馬利華

(中國科學(xué)院國家天文臺(tái)，北京 100101)

中國的古代天象記載對(duì)歷史和古代天文學(xué)研究具有重要價(jià)值，并在現(xiàn)代天文學(xué)研究中起著重要作用[1-3]。中國古代地方志是指全面、系統(tǒng)地記述本行政區(qū)域內(nèi)自然、政治、經(jīng)濟(jì)、文化、社會(huì)的歷史與現(xiàn)狀的資料性文獻(xiàn)。眾多古代地方志對(duì)天象(包含日食、月食、月掩星、沖、合等)有專門的文字記載，這為天文學(xué)研究提供了重要的資料。通常情況下，地方志中用文字描述當(dāng)時(shí)的天象觀測(cè)情況。但這些天象觀測(cè)是人為記載的，有一定的主觀性。地方志中的觀測(cè)記載在流傳過程中可能出現(xiàn)疏漏。這都會(huì)導(dǎo)致天象觀測(cè)記載不準(zhǔn)確甚至錯(cuò)誤。因此，利用古代地方志資料開展科研工作要謹(jǐn)慎核查。

眾所周知，地球自轉(zhuǎn)存在長(zhǎng)期減慢的趨勢(shì)。根據(jù)古代天象的觀測(cè)記載，我們可以研究地球自轉(zhuǎn)的長(zhǎng)期變化。許多學(xué)者開展了這方面的研究工作[4-16]。清代乾隆年間安徽 《銅陵縣志》 卷13頁5記載：(明代正德二年)正月，朔，日食，既。其中， “明代正德二年” 對(duì)應(yīng)1507年； “既” 是中國古代天象記載中觀測(cè)到中心食(日全食和日環(huán)食的統(tǒng)稱)的專用文字描述。以上記載簡(jiǎn)潔精煉地描述了在安徽銅陵縣觀測(cè)到的一次中心食現(xiàn)象。另外，明代嘉靖年間江西 《東鄉(xiāng)縣志》 和清代順治年間安徽 《望江縣志》 中都有觀測(cè)到1507年1月發(fā)生日食的文字記載。本文利用美國航空航天局(National Aeronautics and Space Administration, NASA)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(Jet Propulsion Laboratory, JPL)發(fā)布的現(xiàn)代天文行星歷表DE422，分析得到此次日食記載對(duì)應(yīng)1507年1月13日發(fā)生的日食現(xiàn)象。以下詳細(xì)計(jì)算此次日食的日食帶分布，并研究世界時(shí)改正數(shù)和地球自轉(zhuǎn)的長(zhǎng)期變化。

1 地球動(dòng)力學(xué)時(shí)間系統(tǒng)下的1507年1月13日日食

天文行星歷表對(duì)于天文學(xué)和地球科學(xué)及其他相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域具有重要的實(shí)用價(jià)值。美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室發(fā)布的DE系列現(xiàn)代天文行星歷表已經(jīng)在天體測(cè)量、深空導(dǎo)航、行星際探測(cè)等方面得到較為廣泛的應(yīng)用。2009年9月噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室發(fā)布DE422行星歷表[17]，數(shù)據(jù)跨度自公元前3001年12月7日至公元3000年1月30日，該歷表可以滿足研究者對(duì)古代天象記載研究的基本需求。DE422行星歷表采用國際天文聯(lián)合會(huì)(International Astronomical Union, IAU)推薦的國際天球參考系統(tǒng)(International Celestial Reference System, ICRS)，對(duì)應(yīng)的國際天球參考架(International Celestial Reference Frame, ICRF)是通過一套河外射電源的位置來實(shí)現(xiàn)。DE422行星歷表采用的地球動(dòng)力學(xué)時(shí)(Terrestrial Dynamical Time, TDT)是一套均勻的時(shí)間系統(tǒng)。

日食是月球運(yùn)動(dòng)到太陽和地球中間時(shí)，月球的黑影正好落到地球表面的特殊天文現(xiàn)象。利用天文行星歷表可以計(jì)算得到太陽、月球在地球動(dòng)力學(xué)時(shí)系統(tǒng)下的空間位置。根據(jù)日月位置的幾何關(guān)系，我們可以得到日食在地球表面的可觀測(cè)情況，即日食帶。計(jì)算表明，1507年1月13日日食是一次日環(huán)食，對(duì)應(yīng)的日食帶見圖1。圖中，紅色虛線圍成的狹長(zhǎng)條帶是在地球表面可以觀測(cè)到日環(huán)食現(xiàn)象的區(qū)域。

圖1 1507年1月13日日食的日食帶(地球動(dòng)力學(xué)時(shí)間系統(tǒng))Fig.1 The solar eclipse path on January 13, 1507 (with TDT time system)

2 1507年1月13日日食觀測(cè)記載得到的世界時(shí)改正數(shù)

實(shí)際上，地球自轉(zhuǎn)存在顯著的長(zhǎng)期減慢趨勢(shì)。地球動(dòng)力學(xué)時(shí)間系統(tǒng)與世界時(shí)系統(tǒng)(Universal Time, UT)之間存在一個(gè)時(shí)間改正數(shù)，稱之為世界時(shí)改正數(shù)ΔT。ΔT滿足

