日復一日,年復一年(一篇文章搞清楚各曆法之日、月、年、閏)

2019-03-05 20:57:21

1

季節變換,時光流逝,因為我們每時每刻都是乘坐在地球這艘人類的宇宙飛船在太空中遨遊。

白天和黑夜是我們最能直觀感覺到的時間觀念;另外還有春夏秋冬冷暖的變化,月亮和太陽的起落,月亮的圓缺。

仰觀星空,人類逐漸發現,日、月與地球的相對位置是有規律可循的。

地球不斷自轉、同時也圍繞太陽不斷公轉,周而復始。月球同樣如此,在自轉的同時圍繞地球不斷公轉(月球自轉的特殊性在於它的自轉周期恰好等於它的公轉周期,所以月球總是以同一面向著地球)。

人們根據地球自轉,產生晝夜交替的現象形成了'日'的概念;根據月亮繞地球公轉,產生朔望,形成'月'的概念,根據地球繞太陽公轉產生的四季交替現象而形成了'年'的概念。

曆法的複雜程度本質上是由其參照物的選擇決定的。農曆選取陰陽二體(太陽和月球)為時間參照,由此決定了其內容相對地複雜又豐富,符合我國傳統的哲學觀。

2 視太陽日和恆星日

大家都知道地球自轉一周為一日。可是,怎么才能確定地球已經轉了一圈呢?要回答這個問題,得講講恆星日、視太陽日、平太陽日。

地球除了自轉,還有圍繞太陽的公轉,所以選擇太陽還是遙遠的恆星做為參照來確定一日或地球自轉一周是有區別的。

以恆星(或太陽)直射地球表面的同一條經線(連線南北兩極的線)的周期為一天,稱之為一個恆星日(或真太陽日)。

因為地球離恆星非常遙遠,遠到從恆星上看來,地球的公轉軌道相對於如此遙遠的距離已變作一個點了,地球公轉的角度可以忽略不計。從這些遙遠天體來的光線是平行的,無論地球處於公轉軌道上的哪一點,某地經線兩次對向某星的時間間隔都沒有變化。比較起來,太陽離地球卻近多了,地球自轉也是自西向東,所以地球必須再轉過一個角度,太陽才再次過這個子午面,既完成了一個真太陽日。

所以太陽日是一個晝夜,是恆星日(地球自轉周期)+地球一天的公轉角度(0.986°)=360.986°。所以一日的時間如果劃分為24小時,1小時規定為60分鐘的話,則地球自轉360°(1恆星日)只需23小時56分鐘4秒,再經過3分56秒,轉動360/365°,地日中心連線再次與周期開始的經線重合,經歷一日的時間周期。

3 視太陽日和平太陽日

在長期的連續觀測中發現,一年中視太陽日的長短並不一樣。

由於以下兩個原因,視太陽日在一年當中的長度會每天不停地改變。

首先,地球的軌道是一個橢圓而不是正圓,所以當地球接近太陽時速度會加快,到達近日點時的運動速度最快;遠離時又會減慢,到達遠日點時的速度最慢(參考克卜勒行星運動定律)。

其次,因為地球自轉軸的傾斜角度,使得太陽在黃道上運行的大圓對地球的天球赤道是傾斜的,當太陽在兩個分點時,穿越赤道時會有一個角度的,所以投影在赤道上的運行速度小於平均速度;當太陽在至點時,他的運動方向是平行於赤道的,所以投影的運行速度高於平均的速度(參考回歸年)。因此,視太陽日在3月(26-27日)和9月(12-13日)是比在6月(18-19日)或12月(20-21日)短的。這些日期的長短變化是在分點、至點、遠日點、和近日點之間逐漸變化的。

視太陽日因為長短在一年在不斷變化,不適合我們計時的需要,為了得到一個均勻適用的日常時間,提出了平太陽日的概念。

假想有一個均勻速度的天體在黃道上運動,這個假想的天體被稱為“平太陽”,。把這個平太陽連續兩次通過同一子午線的時間稱之為平太陽日(地球運轉的總時間加以平均所得的“日”),把平太陽日86400分之一為一秒,就比原來精確多了。規定1分鐘等於60秒,1小時等於60分鐘,1天等於24小時,1時辰等於2小時。

