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1 # 幻想的天藍色
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2 # 龍馬人文歷史
筆者正好學過航海學。古人很早就注意到太陽到觀測點的連線與地平線之間的夾角會變化,這個夾角就是太陽高度。每天正午時候太陽高度最大。古人只需要樹一個杆子,太陽高度最大的時候,也是杆子的影子最短的時候,古人只需要每天記錄杆子影子的最短長度就可以。365天每天杆子影子的最短距離都會變化,北半球影子長度最長的時候,太陽直射點在南迴歸線,就是冬至那一天,等到哪天影子長度又到最長了,就是一年了。計算天數就是一年的天數。古代有個配有測量桿子影子長度的專門物件,就是圭表,如下圖,那個豎著的表就是杆子,圭就相當於量影子長度的刻度尺。
計算正午時分太陽高度在航海上非常重要,只要知道日期,就可以反算出船舶所在緯度。
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3 # 老張教育新思享
不過,這些時間點過於含混。拿著石斧獵殺動物的原始人沒什麼意見,靠天吃飯的農夫們卻會大大不滿——晚播種幾天,錯過一場雨水,也許就是顆粒無收。
公元前3000多年前,尼羅河畔的古埃及人發現,每當氾濫的尼羅河水湧到今天的開羅附近時,天空中就會有一顆特別明亮的星星,和太陽同時在地平線上升起。這顆星星,就是天狼星。
古埃及人在竹竿上刻下時間,然後進行比較,發現天狼星的運轉週期和尼羅河的漲枯同步,總是365天。於是,他們把365天,定義為一年;將尼羅河開始氾濫、天狼星出現之時,稱之為歲首;接著,從歲末選出5天,當作宗教節日,用以侍奉神祇,感謝神們賜予他們五穀。
剩下的日子,正好是360天,等分成12個月、3個季度。第1季度叫做“阿赫特”,意為氾濫,是尼羅河氾濫的季節;第2季叫做“佩雷特”,“出”的意思,指河水退去、土地露出水面,世博中和農作物生長的季節;第3季則是收穫、儲存食物的季節,收拾田地,等待下一次氾濫季節的到來。
跟原始曆法相比,古埃及人的太陽曆無疑精準許多。不過,地球繞太陽轉一圈的實際時間是365.24天。也就是說,古埃及曆1年少了四分之一天。不要小看這6個小時的差異。1年少6個小時,4年就是1天,1460年,就是1年。
究其根本,古人既沒有完善的天體執行理論,又沒有精密的觀測裝置,不管怎麼改進演算法,曆法中的“年”(從歲首到歲末),總是比事實上的“年”(地球繞太陽公轉一圈)少那麼一點。
古代中國,人們利用日影的長度的變化週期,來確定一年四季變化古代中國,人們利用日影的長度的變化週期,來確定一年的四季變化,稱之為土圭之法。在土築平臺上立一根8尺長的杆子,用一個帶有刻度的木棒(土圭)測量這根杆子日影的長度。(原理同日晷)一天中正午的杆影最短,稱為這一天的日影。一年中夏至那一天日影最短,冬至那一天日影最長,這樣就確定了夏和冬。把夏和冬的日影長相加除以二,就得到了春分和秋分的日影長。
遠在夏朝,人們就是用這樣的方法確定一年的春夏秋冬,以此來指導農業生產。在商朝,人們就知道了一年有365又1/4天,這是怎麼度量出來的呢?
《後漢書·律歷》記載:人們觀察冬至那一天的日影長度,一歲過去後,日影長度不能與前一年冬至那一天的日影長度重合,四歲即經歷1 461 日後日影長度才重合,所以用1 461除以4得到一年天數為365又1/4日。
元朝郭守敬利用投影知識精確巧妙算出古人雖然 不知道地球繞著太陽轉。但是,運動是相對的,運動的參照物選取不同,運動的表現形式也不同,但其本質是一樣的。地球圍繞太陽的運動,也可以轉換為太陽繞著地球在運動。
太陽繞著地球運動,這種運動就叫做太陽的“週年視運動”。晚上我們仰望天空,就會覺得整個天空是一個以地球為球心的球體,日月星辰都鑲嵌在這個球體上。——這個球就叫做“天球”,日月星辰(嚴格來說是它們的投影)都在這個天球上運動。太陽週年視運動,就是地球公轉在天球上的投影。
太陽在天球上的運動軌跡就叫“黃道”,月球在天球上的執行軌跡就叫“白道”,對了,天球還有赤道,那是地球赤道在天球上的投影。
包括日月星辰在內的所有星體在天球上的運動都是可以觀察和測量的,現在你知道古人是怎麼算出來一年的長度了吧?——對的,就是測量太陽在黃道上執行的週期。
具體用什麼方法測量呢?首先要明白,太陽的週年視運動的直觀表現,就是它從南到北、又從北到南的迴歸性。簡單地講,就是夏至時太陽最靠近北方,然後慢慢南移,到冬至時最靠近南方,然後又慢慢北移。直觀地來看,就是冬至時物體的影子最長,夏至時影子最短。
