Hai Loại Buổi Trưa Khác Nhau
Có hai loại buổi trưa, và chúng hầu như không bao giờ trùng khớp. Một là buổi trưa theo đồng hồ — thời điểm điện thoại của bạn hiển thị 12:00. Loại còn lại là buổi trưa Mặt Trời — khoảnh khắc Mặt Trời đạt điểm cao nhất trên bầu trời trong ngày, đi qua một đường tưởng tượng chạy thẳng từ chính bắc xuống chính nam ngay trên đỉnh đầu. Đường đó là kinh tuyến địa phương của bạn, và khoảnh khắc Mặt Trời đi qua nó là thời điểm chính xác, thiên văn học giữa ngày.
Nếu bạn cắm một cây gậy xuống đất và quan sát bóng của nó, buổi trưa Mặt Trời là khoảnh khắc bóng ngắn nhất và chỉ thẳng theo hướng bắc-nam. Làm điều này vào bất kỳ ngày nào, bạn sẽ thấy bóng đạt điểm ngắn nhất vào một thời điểm lẻ tẻ như 12:37 hoặc 1:14 — hiếm khi, nếu có, vào đúng 12:00. Tại sao lại có sự chênh lệch? Ba hiệu ứng riêng biệt chồng lên nhau, và một khi bạn thấy chúng, phép tính kỳ lạ của đồng hồ sẽ trở nên hoàn toàn hợp lý.
Buổi Trưa Mặt Trời Thực Sự Là Gì
Buổi trưa Mặt Trời được định nghĩa hoàn toàn bằng hình học. Khi Trái Đất quay, Mặt Trời dường như lướt qua bầu trời từ đông sang tây. Vào đúng một khoảnh khắc mỗi ngày, nó nằm ở chính nam (ở Bắc bán cầu) ở độ cao tối đa. Đó là buổi trưa Mặt Trời của bạn, và nó hoàn toàn mang tính địa phương — phụ thuộc vào kinh độ của bạn đến từng phần nhỏ của độ.
Bản thân Mặt Trời cách chúng ta khoảng một đơn vị thiên văn — khoảng 150 triệu km (Đơn vị thiên văn thành kilômét) — và ánh sáng của nó mất khoảng tám phút để đến với chúng ta. Vì vậy, "điểm cao nhất" bạn quan sát thực sự là vị trí của Mặt Trời cách đây tám phút. Tuy nhiên, trên quy mô cả ngày, độ trễ đó là một độ lệch không đổi tự động triệt tiêu, vì vậy nó không bao giờ làm thay đổi buổi trưa Mặt Trời của bạn so với ngày hôm trước. Điều thực sự làm thay đổi nó, từ ngày này sang ngày khác và từ nơi này sang nơi khác, là ba hiệu ứng dưới đây.
Lý Do Một: Múi Giờ Là Các Dải Rộng
Trái Đất quay 360 độ trong 24 giờ, có nghĩa là Mặt Trời đi qua một độ kinh độ mỗi bốn phút. Do đó, thời gian Mặt Trời thực sự khác nhau đối với mỗi kinh tuyến trên hành tinh. Nếu mọi thị trấn giữ đồng hồ Mặt Trời riêng của mình — như họ đã làm trước khi có đường sắt — thì buổi trưa ở một thành phố sẽ khác với buổi trưa ở thị trấn bên cạnh.
Sự hỗn loạn đó chính xác là lý do chúng ta phát minh ra Múi giờ: các dải rộng, mỗi dải có bề rộng danh nghĩa là 15 độ kinh độ, tất cả đều đồng ý chia sẻ một thời gian "chuẩn" duy nhất neo vào một kinh tuyến trung tâm. Chỉ những nơi nằm trên kinh tuyến trung tâm đó mới có buổi trưa Mặt Trời gần 12:00. Mọi người khác đều bị lệch đi bởi khoảng cách của họ so với nó. Sống gần rìa phía đông của múi giờ và Mặt Trời chạy nhanh hơn — buổi trưa Mặt Trời đến trước khi đồng hồ điểm 12 giờ. Sống gần rìa phía tây và Mặt Trời chậm hơn, vì vậy buổi trưa Mặt Trời đến sau 12:00. Một múi giờ có thể rộng một giờ theo thuật ngữ Mặt Trời, vì vậy chỉ riêng điều này có thể đẩy giữa trưa thực tế lệch 30 phút theo một trong hai hướng.
