一块手表，送给找不到北的你，帮你搞定东南西北

　　当我们身处野外时，功能强大的手机和北斗卫星、GPS等为我们提供了相当可靠的联络和定位保障。不过电子设备终归有太多局限，当它们因为各种原因意外罢工时，你还能分辨出东南西北吗？不妨试试利用天文观测来确定方向吧！

　　让手表帮你找北

　　早晚时分，太阳是最好的“指向明灯”。它每天都在东升西落，对北半球而言，冬季日出位置是东偏南，日落位置是西偏南；夏季日出位置是东偏北，日落位置是西偏北；春分、秋分日，日出在正东，日落在正西。

　　野外迷路时，手表可以辨向

　　不过，我们最容易“找不着北”的时间，通常不是早晚或中午，而是上午九十点钟或下午三四点钟，又高又亮的太阳让人茫然无措。这时，请别忘了手表，它可是一个辨别方向的利器。我们只需要按照以下几步操作即可：

　　上午8点进行手表辨向示意图。按照“时间折半对太阳”的口诀，把时针的4点钟刻度对准太阳，则此时表盘上的12点就指向北方

　　将手表平放，按24时制读出手表上的时刻，将小时数除以2，得到一个数A；然后让表盘上的A刻度对准太阳，这时手表表盘12点所指的方向基本上就是北方，6点所指的方向是南方。有句口诀方便记忆：“时间折半对太阳，12点指向是北方。”例如在下午3：30，按照24小时读数并除以2就等于7：45，把表盘上时针的7：45 刻度对准太阳，那么表盘12点所指的方向大致就是北方。

　　辨向误差哪里来？

　　为什么利用手表与太阳就能确定方向？这还要从时间系统说起。时间计量系统起源于天文观测，人们通过地球的自转，也就是天体东升西落的周期，得到了“日”的概念；又通过地球的公转，也就是草木枯荣、四季变化、尤其是太阳高度角的周期性变化，得到了“年”这个更长的时间计量单位。后来又根据日长划分了时、分、秒。虽然现代社会为了满足更精确计时的需要，秒长已经改为由原子时来定义了，但时间的天文属性并没有改变。我们日常所使用的时间，也就是手表、手机上的时间，仍然和地球的自转保持同步，为一天24小时。

　　太阳早上从东方升起，中午12点时最高，晚上从西方落下，走完一圈的时间是24

　　时间的起点是如何定义的呢？人们规定，太阳在一天当中经过天空中最高点的时刻，就是当地时间的中午12点。可见，太阳每天东升西落时，在一天当中走过的路径就好像一个24时制的表盘，它与太阳一起构成了一个巨大的“天然时钟”，太阳所在处就是时针所指的位置，尤为值得注意的是，这个“表盘”的指向相对于观测地来说是固定不变的，12点总是指向观测地的正南方（在北回归线以北的地区)。

　　我们的手表可以视为这个天然时钟的“微缩”版。实际生活中，我们使用的手表表盘都是12时制，所以需要进行数学转换，“时间折半”就是为了把表盘刻度换算成24时制，换算后就变成12点指向北方了。由于太阳的视运动并不规则，每天都有微小的变化，所以大多数日子里，手表上显示12点时，太阳并不是正好经过最高点。不过最大差值也不超过18分钟，对辨向精度影响甚微（不超过±5度）。

　　2020年5月26日下午4点，在北京利用水平辨向法实测示意图。手表的8点钟时针对准太阳。红色箭头标出了实际的正南方向，绿色箭头是表盘上12点的指向。因为正值夏天，太阳高度角仍然比较高，辨向误差接近30度

　　理解了原理后，我们很容易发现手表辨向存在误差的，主要有两个来源：

　　1、由于事先不知道北天极 ( 即地球自转轴的指向）的位置，表盘只能水平放置，而太阳在天空中经过的路径，是倾斜的，并不平行，二者之间形成一个夹角，夹角越大（即地理纬度越低时），辨向精度越差；