那麼現在就好辦了,要測量回歸年(也就是太陽在黃道上執行一週的時間),我們只需要測出兩個冬至之間的時間就行了。——所以,要首先確定冬至是什麼時候(也就是冬至點)。怎麼確定冬至呢?也很簡單,在地上立根杆子,然後看一年中影子最長的那個時間點,就是冬至了。
這個東西,叫做圭表,也就是測量回歸年用的工具,立著的那個叫“表”,也就是我們前面說的杆子,用來產生影的,水平的那個叫“圭”,也就是一個刻度尺,上面有刻度,用來測量影子長度的。
原理說起來很簡單,但在實際操作中就很複雜了,因為這主要牽扯到一個測量精度問題。因為杆的影子邊緣不可能是清晰的,總是模模糊糊的,這就使得測杆影總不能精確。最早,人們想的解決辦法是儘可能將刻度細化,從分到釐,到毫,到秒。但是,對提高測量精度幫助不大。
最後的完美方案是元朝郭守敬提出的。他在河南登封建造了一座觀象臺,就是下面這個東西:
這個觀象臺和普通的圭表相比,第一個優點是高大,其高度是普通圭表的5倍,這樣一來,影子也就相應變長,利於測量。此外,更加重要的是,郭守敬發明了一個輔助觀測儀器,叫“景符”。
景符其實就是一個有旋轉軸的銅片,可以在底座上上下旋轉,銅片的正中有一個小孔,測量是,將景符放在觀象臺的水平圭尺上,太Sunny透過觀象臺頂部的缺口照射下來,在頂部缺口處放置一橫樑(看到照片上的那個橫樑了嗎?),在地面上的水平圭尺上就會有一道橫樑的陰影,然後移動景符,使陰影透過景符上的小孔,利用小孔成像的原理,在圭尺上就會產生一個內含橫樑的太陽影像,調解景符,使得橫樑中分太陽影像,這時小孔成像中橫樑所在的刻度,就是豎表的影長。
堅持測量,一年中影長最長的那一時刻,就是冬至點,兩個冬至點之間的時長,就是一個迴歸年長度。郭守敬所測量的迴歸年長度為365.2425天,和現代測量值365.2422天高度一致。
冬至點不可能總在正午,如果單純靠觀測,很難得到365.2425這麼一個精確的數值。
一個小數點後4位數的精確數值,是不可能靠觀測(尤其是古代的觀測)得到的。這個資料其實是對觀測資料進行處理後,才能得出的。而這個資料處理方法,則是祖沖之發明的。
祖沖之曾經詳細論述過他是如何處理資料,從而得到精確冬至點的。他說:“大明五年十月十日影一丈七寸七分半,十一月二十五日一丈八寸一分太,二十六日一丈七寸五分強,折取其中,則中天冬至應在十一月三日。求其蚤(早)晚,令後二日影相減,則一日差率也,倍之為法;前二日減,以百刻乘之為實。以法除實,得冬至加時在夜半後三十一刻,在元嘉歷後一日,天數之正也。”
這段話翻譯成白話文,就是說劉宋大明5年10月10日這天測量的影長為10.775尺,11月25日影長為10.8175尺(“太”是古代的一個計數符號,是最小單位的3/4),26日影長為10.7508尺(“強”也是古代的一個計數符號,是最小單位的1/12)。那麼,現在求冬至點的準確時刻。
我們不翻譯祖沖之的原文了,而現代數學語言進行說明。
首先,我們知道冬至是在10月10日到11月25日之間的(你問怎麼知道的,按照幾百上千你的測量經驗知道的),而且,我們可以做這樣的假設:冬至點前後的影長變化是對稱的(也就是冬至點前一刻和後一刻影長相等)。
那麼,現在就可以進行資料處理了。
做這樣一個圖,橫軸是時間,縱軸是影長。設A點為10月10日,其影長為a(a=10.775),B點是11月25日,影長為b(b=10.8175),C點是11月26日,影長為c(c=10.7508)。
冬至點必然在AB之間,咱們假設是E點,在這一時刻,影長最長。D點為AB的中點(因為A是10月10日,B是11月25日,則D點可知,為11月3日0刻)現在要求E點,則我們只需要算出DE長度就行了。
因為b>c,所以在B、C之間,必然有一個A的對稱點A1,其影長a1=a。
DE=AE-AD (1);
AE=(AB+BA1)/2 (2);
AD=AB/2 (3);
將(2)、(3)式代入(1)式,得DE=BA1/2 (4)M
根據三角形相似性原理,(b-a1)/(b-c)=BA1/BC,
所以,BA1=(b-a1)·BC/(b-c);
因為BC為25日至26日,即1晝夜時長,而1晝夜即為100刻(古代百刻制計時,一晝夜為100刻),因此BA1=100(b-a)/(b-c),
將其代入(4)式,得DE=50×(b-a)/(b-c),
所以,DE=50×(10.8175-10.775)/(10.8175-10.7508)=31(刻).
