↓1.太阳的视运动。
↓2.正午时分与子午圈、钟表的指针与天空中的永恒指针。
↓3.把在子午圈上调校好的表带离该子午圈之外、该表会走得快或是慢、荒岛上的时间。
↓4.影子的长度随着太阳高度的变化而变化、在正午时影子的长度最短、确定一天中的正午时分。
↓5.24个时区的子午圈。
↓6.地球圆周上时间的连续性。
↓7.本初子午圈。
↓8.标准时刻表、地球描绘工作的完成。
↓9.经度与纬度。
↓10.借助于世界地图上的子午圈作环球旅行、某一给定的时刻的世界时刻表Ⅰ。
↓11.某一给定时刻的世界时刻表Ⅱ。
↓12.某一给定时刻的世界时刻表Ⅲ、地球大工场。
↓1.地球是面向着太阳旋转的。在24小时内，地球上所有的侧面都会被太阳照射到，这些侧面会轮流接收到太阳的热量、光明和生命力。从太空的深处来看，地球与太阳在同一个景象中可以被一览无余：太阳看上去仿佛是一个在天空中光芒四射的大球；而地球则像一个半明半暗的小球，谦恭地在太阳这颗神圣恒星的荣光下旋转。地球面对太阳，就像一粒沙子在一颗火红色的巨大炮弹前面旋转。这与我们肉眼所看到的恰恰相反。在我们看来，地球的体积似乎比这世界上所有的东西都要大。这是因为，靠近我们自己且能被我们所看到的地球的一小部分，它实际的尺寸在我们看来应该就非常大了，因此我们就认为地球那看不见的部分就更加大得多了。而太阳则由于距离我们很远就看起来变得很小，它缩成了一个闪闪发光的盘子，为了把它的光辉散播开而从天空中环绕而过。太阳在早晨的雾霭中从东方升起，升到天空中时，天会越来越热，越来越亮，一直升到天空最高处，这时就是中午。在此之后，它会从天空最高处往下落去，在天空布满火烧云时，太阳向西落去，在另一半天空继续它的使命，去温暖其他的地区，第二天它又转到我们这一边了。假如我们知道地球每二十四小时就自西向东自转一圈，地球的每一个区域都轮流地见到太阳，那么太阳的这种视运行就是很简单的事情了。正是由于地球在转动，因此地球上的各个区域都相继在东方的地平线看到太阳，当地球自转将一区域带到直接受太阳光照射时，这时该地区的人们看到太阳在天空的最高点，最后人们会看到太阳在西地平线落下去。整个过程看起来就像太阳绕着地球自东向西转动，而地球是不动的。无论是地球朝向太阳自西向东转，还是太阳绕着不动的地球自东向西转，结果都是一样的；而且为了更好地阐明这一问题，我们会认为按照现象来判断会更可取。由此我们说太阳自东向西转动；但是我们不要忘记，这只是为了符合语言习惯而做出的让步。
↓2.显而易见，在同一时间，太阳只能照亮地球的一个半球。对于被太阳照到的这一半球来说，此时是白天；而另一半球，则是夜晚。在中午时，太阳到达它整个运行中的最高点；它位于地平线上的半圆的中间。我们想象一个理想的平面，它经过我们所处位置的垂线，同时也经过地轴。我们假设这个平面向上向下都可以无限延伸，可以穿过地球和周围的空间，那么它可以将地球平分成两半，一半在东边，一半在西边；它同时也将天球分成两个相等的部分。尤其是，它会将我们头顶的天穹从中间分开，正午时的太阳正好处于这中间。由此我们将这条中间的线称为子午线，这是一个拉丁语，意即一天的正中间。这个平面在地球表面上画了一个理想的大圆，该圆绕地球一周，并且经过地球两极，我们将该圆也称为子午圈。根据这些定义，当一个地方的太阳正好位于经过该地区的子午线上时，或者是说太阳正好处于可以延伸到天空中的想象的子午圈平面上时，该地区正好是中午。在面对太阳的那一半球，位于子午圈这一半上的所有区域，从地球的一端到另一端，它们同时都是正午。而在另一个半球，位于子午圈另一半上的所有区域则是午夜。