Lý Do Hai: Giờ Mùa Hè
Hiệu ứng thứ hai hoàn toàn là một phát minh của con người. Trong phần lớn thời gian trong năm, nhiều khu vực chuyển đồng hồ của họ về phía trước một giờ cho Giờ Mùa Hè. Khi bạn vặn đồng hồ về phía trước, bạn không di chuyển Mặt Trời — bạn đang đánh nhãn lại ngày. Buổi trưa Mặt Trời vẫn xảy ra vào cùng một thời điểm thiên văn, nhưng đồng hồ bây giờ đọc muộn hơn khoảng một giờ khi nó xảy ra.
Kết quả: trong DST, buổi trưa Mặt Trời thường rơi vào khoảng từ 1:00 đến 1:30 chiều. Đó là lý do tại sao buổi tối mùa hè có cảm giác dài một cách hào phóng — bạn chỉ đơn giản là đã đẩy một giờ ánh sáng ban ngày từ sáng sớm, khi hầu hết mọi người đang ngủ, vào buổi tối, khi họ thức.
Lý Do Ba: Phương Trình Thời Gian
Hai hiệu ứng đầu tiên là các độ lệch cố định — giống nhau mỗi ngày trong năm. Hiệu ứng thứ ba dao động, và nó là hấp dẫn nhất. Ngay cả khi bạn đứng chính xác trên kinh tuyến trung tâm của múi giờ và bỏ qua hoàn toàn DST, buổi trưa Mặt Trời vẫn sẽ trôi, chạy nhanh hơn đồng hồ khoảng 16 phút vào đầu tháng 11 và chậm hơn khoảng 14 phút vào giữa tháng 2. Sự trôi dạt này được gọi là phương trình thời gian, và nó tồn tại bởi vì một ngày Mặt Trời thực sự không có độ dài cố định. Hai điều âm mưu:
-
Quỹ đạo Trái Đất là hình elip. Hành tinh của chúng ta không quay quanh Mặt Trời với tốc độ không đổi. Gần tháng 1, khi Trái Đất ở gần Mặt Trời nhất, nó di chuyển nhanh hơn dọc theo quỹ đạo của nó; gần tháng 7, nó di chuyển chậm hơn. Bởi vì độ dài của một ngày Mặt Trời phụ thuộc một phần vào mức độ Trái Đất đã xoay quanh Mặt Trời, sự tăng tốc và giảm tốc này kéo dài và nén ngày lại.
-
Trục Trái Đất bị nghiêng. Độ nghiêng 23,4 độ mang lại cho chúng ta các mùa cũng có nghĩa là chuyển động hàng ngày của Mặt Trời không phải lúc nào cũng song song với xích đạo. Gần các điểm chí, Mặt Trời biểu kiến di chuyển theo cách kéo dài ngày Mặt Trời; gần các điểm phân, nó rút ngắn nó.
Cộng hai chu kỳ này lại với nhau, bạn có một đường cong mượt mà cắt qua điểm 0 bốn lần một năm và đạt đỉnh gần các cực trị 16 phút đó. Đồng hồ của chúng ta chạy theo thời gian Mặt Trời trung bình — ngày trung bình, một sự hư cấu của các tích tắc hoàn toàn đều đặn — chính xác là để chúng ta không phải sống với một ngày liên tục thay đổi độ dài. Phương trình thời gian là mục kế toán dung hòa Mặt Trời thực tế với mức trung bình thuận tiện.
Analemma: Vẽ Sự Trôi Dạt
Có một cách tuyệt đẹp để nhìn thấy phương trình thời gian bằng chính mắt bạn. Chụp ảnh Mặt Trời từ cùng một vị trí vào cùng một thời điểm đồng hồ — ví dụ, chính xác 12:00 — mỗi tuần một lần trong một năm, và chồng các hình ảnh lên nhau. Mặt Trời không đứng yên. Nó vẽ một hình số 8 lệch trên bầu trời được gọi là analemma. Trục cao của nó ghi lại Mặt Trời lên cao vào mùa hè và xuống thấp vào mùa đông; chiều rộng của nó ghi lại phương trình thời gian, Mặt Trời chạy sớm hoặc muộn so với đồng hồ. Sự kéo dài sang hai bên mảnh mai đó của số 8 là phương trình thời gian được hiển thị rõ ràng.
