**均时差(EoT)**定义为真太阳时与平太阳时之差在钟表上的体现。按 Meeus / NREL-SPA,记:
- L0:太阳几何平均黄经(deg)
- α:太阳视赤经(deg)
- Δψ:黄经章动(deg)
- ε:真黄赤交角(deg)
则均时差(以分钟计)为
EoTmin=4(L0−0.0057183∘−α+Δψcosε).推导要点 太阳时由太阳时角决定:时角 = 恒星时 − 太阳赤经。以格林尼治为例,
真太阳时角(GAST−α)−平太阳时角(GMST−αm)=(GAST−GMST)+(αm−α).其中 GAST−GMST=Δψcosε(章动沿赤道投影)。“平太阳赤经”近似取 αm≈L0−0.0057183∘;这里的 0.0057183∘ 来自太阳视黄经像差(约 20.59″)的常数处理。将角度差换成时间用 1∘=4 分钟(地球自转 360∘→24 h),即得上式。号约定采用“真太阳超前为正”。
所有高精度天文量以 TT(Terrestrial Time) 为自变量。若观测 UTC 为 UTC:
TT=UTC+ΔT,ΔT=TT−UT.ΔT 可取 IERS 公布值或在 2005–2050 年用经验式
ΔT (s)≈62.92+0.32217(y−2000)+0.005589(y−2000)2,其中 y 为历年(可含小数月份)。由 TT 得儒略日与世纪数:
JDTT,T=36525JDTT−2451545.0.为什么要用 TT? 章动、岁差与行星理论的历书多以 TT 为自变量;用 TT 能与标准章动/岁差模型自洽,避免把不规则的地球自转(UT)抖动混入自变量。
L0Me=280.4664567∘+36000.76983∘T+0.0003032∘T2,=357.52911∘+35999.05029∘T−0.0001537∘T2−0.00000048∘T3,=0.016708634−0.000042037T−0.0000001267T2.(最终把所有角度归一化到 0∼360∘。)
这些多项式的来源 它们是把 VSOP/IAU 等理论中的长期项做截断近似并以 J2000 为基准后的标准表达:L0 描述地球绕日的平均几何位置;M 是平近点角;e 是轨道偏心率随世纪缓变的拟合。
令 M 的弧度为 Mr。太阳中心差(方程):
C=(1.914602−0.004817T−0.000014T2)sinMr+(0.019993−0.000101T)sin(2Mr)+0.000289sin(3Mr)(deg),真黄经为 λtrue=L0+C。
中心差如何计算 解开普勒方程 E−esinE=M,由 tan2ν=1−e1+etan2E 得真近点角 ν,按 e 展开:
ν−M=(2e−41e3)sinM+(45e2−2411e4)sin2M+1213e3sin3M+⋯将其换算为“度”并代入地球的 e(T)、截到常用阶,数值系数即化为上面的 C。因此有“真黄经 = 平黄经 + 中心差”。
Ω=125.04∘−1934.136∘T,ε0=23∘26′21.448′′−46.8150′′T−0.00059′′T2+0.001813′′T3.真黄赤交角(含主章动):
ε=ε0+0.00256∘cosΩ.黄经章动(SPA 精简项):
Δψ≈−0.00478∘sinΩ.Ω 是什么?为何是主项? Ω 是月球升交点黄经的简化表达,主导 18.6 年章动周期;其 sinΩ/cosΩ 项给出黄经与黄赤交角的最大振幅主项,足以把 EoT 误差压到秒量级。
λ=λtrue−0.00569∘−0.00478∘sinΩ+Δψ.由 λ,ε 变换得
α=atan2(cosεsinλ, cosλ)(deg,归一到 0∼360∘),δ=arcsin(sinεsinλ).小贴士
- 这里的 −0.00569∘ 是像差的常数处理,−0.00478∘sinΩ 是章动对视黄经的主修正,与前述 Δψ 项配套。
- 计算 atan2 后要做象限归一化;赤经单位用“度”时再参与 EoT 公式。
- 输入: 公历日期与时刻(UTC),或本地时并知时区。
- 求 ΔT,由 UTC → TT,得 JDTT 与 T。
- 按上式计算 L0,M,e,C,λtrue。
- 求 Ω,ε0,ε,Δψ(精简或长级数)。
- 得 视黄经 λ,再求视赤经 α。
- 代入 核心式,输出 EoTmin(分钟)。
- 角度单位: 三角函数用弧度;多项式常数若以度给出,先转弧度再取 sin,cos。
- 归一化: 所有经度/赤经建议归一到 0∼360∘(或 −180∘∼180∘)以避免溢出。
- 角度→时间: 1∘=4 分钟;弧度直接换分钟用系数 229.18=2π1440。
- 精度取舍: 仅用 Ω 主项的 Δψ,Δε 通常把 EoT 误差压到 ∼1 s;若需 <0.1 s,使用 IAU 2000/2006 章动长级数与更精确的 ΔT。
便于快速估算,常见 NOAA 近似把 EoT 写成年分角的谐波:
EoTmin≈229.18(0.000075+0.001868cosγ−0.032077sinγ−0.014615cos2γ−0.040849sin2γ),γ=2π365N−1,其中 N 为年内日序。
这些系数的简单物理含义 把 EoT 拆成两部分: 椭圆项(轨道偏心 e 导致日速不匀)与倾斜项(地轴倾角 ε 导致黄道投影到赤道的非线性)。令 y=tan2(ε/2)≈0.043,对小量 e≃0.0167、y 进行低阶展开,可得
EoT≈229.18(ysin2L0−2esinM+4eysinMcos2L0−21y2sin4L0−45e2sin2M).再把 L0,M 用近似线性相位改写为统一的年分角 γ,合并相位与振幅,便得到 NOAA 的 sinγ,cosγ,sin2γ,cos2γ 结构与上面的系数。常数 229.18 正是“弧度→分钟”的换算因子。