為了方便計時,用60進制,因為10隻有1、2、5、10四個約數,而60有1、2、3、4、5、6、10、12、15、20、30、60等12個約數,60進制的表示小數的分數要比10進制的多,方便使用。

4 公曆(陽曆

公曆是國際通用的日曆。公曆以地球繞太陽轉一圈的時間定做一年,共365天5小時48分46秒。平年只計365天這個整數,不計尾數;一年分做12個月,大月31天,小月30天,二月只有28天。四年的尾數積累起來共1天光景,加在第四年的二月里,這一年叫做閏年,閏年的二月有29天。

5 陰曆

陰曆在天文學中主要指按月亮的月相周期來安排的曆法。以月球繞行地球一周為一月,即以朔望月作為確定歷月的基礎,一年為十二個歷月的一種曆法。在曆法發展衍變過程中,二十四節氣的出現用於科學地指導農業生產,形成了農曆(漢歷)。雖然,陰曆、農曆都俗稱殷歷、古歷、漢歷、夏曆、舊曆,但陰曆和農曆(漢歷)是有區別的。傳統上使用的夏曆(漢歷)實際上是一種陰陽曆。而伊斯蘭曆(回曆)反而是一種純粹的陰曆。陰曆以月亮圓缺一次的時間定做一個月,共29天半。為了算起來方便,大月定做30天,小月29天,一年12個月中,大小月大體上交替排列。陰曆一年只有354天左右,也沒有平年閏年的差別。

6 陰陽合曆

公曆是以地球自轉相對於太陽的位置所確定的“日”做為曆法基礎的,在此基礎上去確定年、月。而純粹的陰曆則是以月球圍繞地球的公轉先確定月,則確定一年的天數。

陰曆不考慮地球繞太陽的運行,因此使得四季的變化在陰曆上就沒有固定的時間,它不能反映季節,這是一個很大的缺點。為了克服這個缺點,後來人們定了一個折中的曆法,就是所謂陰陽合曆。我國還在使用的夏曆(也有人叫它農曆或陰曆),就是這種陰陽合曆。它跟陰曆一樣,也以月亮圓缺一次的時間定做一個月,因每月天數不能有奇零,故陰曆一個月為二十九日或三十日。每月以合朔之日為首,即以朔日為初一日。每年以接近立春之朔日為歲首。可是它又用加閏月的辦法,使得平均每年的天數跟陽曆全年的天數相接近,來調整四季。夏曆約每過二、三年多一個閏月。

地球繞日一周,即月球繞地球十二次又三分之一,一年內之月數不能有奇零,故一年十二個月,僅三百五十四日,與歲實相比較,約餘十一日,積至三年,餘三十三日,故每三年須置一閏月,尚餘三日或四日,再積二年,共餘二十五日或二十六日,可置一閏月,平均計算,每十九年須置七閏。以有節無氣之月為閏月,有閏月之年為閏年,閏年有十三個月,平年則十二個月。

7 協調年月日的曆法

公曆確定“日”、純粹的陰曆確定“朔望月”的概念後,然後需要確定年(地球繞太陽公轉,完成四季交替)的概念。以平太陽連續兩次通過春分點的時間間隔,即太陽中心自西向東沿黃道從春分點到春分點所經歷的時間,又稱為太陽年,也叫回歸年(Tropical year)。回歸年約為365又1/4 日 或 12又7/19朔望月,朔望月約為29又1/2 日。年長不是月長的整數倍,也不是日長的整數倍;月長也不是日長的整數倍。不同的文明,在協調年月日的時候,採用了不同的策略,也就形成了不同的曆法。

8 陽曆閏年

地球繞太陽運行周期為365天5小時48分46秒(合365.24219天)即一回歸年(tropical year)。公曆的平年只有365日,比回歸年短約0.2422日,所餘下的時間約為四年累計一天,故四年於2月加1天,使當年的歷年長度為366日,這一年就為閏年。現行公曆中每400年有97個閏年。按照每四年一個閏年計算,平均每年就要多算出0.0078天,這樣經過四百年就會多算出大約3天來,因此,每四百年中要減少三個閏年。所以規定,公曆年份是整百數的,必須是400的倍數的才是閏年,不是400的倍數的,雖然是100的倍數,也是平年,這就是通常所說的:四年一閏,百年不閏,四百年再閏。 例如,2000年是閏年,1900年則是平年。

