經線(Meridian of longitude),又稱“子午線”,指地球表面連接南、北兩極且與赤道垂直的假想線。地球上一切通過地軸的平面與地面相截而成的大圓稱為“經線圈”。經線圈被南、北兩極點分成的半圓即為經線。經線有無數根,均呈半圓弧狀,每根經線的長度都相等,最終交匯于南、北兩極點。從方向變化上看,經線指示南北方向。
為了便于認識和研究,1884年在華盛頓哥倫比亞特區舉行的國際會議指定經過英國格林尼治天文臺凌日儀中心的經線作為經度的起始線,人為規定該經線為零度經線,又稱“本初子午線”。由零度經線向東、西各劃分180°,分別稱東經度和西經度。東、西經180°線重合在一起。此外,為了避免把非洲和歐洲的一些國家分在東、西兩個半球上,國際上習慣用20°W與160°E的經線圈作為劃分東、西半球的界線。
命名
經線的英文名稱為“Meridian(line)”,“Meridian”一詞源自拉丁文“meridie”,意思是“中午,正午”,由于消音而改變自古拉丁語*medi die,medius的位格形式,意為“中間的”(來自PIE詞根*medhyo-“中間”)+dies“日”(來自PIE詞根*dyeu-“發光”)。
“經線”中文一詞在最早見于利瑪竇的《坤輿萬國全圖》(1602年),總論中記載:“其經緯線,本宜每度畫之,今且惟每十度為一方,以免雜亂。依是可分置各國于其所。東西緯線數天下之長,自晝夜平線為中而起,上數至北極,下數至南極。南北經線數天下之寬,自福島起為一十度,至三百六十度復相接焉。試如察得南京離中線以上三十二度,離福島以東一百甘八度,則安之于其所也。"
經線的別稱“子午線”一名也來自利瑪竇的著作《坤輿萬國全圖》,在《坤輿萬國全圖》中,人們首次見到了“子午環”一詞。在該圖的右下角,有一幅叫“天地儀”的示圖,天地儀其實就是天球儀。在該圖的左下側,有幾行說明文字:“天地儀,以見日月運行,寒暑大意,精銅為之。外一環名子午環,取準南北二向。兩頭各用一樞,在南者作南板,在北者借作北極。勻分三百六十度,隨地而移,如北極出地一度,則南極人地一度也。”子午線命名的由來:某一天體視運動軌跡中,同一子午線上的各點該天體在上中天(午)與下中天(子)出現的時刻相同。
定義
經線是地球表面連接南、北兩極,并且垂直于赤道的假想弧線。地球上一切通過地軸的平面同地面相割而成的正圓,稱為“經線圈”,經線圈總是經過地球的南北極,并且被兩極分割成兩個半圓,兩條正相對的經線,形成一個經線圈,這兩個半圓稱為“經線”,也稱“子午線”。
特征
經線的形狀為半圓,兩條正相對(經度和為180°)的經線能組成一個完整的經線圈。
所有的經線長度都相等,約為20037km。古希臘天文學家、數學家喜帕恰斯(Hipparchus)曾把地球假設為一完美的圓球,結合一些基本球面幾何學來測定經度的長度。根據定義,把通過球心的直線當做地球的轉軸,通過轉軸的平面與球面相交的大圓線將通過南極與北極,大圓線把球面分割成兩個半球,這些大圓線都各由兩個連接兩極的半圓周所組成,這些半圓周也就是通常所指的“經線”。假設地球是正球體,故所有經線皆等長,它們的長度都等于北極在球面上與南極之間的最短距離(約20037km)。除了極點之外,地球上的每一點都只在一條經線上。
經線自東向西從東經180度到西經180,經線(南北線)同所有緯線(即東西線)直交。?兩條正相對的經線,形成一個經線圈。經線圈都是以地心為圓心的大圓,并且交于地球兩極。
經線連接南、北兩極點,且同一經線上經度相同,故沒有東西方向的變化,但沿著經線的延伸方向連接南北極點,故其方向變化可指示南北。
主要經線
本初子午線又名“格林尼治子午線”,一條人為設定的經線。最后一次確定于1851年,用來表示0°經度。本初子午線是為了確定地理經度和協調時間的計量而建立的標準參考子午線。地球上有天然的零度緯線——赤道,卻沒有天然的零度經線,因此,本初子午線只能從無數的子午線中人為地選出一條。最初的本初子午線,是各國因確定位置的需要而設置的。
