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電子星圖與天文考古

97/06/11 瀏覽次數 21786
天文學家常以天象來驗證歷史的記載,稱為天文考古。這是因為天體的運行相當有規律,即使經過數千年,甚至上萬年,也可以依循天體的運行法則重現當年或呈現未來的天象。

在過去,要進行這類天體運行的計算,非學者專家無法做到。但是電腦軟體日新月異,功能越來越強,價格則日趨下滑,甚至免費,已經有許多電子星圖或電子星象館(為了簡便,後文都稱為電子星圖)之類的電腦軟體,可以重現任一地點、任何時間的天象。這讓天文考古變得簡單而有趣,一般人也都能夠一嘗「天文考古」的威力和樂趣。

模擬星空

觀星人觀賞星空,想知道當時所能觀賞的星座,可以使用簡易星座盤。但是想知道當時的月亮、行星或比較黯淡的恆星的資料時,只能依賴《天文年鑑》、《天文日曆》之類的工具書,或是上網查詢。當然,越來越多人依賴電子星圖,只要動動滑鼠,就「秀才不出門,能知星空事」,還能「涵蓋前後數千年,甚至上萬年」。

目前的電子星圖動不動就包含十多萬、甚至上百萬顆恆星,可以顯現星座圖像、星雲影像、寫實的銀河影像等,幾乎都可以模擬真實的地球大氣、日出和日落的情景,以及各行星運行軌跡。甚至繪製每個月的月相,或列出日食、月食發生的時間和模擬情景。

本文所使用的電子星圖是 The Sky  6.0 版本,或免費電子星象館軟體(stellarium)0.9.0 版本。前者可以上網或透過代理商採購,後者則可以在網路上免費下載、安裝,而且還可以安裝中文字體版。操作介面也都具親和性,很容易上手。

不同年代的星空和歲差

早在一千多年前的科學家,就已經知道北極星不是固定的,也知道天北極會規律性地移動,稱為歲差。這兩種現象都是因為地球像陀螺一樣自轉,自轉軸也會繞圈圈,只是繞一圈約 26,000 年。地球自轉軸所指的方向稱為天北極,也是群星周日運動圓弧的中心,而北極星只是靠近天北極的亮星。

宋朝理學宗師朱熹就已經了解天北極和北極星的分別,他說:「北辰(即天北極)是中間無星處,些子不動,北辰無星,緣人要取此為極,不可無記認,所以就其旁取一小星,謂之極星(即北極星)。」

電子星圖時間的設定範圍相當廣,從「西元前」至「西元後」數千年都可以。例如把年代設定在西元 2 年,看起來星空和現在沒什麼不同,但是只要按下「天球赤道座標」鍵呈現天球座標線,就能看出天北極的位置已經和現在不同,北極星已經不是小熊座 α,而是另一個恆星了。

你可以試試找出西元前 1000 年(設定在 −1000)的天北極的位置,或試著找出那個年代的北極星。多設定幾個年代,四、五個點便能連成一曲線,可以看出天北極隨著年代變動的軌跡,這便是「歲差」移動的軌跡,也就是地球自轉軸在天上所畫出的軌跡。

天北極在天球上的移動(歲差)量每年大約 50 角秒,大約 72 年才在群星間移動一度。預估 1 萬年後,天北極會移至天琴座附近,明亮的織女星將成為北極星。但是要謹記在心的是,天體的位置座標隨著歲月變化,誤差也隨著歲月的增加而累積,超過一定年數時,誤差便累積至無法真實反映當時的星空。

恆星並不是不動的,在銀河系中的所有天體都繞著銀河中心運轉,恆星也不例外,天文學家把恆星在天球上的移動稱為「自行」(proper motion)。恆星的自行量很小,絕大多數恆星經過數千年的移動量也還不到1度,因此恆星間的相對位置不會有明顯的變化,通常要經過幾萬年才會造成明顯的差異。因此在電腦螢幕上觀看,並不需要擔心恆星的相對位置有什麼變化。

月相

使用電子星圖很容易便能驗證古代的文獻中,有關月相的敘述是否正確。我們先來驗證蘇東坡遊赤壁的月相。蘇東坡謫居黃州(今湖北黃岡縣)的時期,曾經多次遊覽黃州城外的赤壁,並寫下膾炙人口的〈赤壁賦〉。