閏年366日,在當年二月底增加一閏日,即閏年的2月為29天。為什麼選擇是在二月增加呢,這是因為公元前7世紀的古羅馬曆(Roman Calendar)一年的結束是現在的二月。公元前46年,羅馬統帥蓋厄斯·儒略·愷撒在埃及亞歷山大的希臘數學家兼天文學家索西琴尼的幫助下制訂新曆法,並在公元前45年1月1日起執行此曆法以取代舊羅馬曆法,確定了一年被劃分為12個月,大小月交替;四年一閏,平年365日,閏年366日為在當年二月底增加一閏日,年平均長度為365.25日。由於實際使用過程中累積的誤差隨著時間越來越大,1582年教皇格里高利十三世頒布、推行了以儒略曆為基礎改善而來的格里曆,即沿用至今的公曆。

9 農曆閏年

中國舊曆農曆作為陰陽曆的一種,每月的天數依照月虧而定,一年的時間以12個月為基準,平年比一回歸年少約11天。為了合上地球圍繞太陽運行周期即回歸年,每隔2到4年,增加一個月,增加的這個月為閏月。閏月加到哪個月,以農曆曆法規則推斷,主要依照與農曆的二十四節氣相符合來確定。在加有閏月的那一年有13個月,歷年長度為384或385日,這一年也稱為閏年。如1984年鼠年的農曆中,有兩個十月,通常成為前十月和後十月(即閏月)。農曆閏年閏月的推算,3年一閏,5年二閏,19年七閏;農曆基本上19年為一周期對應於公曆同一時間。如公曆的2001年5月27日、1982年5月27日和1963年5月27日這個日子,都是閏四月初五。

由於1回歸年為12.368個朔望月,0.368=368/1000=46/125,即125個回歸年的話正好余出46個朔望月,所以在一百二十五年中應設定四十六個閏年。但因為這樣設閏太過複雜,經推算,7/19最接近0.368。故一般的,在19年裡中設定7個閏月,有閏月的年份全年383天或384天。

為什麼採取“十九年七閏”的方法呢?一個朔望月平均是29.5306日,一個回歸年有12.368個朔望月,0.368小數部分的漸進分數是1/2 、1/3 、3/8 、4/11 、7/19 、46/125,即每二年加一個閏月,或每三年加一個閏月,或每八年加三個閏月……經過推算,十九年加七個閏月比較合適。因為十九個回歸年=6939.6018日,而十九個農曆年(加七個閏月後)共有235個朔望月,等於6939.6910日,這樣二者就差不多了。

七個閏月安置到十九年當中,其安置方法是很有講究的。農曆閏月的設定,自古以來完全是人為的規定,歷代對閏月的設定也不盡相同。秦代以前,曾把閏月放在一年的末尾,叫做“十三月”。漢初把閏月放在九月之後,叫做“後九月”。到了漢武帝太初元年,又把閏月分插在一年中的各月。以後又規定“不包含中氣的月份作為前一個月的閏月”,直到現在仍沿用這個規定。

為什麼有的月份會沒有中氣呢?節氣與節氣或中氣與中氣相隔時間平均是30.4368日(即一回歸年365.2422日平分12等分),而一個朔望月平均是29.5306日,所以節氣或中氣在農曆的月份中的日期逐月推遲,到一定時候,中氣不在月中,而移到月末,下一個中氣移到另一個月的月初,這樣中間這個月就沒有中氣,而只剩一個節氣了。

上面講過,古人在編制農曆時,以十二個中氣作為十二個月的標誌,即雨水是正月的標誌,春分是二月的標誌,穀雨是三月的標誌……把沒有中氣的月份作為閏月就使得歷月名稱與中氣一一對應起來,從而保持了原有中氣的標誌。

從十九年七閏來說,在十九個回歸年中有228個節氣和228箇中氣,而農曆十九年有235個朔望月,顯然有七個月沒有節氣和七個月沒有中氣,這樣把沒有中氣的月份定為閏月,也就很自然了。

農曆月的大小很不規則,有時連續兩個、三個、四個大月或連續兩個三個小月,歷年的長短也不一樣,而且差距很大。節氣和中氣,在農曆里的分布日期很不穩定,而且日期變動的範圍很大。這樣看來,農曆似乎顯得十分複雜。其實。農曆還是有一定循環規律的:由於十九個回歸年的日數與十九個農曆年的日數差不多相等,就使農曆每隔十九年差不多是相同的。每隔十九年,農曆相同月份的每月初一日的陽曆日一般相同或者相差一、二天。每隔十九年,節氣和中氣日期大體上是重複的,個別的相差一、兩天。相隔十九年閏月的月份重複或者相差一個月。