　　2、表盘中心与太阳视运动圆面的中心只在春、秋分这两天重合，其他时候并不重合，也会给辨向带来误差。

　　冬季、高纬精度高，夏季、低纬须提防

　　手表辨向的精度和当地的纬度、日期、时刻都有关系。使用时要注意以下几点：

　　1、严格地说，应该把手表上显示的北京时间换算成当地的地方时。虽然不必算得特别精确，但最好了解一下所在地和东经120度大约相差几度，并按照地理学上“经度差1度，时间差4分”（东加西减）的原理做估算。例如，西安（东经108.75度）在北京西边10度左右，那么西安的地方时就应该是我们手表所显示的北京时间再减去40分钟。越往西越需要注意。例如在中国最西边的新疆喀什等地区（约为东经75度，北纬40度），如果不做时间换算，在上午10点，手表辨向的误差最大可达70度！为了减小误差，就需要换算时间后才能用手表辨向。

　　2、手表辨向适用于太阳高度比较低的时候。上午9点钟以前和下午3点钟以后精度更高，而且高纬地区的精度要好于低纬地区。特别需要注意的是在低纬地区的夏天，由于太阳高度角很大，手表辨向的误差常常会高达50度以上！而如果在10月~次年4月使用手表辨向，误差一般不超过30度是可以接受的。

　　总体而言，在北半球利用手表辨向，冬天精度较高、春秋次之，夏天最差；低纬地区精度较差，高纬地区精度更高。因此，我们不妨把手表辨向的口诀补充如下：

　　时间折半对太阳，12点指向是北方。冬季、高纬精度高，夏季、低纬须提防。

　　垂直辨向可行吗？

　　垂直辨向示意图。利用水平辨向法确定出大致的方位后，将手表垂直放在东西平面内，如果是在上午10点辨向，可以按照文中的算式找出B等于11。然后保持垂直，微微转动手表盘面，使得表盘上时针11的刻度对准太阳，则这时表盘正对着的方向就是北方

　　在我们理解了原理之后，便不难想到，为什么不试试将表盘垂直放置呢？曾有人做过计算和实验，发现垂直放置表盘来辨别方向在操作上是完全可行的。我们总结出了以下操作方法：

　　先利用水平辨向法，再利用垂直辨向法进行辨向示意图。拍摄方向是正南，红色虚线是垂线方向。表盘仍有偏转，表明法线方向没有指向正北。但辨向精度已经大大提高，目测误差可能在10度以内

　　首先，利用水平辨向法大致辨别出北方，然后找出大致的东西方向，在东西方向垂直放置手表表盘（12 点向上），让盘面对着测得的北方；接着按24时制读出当时的时间A，并计算出一个数值B：B=A/2+6（A≤12点 时），或者B=A/2-6（A≥12点时）。

　　这里取加或者减，是为了让最终得到的数B满足：0≤B≤12。例如在上午10点观测，A为10，B=A/2+6=11；如果是下午2点，则 A=14，B=A/2-6=1。最后，保持手表垂直并微微转动表盘，直到手表上的刻度B对准太阳为止。这时，表盘的法线方向就指向北方。

　　实际操作时，因阳光刺眼，手表刻度不易对准太阳，我们可以找到树荫或其他参照物，利用从树叶缝隙射入的光线进行对准。另外，当刻度对准太阳时，表盘与入射阳光往往不在同一平面内，操作时应注意。

　　和水平辨向法相反，垂直辨向法更适用于太阳高度角比较大的时候，而在太阳较低时精度较差，并且在早上6点以前或下午6点之后就不再适用了（大家可以想想这是什么原因）。两个方法相结合，能拓展手表辨向的应用范围，提高辨向精度。例如在低纬地区的夏天或者上午9点到下午4点这段时间内，先用水平辨向法得到大致方向，再用垂直辨向法加以修正，可以明显提高精度。感兴趣的读者不妨一试。

　　本文来自《知识就是力量》杂志，原标题《手表在手，方向我有》，作者李鉴，有删改，原创作品转载请注明来源。