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大瘋起嘻
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« 回覆文章 #12 於: 2011-10-16 21:41:27 » |
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剛進天文還沒有見過他本人，就已經拜讀過菜菜貓一偏很有趣的文章
* 太陽系行星上的曆法 * [ 台北市天文協會 蔡鴻彰 ]
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曆法與時間的起源是根據自然界的一些規律現象, 被當時的人們覺得可以信賴, 因此
相沿成習後, 就形成了計算時間的單位, 例如: 年, 月, 日, 節氣... 等.
我們可以看出, 太陽, 月亮, 地球的自轉, 公轉運動週期正是決定時間單位的因素,
而另一方面, 時間單位的週期計算起點則隨著各地方人們的風俗, 民族傳說而不同.
隨著人類科技的進步, 人們發現了自然界的時間單位不是很準確, 例如日月星辰走得
時快時慢, 也沒有固定的軌道路線, (現在知道原因是地月公轉軌道是橢圓型, 再加上
地球體型並非正圓體, 使得自轉軸發生進動.... 所造成的), 所以人們只好自己定義
一些固定的時間單位, 而且也因為複雜的社會需求, 在年月日之外也訂了一些與天文無關
的時間單位, 例如 : 星期, 時, 分, 秒 等.
以上就是我們現在所用的時間單位的故事, 如果我們多用點想象力的話, 能否替太陽系
的其他行星環境創造一套曆法呢? 我們不妨虛構各個行星上如果有居民的話, 可能會採用
何種型式的曆法 :
一. 水星的 "度日如年"
首先是水星, 我們知道它是孤零零的繞行太陽, 但由於公轉軌道的偏心率很大, 加上
自轉很慢, 所以, "度日如年" 一詞是很適用於水星的, 但是水星過個 "水星日" 會是個
很奇怪的經驗, 在長達幾十個地球日的夜晚後, 終於盼到了白天, 可是因水星沒有大氣層
, 沒經過曙光黎明階段, 太陽慢慢的由地平線上升, 走了幾(地球)天後, 好像覺得沒睡飽
, 又轉個方向走回地平線之下, 於是大地恢復一片黑暗, 好幾天後, 太陽又加足馬力衝
出地平線, 朝向另一端而去, 在這長達八十幾地球日的白天中, 天上可以看到其它的星星
, 星星隨著水星的自轉而自西往東移動, 太陽則自東往西移動, 因此水星有三個年的定義
(1) 日星會合年, 以太陽回到與同一個恆星會合處, 即其公轉週期 88 地球日, (2)恆星
出沒年, 以水星上兩次看到同一恆星升起之時間, 即其自轉週期 59 個地球日, (3) 太陽
出沒年, 以太陽兩次由地平面升起之時間, 這大約是 176 個地球日.
仿照地球上對日夜的定義, 一個水星的太陽年也就是一個水星日, 可以發現 "日比年長"
的有趣現象. 水星的自轉週期與公轉週期恰好有 2:3 的比例關係, 相信這是長期來水星
以很大的離心率橢圓軌道在接近太陽處運行產生的穩定結果. 所以水星上的人應可以產生
一套規律簡單可適用萬年的曆法, 至於 "月" , 因水星無衛星, 故造不出 59 天以下的
自然週期.
由於水星繞太陽軌道之離心率甚大, 所以水星上可以看到太陽圓面的直徑變化很大, 因此
可以定義出 "近點年", 以太陽最近時為年首, 近點年與 "日星會合年" 大致相同, 但會有
少許誤差, 這會造成類似地球的 "恆星年" 與 "回歸年" 間的歲差現象.
水星的自轉軸與公轉平面的傾斜角只有二度, 故冷暖的感覺應該來自太陽距離水星的遠近,
可是此種 "季節溫差感" 會埋沒在水星的 "晝夜溫差感" 之下, 變得無足輕重了.
由於水星上可以隨時看到星辰, 在單調的恆星背景中, 應可以看到 金星, 地球, 火木土
等五大行星的運行, 比起地球上看五大行星要壯觀多了, 因此, 水星上一定有許多 "星相
專家", 發明以五大行星運行週期為本的 "星期曆", 這可替水星人的生活多添一分神奇的
氣氛吧. 由於行星運轉很慢, 加上複雜的會合週期組合, 故可以創造出幾十種 "星曆"
組合, 可以定出幾十, 幾百年的週期單位來.
