明天惊蛰
- 2013年03月4日
明天就是惊蛰了。
忽然明白了为什么大家总挑这个时候开会。
还没睡醒的就请假缺席。
有起床气的,就在会上接着睡。
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天文离我们并不远,从自己的手机上就可以研究一些天文。
举例来说,查查自己的手机日历,看看今年的春分、今年的秋分以及明年的春分是哪天? 2008年3月20日、2008年9月22日和2009年3月20日,对吧。现在我们再稍微花点时间,算算这三个日子之间的时间差。你会发现,2008年春天,太阳从直射赤道(春分)向北出发,抵达北回归线(夏至)后掉头向南,再次到达赤道(秋分)共花了186天。而在南半球进行的相似过程(从秋分到来年春分),却只用了179天。北半球的春夏比秋冬长7天,这是怎么回事呢?
出乎意料的事实是,地球北半球的夏季时节,地球距离太阳比北半球的冬季时节更远些*。物理学又说,在远离太阳的轨道上,行星运行的速度比较慢;在靠近太阳的轨道上,行星运行的速度比较快。本来半径较大的轨道就比较长,再以更慢的速度运行,晚点现象就更严重了。这就是春夏比秋冬多出7天的原因。
让我们考虑得再深一点,问自己一个更难的问题:地球在一年的什么时候离太阳最近?要回答这个问题,依然没有超过手机的范围。事实上,这个问题和刚才的问题实质是一样的,只是把一年分得更细一些,需要的数据更多一些而已。这多出来的数据就是二十四节气。
可能很多人以为二十四节气是中国农历的词汇,但是它们确确实实是阳历的概念。天文学规定,太阳运行到黄经0度的一瞬间被称为春分,以后太阳每运行15度,即是下一个节气:清明是黄经15度,谷雨是黄经30度,依此类推。
让我们从手机上把任意一年的24个节气找出来,计算出每两个相邻节气的天数之差。你会发现,小寒(1月5号)附近,节气天数差的值是最小的,即此处地球运行速度最快,距离太阳最近。有时你可能会发现小寒附近的天数差不是最小,例如2008年的大雪到冬至是14天,立春到雨水也是14天,而冬至到小寒、小寒到大寒、大寒到立春都是15天。这是因为以“天”来计算的结果十分粗糙,有时,“14天”可能比“15天”更长些!如果你有小时候看那种纸版日历的记忆:今日立春(3点17分),你就很容易明白我说的是什么。从今天的23点59分到明天的0点1分只有两分钟,但在日历上算是差了一天;今天的0点1分和23点59分之间差了将近一天,但在日历上没有区别。所以,如果遇到这种14-15-15-15-14的情况出现,那么,中间的那个15可以被认为是整个序列的最小值。
为了减少这种因为数字化运算造成的误差,产生更有说服力的结果,我们可以取十年的序列做平均,把数据抹得更平滑一些。读者不必自己做实验了,我这里已经把2001年到2010年的240个日子记了下来,算出所有相邻节气的时间差,并做了十年的平均,以及六次多项式的光滑曲线。点这里看所有的数据吧(Excel格式)。
在下面的图中,纵轴的数字是相邻节气的相差天数,横轴的数字是节气编号:1代表春分到清明@,19代表冬至到小寒,20代表小寒到大寒。瞧!小寒确实是地球离太阳最近时的节气。
* 开普勒定律:行星围绕太阳运转的轨道是一个椭圆,太阳在椭圆的一个焦点上。在椭圆轨道上运行的物体必然距离焦点时近时远。常见的一个问题是,既然夏天地球离太阳更远,为什么地球夏天比冬天热呢?提出这问题的人是北半球本位主义者,南半球的人就不会觉得很诧异。这个“不诧异”也是基于错误的理解上的。地球的各处寒热不同,是因为太阳直射斜射的差异,而不是因为距日远近。
@ 我为什么喜欢拿春分作第一个数据点?因为它是天文学上的新年:太阳运行到黄经0度是春分。春分在天文学上是春季的第一天(而不是立春!)。即使是星相学里,也把白羊作为黄道十二宫的第一宫,因为它的第一天是春分。