当前位置: 华文世界 > 科学

古人从未踏足过太空,他们是怎样计算出地球公转周期是365天的?

2024-03-13科学

古人从未踏足过太空,他们是怎样计算出地球公转周期是365天的?

有一段非常受欢迎的短视频引起了我的注意,视频中的博主提出了一个有趣的问题:古人从未到过太空,那么他们又是如何得知地球绕太阳一周需要365天的呢?

这位博主显然意在利用这种「神秘感」吸引更多的关注,而事实上,他成功了。评论区涌现出了许多对古人智慧的赞叹和讨论。

近日,一段引人注目的短视频在网络上引发了广泛的讨论。视频中的博主提出了一个耐人寻味的问题:古人从未踏足太空,那么又是如何得知地球绕太阳一周需要365天的呢?

然而,需要澄清的是,古人确实没有上过太空,因此他们不可能有现代意义上的天文观测设备。但是,许多古代文明确实存在着一种概念,即一年有多少天。这并非巧合,而是经过了深思熟虑和科学观察的结果。

古人通过各种方法来测量时间,制定了各种历法。这些历法都遵循着一定的规则和方法,通过观测天体运行轨迹等方式来确定一年的长度。因此,虽然古人没有现代科学的技术,但他们的智慧和观察力使他们能够推导出一年有365天这一结论。

若想了解更多古人如何做到这一点的细节,只需深入研究古代各种历法的制订规则和方法,便可一窥其中奥妙。

古人根据什么来制作历法?

地球是我们的家园,而我们的天空中悬挂着一个引人注目且容易观察的巨大天体——月亮。

随着人类文明的不断发展,人们需要记录各种重要日期,比如部落的祭祀时间、契约签订的日期等等。

在这种情况下,许多文明开始思考如何记录日期,而月亮的圆缺周期(月球公转的结果)往往成为了他们的第一选择。我相信,中国古代黄河流域的文明在文字出现之前就已经学会了通过观察月亮的圆缺周期来推断日期,因为这一周期成为了后来历法的基础。

利用月亮的圆缺周期来记录日期并不困难,而且非常简单明了。古人如果忘记了日期,只需抬头观察月亮的形态就可以得知。

随着文明的不断进步,简单的日期记录已经不再足够满足需求,特别是对于那些依赖农耕的社会而言,人们迫切需要知晓何时开始播种。

月相变化的周期虽然有助于确定时间,但却无法准确指示最佳的播种时机。因此,古代学者们必须寻找新的方法来准确反映气候的变化。

中国古代的智者们发现了「四季」的规律,利用季节变化来提示人们合适的农事活动,比如在春季播种。

事实上,我们身处的自然环境中季节变化显而易见,人们也有许多方法来记录这些变化。但你或许不知道,古代中国人想到了怎样的方法。

许多人或许已经猜到,没错,那就是星象。

古代中国是最热衷于研究星空的文明之一,甚至可以说是古代文明中最热衷的一支。与那些关于玛雅文明拥有发达的宇宙知识的传说不同,大多数都缺乏实质性的证据支持。

真正将星象观测运用于实践,并建立起经得起考验、完善体系的方法,这一壮举只有古代中国做到了。

那么古代中国人到底通过什么星象来确定四季呢?

随着古代中国文明的进步,人们开始利用北斗七星斗柄的朝向来确定四季的变化。由于地球的自转和公转,北斗七星在一天中的不同时刻以及一年中的不同日期朝向会有所变化,因此古代中国人通常根据初昏时刻的斗柄朝向来界定四季的开始。

为什么是「四季」而不是其他数字,比如「五季」或「三季」?这可能与对称之美以及更好地体现季节变化有关(这是我的个人推测)。

北斗七星斗柄在一年中的朝向恰好划分出一个圆,将其分成四份(即四季),这是第二容易的对称方法。最简单的对称方法自然是将年份分成两份(对半分),但如果只有两个季节的话,就难以准确反映季节性气候变化。

