如何通過看星星推算當前時間?


=======================大更中,多圖警報=========================
欸欸欸???!!!本來關注人數不多,答得也很隨意,沒想到竟然有大大讚了我,那我就要好好答一下了。其實這個問題相當好,一時半會兒說不清,而且我水平有限,這幾天先查資料吧,我慢慢答,和題主一同進步。

十月二十號更新:增加如何測定月份,增加對星圖使用時間的說明,修改了一些小錯誤。
十月二十一號更新:上20贊了,謝謝大家支持。今天只會小幅度更新,因為一直在忙其他事,還有些數據要收集,各位對不住了orz。今天更改排版格式,增加春秋冬季大三角,修改一些小錯誤。

對原答案的一句話回答:可以,不過太麻煩,與其記住怎麼算,還不如記住出門帶手機或者表……

首先說明,我不知道古代人具體是怎麼拿星星測定時間的,以下是我自己算出來的結果,還沒經過實際測試,僅僅是計算得出的。

  1. 需要提前準備的:
  • 少量天文知識。
  • 最好有一個量角器,但是我不知道不拿手機不拿表拿一個量角器是什麼意思……orz
  • 最好有一份日曆,也是很奇怪的東西。
  • 中學地理知識,中學數學知識,

    1.1.一些需要了解的天文知識,對了解之後的計算有幫助:
    太陽的8字軌跡:

    圖片來源以及解釋:為什麼太陽全年運行軌跡是8字型
    (這裡要贊一下知乎,直接貼上去的鏈接竟然變成超鏈接了,還有文字,能省不少事……)
    簡單的解釋:
    為什麼全年的太陽軌跡會像個8字形的?

    太陽視軌跡和與所在緯度關係的示意圖:

    圖片來源於:太陽視運動軌跡圖解
    很簡單有沒有?我看到的時候當場就被驚艷了,這也太漂亮了。
    為什麼示意圖和實際的春秋分點不一樣呢?在實際圖給的鏈接里就有說明,太麻煩了,就不展開了,咱們也不用那麼精確。
    對星圖的說明:

    可以看到,過了十五天,提前一個小時,所看到的星星的位置是一樣的。

    地球一年繞太陽一圈。(嗯,是廢話,但還是要說)。也就是說,在固定的時刻,一天星星會往東偏轉大約一度。
    而因為地球自轉,一天轉一圈(還是廢話)。也就是說,一個小時星星會往東偏轉大約十五度。
    因此,當過了十五天之後,只需提前一小時,星星的位置就一樣了。怎麼樣?是不是有「哦,原來如此」的感覺?

2.所需要測量的:

先說明測量時符號所表示的含義:

    h:正午太陽高度角
    δ:正午太陽赤緯角
    θ:北極星高度角,所在緯度
    φ:黃赤交角。固定值,起碼很長時間內是。

2.1.首先確定東南西北,這個簡單,看北極星,根據太陽也可以,不過比較麻煩,就不展開了。
2.2.確定所在緯度。這個也要看北極星。

如圖,北極星的高度角就是所在緯度。這裡就不討論南半球了。記住這個θ。

2.3.知道當天中午太陽的高度角。

也可以看劉博洋大大的答案:一天之內太陽高度角的變化速率如何計算?

記住這個h。

說了一堆,接下來開始具體算了。
1.知道是上半年還是下半年。
一般來說春分-夏至-秋分,日出在東偏北。秋分-冬至-春分,日出在東偏南。結合之前的圖看。

2.知道所在月份。

可以根據春秋冬季大三角和夏季四邊形的位置粗略估計。這個廣為人知,就不展開了,有疑問的知友可以去百度。

可以知道:δ=h+θ-90°
赤緯角:δ=φ(T-N0)。T為測量當天的積日,N0為春分的積日。
需要注意的是,赤緯角的演算法是我自己做的,精確度本身就不高,具體演算法看太陽高度角的百度百科

……………………………………我是百度百科……………………………………
太陽赤緯的演算法如下:

由於太陽赤緯角在周年運動中任何時刻的具體值都是嚴格已知的,所以它(ED)也可
以用與式(1)相類似的表達式表述,即:

ED=0.3723+23.2567sinθ+0.1149sin2θ-0.1712sin3θ-0.758cosθ+0.3656cos2θ+0.0201cos3θ(5)

式中θ稱日角,即 θ=2πt/365.2422(2)
這裡t又由兩部分組成,即 t=N-N0 (3)
式中N為積日,所謂積日,就是日期在年內的順序號,例如,1月1日其積日為1,平年12月31日的積日為365,閏年則為366,等等。
N0=79.6764+0.2422×(年份-1985)-INT〔(年份-1985)/4〕

(式中INT表示取整數部分,例如INT(3.25)=3)
…………………………………………百度百科完……………………………………

可以看到,太陽正午赤緯角是和所在年份有關的,但是咱們不要求那麼精確,所以還是計算不到年份。
春分的積日在79到81之間。
計算不用太精確,知道月份就行,日之後用月亮算
下面是我估算的每個月份正午太陽赤緯角的變化範圍,精確到一度。(因為測量時精度不會太精確)
一月:-23°—-18°
二月:-18°—-8°
三月:-8°—4°
四月:4°—15°
五月:15°—22°
六月:22°—北回歸線所在緯度
七月:23°—18°
八月:8°—18°
之後就不寫了,七月到十二月與一月到六月的符號相反。根據這個就可以知道隨處時間是那一個月了,精度上去的話,日月年都沒問題。
3.知道所在日期
這個就要靠月相和日曆了。過幾天再更吧。
4.知道具體時刻
這個也很麻煩,之後再更吧。
我現在想到一個好方法,正在驗算中,馬上就更。


—————————————以下為不用看的原答案————————————
沒人答?獻醜了。
因為不知道年月日算不算,就答了吧。
原則上可以,但是有難度。
首先光靠恆星是不可能的,還要結合太陽和月球。
為什麼呢?因為地球公轉,每年繞太陽一圈(這不是廢話→_→),所以太陽每天在天球上運行大約一度。在加上地球自轉,兩天內不同時刻所看到的星星位置是可以一樣的。

上圖就是天愛上十月份的星圖,可以看到下面標註了一個月中不同天數所適用的時間段也不同。
那麼怎麼看呢?
首先看太陽,正午時太陽的位置可以大致判斷是一年中的什麼月份,不過技術含量很高。
月亮是很重要的,月亮的陰晴圓缺反映了一個月中不同的天數,哪怕你看不到也可以,有經驗的可誤差可以在兩天之內。當然,是農曆的,所以你還需要會轉換成陽曆。
匆忙一答,所學還不夠,希望對題主有幫助,有時間會詳細答一下。


首先要能看見星星


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