Các Trường Hợp Cực Đoan: Một Đồng Hồ Cho Một Lục Địa
Múi giờ mang tính chính trị nhiều như thiên văn, và không nơi nào thể hiện điều này một cách ngoạn mục hơn Trung Quốc. Về mặt địa lý, quốc gia này trải dài khoảng năm múi giờ, nhưng toàn bộ quốc gia chính thức chạy trên một múi giờ duy nhất — giờ Bắc Kinh. Đối với một cư dân của khu vực xa phía tây Tân Cương, đồng hồ được đặt theo một kinh tuyến cách xa hàng nghìn km về phía đông. Hậu quả rất rõ ràng: ở phía tây xa xôi, buổi trưa Mặt Trời có thể rơi vào khoảng 3:00 chiều, và Mặt Trời có thể không mọc cho đến sau 9:00 sáng theo đồng hồ chính thức. Tây Ban Nha đưa ra một phiên bản nhẹ nhàng hơn — về mặt địa lý phù hợp với Anh, nước này giữ Giờ Trung Âu, vì vậy buổi trưa Mặt Trời thường trôi qua 1:30 chiều ngay cả trước DST.
Cách Tìm Buổi Trưa Mặt Trời Thực Sự Của Bạn
Bạn không cần thiết bị đặc biệt. Một vài phương pháp đáng tin cậy:
- Cây gậy bóng. Cắm một thanh thẳng đứng vào mặt đất bằng phẳng và đánh dấu đầu bóng của nó trong ngày. Khoảnh khắc bóng ngắn nhất là buổi trưa Mặt Trời, và bóng ngắn nhất đó chỉ hướng chính bắc-nam.
- Phép tính. Bắt đầu từ 12:00, điều chỉnh cho khoảng cách kinh độ của bạn so với kinh tuyến trung tâm của múi giờ (bốn phút mỗi độ), thêm một giờ nếu DST có hiệu lực, và cuối cùng áp dụng giá trị phương trình thời gian của ngày đó.
- Một máy tính. Bất kỳ công cụ vị trí Mặt Trời nào cũng sẽ đưa ra phút chính xác cho tọa độ của bạn, tự động kết hợp cả ba hiệu ứng.
Hiểu về buổi trưa Mặt Trời định hình lại toàn bộ đồng hồ: 12:00 là một thỏa thuận xã hội, không phải một sự thật thiên văn. Tò mò thành phố của bạn trôi dạt bao xa so với Mặt Trời? Khám phá Thành phố tham khảo và so sánh nơi đồng hồ và bầu trời lặng lẽ không đồng ý.
Các Câu Hỏi Thường Gặp
Buổi trưa Mặt Trời có bao giờ chính xác là 12:00 không?
Chỉ hiếm khi, và chỉ do tình cờ. Nó đòi hỏi bạn phải ngồi trên kinh tuyến trung tâm của múi giờ, Giờ Mùa Hè phải tắt, và phương trình thời gian phải bằng 0 — một sự kết hợp chỉ xảy ra vào một vài ngày trong năm cho một dải địa điểm hẹp.
Buổi trưa Mặt Trời có thay đổi từ ngày này sang ngày khác không?
Có, một chút. Do phương trình thời gian, thời gian đồng hồ của buổi trưa Mặt Trời thay đổi tới khoảng nửa phút mỗi ngày, dao động sớm hơn và muộn hơn trong suốt năm trong một chu kỳ hàng năm mượt mà với tổng biên độ lên tới khoảng 30 phút.
Tại sao buổi trưa Mặt Trời muộn hơn vào mùa hè?
Chủ yếu là do Giờ Mùa Hè. Vặn đồng hồ về phía trước một giờ có nghĩa là Mặt Trời đạt đỉnh khi đồng hồ đã chỉ khoảng 1:00 chiều thay vì 12 giờ trưa, đó cũng là lý do tại sao buổi tối mùa hè vẫn sáng lâu như vậy.
Sự khác biệt giữa thời gian Mặt Trời và thời gian trung bình là gì?
Thời gian Mặt Trời (hay "biểu kiến") đi theo Mặt Trời thực, ngày của nó thay đổi độ dài. Thời gian trung bình sử dụng một ngày lý tưởng hóa, hoàn toàn đều đặn — mức trung bình — vì vậy đồng hồ của chúng ta tích tắc đều đặn. Khoảng cách giữa chúng vào bất kỳ ngày nào là phương trình thời gian.
Kinh độ của tôi có ảnh hưởng đến buổi trưa Mặt Trời không?
Chắc chắn rồi. Mỗi độ kinh độ cách xa kinh tuyến trung tâm của múi giờ làm thay đổi buổi trưa Mặt Trời bốn phút — sớm hơn nếu bạn ở phía đông, muộn hơn nếu bạn ở phía tây. Đây là lý do lớn nhất khiến hai thành phố trong cùng một múi giờ trải qua giữa trưa ở các thời điểm đồng hồ khác nhau.