ΔT=TDT-UT，

(1)

(1)式給出了地球動(dòng)力學(xué)時(shí)和世界時(shí)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。ΔT直接反映了地球自轉(zhuǎn)的長(zhǎng)期變化。利用古代天象在世界時(shí)系統(tǒng)的觀測(cè)記載，可以推算該天象發(fā)生年代的ΔT數(shù)值。反之，已知古代天象發(fā)生年代的ΔT數(shù)值，也可以推算該天象在當(dāng)時(shí)的可觀測(cè)情況[18-19]。

結(jié)合安徽銅陵縣(30°.93N, 117°.82E)觀測(cè)到1507年1月13日中心食的文字記載，說明銅陵縣處于可見中心食的狹長(zhǎng)條帶內(nèi)。據(jù)此可以得到ΔT數(shù)值的上下限范圍為[294 s, 1 518 s]。即ΔT處于這個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，在銅陵縣可以觀測(cè)到中心食現(xiàn)象。

3 討 論

對(duì)于1507年1月13日的日食觀測(cè)，明代嘉靖年間江西 《東鄉(xiāng)縣志》 和清代順治年間安徽 《望江縣志》 也有記載，兩處地方志均用 “日食，甚” 描述當(dāng)時(shí)觀測(cè)的日食現(xiàn)象。這里結(jié)合前述計(jì)算得到的ΔT值上下限，分析江西東鄉(xiāng)縣(28°.23N, 116°.61E)和安徽望江縣(30°.12N, 116°.69E)對(duì)此次日食的可觀測(cè)情況。表1和表2分別給出了這兩地觀測(cè)此次日食各個(gè)食相的地球動(dòng)力學(xué)時(shí)間、太陽高度角，并給出食分(描述日食程度的定量化數(shù)字)。為了直觀起見，表中同時(shí)給出各個(gè)食相時(shí)刻對(duì)應(yīng)的當(dāng)?shù)貢r(shí)間(Local Time, LT)。考慮到兩地觀測(cè)日食的復(fù)圓時(shí)刻出現(xiàn)在日落之后，表中也給出了兩地的日落時(shí)刻。

表1 江西東鄉(xiāng)縣對(duì)1507年1月13日日食的可觀測(cè)情況Table 1 Visible situations of solar eclipse on January 13, 1507 at Dongxiang county of Jiangxi

表2 安徽望江縣對(duì)1507年1月13日日食的可觀測(cè)情況Table 2 Visible situations of solar eclipse on January 13, 1507 at Wangjiang county of Anhui

由表1和表2可知，在江西東鄉(xiāng)縣觀測(cè)1507年1月13日日食的食分處于0.881到0.945之間；在安徽望江縣觀測(cè)1507年1月13日日食的食分處于0.930到0.947之間，都屬于食分較大的日食。如果天氣條件允許，當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐娜藗儜?yīng)該能夠顯著感受到這種日食現(xiàn)象，并把這次日食現(xiàn)象收錄于當(dāng)?shù)氐牡胤街居涊d。這也間接驗(yàn)證了本文得到ΔT數(shù)值范圍的正確性。

文[14]綜合利用古代多地的天文觀測(cè)記載，以分段函數(shù)的形式給出了ΔT在不同時(shí)期的計(jì)算公式。文[20]進(jìn)一步給出對(duì)應(yīng)于不同天文行星歷表的修正方法。據(jù)此計(jì)算得到1507年1月13日的ΔT數(shù)值范圍為188 ± 20 s，這與本文依據(jù) 《銅陵縣志》 得到的ΔT值存在一定的差別(最小差別為86 s)。文[14]在歸納ΔT的分段計(jì)算公式期間，并沒有考慮 《銅陵縣志》 這一地方志中的日全食記載，本文研究結(jié)果可用于更新分段函數(shù)的參數(shù)。當(dāng)然，考慮到地方志的觀測(cè)記載在流傳過程中可能出現(xiàn)疏漏，即使有佐證材料，仍然不能完全保證銅陵關(guān)于當(dāng)時(shí)觀測(cè)記載 “既” 的準(zhǔn)確性。

4 小 結(jié)

本文結(jié)合清代乾隆年間安徽 《銅陵縣志》 對(duì)1507年1月13日的日食觀測(cè)記載，研究確認(rèn)了當(dāng)時(shí)觀測(cè)到的中心食現(xiàn)象，并計(jì)算得到當(dāng)時(shí)的世界時(shí)改正數(shù)ΔT范圍[294 s, 1 518 s]。本文進(jìn)一步考察了明代嘉靖年間江西 《東鄉(xiāng)縣志》 和清代順治年間安徽 《望江縣志》 中關(guān)于此次日食的觀測(cè)記載，確認(rèn)這兩地都可以觀測(cè)到大食分日食現(xiàn)象。本項(xiàng)工作對(duì)于地球自轉(zhuǎn)的長(zhǎng)期變化研究具有參考價(jià)值。另外，本文研究結(jié)果與文[14]給出的ΔT公式結(jié)果存在較小差別，在后續(xù)工作中將深入研究出現(xiàn)這種差別的原因。