­　　1 月 31 日，今年的第一場(chǎng)月全食馬上就要來(lái)了，這次月食開(kāi)始于入夜后不久的 19：48，21 點(diǎn)之前就全部被食，時(shí)間非常適合大家觀看！

­　　相信大家對(duì)月全食都非常期待，并且已經(jīng)了解得不少了，但是下面這些月全食引發(fā)的腦洞，或許能給你帶來(lái)一些新的啟發(fā)吧！

­　　月食的形成 VS 古人的腦洞

­　　月食的成因在古人眼中神秘莫測(cè)。在中國(guó)民間，有天狗食日食月的傳說(shuō)；在北歐神話里則有對(duì)應(yīng)的巨狼斯里芬（去年漫威電影《雷神 3：諸神黃昏》里出現(xiàn)過(guò)的那坨大黑狼）的兩個(gè)兒子吞食日月；而在古印度的星占學(xué)里，更是設(shè)想了兩個(gè)"隱藏不見(jiàn)"的兇星，叫做羅睺星和計(jì)都星，前者專門(mén)吞吃太陽(yáng)，后者專門(mén)吞吃月亮，有著一些特定的天文含義。

­　　羅睺計(jì)都——月食"兇手"是誰(shuí)？

­　　古印度神話中，大神毗濕奴（Vishnu）帶領(lǐng)天神攪動(dòng)大海，提取永生之水，結(jié)果有個(gè)叫羅睺（h ó u）的阿修羅躲在天神隊(duì)伍里偷喝。太陽(yáng)神和月亮神發(fā)現(xiàn)后向大神舉報(bào)了他。毗濕奴飛起一個(gè)盤(pán)子把羅睺砍成兩半。但是他喝了永生之水，不會(huì)輕易死去，他的上半身還叫羅睺，下半身叫做計(jì)都，就躲在天空里永遠(yuǎn)與日月為敵。（也有說(shuō)法稱羅睺的下半身是好幾條蛇擰巴在一起的，砍下來(lái)變成計(jì)都以后就成了彗星，反正在古人眼里也是個(gè)不祥的象征）

­　　[ 注 ] 羅睺和計(jì)都傳入中國(guó)以后，與日、月、金、木、水、火、土七星合稱為九曜（y à o）。在《西游記》里，托塔天王率兵去花果山捉拿孫悟空就帶著這哥兒九個(gè)，不過(guò)最后也沒(méi)能把猴子怎樣。

­　　根據(jù)鈕衛(wèi)星先生的解釋，羅睺指的是白道（月亮軌道）與黃道的升交點(diǎn)，計(jì)都則為白道的遠(yuǎn)地點(diǎn)，從中我們可以看出古印度人對(duì)日月食發(fā)生的位置是有研究的——

­　　大家現(xiàn)在都知道月食的成因是太陽(yáng)照著地球形成了長(zhǎng)長(zhǎng)的影子，月球走進(jìn)這個(gè)陰影里就會(huì)形成月食。

­　　為什么月球每個(gè)月都繞行地球一圈，卻不會(huì)每個(gè)月都有日月食呢？就是因?yàn)樵虑蚶@行地球的軌道和地球與太陽(yáng)的軌道之間存在夾角，月球需要在初一或者十五的日子里，正好走到兩條軌道交點(diǎn)處附近，才能形成日食或月食——也就是傳說(shuō)中羅睺趴著的位置。

­　　從地球的視角，太陽(yáng)沿著黃道運(yùn)行，月球沿著白道運(yùn)行，兩者之間存在一個(gè)小小的夾角，當(dāng)日月走到交點(diǎn)附近，陰影才能遮掩

­　　有些人認(rèn)為，羅睺就是月球本身，它遮擋太陽(yáng)時(shí)比較容易看出一個(gè)黑暗的圓。

­　　借助計(jì)算機(jī)對(duì)日食時(shí)拍攝的高動(dòng)態(tài)范圍照片，我們也能看出遮擋太陽(yáng)的月球表面，以及太陽(yáng)周?chē)瓭L奔騰的日冕和日珥。 攝影 / 王樂(lè)天，后期 / 章佳杰

­　　而計(jì)都并無(wú)實(shí)體，我們看到的月食上的黑影正是地球所拖出的一道長(zhǎng)長(zhǎng)的陰影。

­　　依托現(xiàn)代科技的手段，用照相機(jī)拍出多張?jiān)率尺^(guò)程的照片，然后拼合到一起，就能看到這個(gè)陰影的更全面的效果。

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­　　月食"大數(shù)據(jù)"——算出平均朔望月