现在有一个基本的问题要解决，即找出太阳到达一个地区的子午圈平面的确切时间，换言之，就是确定一个地区一天的中间时间，即正午的准确时间。你们有一个现成的答案，你们会说：这很简单；只要有一个走得很准时的表就可以了，当表的指针要走到中午十二点的刻度，太阳就要经过子午圈了。假如这只表调得很准时，那么我同意你们这样做。但是你们要注意这一点，我们所有的钟表仪器都是紧随着不变的天空之钟来运行的，它们当然有不准的时候；钟表都是根据地球绕地轴所做的匀速运动来计量时间的，或者如果你愿意，我们可以说成是根据天空围绕我们所做的视运动来计量的。一块表，除非它是根据永远不变、永远保持一致的天钟来校准时间，否则它永远不会向我们提供准确的时间。在钟表指针的运转中，它应该与太阳的规律运转相一致，因此天文学家通过观察太阳运动来确定钟表的时间、确定你们的时间，你们不必向天询问，就有另一块表、另一只钟已经根据太阳校准时间，告诉你时间了。
↓3.因此，一个钟表，除非是根据当地的子午圈来校准时间的，否则它不能提供准确的时间。假设你带着一块走得很准时运行也很好的手表从里昂出发，你向东而行，经过瑞士、澳大利亚等，不久你就会发现，越往东走，你所到城市的钟表比你的表越来越快。当你的表指针指着中午十二点时，这些城市的表却是十二点半、下午一点、两点、三点。这是很自然的。越是位于东部的地区，人们看到太阳升起的时间就越早，太阳到达天空顶部的时间也就越早。因此它们要比里昂更早到正午，它们的钟表自然比你的表要快，这个时间并不是你原先所处地区的时间，而是你刚到的这个地区的时间。如果从里昂向法国西部各省走，那么你所看到的情况正好相反：这些地区的钟表会比里昂的表最多慢半个小时，因为向西走动的距离有限。但是越过大西洋，我们就能到北美的美国各州，它们的时间比里昂慢六、七个小时或更多。在美国的某些地区，里昂的表已经是正午了，而它们天还没亮呢！因为美国位于里昂非常偏西的地方，当里昂的表指示中午很长时间后，美国才受到太阳的照射，这样你们就会理解时间的这一落差了。因此，一只手表，除非是特意根据该地区，或不如说是根据它的子午圈来校准的，它就不能指示准确的时间。除此之外，它是被带到原先地区的西边还是东边，决定了它比新地区的表快还是慢，此时我们就应该根据新地区的表来调整时间了。
下面我们再做更深一层的探究：假设我们在海上航行，要绕地球一周。我们到了一个陌生的岛上，也许从来没有人到过这里。请问这时候是几点了，你不是带着里昂的手表吗？你从口袋里拿出这个珍贵的表想看看，但这有什么用呢？一块处在异乡的手表，它再也不会知道时间了。当它只是5点钟的时候，该地的太阳却几乎到了我们头顶上空在发散热量。这个时候，我们该向谁询问时间呢？在这个地方，我们只能看到成群的鸟，大腹便便地停在悬崖边傻傻消食。我们只能向宇宙来询问时间，向这座从来不需要调校的钟来询问时间。我们向太阳询问时间，也就是去观察什么时候太阳会经过我们所在地区的子午线。一旦我们找到了参考点，那么就可以据此来校准钟表。从此，当我们走到这地方的时候，就可以知道这里的时间了。
↓4.通过观察影子，我们也可以知道太阳在什么时候经过子午线。我们已经注意到，我们自己投射在地上的影子，其长度是如何随着一天中的时间来变化的。我们每个人都能记起中午的影子，这时，我们落在地上的影子，像一个奇怪的小矮人的样子；而傍晚时，我们的影子则会拉长，成为一个又瘦又长的巨人样子。影子的不同位置取决于太阳的位置。太阳越是接近于地平线，它的光线越是倾斜，那么影子也就会越长；当太阳到达天空的顶端时，即正午时，影子就是最短的。我们借助于图来证明这一点：我们用一个半圆AHB来代表太阳在地平线上所经过的轨迹，如图33所示，并用直线AB来代表地平线。在地上树一根垂直于地面的杆子。