古人認識的月食和潮汐

古人知道,日地月的運行存在相互遮掩的天象。

當月亮運行到日地之間,月球的陰影會遮蔽地球某地區,被遮蔽地區的人們看不見太陽,或者只能看見部分太陽的光亮,這就發生日食天象。

同樣的情況,當地球運行到日月之間,地球的陰影遮蔽月球,地球的人看不見夜晚的月亮,或者只能看見半個月亮,這便發生月食天象。

《漢書·天文志》說:「日不(fǒu)蝕朔,月不蝕望。

」引句里的「不」讀作「fǒu」,是鳥向上飛,有浮而遮掩的含義。

「蝕」是損傷、侵蝕的含義。

古人認為,日月食是天域發生的損傷天象,受到「物」的侵害,所以用「蝕」字,留下「天狗吃月亮」的神話。

日食發生在傳統曆法的「朔月日」,農曆初一；月食發生在「望月日」,農曆的十五或者十六日,就是說月食發生在農曆的滿月那天。

古人知道,月球無光,是太陽照亮月球:「月本無光,猶銀丸,日耀之乃光耳」(《夢溪筆談》)。

宋代沈括的《夢溪筆談》,這樣說月亮圓缺的道理:從地球的角度看月亮,月光剛剛生成的時候,日光斜照在月亮的側面,所以出現彎彎的月牙,太陽漸漸照亮月球的面積增大,月球從彎鉤漸成為圓圓的滿月。

因為地球繞太陽作橢圓形運行,月球繞地球作橢圓形運行,古人因此把地球繞太陽運行的軌道稱為黃道,月球繞地球運行的軌道稱為白道。

當地球運行在日、月之間,地球的陰影完全遮蓋住月球,地球的夜晚看不見月亮,這便是傳統曆法農曆的「晦日」,當月的最後一天；進入下個月當夜晚看見彎彎的新月,地球的陰影沒能遮蔽月球西邊的弧線,夜晚看到日光照亮月球西邊弧線亮亮的新月牙；從新月牙漸漸展大成「月弦」在東側的半月,繼而在農曆的十五或十六日日光照亮圓圓的滿月。

當日光照亮圓圓的滿月掛在夜空的時候,卻發生月球的弧面被黑影漸漸遮蓋,甚至整個月亮被黑影遮蔽的天象,這就是月食,古人也稱為「月蝕」。

古人認識到:月蝕發生的位置(以地球為方位)「起南方」「起北方」「起東方」、「起西方」,而且還有「月蝕從上始」「從下始」「從旁始」的情況(《開元占經》卷十七)。

發生月蝕,會出現「月色青」「月赤如赭」「月生而黃」「月入而黃」「月昏無光」「月無光」 《開》卷十一),甚至出現「月中有雲」「月生齒」「月生芒」「月生角」「月生刺」的月相(《開》卷十一)。

古人認識月食

《易傳·豐卦》說:「月盈則食」；最晚在距今2400多年的戰國時代,古人已經知道,「滿月」的時候會發生月食。

東漢天文學家張衡在《靈憲》中說:「月光生於日之所照……當日之沖,光常不合者,蔽於地也,是為闇(àn)虛……月過則食。

」月光來自陽光的照射,當月球與地球、太陽在同一直線上對著太陽,地球的陰影遮蔽夜晚的月亮,陽光不能照到月球上,月球進入地球的陰影里,因此黑暗發生月食。

古人認為,月食是經常發生的,《詩經·小雅·十月之交》說:「彼月而食,則維其長」；詩句里的「長」就是「常」,經常的含義。

這是因為地球的陰影是月球平面的7.3倍,地球的陰影容易遮蓋月球。

而且夜晚的半個地球,都能看到發生的月食,所以月食是「經常」見到的。

天文研究認為,每年發生的日食比月食次數多,但是因為「月影」遮蔽的「日食帶」只有幾千米寬,所以發生日食時,只有月影遮蔽幾千米寬「日食帶」的人能見到；狹窄的「日食帶」使得同一地點會相隔二三百年才被「月影」掃過一次；有的地方「月影」從沒掃過地面,所以固定生活在某地,有許多從沒見過「日食的人」。