­　　和印度神話相比，古希臘人在認(rèn)識(shí)日月食成因方面更為先進(jìn)。他們很早就知道月食是由地球的陰影造成的，并且還從這個(gè)陰影是一段圓弧的現(xiàn)象中推測(cè)出地球的形狀也是個(gè)球形。其實(shí)在古希臘人的宇宙觀里，本來(lái)就覺(jué)得圓形啦球體啦什么的是最完美的，所以認(rèn)為地球是球體也算順其自然。

­　　不過(guò)要較真起來(lái)，僅靠一段弧線就認(rèn)為地球是球形還是證據(jù)不足的。假如地球是個(gè)圓柱體，某次剛好以橫截面對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)的時(shí)候也可以產(chǎn)生圓形的影子。

­　　但是古希臘人收集了很多月食的結(jié)果，可以說(shuō)是全方位多角度地確認(rèn)這些影子都是圓弧形，從這樣的"大數(shù)據(jù)"推出的結(jié)果還是比較可信的。

­　　[ 注 ] 文中所謂"大數(shù)據(jù)"，只是借用現(xiàn)在熱門(mén)技術(shù)的梗，以體現(xiàn)古希臘人在收集數(shù)據(jù)方面的拓展性思維，其實(shí)遠(yuǎn)不到大數(shù)據(jù)的范疇。

­　　提到與月食有關(guān)的"大數(shù)據(jù)"，可以說(shuō)說(shuō)依巴谷（Hipparcus）的功績(jī)。他生活在公元前 190~ 前 125 年的古希臘，在天文學(xué)方面做出很多開(kāi)創(chuàng)性的努力，被后世尊稱為"天文學(xué)之父"。

­　　面對(duì)月食，他有個(gè)腦洞大開(kāi)的創(chuàng)意：借助月食測(cè)量朔望月的時(shí)長(zhǎng)。朔望月時(shí)長(zhǎng)就是指月亮從與太陽(yáng)同一方向的朔，逐日長(zhǎng)胖變圓，達(dá)到被稱為望的滿月，再一步步虧損，到下弦月到殘?jiān)略俚娇床灰?jiàn)，這樣一個(gè)周期要經(jīng)歷的天數(shù)。

­　　顯然月亮與太陽(yáng)同側(cè)時(shí)是看不見(jiàn)的，沒(méi)法直接測(cè)量?jī)蓚€(gè)朔日的間隔。滿月也有"十五的月亮十六圓"，上弦月下弦月到底什么時(shí)候正好是一條直線？這些都不容易精確定位。

­　　月相圖

­　　這時(shí)候依巴谷就用上了月食的天賜良機(jī)，月球什么時(shí)候進(jìn)入地球的陰影和走出地球的陰影，可以比較明顯地判斷出來(lái)。然后，他手里還有古巴比倫人上百年觀測(cè)月食的記錄，數(shù)數(shù)這么長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)歷過(guò)多少個(gè)朔望月就可以得出相當(dāng)精準(zhǔn)的時(shí)間。

­　　我按這個(gè)方法自己也計(jì)算了一下：以 2011 年 12 月 10 日發(fā)生在北京的那次月全食為起始日期，到這次的 2018 年 1 月 31 日 19：48，期間共經(jīng)歷了 2243.96 天，76 個(gè)朔望月。于是求出平均每個(gè)朔望月的時(shí)長(zhǎng)是 29.5258 天，和標(biāo)準(zhǔn)答案的 29.5306 天之間相差不到 7 分鐘，精確率達(dá)到 99.98%。這是只用了 6 年間隔的時(shí)間，已經(jīng)算得相當(dāng)精確了，如果真的用上幾百年的數(shù)據(jù)，嘖嘖！

­　　日地月距離到體積——更早的日心說(shuō)？

­　　和依巴谷老師的這個(gè)腦洞相比，比他早一百多年的古希臘天文學(xué)家阿利斯塔克（Aristarchus）面對(duì)著日月食，腦洞開(kāi)得更大：

­　　日食的時(shí)候，月亮能剛好遮擋太陽(yáng)，這說(shuō)明了什么？我們伸直胳膊，然后彎曲一根手指，可以發(fā)現(xiàn)大概手指的粗細(xì)差不多是月亮直徑的兩倍，這又說(shuō)明了什么？