当太阳处于S点时，它的光线掠过杆子的顶点，沿着直线SD照在地上，由此产生了阴影OD；当它到达S′点时，阴影就成了OD′；当它到达S″点时，阴影就成了OD″。由此我们看到，随着太阳在天空中的位置越来越高，影子也会变得越来越短。当它到达最高点H时，影子就没有了，如图33所示。如果太阳正好处于最高点，也即处于杆子的顶上时，那这时影子消失不见是有可能的。但是这种情况在我们国家从来没有发生过。太阳从来都没有正好处于杆子的正上方过。由于图33是在平面的纸上画出来的，因此它并不符合真实情况。因此，我们要在理论上对它有所修正，假设这根杆子在太阳经过的圆圈前面一点。由此我们就会理解，在中午的时候，还是会有影子的，但是这个影子是所有影子中最短的。地球上有一部分地区，在一年内的特殊时刻，太阳正好经过铅垂线的正上方，因此垂直的杆子就不会有影子，这时就是正午。这一点我们在后面会学到，但我们先不考虑这个特例，我们只要知道当太阳到达天空顶点时，它的影子是最短的就行了。
图33
我们用这个原理来确定正午是处于一天中的什么时刻。在一块水平的平面上，比如说在一块完全水平的石板上，我们垂直地竖起一根针。这根针受到太阳光的照射，它就会在石板上投下一个自己的影子。当太阳刚升起时，这根针的影子会很长，并且是向西倾斜着的；随着太阳越升越高，影子就会变得越来越短，直到正午时分，它会变得最短；此后，影子会变得越来越长，并且向东倾斜；到了晚上，影子就会消失。若是分别在上午与下午有两个时刻，它们离正午时间相等，那么影子在这两个时刻的长度也是相等的。我们观察一下，是在哪一个确定的时刻，影子不再变短，而是变长。在这个时刻，太阳到达了最顶端，经过了子午圈平面，这时就是正午。在这时，影子的方向就是子午圈的方向。
↓5.我们在上文已经讲过，子午圈就是一个环绕地球并穿过两个极点的大圆，它是由一个经过所在地点铅垂线的想象平面穿过地轴切割地球的结果。子午圈有无数个，因为只要我们愿意，我们可以经过地球上的任意一点画出一个子午圈来。所有南北向排列的点都在同一个子午圈上，而不是南北向排列的点则处于不同的子午圈上。在地球仪上，我们从一极开始画出一些圆，让这些圆发散开并围住地球，并让它们在另一极相遇，这些圆就是子午圈。我们可以把这些子午圈与瓜上的条纹相比，子午圈从地球的一极到另一极，而这些条纹则从瓜的一端到另一端。
假设从地球的一极到另一极有24个半圆，每个半圆都构成了一个完整的子午圈的一半，它们彼此之间的距离相等。由于地球昼夜不停地在自转，因此这24个半圆就会轮流受到太阳光线的照射。当半个子午圈正好面对太阳时，这时这半个子午圈上的地带正好是正午，那么在另一个半球上的另一半子午圈则正好是午夜。这时，紧邻着前者西侧的那半个子午圈正处于11点，这是因为，它要再过一个小时才能得到太阳光的照射。再往西转过去的那半个子午圈正处于10点，再过去的那半个则是9点，依次类推。位于西半球上的这12个半子午圈，它们每两个之间的间隔是一个小时。相反，在我们一开始所说的那半个子午圈前面的那半个，则正处于下午一点。因为地球的自转使它在一小时之前就处于太阳的正下方了。在这个半子午圈前面的那半个，则是下午两点，再过去就是下午三点、下午四点、下午五点等等。