因此,從地球的某固定位置看到日食的機會很少,看到月食的機會卻很多。

因為月球自西往東運轉,發生月食時都是月球的東邊先進入地影,又因為地球的陰影直徑是月球直徑的2.7倍,月球是環繞地球運行的衛星,月球繞地運行是橢圓形軌道,近地點363300千米,遠地點405500千米,所以在月球軌道的近地點發生月食,地球的陰影面積是月球平面的7.3倍多,發生月食的時間長。

實地觀測月全食,月球從進入地影到露出亮光復圓,長達幾個小時。

例如1978年9月17日的月全食,初虧在1時16分,復圓在4時50分,歷時3小時34分；1985年5月5日的月全食,初虧2時11分,復圓5時43分,歷時3小時32分等。

古人大致把發生月食的機會分配為黃道、黃道上、黃道下三種情況。

當月球處在黃道位置發生月食時,月球是「從旁始」,從地球陰影的弧線中部進入地影,被地球陰影遮蔽；當月球處在黃道偏上的位置發生月食時,「月蝕從上始」,月球從地球陰影弧線偏上的位置進入地球陰影,被地球陰影遮蔽；當月球處在黃道偏下的位置發生月食時,「從下始」,月球從地球陰影的弧線偏下的位置進入陰影,被地球陰影遮蔽發生月食。

因為地球帶著月亮繞太陽作周天運行,會出現春夏秋冬四季變化的黃道位置點,又因為夜晚的地球人無論在什麼位置,都能看見發生的月食,所以古人認為,月食有「起南方」「起北方」「起東方」「起西方」的位置變化。

這裡的問題是,從我國處於北半球角度看,月食發生於南方、西方、東方是能理解的,但是月食「起北方」讓人費解,這恰恰是中國古代天文學家觀測月食天象有著寬闊的視野位置的證明。

筆者搜集現代天文觀測月球滿月的數據,冬季十二月的滿月時,海南省海口地區的人們看到圓圓的滿月掛在自己的頭頂,與地平的夾角在90°左右；那麼,中國南沙群島地區的人就會看到冬季十二月圓圓的滿月掛在北方的天空。

這個時候發生月食「起北方」,合情合理,古人只有在南沙群島才能觀測到月食「起北方」。

這裡需要關注的是,月食「起北方」的記錄說明,中國古代天文學家在中國的最南端觀測月食天象；同時說明南沙群島以及南海,自古是中國的主權國土海域。

以本文取材的《開元占經》成書時代說,最晚在中國的唐朝(公元618年～907年)距今1000多年時,南海及南沙群島已經是中國管轄的主權國土海域。

因為天文學家到南沙群島觀測月食,只能在主權國土海域完成科學觀測研究。

古人認為,月食會出現「月色青」「月赤如赭」「月生而黃」「月入而黃」,甚至出現「月中有雲」「月生齒」「月生芒」「月生角」「月生刺」等諸多月相,都與日、地、月運行在同一直線或接近於同直線,陽光照射地球的陰影產生本影、虛影、折射影有關係。

天文科學認為,陽光照射到地球在產生地球本影、虛影的同時,會因為光線穿過地球6000多千米大氣層的時候,受地球大氣的層層阻攔,發生折射,導致月全食的月亮會發生「青」「赤」「黃」的色彩變化,或者在月偏食時出現「生齒」「生芒」「生角」「生刺」等諸多變幻的月相。

例如2015年4月4日17時發生月全食,在我國境內看到的月食是「紅月亮」。

根據紫金山天文台發布的數據,月球進入地球陰影初虧的時間是18時15.4分,月球全部進入地球本影形成「紅月亮」的時間是19時54.1分,月球運行到地球本影中心線位置是20時00.2分,月球從地球本影冒出的瞬間生光是20時6.4分,月球完全脫離地球陰影復圓是21時45.1分。

這些數字說明,這次月全食歷時4小時45分多鐘；月球進入地球陰影到擺脫地球陰影復圓,歷時2小時30多分鐘；月球全部在地球陰影里運行,形成「紅月亮」歷時12分鐘多點。