〈赤壁賦〉文中提到「壬戌之秋,七月既望」,就是宋神宗元豐五年 7 月 16 日(農曆日期),相當於西元 1082 年 8 月 12 日。蘇東坡在〈赤壁賦〉中描述:「月出於東山之上,徘徊於斗、牛之間。」是說蘇東坡和友人遊赤壁時,月亮正在斗宿和牛宿之間。文中的「既望」是專有名詞,指的是農曆 16 日,即使不是滿月,也是非常接近滿月的狀態。

現在讓我們使用電子星圖來重現蘇東坡遊赤壁當晚的月相。

步驟一:開啟電子星圖之後,先把地點設定在赤壁所在的黃岡縣經緯度:東經 114.9 度、北緯 30.4 度。

步驟二:把日期定在西元 1082 年 8 月 12 日晚上 8 點,螢幕上立即呈現當時的星空,可以看出當晚的月亮並不是在斗宿(人馬座)和牛宿(魔羯座)之間,而是位於室宿(下方,雙魚座頭部附近)。再把月亮的影像放大,則發現月相是符合的。

步驟三:如果把月亮倒退至斗、牛之間,則發現日期是 8 月 7 日和 8 日之間,而月相是屬於凸月的狀態。

關於蘇東坡遊赤壁當晚並不是「月徘徊於斗、牛之間」,早在清朝時便有人提出這個論點了。凌廷堪是清朝研究天文和曆法的學者,他在《校禮堂文集‧書蘇東坡赤壁賦後》文中指出:

「東坡赤壁賦『壬戌之秋,七月既望。』下云:『少焉,月出於東山之上,徘徊於斗牛之間。』按『壬戌』為宋神宗元豐五年,距乾隆七年『壬戌』凡十一『壬戌』,六百六十年;『歲差』不過十度,太陽所纏,約在『張』、『翼』左右,則『既望』之月,當在『室』、『壁』之間,不當云『徘徊於斗牛之間』也。『壁』在「斗」東,已一象限,初昏時『斗』、『牛』正中,月方東,安得徘徊於其間?蓋東坡未必真有是遊,特想像而賦之。」

因為「望」的時候,太陽和月亮在天上相對 180 度,所以可以由太陽的位置來推算月球的位置,而太陽的運行可以精確地推算。凌廷堪推算出乾隆七年的壬戌這一天,到宋神宗元豐五年的壬戌當天,共經歷了 11 個甲子循環,共 660 年。一年中,太陽每天在黃道上的位置是固定的,只受到歲差的影響,660 年的歲差大約是 10 度,因此在 660 年前的壬戌這一天的太陽位置,比乾隆七年壬戌這一天的位置後退 10 度,太陽約在張、翼之間,推算月亮應在相對 180 度左右的室、壁之間。

他認為蘇東坡在〈赤壁賦〉所記的月相和事實不符,應該是蘇東坡信手拈來描寫星月交輝的景象而已。他甚至認為蘇東坡當晚沒有遊赤壁,只是在想像中完成〈赤壁賦〉這篇文章。

目前歲差的測量值約為每年 50 角秒,660 年累積量約為 9 度多一點,不到 10 度,但仍然無損於凌廷堪的推算。就如同這個例子,有興趣的讀者可以在文獻中找到許多相關的事件一一加以驗證,也是很有趣的天文考古。

日食和月食

在古代天文學中,日食和月食占有非常重要的地位,是驗證曆法是否準確的重要依據。另外,太陽也是天子的象徵,日食發生表示「聖德有虧」,必須加以因應,小則減稅,大則特赦天下,由此可知日食的重要性。

中國古書上有許多記載「日食」和「月食」的事件,電子星圖也可以呈現當時的日食或月食景象。不過要強調一點,月食比較單純,月食發生時,只要觀測者是在晚上都能看見,而且看見的月食景象是相同的。日食便不一樣了,只有少數地方能看見日食的景象,多數地區是無法看到的,能看見日全食的地區就更狹窄了。因此要使用電子星圖驗證日食,必須以史書上看見日食的地點為準,輸入當地的經度和緯度,才能驗證史書上的日食記載。但是許多日食紀錄只記載了日期,而沒有記載觀測的地點。