↓6.我们可以通过图34来完整地阐明这一点。我们在图上所标示的是地球，假定太阳是从S方向把阳光照过来的，太阳离地球有非常远的距离。太阳照亮了半个地球，另外半个地球则处于黑暗之中。一束光线垂直地照射在某半个子午圈上，这样，所有处于这半个子午圈上的点，则都处于正午时分。而在地球相反方向的那半个子午圈，则处于午夜时分。地球绕地轴转动，我们用箭头来标示出地球自转的方向。地球自转使得标着11点、10点等等的子午圈轮流受到太阳光的直射。但是现在这些子午圈，还没有直接正对着位于天空最高处的太阳，因此这时白天还有很长一段时间。离得最近的是11点的那根子午线，它还要一个小时才能得到太阳光的直射，换句话说，再过一个小时它才能处于正午时分。因此它现在所处的时间是正午之前一个小时，即上午11点。再过去的那些子午线就是上午10点、9点等等，它们还要再过两个小时、三个小时，才能面对太阳光的直射。对于那些标有一点、两点、三点的子午圈而言，它们或早或晚地会受到太阳光的直射，然后地球的自转会就将它们带入夜晚的黑暗之中。这时，标有下午一点的子午线对应的是下午一点，标有下午两点的子午线对应的是下午两点，而下午三点的子午线对应的是下午三点，等等。实际上，在一个、两个、三个小时之前，这些子午圈就已经受到了正午太阳的照射。我认为，对于这个问题，我们无需再作更多的解释了吧！
图34
↓7.我们在图34中已经标出了24个半子午圈，它们每相邻的两个之间相差一个小时。因为它们之间的距离相加就是地球一周的距离，因此它们每相邻的两个之间距离是地球圆周的二十四分之一，即360度的二十四分之一。这样，我们在赤道上，也即图34中位于图底部箭头处的大圆上，来计算它们的度数，那么它们在整个地球圆周上每相邻的两个之间的度数是15度。地球圆周上的15度，就相当于一个小时。因此，我们完整地描绘出地球就有了可能。我们已经看到，极的天顶距是如何向我们提供一个地区的纬度，它还向我们表明，这个地区在我们正构建的地球模型的表面上的哪个纬圈上能找到。由此，从该地方的地理居住位置，我们可以由此知道道路所在，即地球纬圈的度数。接下去我们要找的是门牌号，也就是说该地点在已知纬圈上的位置。我们对时辰作对照性的考察就可以得到这些信息。我们在一个纸球上画出一个子午圈，来作为我们的出发点。这个子午圈完全是随意地画出来的。只是因为出于地理研究的一致性，我们习惯于选择经过巴黎观察台的子午圈，我们将它称为本初子午圈或是约定子午圈。在所有的地图上，它都为标注为零度。让我们假设图34中的PAP′就是本初子午圈。
↓8.我们从巴黎的子午圈出发，带着一块很准的表，它能运行很长时间而不需要调校。在它还没停下来的时候，我们就已经给它上好发条了。我们将这块表称为标准时刻表，因为它一直保持的是出发点的时间。它所指示的不是我们到达地点的时间，而是我们出发地点的时间。我们到达一个地方，我们想在我们做的纸球上标注出这个地方，根据影子的长度，或是根据其他一些我们还没有发现的更精确方法，我们确定了该地的正午时刻。我们假设，我们发现这块标准时刻表指示的是巴黎的上午10点。那么，怎么解释这一现象呢？很明显，这个地方位于巴黎子午圈的东边两个15度的子午圈上，因为这个地方比巴黎早两个小时到达正午。此外，极的天顶距可以告诉我们，该地区处于北纬26度。我们知道了这些信息，就可以在我们的地球模型上标注出这个地方的确切位置。
首先，纬度使我们找到了这个地方所在的纬圈BC，如图35所示。从本初子午圈PAP′开始，根据我们前面提到的时差，我们在赤道上向东数30度，经过这个地方我们画一条子午线PLP′，那么这个地方肯定是处于L点，即该地区的纬圈与子午圈相交的点。
图35
这样，很明显的是，当某个地方是正午十二点时，我们的标准时刻表指着的是下午两点、三点或是四点等等，这也就是说，这些地方的子午圈位于本初子午圈的西边，与本初子午圈间隔15度的两倍、三倍、四倍等等。因此我们不在赤道上从左向右数刻度，就像我们在图35中所做的那样，而是要沿着相反的方向从本初子午圈开始从右向左数，当然时间是由来自本初子午圈的标准时刻表来计量的。我们同时还看到，如果时差精确到小时、分钟、秒，那我们可以毫不费力地将表的这些指示信息用圆周的度、分、秒表示出来。这样，我们在地图标注地理位置中，就可以达到我们想要的那种精确程度。总之，要想一点点地展现地球的面貌，我们只需要两种工具就足够了，一种是表，另一种是经纬仪。在前文中我已经说过，要描绘地球，地理学家要观察天空。同样的，航海家要指引自己的方向，他们同样都求助于天空的观测标杆：北极星与太阳。航海家向它们询问时间与极的离地高度，由此确定他在汪洋大海中所处的位置。
