閒談天文與授時

在晴朗的一天，你舉起手一直指着太陽，一小時，兩小時，三小時…… 傻的嗎？你會發現自己活像時鐘的指針。

這看似無聊，卻是中國古天文的精髓之一。古代可沒有時鐘，不像現在，你可以看看腕錶、掛曆，易如反掌地得知這一刻是何年何月何日何時何分何秒。那麼，在蒼茫的大地上，古人憑藉甚麼來判斷時間呢？

答案正是天文，正是日月星辰的運轉。

我對天文的鍾愛，除了因為深邃宇宙中的那些瑰麗的星雲、星系，另一個令我讚歎不已的，就是天文在「授時」的妙用。授時就是分配時間的制度。古時，人們判斷晝夜、季節，基本上都是根據天文的觀察，其方法令人拍案叫絕。日月星辰的運轉，如何用來判斷時間和季節呢？在這裏我分別舉一些例子。

我們知道，地球沿着自轉軸自轉一周，就是一晝一夜。自轉軸的延伸是北天極 (粗略來說就是北極星吧)，所以，在地球上看，日月星辰每一天在天上，大約就是以北天極作為圓心運轉一圈。 由於地球自轉不會像地鐵、巴士那樣時快時慢，所以天體在天上運行的速度也是平均的，一天是三百六十度，走了三十度就被定為一個時辰 (即現在的兩小時) 了。

利用這一點， 古人發明了日晷(音:鬼)、月晷、星晷等。日晷，大家都耳熟能詳了，可分作以下兩類。一種是赤道式日晷，那是一個傾斜的圓盤，上面立着一支晷針，正對着北天極，晷面沿圓周分成十二等分，人們只要看晷針在鐘面的影子便可讀取當時的時間。 另一種是地平式日晷，那是平放在地上的，原理相同，只是刻度後投影後有點「變形」而已。另外，元代的郭守敬用來紀錄日食的「仰儀」，像一個大灶頭，也是用太陽的方位來斷定時間的。演變至今，日晷的構造變化多樣，科大的正門的「巨型火炬」和小弟在美國夏博太空中心看到的那個(見下圖)，也是日晷的一種。

月晷、星晷，大家聽過嗎？月晷，原理一樣，只用月亮(月亮也有影子的，不過在香港的夜光下失色不少)的運轉作根據。星晷(見下圖)

(圖片來源：http://www.lcsd.gov.hk/ce/Museum/Space/Astropark/astropark_facilities_obs.php ; Image credit: HK Space Museum)

又喚作「勾陳晷」，因為北天極附近有「勾陳」這星官，故名。你猜到怎樣使用了嗎？不錯，利用北極星附近的恆星，繞北極星轉一小圈的規律，就可以判斷時間。

時間知道了，那麼季節又如何？ 中國以農立國，準確地記錄季節的曆法當然十分重要。其實，斗轉星移，天上星宿與太陽除了因地球自轉所造成的東升西落外，在不同季節，他們在天球上的位置也有微妙的差別。

眾所周知，地球上的四季變化是因為地軸傾斜，太陽有直射和斜射之別。反過來說，不同季節中，太陽在天空中的軌跡也有差異。在北半球，太陽在正午時的仰角有高低之別，最高(最近天頂)的那天，便是夏至；最低的則是冬至 (見下圖)。

中間則劃分成二十四個節氣，分別反映不同的物侯、農時。古時候人們便會用簡單的「圭表」(見下圖)

(圖片來源：http://www.lcsd.gov.hk/ce/Museum/Space/Astropark/astropark_facilities_obs.php ; Image credit: HK Space Museum)

正午時量度太陽影子的長度，用以計算當天的日期，便是這個原理。 現在，人們的玩意先進了──天文發燒友把相機固定在同一位置，每天日出或日落時對着太陽拍一幀照片，作重複曝光，就可以更清楚發現太陽的周年運動(一年裏運行軌跡的變化)──是「8」字形的! (見下圖)

此圖是2012年4月2日至9月16日在阿塞拜疆拍攝的，呈半個「8」字，在天文學上叫做半個 "Analemma"， 拍攝者耐性真好。

(圖片來源：http://apod.nasa.gov/apod/ap120920.html ; Image credit: Apod)

除了太陽周年運動，恆星在一年的位置也有變化。你馬上聯想起四季的星座有別吧？ 的確，古時候，人們晚上無聊，又沒有光污染，常常可以看見滿天星斗，持之以恆，自然能發現一些規律。舉個例，織女星是全天第五顆最亮的星，而且它的緯度較高，一年大部分日子都可以看見十分引人注目，我們的祖先很早便留意到它，並留意它在不同日子所位處的方位。《夏小正》中記載：「七月，……初昏，織女正東向。」原來，在七月的黃昏，織女星正好升上一年中的最高點，也在人們的頭頂上清晰可見，並舉它東邊兩顆較暗的形成開口，而每年這時候，暑氣消退，天氣漸涼。於是，每年當人們看到織女星黃昏時在頭頂閃爍，便意味着「秋天的來臨」了。

日月星辰的運行其實大有講究。平日我們住在地面房子裏的動物，鮮有留意天上星辰的運轉。只知道，日落西山，眾星高懸，一天便已過去，正是「日月其除」﹗我也沒有試過整天指着太陽，但從天文學會平日使用的赤道儀，追蹤太陽時那齒輪悄悄的轉動中，時間流逝之快，也略知一二了。

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