二. 金星的 "漫長日夜"
金星的體形很像地球, 但所在的條件卻大為不同, 他的表面覆蓋了幾千公里的大氣層,
又有濃密的硫酸雲, 使得其地面永遠看不到外面的星辰, 金星也沒有衛星, 其實有沒有
都沒關係, 反正也看不到. 在金星上可以感覺的是太陽光透過雲層後產生的明亮的 "白天"
與 "夜晚" 的感覺, 由於濃密大氣造成的光線散射作用, 日夜間明亮的時間應比與黑暗的
時間持續更久 (可能為 6:4), 所以金星人晚上開電燈的時間不會像地球人那麼頻繁.
近年來因使用雷達探測金星表面, 發現了金星竟是以自東往西的逆向自轉, 而且自轉的
週期長達 243 天, 而金星又是以 225 天週期繞日公轉, 所以我們很容易算出, (比照
兩位在運動場上逆向跑步的運動員何時碰面的算法), 金星上的一晝夜是 120 天, 至於
"年" 的定義, 因金星上看不到星辰, 故不會有恆星年, 會合年等說法, 甚至金星人壓根兒
不會有 "過年" 的觀念.
由於金星的自轉軸偏角只有二度, 故不會有太陽輻射角度週期變化產生的冷熱季節感,
所以金星上的服裝事業絕對興盛不起來, (沒有泳裝, 冬衣, 皮草.... 等賣點).
倒是出門時防止硫酸雨和超大氣壓的 "鐵甲衣裝璜保養業" 可大行其道.
由於金星人是沒有宇宙觀念的, 所以沒有天文學, 沒有太空事業, 也使得我們不用耽心
來自金星的 ET, 如果各位想躲避天文協會的 "騷擾" 的話, 不妨移民到金星吧.
三. 月球的 "空中掛鐘"
月球是地球唯一的衛星, 地球人早已掌握了它的運行規律, 且定出了 "月" 的時間單位,
即 "朔望月" 29.53天, "恆星月" 27.32天, (我們用的陰曆是根據前者, 而西曆的 "月"
則無與天文現象無關), 當地球上的人們還在為了陰曆陽曆何者可靠好用而辯論之際, 可
曾有人想起, 月亮上的嫦娥不知過的是那一種時間?
月球和地球可稱作 "命運共同體", 一同繞行共同的主載者 --- 太陽, 又得互相纏繞旋轉
, 在繞日公轉軌道上搖搖擺擺著一齊前進, 兩者也理所當然享有共同的時間體系, 例如:
同樣的朔望週期, 同樣的年度長短. 只是盈虧位相彼此互異, 對方所在星空背景不同罷.
如果月球上有嫦娥的話, 最感不適的大概是晝夜的長度徒然增長了 15 倍. 原來, 月球的
自轉週期和其繞地公轉的時間相同, 自太陽上看來, 月球要以 29.53 天的時間才 "自轉"
了一圈, 所以月球的一晝夜就要這麼久了, 想必嫦娥小姐一定會為了每天要煮一百次飯,
洗三十次澡而煩惱不已吧...
月球世界有無比 "一個地" (地球人說是 "一個月") 更短的時間單位呢? 有的, 當嫦娥小
姐仰頭望著她的故鄉地球時, 會注意到地球的自轉, 使得她懷念的中原故土一次又一次的
出現再消失, 好像走馬燈一樣, 出現的週期是 24 小時又 53 分, (注意不是 24 小時 !)
當然, 細心的嫦娥也會注意到隨著地球在 "近月點" 或 "遠月點" , 這個時間是會有點
長短不同的, 所以, 地球好像是高掛在月球天空的 "掛鐘", 使得單調的月世界生活多了
些節奏感.
不過並非月球上每個角落都看得到這個 "掛鐘", 月面有 40% 的區域永遠看不到地球,
聽說吳剛先生已在當地建設了一些 "忘鄉雅築", 準備租給想忘掉地球上一切事務的人呢.
四. 火星的 "地規火隨"
火星是太陽系中環境最接近地球的行星了, 有空氣, 有水, 溫度也過得去, 靠人類的高超
科技, 總有一天能把火星改造得適合人類久居.