↓9.一个地区的经度即是该地区的子午圈到本初子午圈的刻度距离。某个地区要么处于东经，要么处于西经。如果这个地区位于本初子午圈的东边，那么它处于东经；如位于本初子午圈的西边，那么它处于西经。对于前者来说，它会比巴黎早一点到中午；而对于后者而言，它会比巴黎晚一点到中午。经度是在赤道上计量的，如果不在赤道上计量，那么就数地图上画的纬圈，从本初子午圈无论是向东还是向西，经度的变化都是从零度到180度。零经度对应的是经过巴黎观察台的半个子午圈，而180度对应的则是处于另一半球的对面那半个子午圈。总之，经度是由标准时刻表测得的。
我们还记得，纬度指的是一个地点到赤道有多少度。考察点在赤道的北边还是南边决定了它是北纬还是南纬。纬度有0到90度的变化，它是根据天顶距来计量的，通过测量临近天极的天顶距就可以得到一个地区的纬度。
经度和纬度的表达来自罗马人。罗马人只熟悉地球上一个很小的区域，即环绕地中海一带的区域。这一区域东西向宽，而南北向窄，沿着东西向排列的就是子午圈，沿着南北向的就是纬圈。罗马人将自己所知的世界上最大面积所计量出来的距离称为经度，也就是长度，将根据最小面积计量出来的距离称为纬度，也就是宽度。现在，经度和纬度的说法已经不再具有长度和宽度的含义了。地球是球形的：不考虑在两极产生的几乎可以忽略不计的微小压缩，地球南北的面积和东西的面积是相等的。
↓10.现在，世界地图上的子午圈和纬圈密密麻麻交织构成的网，对你们来说就不再是不可思议的谜了。你们知道，这些想象中的线，只不过是建设地理大厦的脚手架，它们是我们描绘地球图形的基础。大厦一旦建成，我们就将大部分的线抹掉，不让它们成为我们图画的累赘。不过，我们总还是要保留一定数量的子午圈和纬圈的，因为即使在最小的地图上，它们也能为我们提供最有益的参考。拿过一张世界地图来，沿着一根一根的子午线看去，在它们的帮助下，我们就可以做一次次奇妙的世界旅行。只要我们愿意，我们就可以知道任意一个地方现在正处于什么时刻，并且我们可以在脑袋中想象一下世界各地的景象：在这个地方阳光普照，而在那个地方则刚刚出现黎明的曙光；在这里已经进入夜晚的黑暗之中，而在那儿则还有最后一抹斜照的夕阳。
假设穿过巴黎的子午线此时处于正午时分，那么整个法国都是正午前后的样子，从最东边到最西边大约是正午过了24分钟或28分钟。此时是中午，阳光普照，是一天中休息的时刻。现在跟着我继续看地图，我们从东边开始看。克里美（Crimée）是第30个子午圈：它处于东经30度。太阳从东向西转动，每小时经过15度，因此在到达巴黎子午圈前两个小时，它在俄罗斯半岛的正上空，这时克里美则是下午两点钟。因为处于同一个半子午圈上的地点，它们的时刻都相同，因此希腊也是下午两点钟。此时，希腊人正在几棵棕榈树的稀薄树荫下，用皮桶从尼罗河里提水，用来灌溉洋葱地呢。卡夫尔（Cafre）也是下午两点钟，卡夫尔人将发酸变硬了的黄油涂在身上，防止被犀牛发现，同时也可以用来驱赶叮咬的蚊虫。乌拉尔山因为是第60个子午圈，所以它现在是下午四点钟，此时山上的矿工正在花岗岩中寻找黄金和白金：这一工作非常辛苦，这些贫穷的金矿挖掘者也非常可怜！再低一点，我们看到了阿哈尔（Aral）海岸边绿油油的、肥沃的草原。在不远的地方，我们很快就能看到鞑靼的牧羊人挤马奶，准备酸奶饮用。恒河岸位于东经90度，它此时是六点钟；它西边的天空一片红色，太阳正在下山，这时河里水草中的凯门鳄，将它绿色的眼睛投向天空，抬起它丑陋的头，对着宇宙的火炬，向耀眼的太阳投去最后一瞥。太阳之光既照耀着人类，也照耀着这只爬行动物。大象用长鼻向太阳致意，老虎则对之咆哮欢呼。
