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古代天文观测揭示:流星大如碾盘有多亮

时间:2023-08-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:本书第五部分曾专门讨论人用肉眼观测暗背景下的光点时的“光点显大效应”,由此认为流星以及新星、超新星“大如×”的记录是一种亮度的区分。下面我们以古代的流星记录为例,看一看古人记录的各种“大如×”都代表着怎样的亮度。以这些分析为基础,经统计、研究后可以得出全面系统的流星“大如×”的归算亮度参考数据,见本节后的表6.3.1。

古代天文观测揭示:流星大如碾盘有多亮

本书第五部分曾专门讨论人用肉眼观测暗背景下的光点(特别是夜空的星星)时的“光点显大效应”,由此认为流星以及新星、超新星“大如×”的记录是一种亮度的区分。下面我们以古代的流星记录为例,看一看古人记录的各种“大如×”都代表着怎样的亮度。

古代典籍中的流星、流星雨记录,数量十分庞大,而且大多数都有“大如×”的描述。由于这些记录对现代研究很有意义,因此一直为人们所重视。对流星“大如×”记录的看法,过去比较有代表性的观点是:“确切地定义其视直径是一件困难的事情,不过,这些描述大致反映了流星燃烧过程中的剧烈程度。”这说明人们都承认它们记录的是流星的发光程度,但是,由于难以确切地说明“大如×”到底是多大的视直径,因此其进一步意义的探讨常被回避,或仅仅做一些表面的分类了事。

也有一些学者对这类记录做过一定的量化研究,认为这些描述流星大小的词语表示的是流星的发光直径。“大如鸡蛋”的流星发光直径大致是4~5厘米,“拳”为7~9厘米,“碗”为10~12厘米,“升、斗、瓮”则在15厘米以上。这种推断很有意义,但不考虑“视直径”,将这些直接看作流星的真正发光直径,是不妥的。实际上,古人观测流星时并不知流星的远近,不可能记下流星“真正”的发光直径。

实际上,“大如×”式的记录不仅不能看作流星“真正”的发光直径(火球的真大小),也不能简单地看作流星的视发光直径(火球的视大小)。绝大多数情形下流星的燃烧视面是不可分辨的。考察古代4 500余条(次)有大小的流星记录,除其中十几条之外,其余从流星“大如×”推出的视面直径均在1寸以上,相当于角直径6′(在标准高度上)。通过某些可靠记录的对比可知,它们描述的不可能是流星的视圆面,而是由于人眼“光点显大效应”造成的星体大小感觉(光晕)。所以,“大如×”实际是点光源的亮度记录,可以按目视天球投影将其放在同一距离考虑,确定其视直径后,可以被归算成亮度。

流星记录视发光面的比体(如瓜、碗等器物)的种类,在目视天象的取象比类描述中是最丰富多样的。截止于清末,中国古籍中共有流星、流星雨“大如×”的记录4 582条(次),使用的比体有133种。这些作比的物体五花八门,有器具、量具(升、斗等)、瓜果、禽卵、天体,甚至拳、掌、车轮、房屋等,看似纷无头绪,好像是观测者信手拈来,但将其从小到大排列,会发现其梯度十分明显,在相当程度上表示着流星亮度感觉中的“发光直径”的大小,观测者若无根深蒂固的目视天球投影意识(无论是意识还是下意识),是难以做到的。

这些比体大多为圆形或卵圆形,凡器具、圆口量具均指其圆口,这说明观测者把流星看作一个圆面。本书分别用测量、估算、考据等办法,分以下三类试定出这些比体的尺度范围:

(1)对于其尺寸在各朝代相对固定的瓜果、禽卵类,采用测量及统计平均的方法,求出这些物体的尺度范围。

(2)对器皿、圆形物体,参考文献中陶瓷器的口径,求出其平均大小及最可能的取值范围;同样参考文献求出古代钱币、车轮等的可能取值范围。

(3)量具的情况较复杂,不同朝代升、斗的标准差别很大。取象比类既然是以物作比,只可能是身边熟悉的器具,不大可能总用秦汉的升斗来度量,所以认为观测者以本朝代的量具作比更为合理。在牵涉到不同朝代的量具比体时,需要根据朝代选取适当的值。

在亮度归算过程中,首先可以定出一些已知的或可靠的亮度值作为出发点。这些记录中,有些是以行星作比的记录,其亮度可认为是已知的(如“大如太白”为-4~-5等),这些记录可作为亮度归算的“标准点”。其次,还可以寻找既有“大如×”描述又有亮度描述(如“光烛地”)的记录作为“参考点”综合分析(此过程篇幅过多,从略),最后得出,同时有“光烛地”“照地明”描述的太白、鸡子、杯、盏、碗至少应属同一亮度量级,其从暗到明的排列顺序是:鸡子、太白、杯盏、碗。另外,月、斗、瓮、斛属另一亮度量级。

以这些分析为基础,经统计、研究后可以得出全面系统的流星“大如×”的归算亮度参考数据,见本节后的表6.3.1。表中“光芒尺度量化”之“(厘米)”一栏为流星视直径在约13 米半径天球“标准高度”上投影的大小,“(合秦汉寸)”即按古代“1尺=1(古)度”的标准折合的视直径,“视角直径”是按“1尺=1(古)度=(今)0.985 6°”的标准折合的视角直径。表的最末一栏是通过比体的尺度,再以某些已知亮度(黑体数字)的流星为参照点,最后求出的流星视亮度。

星体越亮看起来越大的现象,在天文摄影底片上也会出现。如图6.3.1所示,这是一颗罕见的大火流星,从照片中北极星的轨迹可求出这颗火流星的“视直径”为12.16°,合古尺1丈2尺3寸。如此大的视面,相当于“大如仓廪”的记录,其亮度在-15等以上。

图6.3.1 1999年1月21日欧洲火流星观测网捕捉到的特大火流星,其亮度应为“大如仓廪”

据记载,“1933年3月24日晨5时,美国曾出现一个火流星,亮度比月亮还亮100多倍,在离地面40千米的高空,眼睛看起来比月亮大30倍,足有一间房子大。”这颗火流星“比月亮大30倍”,说明火流星的巨大光晕达到了1丈5尺,按目视天球的标准,确实“有一间房子大”,按表6.3.1归算,“大如房”的流星为-16~-17等。满月亮度平均为-12.7等,这颗火流星比月亮亮100多倍,为-17~-18等。考虑到人眼在尺度和亮度上的估计误差,两者可以说是非常相符的。

古代新星、超新星的“大如×”记录,可与流星记录对照分析。由于它们都是星体的亮度记录,且所用比体大致相同,故可以认为它们使用的标准相同。所以,对古代新星、超新星的“大如×”记录,也可以用表6.3.1查找其对应的亮度。(www.xing528.com)

表6.3.1 流星大小记录的亮度归算

(续表)

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注:①燐,指磷火,总是星星点点的微光。②古代天文上一围的直径为5.8 厘米。③船,酒器。④月,部分记录是光晕大小如月(表中的参考亮度),也有记录是亮度如满月(当为-12~-13等,表中未列出),具体归算时可根据记录的上下文辨析。“如日”亦可作如是理解。⑤瓠,葫芦类。⑥盂,食器。⑦光绪三十四年(公元1908 年)河北枣强县志记录。⑧簏、栲:竹篓或藤篓。⑨缶,大腹瓦器或汲器。⑩古代筵席平均大小为1.3平方米。11斗杆,可能为北斗七星的柄长。

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