­　　[ 注 ] 伸直胳膊測(cè)量角距，適用于精度要求不高的測(cè)量需求，一般而言，胳膊長(zhǎng)的人手指粗手掌寬，胳膊短的人手指細(xì)手掌窄，也是可以成比例的。

­　　這說(shuō)明：

­　　我們胳膊的長(zhǎng)度和手指一半粗細(xì)之間的比例，

­　　和地球到月球之間的距離與月球直徑的比例，

­　　以及地球到太陽(yáng)之間的距離和太陽(yáng)直徑的比例，

­　　這三者是差不多的。

­　　接下來(lái)阿利斯塔克在上弦月的時(shí)候（這時(shí)候日、月、地之間的夾角正好是 90 度）測(cè)量了月球和太陽(yáng)之間的夾角。

­　　根據(jù)三角形邊長(zhǎng)之間的關(guān)系，他得出日地距離大概是地月距離的 19 倍左右，同時(shí)太陽(yáng)的直徑也是月球的 19 倍。——現(xiàn)在我們知道這個(gè)距離之比是 400 倍，但他開(kāi)這個(gè)腦洞，在理論上是沒(méi)什么問(wèn)題的。受測(cè)量精度的影響，以及對(duì)上弦月無(wú)法精確定位，才造成測(cè)量值的極大誤差。還能開(kāi)什么腦洞呢？他又測(cè)量了月食時(shí)月球穿過(guò)地球陰影的時(shí)間。

­　　[ 注意 ] 要找那種月球正好從地球陰影中心穿過(guò)去的月全食，如果是從陰影的旁邊穿過(guò)去的話所用時(shí)間就比較短。

­　　本次月全食，月亮走的路徑就不是地影的中間 /NASA

­　　測(cè)量這個(gè)時(shí)間有什么用？因?yàn)樵虑虿畈欢嗝扛?27 天多就會(huì)繞地球轉(zhuǎn) 360 度（注意不是朔望月的 29 天半），所以平攤下來(lái)，差不多每個(gè)小時(shí)走過(guò)其自身寬度的一段距離，也就是半度左右。

­　　[ 注 ] 月球每小時(shí)約走過(guò)自身寬度的角距，后來(lái)到了大航海時(shí)代還被用到過(guò)：天文學(xué)家們?yōu)榱藥椭酱瑢?shí)現(xiàn)全球定位，在精密航海鐘發(fā)明之前，曾提出利用測(cè)量月球方位來(lái)進(jìn)行授時(shí)的解決方案。此舉后來(lái)還奠定了以格林威治天文臺(tái)所在經(jīng)線為本初子午線的基礎(chǔ)。

­　　通過(guò)測(cè)量這個(gè)時(shí)間，阿利斯塔克就算出：地球的影子拖到月球的那個(gè)位置上，影子的寬度大約是月球的 2.5 倍。

­　　那么問(wèn)題就來(lái)了：

­　　根據(jù)前面的計(jì)算，太陽(yáng)的直徑是月球的 19 倍，如果地球比太陽(yáng)大，這個(gè)影子錐就會(huì)呈擴(kuò)散的形態(tài)，到月球的位置就不可能縮到只有月球 2.5 倍直徑的寬度。

­　　即使地球跟太陽(yáng)一樣大，這個(gè)影子圈的大小也應(yīng)該有月球直徑的 19 倍寬度左右，一次普通的月全食將會(huì)持續(xù)將近一天才對(duì)。

­　　唯有地球比太陽(yáng)小，影錐才會(huì)收縮。經(jīng)過(guò)一些別的計(jì)算，阿利斯塔克得出結(jié)論，地球直徑應(yīng)該是月球的 3.5 倍左右。那么！太陽(yáng)的體積就得有地球的兩三百倍了。（現(xiàn)在科技給出的結(jié)果是 130 萬(wàn)倍左右）

­　　那么大個(gè)的太陽(yáng)繞著小小的地球轉(zhuǎn)，是不是有點(diǎn)荒謬呢？由此阿利斯塔克得出結(jié)論：應(yīng)該是地球繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)！

­　　但是很遺憾，他在公元前三世紀(jì)就提出的日心說(shuō)，顯然太超前于那個(gè)時(shí)代了，只有阿基米德在他的《數(shù)沙子》這本書(shū)里記了一筆，又過(guò)了一千六七百年后才被哥白尼再次提出。