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为什么说“日历也是一个科学问题”?

2021-02-28 18:56:21 安君叔叔的亲子科学课 微信号 

【按】这是《为什么?——安君叔叔的亲子科学课》第1课的部份内容(第一单元原标题为《日历表上的科学》,第1课的原标题是《从农历说起》)。

吾令羲和弭节兮,

望崦嵫而勿迫。

路漫漫其修远兮,

吾将上下而求索。

——屈原《离骚》

【安全提示】

本单元会涉及很多天文观察,大部份都是安全的,除了:

边看天空边走路。古希腊科学家泰勒斯就是这样掉到坑里去的。

直接观察太阳。伽利略·伽利雷就是这样失明的。如果你把相机或手机的镜头直接对准太阳,不仅手机肯定会失明,你也有失明的风险——它会爆炸。

安君叔叔的小女儿香香刚读幼儿园时,每天早上第一句话总是:“妈妈,今天上不上学?”我猜,这也是其他小朋友每天早晨的第一个问题。不过,小学生、中学生的问题可能是:今天是星期几?要上什么课,带什么书?

爸爸妈妈们也会问:今天是几号?还有几天发工资?还有几天放假?今天农历几月几日?老人的生日还有多久?

这些都离不开日历。

那么,小朋友们知道今天是星期几吗?今天是几月几号呢?农历又是几月几号呢?小朋友们知道什么是公历,什么是农历,还有二十四节气是怎么回事吗?

大家可能会奇怪,这不是“亲子科学课”吗?怎么讲起农历和二十四节气了?难道是印刷厂把“亲子国学课”印成“亲子科学课”了吗?

没有印错。农历和二十四节气不仅是个国学话题,还是个科学话题。

这又是为什么呢?

汉字“年”的演变

日历,就是记有年、月、日的表格,一般还会标出星期、节气和纪念日。一份日历,至少需要记录年、月、日才有实用价值①。但,要搞清年、月、日可不那么容易。

“日”最简单,太阳出来一次就算一日,所以叫“日”。像成都这样的地方,不能每天见到太阳,但总能见到天吧,所以“一日”又叫“一天”。“月”也还不算太难,月亮圆缺一次就算一月,所以叫“月”。“年”就比较复杂了,春、夏、秋、冬一个轮回才叫“年”,但是,怎样才知道轮完了呢?

中国人以庄稼熟了为标志,所以甲骨文里“年”字是一个人扛着庄稼的样子;而古埃及人以尼罗河涨水为标志。但是,提前一年怎么知道哪天庄稼会熟,哪天河水会涨呢?不解决这个问题,就没有日历。

没日历是个大问题。今天上不上学?带哪些书?还有几天发工资?还有几天放假?爷爷奶奶佬爷佬佬还有多久过生日?这都会变成难题。

我们的祖先倒不会考虑这些,他们考虑的是:“还有几天播种?”在那时,错过播种时间的后果是饥荒和死亡。

没有日历,怎么办?

问人呗!

别人也没有啊?

日影不仅可以确定“年”,还可以确定“时”——汉字“时”的本义就是日影移动一寸。古埃及人最早发明了日晷(guǐ)——用太阳影子指时的钟。包括中国在内的其他文明也独立发明了日晷。

这是安君叔叔在成都某小区拍摄的日晷。

你还别说,真有聪明人想到办法了:

——以太阳的影子为“年”的标准!

全世界大多数民族都以太阳影子最长这一天——也就是冬至——作为“年”的起止时间②。那些既聪明又有耐心的祖先,每天中午一边测太阳的影子,一边数天数,“很快”发现:两次冬至之间是365天。终于找到“年”了!这就有了最早的日历。

但,这道题还没做完。我们现在知道,地球每365天6小时9分15秒绕太阳转一圈,而从冬至回到冬至的准确时间是:365天5小时48分46秒(365.2422日)③。以365天为一年的日历,四年就差了快一天,一百年会差24天呢。按这样的日历种庄稼会出问题的。

所以,一部日历要准确,必须搞明白地球绕太阳一圈的准确时间。当然,如果能同时搞明白月亮绕地球一圈的准确时间,不同季节地球绕太阳的速度,甚至能预测日食、月食那就更完美了。

看来,这日历还真是一个科学问题!

太阳、地球、月球示意图。

其实太阳的直径比地球大100多倍,距离是地球直径的11,700倍P123。按上图地球的大小,用正确的比例,这张图有十多间教室那么大。

①据甲骨文记载,中国商朝的日历用天干地支记录每一天,60天循环一次。这种日历一直沿用至清朝末年,其中,从春秋鲁隐公三年(公元前720年,下文无歧义时将省略“公元”)一直连续没中断过。但这种日历只对历史学家有用。

用天干地支纪年,是一千年后汉代才开始的事。古人的寿命比较短,大部份人一辈子只会经历一轮干支。

②因为尼罗河洪水对埃及人太重要了,所以他们坚持以洪水为“年”的标志。他们也找到了规律:天狼星和太阳一起升起后,尼罗河就会涨水。他们就把“天狼星偕日同升”作为新年的开始——那个时代是夏至之前的第三天。

③在天文学上,地球绕着太阳转一圈的时间叫“恒星年”,两次冬至之间的时间叫“回归年”。“回归年”的长度每一百年会缩短0.53秒,现在比司马迁的时代短了11秒。因此今天的百岁老人比那时少活了20分钟。

你愿意继续追问关于“月”和“年”的“为什么”吗?可以让爸爸妈妈扫描上图二维码,参加【安君叔叔的科学夏令营】,和安君叔叔一起探寻“天大的秘密”。报名截止时间:2020.7.18

    本文首发于微信公众号:安君叔叔的亲子科学课。文章内容属作者个人观点,不代表和讯网立场。投资者据此操作,风险请自担。

(责任编辑:李莹 HN016)
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