火星的自轉是 24 小時 37 分, 這也就是說, 把你的手表拿去寶島鐘表行將彈簧放鬆點,
就可以在火星上使用了, 火星繞太陽公轉一週是 687 個地球日, 換算成火星日是 668 天
, 所以火星人的日曆本有 668 頁, 很適合一些嫌日子不夠用的人前往生活.
火星也有四季, 它的自轉軸偏角是 24 度, 比地球大一點點, 加上其大氣層稀薄, 水氣稀
少, 故氣候冷暖的季節感立即呈現, 不像地球有些地區會推遲幾個月, 火星上最流行的運
動是溜冰, (是 二氧化碳冷卻形成的乾冰), 夏天流行的是在火星南北縱谷舉行的 "風力
飆車", 而火星人從來不知道什麼是游泳, 因為此地從來沒看過液態的水.
火星上可以看到兩個月亮, 一大一小, 雖然體型只像地球的小山, 但因為很靠近火星, 所
以也是大大亮亮的, 大的一顆稱為 "戴摩斯", 在距火星中心 9300 KM 處運行, 週期是
7 小時 40 分, 比起火星自轉快多了, 所以火星人每天可以看到它由西往東繞行兩次多,
而小的衛星稱為 "福伯斯", 距火星中心為 23,500 KM, 週期為 30 小時 17 分, 從火星
面看, 是由東往西走, 約 5.5 天回到相同的恆星背景處, 對火星的曆法專家言, 這兩個
衛星提供了許多套曆法計時單位, 例如: 兩個衛星同時出現在地平線的時間, 同時與某恆
星會合的時間, 甚至於兩星與其他行星會合的時間, 正好可以補足火星上 "年" 與 "日"
中間的計時單位.
對移民火星的地球人而言, 應該最注重從火星看得到地球的日子, 從地球看火星時最明顯
的是 "火星衝" , 但到了火星, 地球變成了 "內行星", 所以看到地球最佳的日子是
"東大距" 與 "西大距" 之時, 大距發生的週期相當於 地球與火星的會合週期, 即 780
個地球日, 因此火星上的地球人要過三種新年, 一是火星的繞日公轉 (或是季節) 新年,
一是看得到地球的會合新年, 另一個當然是老家地球的新年, (中國人還多個陰曆的新年)
, 所以在火星的日子是不會單調的, 常常有假日可放.
五. 木星的 "短縮歲月"
木星是太陽系裡體型最大的行星, 也是個充滿未知與危險的世界, 在木星深遂而狂亂的大
氣層中, 不知埋葬了多少太空英豪, 因此人們終於理解, 最好安居在木星的大氣層中特設
的 "漂浮城市" 中, 以兩萬公里時速隨著木星自轉而移動著.
木星的一晝夜是 9 小時 50分, 白天時比起地球來太陽顯得暗淡無光, 但到了晚間卻不見
得漆黑烏暗, 木星大氣中的閃電, 原子高速撞擊產生的光電作用使得城市變成 "不夜城",
強大的磁場變動使得持有金屬者的皮肉有被強大電流燒灼的危險, 此處的通訊一切仰賴光
纖傳送, 此處的工作人員必須快手快腳, 一切都像是快速放影的影帶中出現的劇情一樣.
要忙多久才能過年呢? 木星繞太陽公轉一週須要 11.86 個地球年, 換算起來一個木星年
有 10,576 個木星日, 在如此沉重的工作時間壓力下, 很少有人能作滿一年的.
木星的體型優勢使它能擁有多顆衛星, 其中四個體型頗大, 分別以 1.7, 3.5, 7.2, 16.7
個地球日的週期環繞木星公轉, 所以組合起來, 木星世界擁有太陽系中最複雜的月曆系統
, 每隔幾天就可吃到不同名目的中秋月餅, 木星人必須隨時注意一顆會噴發毒氣的 IO
衛星, 大約每 12小時就會與它會合一次, 所以理所當然的這成為木星人固定的祈禱時間,
而每隔幾百個木星日, 四個月亮會會合一次, 帶給木星大氣巨大的潮汐作用, 此時木星人
就得全體動員防範危險, 因此就有固定的 "動員演習月", 如此看來, 地球人的歲月實在
太過於太平無事了.