在人类文明中,将一年分成「三个季节」的古代文明也是存在的,比如古埃及。当古埃及文明开始依赖农耕时,他们则是根据尼罗河水位的变化来确定最佳的播种时机。

他们以尼罗河的涨水、退潮和枯水为依据,将一年划分为三个部分,对应于季节的变化。

我们已经认识到,任何农耕文明的出现都意味着必然会有季节的存在,以有序地进行农业耕作。

这里引入了「季节」的概念,简单地了解一下地理知识就会明白,季节的交替是由地球自转轴倾斜而引起的,使其在太阳周围旋转。

虽然古代人类可能并不知道地球绕太阳公转的现象,但为了更有效地指导农业活动,他们制定了季节,而这正是地球公转的体现。

古人为了满足温饱需求,极尽所能地探求地球的公转周期,因为更准确的计算意味着更丰富的农田收成。

谈到「精准测量」,我们不禁思考古埃及人通过水位判断季节性变化的方法与古代中国人通过北斗星斗柄朝向来确认季节的哪一种更为准确。

这个问题的解答显而易见,取决于观测方法中参照物的稳定性,即哪一种方法更为精准。

古代中国人的方法在这方面更胜一筹。中国古人或许尝试过多种参照物,最终却选择了北斗七星。

然而,即便是这种较为精准的方法,在没有测量工具的情况下仍然存在巨大的误差。

因此,古人事实上并不能准确得知地球的公转周期是365天多少,因为观测工具和手段的限制。

尽管如此,为了满足生计需求,他们必须更准确地计算地球的公转周期。

至于如何进行准确计算,这涉及到历法中的「置润」规则(到这里终于要真正涉及历法了)。正是由于置润规则的存在,前文提到的古人得到的是平均一年大致有365天,而不是每一年都是确切的365天。

中国的农历

各个文明的历法,无论古今中外,都需要通过置润来调整时间,以确保日期的准确性。

就我们现在使用的日历而言,今年是一个闰年,即置润的一年——通过在二月多加一天来弥补实际观测的时间差。

现代日历需要置润的原因在于地球公转周期为365.242天,无法整除,但每四年多出的一天几乎恰好弥补了这一差距,因此置润规则非常规律,即每隔四年二月增加一天。

而古代历法的置润则更为不规律,有时甚至需要根据需要任意增减时间,以确保其仍然能够准确反映季节变化,避免日期与实际气候不符。

由于观测方法的粗糙,每个古代文明的历法——只要试图准确反映气候变化——都需要经常进行置润。

以中国古代的农历为例,农历是一种非常复杂的历法,其规律和对称性在人类历史上是独一无二的。它记录了丰富的信息,既有阳历,也有阴历。

现今国际通用的阳历主要记录地球的公转周期,而之前提到的阴历则根据月亮的变化记录日期。

人类历史上的历法大多使用阳历或阴历,还有一种阴阳合历,既考虑月相变化,又体现地球公转周期。

农历实际上是一种阴阳合历,旨在指导农耕活动。它结合了阳历的节气和阴历的月份,节气是古人根据季节变化设立的,而前文提到的季节变化实际上是地球公转的表现,因此节气部分可以视作阳历。而阴历部分则完全根据月球的圆缺周期设立,初一表示月亮初现,而十五表示月亮圆满。

阴历的设立非常精确,自周朝以来,一个月的长度要么是29天,要么是30天。

或许你会疑惑,月球的公转周期不是27.32天吗?为何按照月球公转设立的阴历一个周期是29天或30天?

实际上,这是由地球公转引起的。地球相对太阳的位置变化导致观测到的月球圆缺周期大约是29.5天,这成为了人类记录日期的依据。

你可能已经注意到,无论阴历是29天还是30天,其总和都无法正好是365天,因此需要进行置润。

现今我们仍在使用农历,尽管它通常被记录在日历中的次要位置。现行的农历设立逻辑是平年有12个月,闰年有13个月,大月30天,小月29天。

农历自周朝开始就已经按照现行的设立方式进行了安排。

现代的置润规则被称为「定冬至无中气置闰法」,这里不详细展开介绍,但这种方法相当准确,因为现代的观测者已经知道一年有365天。

根据这一置润规则,根据周朝历史资料推算,每年的平均天数大约为365天左右,误差不超过0.2天。

然而,对古人来说,他们的置润规则很难做到如此精准。即便他们使用与现代相同的逻辑制定农历,也难以达到同样的准确性。

古人只能更频繁地调整历法,以确保更准确地指导农耕活动。这种频繁调整的结果是,一个周期内每年的平均天数也大约在365天左右,尽管误差可能不会太小。

图片来源于网络,如有侵权,联系删除!#优质作者榜#