日食:從迷信到科學(xué)再到狂歡
預報:古代天學(xué)家的職責
古代皇家天學(xué)家的重要職責之一,就是預報日食。此事非同小可,如果失職,就有被殺頭的危險!最著(zhù)名的記載見(jiàn)于《尚書(shū)·胤征》:
惟時(shí)羲和顛覆厥德,沈亂于酒,……乃季秋月朔,辰弗集于房,瞽奏鼓、嗇夫馳、庶人走,羲和尸厥官,罔聞知,昏迷于天象,以干先王之誅。政典曰:先時(shí)者殺無(wú)赦,不及時(shí)者殺無(wú)赦,……
此即著(zhù)名的“書(shū)經(jīng)日食”。羲和(相傳為帝堯所任命的皇家天學(xué)官員,是否實(shí)有其人尚不可考)因沉湎于酒,未能對一次日食作出預報,結果引起了混亂。這一失職行為給他帶來(lái)了殺身之禍。注意這里“先時(shí)者殺無(wú)赦,不及時(shí)者殺無(wú)赦”(預報日食發(fā)生之時(shí)太早或太遲就要“殺無(wú)赦”)之語(yǔ),若古時(shí)真有這樣的“政典”,未免十分可怕。從后代有關(guān)史料來(lái)看,這兩句話(huà)大致是言過(guò)其實(shí)的。
關(guān)于上面這段歷史記載,有西方學(xué)者解讀為:中國古代的天文學(xué)家羲和,因為酗酒,未能及時(shí)預報一次日食,就受到了死刑的懲罰,從此以后中國的天文學(xué)史再也不敢玩忽職守了——所以中國人留下了如此豐富的天象記載。這段有點(diǎn)“戲說(shuō)”色彩的解讀,大體還是正確的,盡管玩忽職守的天文學(xué)家在中國也不是那么難以想像的。
日食之所以需要預報,最直接的原因就是因為需要在日食發(fā)生時(shí)進(jìn)行盛大的“禳救”儀式,而這種巫術(shù)儀式是需要事先準備的。
檢驗歷法:
日食在古代的科學(xué)意義
中國古代天學(xué)家還賦予日食一種現代話(huà)語(yǔ)中的“科學(xué)”意義——用日食來(lái)檢驗歷法的準確程度。
關(guān)于中國古代歷法,許多人常有誤解?赡苁且驗樽畛踉诜g西文calendar一詞時(shí),隨手用了中文里一個(gè)現成詞匯“歷法”,造成了這樣的后果。其實(shí)能夠和該詞正確對應的現成中文詞匯應該是“歷譜”。由于現在我們已經(jīng)習慣了將“歷法”對應于calendar——即俗語(yǔ)所謂的“月份牌”,就漸漸忘記了在中文詞匯中“歷法”這個(gè)詞的本意。
其實(shí)中國古代的歷法,與西文的正確對應應該是mathematical astronomy,即“數理天文學(xué)”。因為中國古代的歷法,完全是為了用數學(xué)方式描述太陽(yáng)、月亮、五大行星這七個(gè)天體(即所謂“七政”)的運行規律。至于排出一份歷譜(“月份牌”),那只是歷法中附帶的小菜一碟。因此歷法可以說(shuō)是中國古代天學(xué)中真正“科學(xué)”的東西——盡管這科學(xué)工具是為“通天”巫術(shù)服務(wù)的,就像今天某些算命者手中的電腦。
中國古代天學(xué)家也能夠在相當精確的程度上預報日食。例如,根據現代學(xué)者研究,唐代中國人對日食的預報,已經(jīng)只有半小時(shí)到一小時(shí)之間的誤差?紤]到日食發(fā)生的頻率(每個(gè)世紀平均發(fā)生236.7次,對同一地點(diǎn)而言,平均每3年可見(jiàn)到一次日偏食,但要300多年才能見(jiàn)到一次日全食),這樣的預報在古代已經(jīng)足以令人滿(mǎn)意了。
由于在中國傳統歷法中,采用若干基本周期持續疊加的數值模型,來(lái)描述太陽(yáng)、月亮、五大行星這七個(gè)天體的運行,從歷元(起算點(diǎn))開(kāi)始,越往后的年份疊加次數越多。而任何周期都是有誤差的,隨著(zhù)疊加次數的增加,誤差就會(huì )積累,這就是中國古代為何不斷進(jìn)行“改歷”(制作新歷法,改用新歷法)的原因。
