恺撤【恺撤的天文计算仪】
2100多年前的凯撒大帝时期制造的一件青铜器,在希腊安蒂基西拉海域因海难沉入海底。大约在1900年打捞了上来,才得以重见天日。 精密的仪器
当科学家应用21世纪的科技,破译了老古董齿轮上2100多年前的希腊铭文,揭开这个古老齿轮的秘密后,他们惊得合不拢嘴。这个仪器竟然可以预测太阳、其他恒星以及行星长期的运行,并可以计算即使牛顿也挠头的精确的月球运行。因为月亮实际上是以椭圆轨道围绕地球运行,月亮穿过天空的速度在不同的时间是不同的,牛顿时代的科学家也难以推算月球位置。
这个仪器由37个齿轮和两个钟面组成,整体被装进一个长31.5厘米、宽19厘米、高10厘米的木盒子里。齿轮由一个大的主轮和许多小的齿轮组成,钟面上刻有许多刻度。这部装置原本还有指针、一个传动装置和一根轴。轴的转动可以使各个齿轮以不同的速度随之转动,齿轮又带动指针转动。指针被青铜活动盖保护起来。主轮转动一圈等于一个太阳年,也就是我们现在的一年365天,4年一个闰年。其他较小的齿轮则显示太阳和月亮以及其他数颗最重要的恒星上升时的位置。
令人称奇的是,虽然是靠手柄进行摇动来运算,但仪器的运算精准度非常高。在主轮转动的过程中,其他的轮就会相应转动一定的角度,各个轮转过的角度各不相同,在主轮转动一圈的过程中,有的小齿轮只轻微转动,有的则会转动许多圈,这主要取决于每个齿轮的齿数。这种转动体现了太阳、月亮的运动,并模拟了希腊十二宫图中较大的恒星和星座的升起和降落,也表现了太阳系内行星的位置。
天文仪器的杰作
这个仪器对于月球运动的描述,简直精确得令人称奇。它可以非常明确地告诉我们,月亮在每一天呈现给我们的面容,也就是模拟了月球运动的默东周期(以天文学家默东命名),默东周期的时间是19年,也就是235个农历月,一个周期后,月球可以在一年中同一天达到同样的月相(月亮盈亏程度)。例如,2006年10月6日是满月,19年后,也就是2025年的10月6日也会是满月,而在其他的年份里,10月6日就不是满月。天文计算仪纯粹是通过代表着月球的齿轮的齿数实现模拟的,而仪器中月球的运动模式是根据古希腊天文学家希帕库斯关于月球公转椭圆形轨道模型进行设计的。
这个仪器还能告诉我们日食或月食发生的所有时间,不论是前5000年还是后5000年,每一个月食或日食的发生时间都可以很精确地计算出来。这是因为在外力的作用下,月球和地球的自转轴在空间并不保持固定的方向,而是不断发生变化,但这种变化是周期性的。这种周期性的微小摆动导致地、月、日关系的周期性变化,这个周期是18年零10日,称作沙罗周期(“沙罗”是重复的意思)。每经过这段时间间隔,地球、太阳和月球又会回到原来的相对位置,因而前一周期内的日、月食又会陆续重新出现,每个沙罗周期有43次日食和28次月食。