也就是說,大明5年的冬至點是在11月3日子時31刻。
祖沖之發明的這個演算法,成為了以後華人求冬至點的經典演算法,郭守敬也是採用這個演算法。
郭守敬經過自己的測量,同時採用了自祖沖之以來,他認為最精確的6個冬至點的資料,最後得出了迴歸年為365.2425天的結論。
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題主的問題可能提錯了,應該是一年。
一年365天是是按地球繞太陽轉一週為一年計算的。不過古人可不認為地球是圓形的,而是天圓地方,直到陰陽學的出現,中國古代的天文學才有了一個質的跨越,直到“圭”的出現,計算一年到底有多少天才有最權威的認證,以當今的技術來計算一年為365天是非常簡單的,接下來我先來為大家介紹一種當代使用測量方式最多的一種。
1、恆星年按照恆星年的計算方式,首先採取地球作為公轉,那麼地球公轉的平均角速度就是每年360°,也就是經過365.2564日地球公轉360°,即每日約0.986°,亦即每日約59′8″。地球軌道總長度是940,000,000千米,地球公轉的平均線速度就是每年9.4億千米,也就是經過365.2564日地球公轉了9.4億千米。
即每秒鐘29.8千米,約每秒30千米(線速度=940,000,000KM/365天=940,000,000秒/(365x24x3600)秒=29.8千米(近似為30千米/秒)。
地球以每秒29.79公里的速度,沿著一個偏心率很小的橢圓繞著太陽公轉。走完大約約9.4億公里的一圈路程要花365天又5小時48分46秒,即大約一年。
不過還有一種計算一年有365天的並非有中國的古代,神奇的瑪雅人也曾計算出一年有365.2420天,與當代計算出一年的時間僅僅相差0.0002。那麼瑪雅人是透過什麼計算的呢? 1、三大曆法瑪雅人語言一向是非常準的,而且瑪雅人擁有三大曆法分別是太陽曆、太陰曆、卓爾金歷。三大曆法相結合使用能夠準確的推算出一年到底有多少天,瑪雅人是如何使用這三本曆法的呢?
第一:太陽曆,瑪雅人早早的就知道透過太陽來計算曆法。這種方法與中國古代的“圭”有著異曲同工之妙,一會再來說“圭”。瑪雅人也就是透過這一本曆法推算出的時間與當代推算出的時間僅僅差了0.0002天,也就是說五千年裡也只會有一天的誤差,在當時的條件看來,瑪雅人的天文學是非常先進的。
第二:太陰曆,這本曆法主要是透過觀察星座的。透過這本曆法瑪雅人計算出584日是金星的歷年,與當代推算出的時間僅僅相差12秒。不過瑪雅人為了能夠準確的預算,卻花費了384年的時間。
第三:卓爾金歷,至於這本曆法據推測是一種宗教的紀念活動日,與土星有著莫大的關係。
可以看出瑪雅人對於宇宙奧妙的研究是比較深的,但始終沒有辦法窺探出宇宙的奧秘,接下來講述中國古代測試一年有多少天的方法。
1、太陽週年視運動太陽週年視運動是指太陽在太空中的運動軌跡,中國聰明的陰陽學家乃至後來出現的天文學家對這種運動軌跡都用“圭”做出了準確的計量,只要能夠讓太陽測量出迴歸年統統都好辦了。想要測量回歸年,首先就要確立冬至與夏至。夏至時太陽最靠近北方,然後慢慢南移,到冬至時最靠近南方,然後又慢慢北移。直觀地來看,就是冬至時物體的影子最長,夏至時影子最短。
確立冬至就要用到了“圭”,起初使用“圭”計量是不準確的,原因是會有很多模糊的影子,原因是很簡單,但實際操作難度相當大,直到郭守敬發明了第一座觀象臺,中國的天文學工作才得到飛速的發展。
“觀象臺” 的體型雖高大,便於測量,但有一點依舊不能很標準,太陽照射來的光線常常超出以至於不能良好的使用。不久後,郭守敬發明了一種很強大的配件,“景符”。從而堅持測量。
一年中影長最長的那一時刻,就是冬至點,兩個冬至點之間的時長,就是一個迴歸年長度。最為神奇的是郭守敬測量的出的天數是365.2422,與當代測量出的天數相同,比起瑪雅人中國古代人的智慧簡直是更勝其一籌。
大明五年十月十日影一丈七寸七分半,十一月二十五日一丈八寸一分太,二十六日一丈七寸五分強,折取其中,則中天冬至應在十一月三日。求其蚤(早)晚,令後二日影相減,則一日差率也,倍之為法;前二日減,以百刻乘之為實。以法除實,得冬至加時在夜半後三十一刻,在元嘉歷後一日,天數之正也(引入)。
由此可見中國祖沖之早早就能夠有計算天數的方式,只是苦於沒有工具計算,直到郭守敬的不斷實踐,最終確立了天數為365.2420.可見中國古代天文學水平是多麼的先進,即使是聰明的瑪雅人,也不及我中華古代的能人異士。對此大家是怎麼看的呢?