《詩經‧小雅》中有一次日食紀事:「十月之交,朔日辛卯,日有食之。」依據考證,這次日食發生在周幽王六年十月辛卯這一天,即西元前 776 年 9 月 6 日。周朝建都鎬京(今中國陝西省西安市),座標約為東經 109.0 度,北緯 34.3 度。把電子星圖中的地點和時間分別設定好,來看看是否呈現日食情景,是否符合《詩經‧小雅》的日食紀事。結果並無法呈現日食的景象,因此上述的日期或地點中,至少有一個是不確實的。

另外再舉一例。《漢書‧五行志》記載:「征和四年八月辛酉晦,日有食之,不盡如溝,在亢二度,晡時(下午 3 ~ 5 點)食,從西北;日下晡時,復。」這是發生在西元前 89 年 9 月 28 日的一次日偏食,食分很大,日面如鉤。太陽位於亢宿二度,初虧從西北方開始。同樣地,本文並不能確認這一次日食的實際觀測地點,但可以用漢朝京城長安(和周朝的鎬京位置幾乎相同)做為觀測地點來驗證。

對於公認的中國古籍中最古老的日全食記載,見於《書經‧胤征篇》:「惟仲康肇位四海……乃季秋月朔,辰弗集於房,瞽奏鼓,嗇夫馳,庶人走……」當時還沒有「日食」這個名詞,而依據《通鑒綱目》的考證,「辰弗集於房」中的「辰」是指日月之會,「房」意是所舍之處。用白話來說,在季秋月的朔這一天,日、月相會於房宿(天蝎座的頭)形成日全食,樂官擊鼓,主管布幣的官取布幣以敬天,老百姓慌亂奔走。

《竹書紀年》也記載了這次日食,夏代仲康「5 年秋 9 月庚戌朔,日有食之。」這次日全食記載曾經引起西方天文學術界的注意,他們依據中國史家提供的一些年代進行推算,認為這次日全食應該發生在西元前 1948 年 10 月 28 日,但也有人認為是西元前 2137 年。

有興趣的讀者可以自行上網找出時間和地點,考據驗證一番。

行星軌跡和五星連珠

在古代的星占學上,金、木、水、火、土 5 顆行星(又稱為五緯)在天上運行的軌跡,屬於重要的天象。古人仰望星空,除了太陽和月亮以外,就只有金、木、水、火、土 5 顆行星在群星間運行,其中一種「五星連珠」的天象引起許多人的興趣。

五星連珠是指金木水火土 5 顆行星相聚在一個星宿內。人類很早便從觀測知道 5 顆行星大致沿著黃道運行,雖然繞天一圈的周期不同,但總有彼此相會的時候,這種情形等於求 5 顆行星繞天周期的最小公倍數。這不過是個數學問題,但是中國古人就是要把天象和人間相連,認為「五星連珠」時會發生改朝換代之類的重大事件。

今本《竹書紀年》記載:「孟春六月,五緯聚房。後有鳳凰銜書,游文王之都。」後文有提到「殷帝無道,虐亂天下,星命已移,不得復久,靈祗遠離,百神吹去。五星聚房、昭理四海。」意思是說在西元前 1059 年 5 月 28 日,五緯匯聚在二十八宿中的房宿,殷商壽數已盡,周朝興起。依據推算,當時 5 顆行星聚集在巨蟹座內 6.45 度的範圍。

《馬王堆帛書》中也提到:「(漢高祖)元年冬十月,五星聚於東井,沛公至霸上。」是說漢高祖元年(西元前 206 年),當時 5 大行星匯聚在東井天區,劉邦進入關中稱王。但是依據天象考證,當漢高祖自立為王時,五星連珠尚未出現,西元前 206 年 11 月 28 日晚上 11 點的天象,只有土星和木星在東井。實際上五星連珠在西元前 205 年 5 月才發生,比劉邦稱王至少晚了 10 個月。這可以看出古人假借天象傳達「天意」的附會。