在上述七個(gè)天體中,太陽(yáng)的運動(dòng)最簡(jiǎn)單,故最容易掌握;月亮的運動(dòng)最復雜,故最難以掌握。而日食是因為月亮遮住太陽(yáng)造成的,這就要求同時(shí)對太陽(yáng)和月亮兩個(gè)天體的運動(dòng)都精確掌握,才可能正確預報一次日食。于是古人很自然地將日食視為檢驗歷法準確程度的標尺。如果有不同的歷法出現競爭,就大家各自推算一次日食,屆時(shí)看誰(shuí)的推算與實(shí)際觀(guān)測結果最為吻合——誤差當然總是有的,但誤差小的就勝出。
如果我們將“檢驗歷法”視為日食的科學(xué)意義,那么這個(gè)科學(xué)意義在中國至少已經(jīng)有兩千年歷史了。
在科學(xué)與迷信之間
不過(guò),到了后世,如果日食預報失敗,也有“轉禍為!敝,例如《新唐書(shū)》卷二七“歷志三·下”記載:
(開(kāi)元)十三年十二月庚戌朔,于歷當蝕太半,時(shí)東封泰山,還次梁、宋間,皇帝撤-,不舉樂(lè ),不蓋,素服,日亦不蝕。時(shí)群臣與八荒君長(cháng)之來(lái)助祭者……不可勝數,皆奉壽稱(chēng)慶,肅然神服。
東封泰山,即所謂“封禪”,被認為是極大功德,歷史上只有少數帝王獲得進(jìn)行此事的資格。歸途中預報的日食屆時(shí)沒(méi)有發(fā)生,被解釋為皇帝“德之動(dòng)天”,所以群臣稱(chēng)慶。但畢竟不可否認,這次日食預報是錯誤的,對此如何解釋?zhuān)?/p>
唐代僧一行——中國歷史上最重要的幾個(gè)天學(xué)家之一,有著(zhù)名的《大衍歷議》,其中特別討論了“當食不食”問(wèn)題。對于上引玄宗封禪歸途中這次當食不食,他的解釋是:“雖算術(shù)乖舛,不宜如此,然后知德之動(dòng)天,不俟終日矣!彼硎鞠嘈,在上古的太平盛世,各種“天變”可能都不存在(這是古代天學(xué)家普遍的信念):
然則古之太平,日不蝕,星不孛(不出現彗星),蓋有之矣。
在他看來(lái),歷法無(wú)論怎樣精密,也不可能使日食預報絕對準確。
到了20世紀“科學(xué)昌明”的年代,關(guān)于日食也還能找出相當“文化”的八卦來(lái)。例如,1936年的日食,各國派出觀(guān)測隊前往日本北海道北見(jiàn)國枝幸郡海濱的一個(gè)小村莊枝幸村進(jìn)行觀(guān)測,當地的小學(xué)“枝幸尋常高等小學(xué)!睘槿帐秤^(guān)測時(shí)能有晴天而貼出了一篇《祈晴文》(《民國二十五年六月十九日日全食北海道隊觀(guān)測報告》中有照片,照片中《祈晴文》的文字清晰可讀),其中談到日食在科學(xué)上的重要性,以及此次觀(guān)測機會(huì )之“千歲一遇”,因此祈求上天降恩放晴。天文觀(guān)測本是科學(xué),求雨祈晴則是迷信,但在這個(gè)具體事件上,兩者竟可以直接結合起來(lái)——以迷信形式,表科學(xué)熱情,真是相當奇妙的事情。
1919年日全食:
科學(xué)意義之社會(huì )建構
日食有史以來(lái)最重大的科學(xué)意義,“呈現”于1919年。
1912年,愛(ài)因斯坦發(fā)現空間是彎曲的,光線(xiàn)經(jīng)過(guò)太陽(yáng)邊緣時(shí)會(huì )發(fā)生偏折,1915年他計算出,日食時(shí)太陽(yáng)邊緣的星光偏折值是1.74角秒(在此之前,有人將光微粒視為有質(zhì)量的粒子,也能夠計算出0.87角秒的偏折值)。