↓11.现在我们来到东经120度的附近，这是一个很大的城市，当我们午餐时，这里的人们正在吃夜宵。这就是清朝的中国的首都北京，这时已经是晚上八点钟了。在城市，明亮斑斓的灯光下，人群熙熙攘攘来回穿梭，他们留着一条从头一直长到脚后跟的长辫。鼓声和竹笛声吹奏起来，召唤路人去看露天的木偶戏。从这扇窗户看过去，透过画着巨龙的布帘，我们可以看到一个中国官员，怡然自得地坐在桌前，熟练地夹起两根象牙筷子（这类似与我们的叉和勺子）正在品尝燕窝。或许我们看到的是，他正在拿着烟斗吸着鸦片，沉湎其中，不可救药。但对此我们还是保持缄默吧，再说我们时间紧迫，继续往前看吧。那么在同一时间，在地球的另一端，我看到了什么呢？我看到六七个野人，穿着树叶做成的衣服，在临睡之前，他们围绕着一个即将熄灭、烧得只剩灰烬的火堆坐成一圈。他们想从剩下的灰烬中找到红蚁的巢穴，将红蚁烤熟作为晚餐。这就是新荷兰的原始人，他们是人类家庭中的可怜人。在库页岛，这里早已经是晚上了，这时已经过了十点，人们应该都睡觉了。稍等一下：尽管夜色黑暗，我似乎瞥见一个半隐于地面的茅屋。这的确是间茅屋，它的烟囱正冒烟，里面的人还没睡。在笼子里关着一只熊，渔网里还兜着几条鱼，在熊熊燃烧的油炉火焰前，人们吃着油腻的猪肉片，喝着桧果酿成的白酒，庆祝今天的收获。再走得远一点，我们到了经度180度的地方，这是西伯利亚的最东端，它靠近白令海峡，此时正是午夜。这时新荷兰已经过了午夜，我们要保持安静，不要吵醒这些正在睡觉的人们，他们的身体上刺着可怕的文身。让我们以最快的速度离开这个地方，人类的文明对于这些最后残留的食人族来说是不起作用的。
↓12.现在我们到了巴黎子午圈的另一半，即大西洋群岛的中心，我们经过了这些在椰子树的阴影下沉睡的群岛。在黑暗的茫茫的大海中，正在航行的船只不时放出一些光亮来发出信号。我们越过大海之后，就到了北美洲。这里是加利福尼亚州，它位于西经120度，此时是凌晨四点。崇尚金钱和枪支暴力的旧金山还在睡梦中。如果是白天的话，我就指给你们看一下这里陆地内部的高山，它比加利福尼亚峡谷中的金块还要引人注目。我还要指给你们看那一片高大的冷杉林，冷杉是世界上所有植物中元老级的植物，它们那古老的针叶，已经在世界上存活了五百年。但很遗憾，现在是漆黑的夜晚，我们什么都看不见。在密西西比河河口，现在是上午六点，太阳正从东边升起。红鹭停在陡峭高耸的河岸上，单脚独立，正在看着太阳这个耀眼的圆盘从海上升起，它欢快地鸣叫一声，向前抖动它美丽的翅膀。再向北走，靠近加拿大的巨大湖泊，太阳在蔼蔼白雾中升起，驼鹿对着太阳鸣叫。再向南走，太阳已经照射出第一道光线，海豚在智利海的浪花中，欢腾地跳跃着。在格陵兰的西侧，爱斯基摩正是早上八点钟，从黎明起，强壮的猎人就驾着十二条狗拉着的雪车在雪原上飞奔，追逐着黑貂和蓝狐。这时，巴西中部正是早上八点钟，对于这儿的蜂鸟来说，八点钟已经热得像天空中着了火一样了。它们整个早晨都在花间采蜜，在蝴蝶们的围绕中飞来飞去，蝴蝶都没有它们漂亮，也没有它们轻盈呢！采完蜜之后，它们会躲回到繁茂树林的阴影中去。大西洋的中部现在是上午十点钟，但我们这里已经是正午了。
然而地球仍然转着，场景仍在变化着。那些睡着的开始醒过来了，而那些醒着的则要睡了；那些工作的现在休息了，而那些休息的现在开始工作了；因此，在地球这个巨大的工场里，活动是一刻也不会停止的。