara secara rasmi berjalan pada satu zon — waktu Beijing. Bagi penduduk wilayah barat jauh Xinjiang, jam ditetapkan kepada meridian beribu-ribu kilometer ke timur. Akibatnya jelas: di barat jauh, waktu tengah hari suria boleh mendarat sekitar pukul 3:00 petang, dan Matahari mungkin tidak terbit sehingga lewat pukul 9:00 pagi mengikut jam rasmi. Sepanyol menawarkan versi yang lebih ringan — secara geografi sejajar dengan Britain, ia mengekalkan Waktu Eropah Tengah, jadi waktu tengah hari suria secara kebiasaannya hanyut melepasi pukul 1:30 petang walaupun sebelum DST.
Cara Mencari Waktu Tengah Hari Suria Sebenar Anda
Anda tidak memerlukan peralatan khas. Beberapa kaedah yang boleh dipercayai:
- Kayu bayang. Tujahkan sebatang rod lurus menegak ke dalam tanah rata dan tandakan hujung bayang-bayangnya sepanjang hari. Saat bayang-bayang paling pendek adalah waktu tengah hari suria, dan bayang-bayang terpendek itu menunjuk utara–selatan sejati.
- Matematik. Mulakan dari 12:00, laraskan untuk jarak longitud anda dari meridian pusat zon anda (empat minit setiap darjah), tambah sejam jika DST berkuat kuasa, dan akhirnya gunakan nilai persamaan masa hari itu.
- Kalkulator. Mana-mana alat kedudukan suria akan memberikan minit tepat untuk koordinat anda, menggabungkan ketiga-tiga kesan secara automatik.
Memahami waktu tengah hari suria membingkai semula keseluruhan jam: pukul 12:00 adalah persetujuan sosial, bukan fakta astronomi. Ingin tahu sejauh mana bandar anda sendiri hanyut dari Matahari? Terokai bandar rujukan dan bandingkan di mana jam dan langit secara senyap tidak bersetuju.
Soalan Lazim
Adakah waktu tengah hari suria pernah tepat pukul 12:00?
Hanya jarang, dan hanya secara kebetulan. Ia memerlukan anda duduk di meridian pusat zon waktu anda, Waktu Penjimatan Siang dimatikan, dan persamaan masa membaca sifar — gabungan yang berlaku hanya pada beberapa hari setahun untuk jalur lokasi yang sempit.
Adakah waktu tengah hari suria berubah dari hari ke hari?
Ya, sedikit. Disebabkan persamaan masa, waktu jam waktu tengah hari suria beralih sehingga kira-kira setengah minit sehari, mengembara lebih awal dan lewat sepanjang tahun dalam kitaran tahunan yang licin sehingga kira-kira 30 minit jumlah sebaran.
Mengapa waktu tengah hari suria lebih lewat pada musim panas?
Kebanyakannya Waktu Penjimatan Siang. Melompatkan jam ke hadapan sejam bermakna Matahari mencapai puncaknya apabila jam sudah membaca sekitar pukul 1:00 petang dan bukannya tengah hari, yang juga sebab petang musim panas kekal terang begitu lama.
Apakah perbezaan antara waktu suria dan waktu min?
Waktu suria (atau "ketara") mengikuti Matahari sebenar, yang harinya berbeza panjang. Waktu min menggunakan hari ideal yang sekata sempurna — purata — jadi jam kita berdetik dengan stabil. Jurang antara mereka pada mana-mana tarikh tertentu adalah persamaan masa.
Adakah longitud saya mempengaruhi waktu tengah hari suria?
Sudah tentu. Setiap darjah longitud dari meridian pusat zon anda mengalihkan waktu tengah hari suria sebanyak empat minit — lebih awal jika anda di timur, lebih lewat jika anda di barat. Ini adalah satu-satunya sebab terbesar dua bandar dalam zon yang sama mengalami waktu tengah hari pada waktu jam yang berbeza.