熒惑守心

在中國古代的星象中,甚至在今天的星占學中,5 顆行星的地位一直是相當重要的。中國古代對天上的兩個紅色天體:熒惑和火非常關心。熒惑就是行星之一的火星,火是心宿二,顏色火紅,又稱為火或大火。《詩經》中的「七月流火,九月授衣」中的「火」,便是指這顆天蝎座 α 的紅色亮星。而《詩經》中的「七月流火」,是說在當時的 7 月黃昏,大火已經越過中天向西流去。

五緯在天上運行的方向分為順行、逆行及留 3 種。由西向東運行是平常的方向,稱為「順行」,由東向西運行則稱為「逆行」,行星由「順」轉「逆」或由「逆」轉「順」的過渡時候,稱為「留」。

熒惑和火兩個火紅的天體彼此靠近時,顯然非常搶眼。中國古天象認為熒惑運行到心宿時,如果正好又處於「留」或「逆行」的情形,稱為「熒惑守心」,是非常不吉的徵兆,被視為侵犯帝王,占星學指其為「大人易政,主去其宮」。

清華大學歷史研究所黃一農教授,曾經對「熒惑守心」進行深入的研究,發現在 23 次「熒惑守心」記載中,有 17 次都不曾發生。他認為這 17 次「熒惑守心」的記載是偽造的,屬於政治鬥爭的產品。有興趣的讀者可以參考黃一農教授所著〈熒惑守心的星占意義〉一文。藉著電子星圖,則可以很容易地驗證「熒惑守心」的記載是否正確。

本文介紹的都是中國古代天文考古,西方也有許多天文考古的案例,最有名的當然是耶穌誕生的年代,西元元年就是以耶穌誕生的年代為依據。但是歷史上並沒有記載耶穌的生日,聖經上記載了耶穌誕生的故事和生平,也沒有確實的年代。耶穌活躍時期的希律王,在羅馬歷史中卻有記載。史學家依據聖經的記載,希律王去世時發生日全食,依據日食的規律性往前追溯,推測耶穌應該是西元前 4 年誕生,而非元年。

電子星圖功能齊全,可以做為星座盤之用,顯示任一地點、任何一天的星象、月相、行星位置和軌跡。過去,天文考古這門學問屬於專家學者的領域,現在靠著電子星圖可以很輕鬆地驗證古代天象記載,「天文考古」成為人人可以接觸甚至把玩的一門學問。

附錄

網路上有一套免費的電子星象館軟體(stellarium),可以在個人電腦上運作,功能強大,能夠顯示三度空間的星空,包含了西方星座、中國星官、埃及星座等,有興趣的人只需要上網下載即可。這個軟體容量很小,只有數十百萬位元,而且在中央大學鹿林天文台的貢獻下,也已經有中文字型版,只要同時下載「中文增強包」安裝即可。

有興趣的人可以輕鬆擁有這套 stellarium。上網連線到 stellarium 官方網頁(http://www.stellarium.org/),依據個人的電腦平台,選擇版本(視窗版本、麥金塔版本或 Linux 版本),下載後安裝即可。

打開電子星象館軟體 stellarium,選取任何一顆星星,按下滑鼠左鍵,便會在螢幕左上角呈現這顆星星的資訊,包括星名、座標、星等、光譜型等。更有意思的是,當使用放大功能時,暗星會隨著放大倍率一一浮現,這些浮現的暗星,也能按下滑鼠左鍵而出現相關資訊。當放大到一定程度時,會浮現星雲、月亮等較大天體的真實影像,例如昴宿星團、月亮等。

電子星象館 stellarium 也可以呈現任何一天的月相,不過必須充分放大。例如想知道 1988 年 7 月 2 日的月相時,就把時間設定在 1988 年 7 月 2 日,然後按下「快轉鍵」,等到月亮(圓盤)出現在天空中,按「停止鍵」。再按「居中鍵」把月亮置於視野中央,連按「放大鍵」,充分放大後會出現一個呈現月相的仿真月亮。使用這種功能很容易便能找出任何一天的月相,或是驗證古代的文獻中有關月相的敘述是否正確。

深度閱讀
  1. 「熒惑守心」的介紹可以參考網址:http://teens.theweb.org.tw/mars/index.html
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