10 地方時與標準時間

地面上每一個觀測點都有自己的平子夜時刻,在同一瞬時,不同經度上的觀測點將有不同的時刻值.這樣的時刻,叫做地方時。地球自轉一周二十四小時,東西經度合計是三百六十度。則每隔十五度,時間相差一個小時(360°+24=15°)如果各地都使用自己的地方時,將帶來很多不便,因此,制定了標準時間規定。以經過英國倫敦的格林威治天文台的零度經線為零時區的中央經線,從西經7°30’到東經7°30’的範圍劃為零時區。在這個時區內以零度經線的地方時為標準時間。這就是格林威治時間,也叫世界時。從零時區邊界線分別向東、西每隔經度15°劃一個時區,全球共劃分為24個時區,每個時區相差一個小時。各區都以該區中央經線的地方時為該區的標準時間,如我國首都北京在東經116°,屬東八區,這個時區的中央經線是東經120°,因此“台北時間”實際上是東經120°的地方時。

實際上時區的界線為了方便起見,往往按照各國行政區域或自然界線來劃分。我國領土遼闊,東西橫跨四個時區,目前是採用一個區時,即以台北時間作為全國統一標準時間。由於零時和二十四時是重合的,為區分今天和明天,國際上人為地規定了以180°經線附近的一條線作為國際日期變更線,當由不同方向航行越過這條線的時候,需要遵照規則,把日期提早或推遲一天。

11 四季更替

地球在圍繞太陽不停地公轉的同時,也在繞自身的地軸自轉,不過地軸並不垂直於公轉軌道面,而是有一個23度27分的傾角。正是因為這個傾角的存在,才會使太陽在地球表面的直射點在南、北回歸線之間移動,從而形成了春夏秋冬四個季節。

當太陽直射在北回歸線時,北半球獲得的太陽熱量較多,且白晝比黑夜長,所以北半球氣溫處於一年中最高的時候,為夏季;這時太陽斜射在南半球,南半球獲得的太陽熱量較少,且黑夜比白晝長,因此,南半球處於一年中最冷的季節——冬季。當地球繞太陽再公轉半圈時,太陽的直射點由北回歸線移向南回歸線,北半球獲得的太陽熱量逐漸減少,由夏季進入秋季,進而轉入冬季;而南半球卻正好相反,由冬季進入春季,進而過渡到夏季。不過,地球繞太陽公轉的軌道並不是一個標準的正圓,因此南半球的夏天要稍稍比北半球的夏天熱,而冬天則要比北半球的冷些。

四季的形成是因為地球繞太陽公轉的結果。地球一直不斷自西向東自轉,與此同時又繞太陽公轉。而地球公轉的軌道又是一個橢圓的形狀,太陽始終位於一個焦點上。地球在不斷公轉的過程中,地軸與公轉軌道始終會保持66°34′的交角,即地球始終是斜著身子繞太陽公轉。因為地球公轉的原因,致使太陽直射點在地球表面發生變化。

到了每年6月22日前後,地球就是位於遠日點。太陽會直射北回歸線,這一天就是北半球的夏至日。與此同時北半球得到的熱量最高,白晝最長,而且氣候也炎熱,屬於北半球的夏季,但南半球正處於寒冷的冬季。

此後因為繼續在公轉軌道上不停運行,太陽的直射點便會南移。到了9月23日左右,太陽就會直射赤道,這一天就是北半球的秋分日。現在南半球以及北半球得到的太陽熱量都相等,晝夜平分,北半球是秋季,南半球是春季。

地球繼續不斷運轉,到12月22日左右,地球開始位於近日點,太陽便直射南回歸線。這一天就是北半球的冬至日。而此時北半球得到的熱量為最少,且白晝時間最短,氣候也相當寒冷,是北半球的冬季。南半球剛好是夏季。

太陽直射點北返以後,在3月21日左右,太陽再次直接射向赤道,這一天就是北半球的春分日。這個時候,是北半球的春季,而南半球卻是秋季。地球像這樣以一年為周期繞太陽不停運轉,從而產生了四季的更替。