適逢其會(huì ),1919年5月29日將有日全食發(fā)生,人們當然指望在這次日食時(shí)一舉將愛(ài)因斯坦的預言驗證出個(gè)真假來(lái)——愛(ài)因斯坦本人則早已確信他的理論肯定是正確的。英國組織了兩支日食觀(guān)測隊,一支前往巴西北部的索布拉爾(Sobral),另一支就是著(zhù)名的愛(ài)丁頓爵士(Arthur Stanley Eddington)參加的,前往非洲幾內亞海灣的普林西比島(Principe)。日食后過(guò)了幾個(gè)月,觀(guān)測結果歸算出來(lái)了:分別是1.98“±0.12”和1.61“±0.30”,后面這個(gè)數值是愛(ài)丁頓那一隊的結果。于是宣布:已經(jīng)成功驗證了愛(ài)因斯坦的預言。這個(gè)說(shuō)法此后一直在公眾中流行。
愛(ài)丁頓那時(shí)已有崇高的學(xué)術(shù)地位,他是劍橋大學(xué)天文學(xué)和實(shí)驗物理學(xué)終身教授、劍橋大學(xué)天文臺臺長(cháng)、英國皇家學(xué)會(huì )會(huì )員。這些輝煌的科學(xué)頭銜,加上他被視為“第一個(gè)用英語(yǔ)宣講相對論的科學(xué)家”,使得媒體和公眾都對他前往普林西比島觀(guān)測日食驗證廣義相對論一事,充滿(mǎn)了期待和信任。相傳他獲得盛譽(yù)之后,有媒體問(wèn)他全世界是否只有三個(gè)人真正懂得相對論?他居然反問(wèn)道:“那第三個(gè)人是誰(shuí)?”
然而后來(lái)的研究表明,這曲“成功驗證廣義相對論”的凱歌,很大程度上是愛(ài)丁頓和媒體共同“社會(huì )建構”起來(lái)的。
日食時(shí)太陽(yáng)邊緣的星光偏折,當時(shí)是依靠照相來(lái)體現的,但影響照相底片成像的因素很多,比如溫度變化等等。1919年日食觀(guān)測的照相底片,其實(shí)并不能歸算出足以精確驗證愛(ài)因斯坦預言的光線(xiàn)篇折值。
此后在1922年、1929年、1936年、1947年和1952年發(fā)生日食時(shí),各國天文學(xué)家都組織了檢驗光線(xiàn)偏折的觀(guān)測,公布的結果都與愛(ài)因斯坦的預言互有出入。直到1973年6月30日的日全食,美國人在毛里塔尼亞的欣蓋提沙漠綠洲中,得到了1.66“±0.18”的偏折值。1974~1975年間,天文學(xué)家用甚長(cháng)基線(xiàn)干涉儀,在可見(jiàn)光波段之外,精密觀(guān)測了太陽(yáng)對三個(gè)射電源輻射造成的偏折,得到1.761“±0.016”的偏折值。這才終于以誤差小于1%的精度證實(shí)了愛(ài)因斯坦的預言。
科學(xué)意義之消解
在西方現代科學(xué)中,日食同樣具有上述檢驗功能——看對太陽(yáng)和月亮運動(dòng)的描述是否精確。在現代天文學(xué)中,這種描述是以天體力學(xué)為基礎的。不過(guò)因為這種描述在現代天文學(xué)中早已不是問(wèn)題,所以已經(jīng)沒(méi)有人關(guān)注這一點(diǎn)了。
當天體物理學(xué)成為現代天文學(xué)的主流之后,日食有了一個(gè)新的科學(xué)意義——在日食時(shí)觀(guān)測日冕。因為日冕平時(shí)是觀(guān)測不到的。不幸的是,1931年法國人發(fā)明了“日冕儀”,可以在任何時(shí)候造成“人造日食”來(lái)觀(guān)測日冕,于是日食的這個(gè)科學(xué)意義又被消解。
可以這么說(shuō),到1975年,愛(ài)因斯坦關(guān)于引力空間彎曲導致光線(xiàn)偏折的預言被精確驗證之后,日食的科學(xué)意義已經(jīng)消解殆盡。
如今日食倒是被賦予了新的意義——它現在是媒體和公眾的“科普嘉年華”。
(作者系上海交通大學(xué)教授,科學(xué)史系主任)
江曉原
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