“天造地設”的時間度量

天文學的誕生和發展,伴隨了人類文明進步的整個過程。日、月、地球的自然運動,慷慨地為我們提供了三個適宜的時間組織——日、月、年。最終不約而同地,各個古代文明都確定了年、月、日的時間計量方法,並製定了各自的曆法。

身邊的天文學

天文學的誕生和發展,伴隨了人類文明進步的整個過程。早在文字誕生之前,先民們想要瞭解天文現象和勞動生產的關係,就有了天文學的萌芽。不過相比於精煉的牛頓定律、簡潔的幾何公式和漂亮的化學方程式,天文學上又有哪些可與之相提並論的“標杆”呢?

人們勞作、學習、參加活動,無不需要精確的時間計量;為了記錄過去的事件、安排較長時間的活動,還必須把時間、日期加以編排。這兩件事情,無論是用數學、物理還是其他什麼方法,好像都無法圓滿解决。幸運的是,我們還有天文學。

源自天體運動的時間組織

日、月、地球的自然運動,慷慨地為我們提供了三個適宜的時間組織——日、月、年。晝夜的交替迴圈,讓早期的人類有了“日”的概念,它主要反映了地球的自轉。後來,人們逐漸發現月亮的陰晴圓缺也非常規律,變化一輪差不多是30天,於是又發展出了“月”。再後來,先民們發現四季更迭是一個更長的週期,在365天到366天之間,於是稱之為“年”,它反映了地球的公轉。最終不約而同地,各個古代文明都確定了年、月、日的時間計量方法,並製定了各自的曆法。

有意思的是,每月包含的天數的數量級是101,每年包含的月數的數量級也是101,日-月-年的數量跨度恰好是個-十-百,很符合人類採用的十進位規律。這是如此自然和便利,以至於我們往往忽略了,其實一切並沒有那麼理所應當。不信請看看水星和金星,一個水星年等於0.5個水星日,一個金星年等於1.92個金星日,日和年處於同一量級,假如它們也有智慧生命的話,到底該以哪個作為基本時間組織恐怕就得費些思量了。就算選定之後,由於這兩顆行星都沒有天然衛星,也就不會有“月”的概念,如果他們要記錄更長的時間段,就得憑空發明一些無關日常生活、只有純數學意義的組織,遠不如地球人方便。又或像木星和土星,一年多達上萬天,量級相差太大,記錄起來難免囉嗦,恐怕一不小心還真容易記錯呢。

日地距離造就宜居條件

還值得稱道的是,地球上的日長也非常適宜,可以讓各地都能獲得適度的太陽輻射,並保持不大的晝夜溫差。像水星上的白天和黑夜各長達88個地球日,晝夜溫差因而達到了600度,實在比我們惡劣太多了。金星的日長更誇張,足有243個地球日。如果那上面也有天文學家的話,會發現太陽星辰的運轉實在是太慢了。沒有快速的星辰變換,他們怎麼能量測恒星的座標、確定時間、觀測並瞭解行星運動進而發展天文學和科學呢?這麼一比較,地球這不快不慢的自轉真是對我們太友好了,給天文學家帶來了多麼大的便利啊!

最重要的是,地球的“年長”對它所承載的智慧生命而言,更有著决定性意義。年的長度基本上等於行星的公轉週期。準確地說,公轉週期指的是天文學上的恒星年,我們日常所說的“年”指的是回歸年,因為歲差的緣故,它們並不嚴格相等,不過一般相差不多。以地球為例,差別不到萬分之0.5。根據開普勒第三定律,行星的公轉週期(下文以年長代替)與它到太陽的距離是互為確定的。年長决定了距離,反過來,距離也可以决定年長。正因為地球的年長是360多天,才讓它恰好位於太陽系的“宜居帶”內,使得智慧生命的誕生成為可能。

“宜居帶”指的是一顆恒星周圍的某一特定距離範圍,在這一範圍內水能以液態形式存在。與地球相鄰的兩顆行星中,金星的年長是地球的61.5%(224.7天),囙此到太陽的距離比我們近了30%,接收到的太陽輻射能量是地球的1.9倍。加上它的大氣濃密而且充滿了溫室氣體,平均溫度竟然高達460℃!火星的年長是地球的1.9倍(687天),離太陽比地球遠50%,接收到的太陽輻射只有地球的43%,表面平均溫度大約只有-20℃。它們分處宜居帶以裏和以外,其他行星則相去更遠。只有地球有著適宜的年長和距離,獨踞宜居帶中,這正是它能產生智慧生命的先決條件。當然近圓的公轉軌道也幫了忙,不過這也是幾乎所有行星的共性,不像前者那麼特別。

宇宙就是這麼恰如其分地給了地球這樣的年、月、日,而正是這樣的安排,才讓生命產生智慧並建立起了科學的殿堂,也才讓提出本文開頭的問題成為可能。我想現在答案已經很明確了吧,那就是:多虧天文學給了我們這樣的年、月、日度量管道,否則,其他一切都是浮雲!

(作者系《天文愛好者》雜誌社社長)

資料標籤: 天文 金星
本文標題: “天造地設”的時間度量
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