根據這些數據本文認為:①月球運行在地球陰影的邊沿,但是被地球陰影全部覆蓋；②太陽通過地球大氣層時,折射到運行在地球陰影邊沿的月球上導致月球變紅；③月球自西往東運行,進入地球陰影的同時地球自身也在從西往東自轉,所以月球進入地球陰影的同時,地球上的人們隨地球的往東自轉,在「飛速」離開陰影邊沿里的月球,看到「穩定」在夜空的「紅月亮」；④因為月球運行在地球陰影的邊沿,地球的人們又在「飛速」離開被地球大氣折射映紅的月亮,所以「紅月亮」形成到消失復圓不到3分鐘(圖示)。

根據月球的陰晴圓缺變化,加上月食的天象給予人們的深刻記憶,時間的長河醞釀著古人思維的升華。

因為人們見到月食的機會比看到日食的機會多,滿月的夜晚,月球忽然被地球的陰影遮蔽,要經過很長的時間才能看到月亮露出光亮復圓,所以古人稱月亮為「太陰」。

也就是說,古人把月亮看作是最容易從明轉為暗,又從暗轉為明的生變的天象,也就形成陽轉陰,又陰轉陽的陰陽變化的思辨。

由此把月亮的陰陽變化,認定為最大的陰轉化為陽,陽轉化為陰。

古人又稱「巨大」為「太」,也就把「大陰」稱為「太陰」。

同樣的道理,月光來自太陽的照射,明亮的滿月是太陽光照亮夜晚的月亮,體現著太陽的品質,是巨大的光明,因此稱「太陽」。

這樣認識的本質,恰恰揭示並且鋪墊中國古代陰陽辯證思維傳統的基礎。

月亮牽動著地球海洋的潮汐

中國古代海潮論存在2000多年的歷史進程,這在世界古代是先進的。

古人稱白天的海潮為「潮」,夜裡的海潮為「汐」,合稱海潮有周期性的變化為「潮汐」。

戰國時代的《黃帝內經·靈樞》卷十二《歲露》說:「人與天地相參也,與日月相應也,故月滿則海水西盛……月郭空則海水東盛」；人和天地日月相聯繫、相互影響,所以滿月的望月日,海水往西漲涌,新月的朔月日,海水往東漲涌。

這段記載說明,距今2000多年的中國古人已經認識到,月球的運行影響海洋的潮汐。

東漢王充的《論衡》卷四《書虛》篇說:「濤之起也,隨月盛衰,小大滿損不齊同」。

包括海洋在內的波濤,隨著月亮的圓缺而變化,波濤的大小也隨月亮的圓缺變化而不同。

古人明確指出,包括海洋在內的波濤是伴隨著月球運行的變化而漲落變化的。

也就是說,海洋潮汐的漲落直接受月球運行變化的影響,這樣的科學結論在世界古代天文學界史無前例。

古人觀測到,每月的朔月日農曆初一、望月日十五,海水上大潮；每月的上弦月農曆初八、下弦月二十三,海水要大退潮,露出大片的海灘。

這種潮汐現象是海水在太陽、月亮的引力作用下產生的,而月亮對海水的引力作用是太陽對海水引力作用的2.18倍,所以天文學認為主要是月球的運動影響海潮的漲落。

由於月球每天在天宇東移13°多,從西往東運動的月亮每晚升起大致推遲50分鐘左右,因此每天漲潮的時刻也會推遲50分鐘左右。

因為月球在同一個地球自轉周天裡要兩次通過地球子午線,月亮經過中天回落的時候也會發生海潮,故而每天出現兩次海潮。

因為地球的自轉周天對繞地運動中的月球來說,叫一個「太陰日」(時長24時50分),太陽、月球的運行軌跡不是固定不變的,月亮繞地球從西往東運轉的同時,地球也在同方向自轉,但是地球自轉速度比月球繞地速度慢13°多,所以月亮的升起每天大致推遲約50分鐘,使得繞地運行的月亮延遲幾天升空,造成有的地方一個「太陰日」發生一次海潮。