六. 土星的 "環中乾坤"
土星和木星一樣, 是體型巨大而且有危險性甚高的大氣層, 所以土星的居民並不住在星球
本體, 而是在它外面, 地球人稱作 "土星環" 的地方.
土星環並不是一圈堅實的固體架構, 而是由無數大小碎片狀的氣體結晶, 冰塊, 或岩石碎
片所組成, 聰明的土星人已能就地取材建立漂浮於環中的太空站, 過著游牧民族般的生活
. 通常是把住所附近的材料耗完後, 即轉移到其他位置去.
土星本體是以 10小時 15分為自轉週期, 但是土星環可不一樣, 內側的環週期短, 外側者
週期長, 這點造成了內外各環層居民很大的困擾, 各環層都有不同的時間單位, 因而內層
各環的生活節奏快, 外層的就慢多了, 這點和地球人的經驗很不同, 地球人到外國旅行時
, 只要調整時區加減幾個小時即可, 但在土星各環間從事旅行, 必需隨時更改計時週期,
往往到外層出差五天, 回到內層時就已過了七天了, 因此 "土星聯合國" 特別規定, 凡是
涉及環間事務, 一律以土星本體赤道區自轉週期為準 (土星是氣體結構, 所以南北極區的
自轉速度和赤道區不同).
另外, 土星以 29.46 個地球年的週期繞日公轉, 而土星環面和黃道面有 27 度的傾角,
所以造成了土星環受陽光照射的角度有季節性的變動, 這使得環中的居民必須依照日射能
量調整生活細節, 在日照期的兩個 10 年中, 須努力生產, 而在日光無法射入環中的兩個
4 年中 (也就是從地球看土星環消失的期中), 就可以休假到其他行星旅遊.
土星和木星一樣, 擁有不少個衛星, 所以也有許多套月曆系統, 而其中一顆稱為 "第坦"
的, 是全太陽系最大的衛星, 以 16 個地球日的週期繞土星公轉, 第坦星的居民比起
土星環的居民可以享受 "腳踏實地" 的固定居住生活, 但因溫度太低, 生物進化程度
落後, 使得 "第坦" 星成了土星世界的 "侏羅紀樂園".
七. 哈雷彗星的 "時間換檔"
說起哈雷彗星可真大大有名, 它以 0.967 的極大離心率橢圓軌道繞太陽運行, 週期大約
76 年, 之所以說 "大約", 是因為哈雷彗星常常受到大行星的引力攝動而改變路徑, 使
得週期經常誤差, 地球人自古來把它視為邪惡的精靈, 專門引發戰爭與動亂, 直到 17
世紀, 哈雷先生找出了它週期出現的證據, 然後科學家用種種的設備儀器加以探測, 最後
終於明白它只是一種多成份氣體與星際塵埃碎片構成的鬆散 "雪球", 其數量不勝枚舉,
但哈雷彗星是其中體型較大, 光度與彗頭直徑, 彗尾長度最為可觀的.
時至今日, 哈雷彗星已被改為往來太陽系內外的交通工具, 設有高等客艙及全套服務系統
, 讓沿途旅客賓至如歸. 由於全程需時 76 年, 所以途中每到各大行星軌道交點處, 就設
置停靠站讓各行星旅客上下, 並且更換服務人員, 而最重要的是作 "時間換檔" 的工作.
這起因是因為 "哈雷號" 是依靠萬有引力自動運行的免能源無污染工具, 所以在它運行至
遠日點時速度相當慢, 秒速僅有數十公尺, 要花數十年才能通過土星軌道, 而通過後, 只
需花五年時間就可通過近日點, 尤其是兩次穿越地球軌道只須五個月時間, 秒速達到百餘
公里.
星際旅客通常不能適應這樣劇烈變動的速度與時間架構, 因此有必要在旅程的各階段調整
時間變化的常數, 以免有人悶得發慌, 有的卻緊張得心臟病發作, 這種作法並非史無前例
的, 試看看地球, 不是有些地區會在不同季節實施日光節約時間嗎? 以此驅使大家提早
工作, 晚些休息, 目的是差不多的啦.
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