“格林尼治子午線”不僅經過了歐洲的英國、法國和西班牙地區,還經過了非洲的阿爾及利亞、馬里、布基納法索、多哥、加納地區,以及南極的南極洲。它與赤道(緯度0°)在大西洋相交。1884年至1972年,格林尼治天文臺的平均太陽時(即太陽穿過子午線的平均時間)被定義為格林尼治標準時間(GMT),1972年被協調世界時(UTC)取代,協調世界時成為國際時間標準。從理論上講,以“格林尼治子午線”為基準,每向西移動15°,標準時間就會早一小時,每向東移動15°,標準時間就會晚一小時。
自然日界線即零時經線。零時經線是自東向西運動,其經度數值不斷變化。一般而言,地球表面存在兩個日期,零時經線向東到180°經線為早一天的范圍;零時經線向西到180°經線為晚一天的范圍。零時經線東側早一天,西側晚一天。為了條理清晰一般根據東側早一天而西側晚一天確定零時經線。當0時經線與90°E經線重合,表示新的一天占全球范圍的1/4,隨著自然日界線的移動(即時間推移),新的一天的范圍將不斷擴大舊的一天的范圍將逐漸縮小。
東經160°、西經20°經線是東西半球的分界線。因為0°經線穿過了英國和非洲大陸,為了避免把英國和非洲大陸的一些國家和地區分在不同的半球上,造成生產和生活上的不便,所以選擇了穿過陸地面積少的西經20°和東經160°的經線圈作為東西半球的劃分線。從西經20°向東,通過本初子午線到東經160°的半個球面,稱為東半球;從西經20°向西,通過180“經線到東經160"的半個球面,為西半球。東經160°經線通過廣闊的太平洋,西經20°經線也是通過浩的太平洋。歐洲、非洲、亞洲和大洋洲等洲的大部分都在東半球上,中國也位于東半球,北美洲和南美洲則在西半球上。
實際應用
劃分地球的時區
地球表面的每個地點都有自己的子午線,太陽經過當地子午線的時刻就是正午。同一條子午線上的不同地點,時間都是一樣的。這種各個地點根據太陽和本地子午線所定出的時間,叫做“地方時”。經度不同的地點,時間都不相同。經度相差1°,地方時相差4分鐘。經度相差15°,地方時就相差1小時。地方時是依據太陽高度角作為標準得到的,是自然時。它有許多優點,但也有不少問題。特別是容易引起混亂,給交通、郵電等事業帶來不便。
為解決這個問題,1884年世界各國根據協議,沿著赤道把地球分成24等份,每份占經度15°,稱作一個時區,這樣全球就共劃分為24個時區。其中,本初子午線所在的一區叫中區或零時區,包括西經7°30′至東經7°30′的范圍,全區的時刻都以處于該區中心的0°經線的地方時為準。按照這個劃法,中區以東和以西各劃出12個時區,把無數個地方時統一規劃為24個,就大大簡化了地方時。但是,世界各地時區的劃分,并不嚴格按照經線定界,還要考慮行政界線等具體情況加以調整。這就產生了各國具體的標準時。
中國面積廣大,東西橫跨經度64°,分布在從東五區到東九區的五個時區內。為了便于東西間的聯系,全國都采用東八區的標準時間,也就是“北京時間”,作為全國統一的時刻。
確認定位
最初,經線的起始線并不統一。1884年經過國際協議,確定以穿過倫敦當時的格林尼治天文臺的經線為本初經線,或稱本初子午線,即經度的零度線。由此向東和向西,各分180°,稱為東經和西經。東經和西經180線是重合的,通常就把它叫做180經線。由此可知,某一地點的經度,就是該地所在經線與本初經線之間的角距,亦即這兩個經線平面在地軸上的夾角。經度是沿著緯線計算的。
人們曾經長期憑借無線電信號來確定某個地方的經度,世界上許多電臺每天多次報告格林尼治時間或電臺所在時區的時間。根據測點的地方時間與格林尼治時間或另一已知位置的地方時間的差值,即可求出兩者的經度差和該地點本身的經度。但是現在情況已大大不同于過去。只要攜帶一套衛星地面定位儀,無論置身何地,都可以既快捷又準確地測定當地的經度、緯度乃至平均海拔。
參考資料 >
meridian of longitude.術語在線.2024-07-11
開放地理空間實驗室.OSGeo中國中心.2024-03-04
ante meridiem.etymonline.2024-03-17
[科普中國]-經線.科普中國網.2024-03-26
數學虛擬博物館;趣味數學;數學影視廳.中國科普博覽.2024-03-06
Greenwich meridian.britannica.2024-03-26
如何劃分地球的時區?.中國科學院地理科學與資源研究所.2024-03-06