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星大如桃:古代天文观测目视尺度的记录

时间:2023-08-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:我们暂且把现代人的这种本能放在一边,探讨一下古代的大气光象记录作为旁证。史志、星占典籍里的天象记录中也包含大量气象记录,因为古人把大气光象也当作天象。典籍中晕、虹的记载比较具体,也更容易按现代科学的标准进行量化和比较,先来看一则复杂日晕的古代记录。图2.5.1《魏书·天象志》中记录的太和五年复杂日晕示意图为说明古人对复杂日晕的理解,图2.5.2给出了《管窥辑要》中载的复杂日晕图作为对照。

星大如桃:古代天文观测目视尺度的记录

我们暂且把现代人的这种本能放在一边,探讨一下古代的大气光象记录作为旁证。

史志、星占典籍里的天象记录中也包含大量气象记录,因为古人把大气光象也当作天象。这些光象中有一部分也是用丈、尺来描述的。下面试举几例来说明这些记录也完全有“1尺=1度”及其外推的“1丈=10度”关系,它们的度量标准与天象记录标准是一致的,也完全符合13 米半径的目视天球模型。

典籍中晕、虹的记载比较具体,也更容易按现代科学的标准进行量化和比较,先来看一则复杂日晕的古代记录。

魏书·天象志》载:(太和)“五年正月庚辰,日晕,东西有珥,南北并白气,长一丈,广二尺许,北有连环晕。又贯珥内,复有直气,长三丈许,内黄,中青,外白。”

日晕是一种很常见的大气光象。当天空布有卷云时,如果云中的六棱柱形冰晶大量随机分布,对某一观察者来说,必有许多冰晶的长轴与太阳光线处于垂直位置,这些冰晶折射太阳光,可以使观察者看到一个以22°角半径环绕太阳、内红外紫的彩色光环,这个光环称“日晕”,光环宽度为2°左右。有时日晕左右外侧还会出现两个对称的明亮光斑,现代称“幻日”,它们与晕圈似连非连,很像晕圈左右的两只“耳朵”,所以古人称它们为“日珥”。

至于“复杂日晕”,要更“复杂”一些,除了22°晕环和幻日外,还有上切和下切晕弧、幻日环、绕太阳角半径为46°的晕环等许多光带,它们的宽度也均为2°左右。

如图2.5.1所示,《魏书·天象志》记录中的“东西有珥”指两个幻日;“南北并白气”指上切和下切晕弧,它们一般是长10°~20°的短光弧(上下一般不对称,随太阳高度的不同其形状也有所变化),宽2°左右,“长一丈,广二尺许”的记载与其正好相吻合;“北有连环晕”指46°晕的片断。“贯珥内,复有直气”指的是有一条与地平线平行的暗淡光带——幻日环穿过太阳(古代也称“白虹贯日”),幻日环在两幻日之间(“贯珥内”)的部分,长应为40°余,与记录中的“长三丈许”也比较接近。

图2.5.1 《魏书·天象志》中记录的太和五年复杂日晕示意图

为说明古人对复杂日晕的理解,图2.5.2给出了《管窥辑要》中载的复杂日晕图作为对照。(www.xing528.com)

虹的长度记录在典籍中也很常见。出于占卜的需要,古人感兴趣的主要是白虹,比如:

晋书·天文志》:(义熙)“十年,日在东井,有白虹十余丈在南干日。”

隋书·天文志下》:(建德六年十月)“癸亥,第率众攻晋州,是日虹见晋州城上,首向南,尾入紫宫,长十余丈……丁卯夜,白虹见,长十余丈……”

图2.5.2 《管窥辑要》中载的复杂日晕图

这里“十余丈”是弯虹的总长度。虹是由雨后天空中的小水滴折射并反射太阳光形成的(较强的月光会造成白虹),它在天空形成的大圆弧的角半径为42°。太阳近地平线时,对面的彩虹恰恰跨越天空形成一条以“对日”为圆心的半圆弧。很容易求出半径42尺的半圆弧长为131.88尺即13丈2尺,完全符合“十余丈”的记载。

很多例子都可以说明,古代那些大气光象的记录数据也大都是观测者根据十几米外的假想天球上的投影估算的。

对大气光象的习惯估测有时还会产生“天象厅效应”。大气光象毕竟不是天象,它们的发光点距离我们要近得多。尤其是密集小水滴中的彩虹,可能距离我们相当近,我们看到的折射日光的小水滴有时甚至就在十几米开外(由于空中水滴的互相遮挡,再远的就看不见了),这时候人们用丈、尺来度量彩虹的长、宽,可以说恰如其分。可是,当我们观看近距离的彩虹时,由于天穹上没有其它的对比物,人们估测十余米假想天球投影的习惯会产生特殊的透视效果。正如在天象厅里看天象表演时,人们时常感觉如真的置身于旷野仰视观天一样,仰头看近距离的彩虹时人们会下意识地认为彩虹是“高挂天上”的(特殊情形,如彩虹下半环有近距离的树木、房屋、地面做背景时当然例外)。

假如小水滴极为密集,一两米之外的小水滴就足以产生彩虹(背对太阳看园林喷灌的水雾就可能符合此条件),我们看到的会是两条稍稍错开的虹——这是人的双眼视差造成的。由于人的双眼各自对彩虹成像,而“天象厅效应”使我们误以为它很远而不需要双眼聚焦观察,于是双眼自动放松把视点放到远处(13米处),形成了重影。

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