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極星變革和歲差的成因 | |
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「歲差」是什麼？
「歲差」(precession)是指天文觀測的一種變化現象，它又稱為「分點偏移現象」(precession of the equinoxes)，要解釋這種變化現象首先必須要了解，當地球依其地軸自轉時，因地軸與地球繞太陽公轉軌道平面之垂線成23.5度之傾斜，如果地球本身沒有自轉的話，對地球引力影響最大的太陽與月球的引力，將會使傾斜的地軸逐漸趨向垂直於其公轉軌道的平面，也就是說地軸與地球繞太陽公轉軌道的傾斜角度將歸於零；然而由於地球係一旋轉體，所以旋轉的地球會產生抗拒此等引力的反作用力，結果將會維持其軸心之傾斜角度不變，正如一具旋轉儀當受到外力影響時，為維持其旋轉軸方向不變，將會產生一反作用力，而此反作用力將驅使旋轉儀趨向與外力成垂直方向偏移，地球的地軸也將繞著垂直於其公轉軌道平面之垂線作緩慢且順時鐘方向的偏移，這個地軸偏移的週期是每25,776年完成一個週期；且由於赤道與地軸成90度垂直，故赤道在空間上也會隨著地軸而移動，因此地球赤道和公轉軌道平面(黃道)的交點也將沿著黃道向西(順時鐘)偏移，此種赤道與黃道交點移動現象稱為「分點偏移現象」，在天文學上稱為「歲差」，其偏移的週期也稱為「歲差週期」。
黃道(ecliptic)的定義:
所謂「黃道」即是指地球繞太陽公轉的軌道，或者說是太陽繞地球視運動的軌道，地球自轉軸於黃道平面傾斜角度約為66度半或者說地球赤道平面與黃道平面的交角約為23.5度，在天文學中，該傾斜角度被稱為「黃赤交角」(obliquity of the ecliptic)，這個角度並不是一成不變的，在漫長的歲月中，黃赤交角不斷的以極為緩慢的速度在改變，但改變的幅度從未超過三度，最接近垂線時為22.1度，離垂線最遠時為24.5度，整個週期從24.5度到22.1度再回到24.5度，總共需要大約41,000年的時間才能完成。
黃道對於地球氣候的影響:
地球上有四季的變化，就是地軸傾斜的直接影響結果，實際上地球的轉軸保持與它的平均位置近於平行，也就是說它在空間上所指的方向幾乎是固定的，以北半球來說，當地球公轉運行至其軸的南端指向太陽時，這段其間為北半球的冬季，反之，當地軸的北端指向太陽時是為北半球的夏季，地球表面上的溫度取決於日照時間的長短與日光照射的傾斜度，因此每年大約在12月22日前後，太陽出現在南方最遠處的時候，北半球的白天也最短，地球在此點稱為「冬至」(winter solstice)，大約再過10天以後，地球將越過其公轉軌道主軸最近太陽之一端，稱之為「近日點」(perihelion)。
而每年大約在6月22日前後，太陽到達北方的最遠處，稱為「夏至」(summer solstice)，這一天北半球的白天最長，在夏至過後的十多天，地球行經其橢圓軌道主軸的另一端，亦即距太陽最遠之處，是所謂「遠日點」(aphelion)。在每年3月21日前後及9月23日前後，太陽兩次通過地球赤道平面，亦即通過赤道面與黃道面相交之兩點，在這兩天地球上南半球與北半球的日照時間都是相等的，黃道由南半球跨過赤道的那一點稱為「春分」(vernal equinox)，而由北半球跨過赤道的那一點則稱為「秋分」 (autumnal equinox)。
由以上說明可知，地球的四季劃分與黃道名詞的定義是以北半球的主觀感受為標準，若位於南半球的話，則名詞定義的解釋將正好相反，例如北半球的「冬至」那一天在南半球應該解釋為「夏至」才對，且南半球的「夏至」又正好位於地球公轉的「近日點」附近，因此南半球的夏季將比北半球承受更多的太陽威力，而冬季又正好是離太陽最遠的季節。
黃道與星座的關係
由於地球繞太陽公轉一週(360度)要365.25天，因此每天的移動量約為一度，所以也等於從地球上觀測天上的恆星方位時，每天也會移動一度，因為地球的公轉是由西向東運行，因此每天在同一時間觀測同一星座時，它將是向西移動一度；一年分為十二個月，每個月約三十天左右，古代的西洋天文家為了配合太陽的運動，便於指出每個月份，又特別把黃道分成12等分，而以黃道南北各展開約八度的範圍內，找出相對應的星座作為該宮的代表星座，就是所謂的「黃道十二宮」，每宮各佔幅度30度；兩千多年前的天文家在劃分星座時，以每個月太陽升起時所在的星座位置命名，當每年的「春分」那一天，也就是黃道與地球赤道的交點，太陽赤緯等於零的那一天(太陽投射到地球的位置正好位於赤道上)，這一天太陽將會從地球的正東方升起，而兩千多年前地球的正東方位正好直指向白羊星座(Aries)，因此又把「春分點」稱為Aries，並且成為黃道十二宮的起始星座，由此依序從西向東，到了四月份交金牛座、五月交雙子座、六月交巨蟹座….等等依此類推，直到一年過去太陽又重新回到春分點的白羊座上。
我國自古以來也是使用「星宿」作為觀察天象的依據，中國古代的天文家把位於黃道附近的星座，概略作等間隔的劃分為28群，就是一般所謂的28星宿，而且遠自黃帝時代就訂定了北極和二十八星宿的名稱，以作為記述或指出日月和行星運行的相互關係；中國28星宿每一宿的範圍比西洋所採用的黃道12宮星座範圍較為狹窄，而且只是作幾何上的配列。
因為有「分點偏移現象」，現在黃道十二宮的位置早已和幾千年前大不同了，隨著分點偏移，也就是黃道與地球赤道的交點，每年會沿著黃道逐漸向西偏移，此現象所造成的天文觀測變化雖然微小且緩慢，但兩千多年的累積變化也足以使得如今的春分點早已不在白羊座上，實際上已慢慢的向西移到雙魚座上，而且正逐漸跨入寶瓶星座的時代。
歲差現象的發現:
由於地球的軸心緩慢且持續的產生歲差現象，歲差週期長達25,776年，太陽穿過一個星座(30度)的時間需要2148年，每移動一度的時間需要71.6年，差不多是一個人的一生，而每年的歲差值僅有50.279秒，還不到一度的六十分之一，在古代要想觀察到這種極為緩慢的歲差變化是十分困難的，根據「大英百科全書」的記載：在西元前第二世紀的古希臘天文學家暨數學家Hipparchos首次發現歲差現象，此一重大發現，是他運用敏銳的心智長期觀察天象的成果；他將所觀測的星體位置和一百五十年前埃及亞歷山大港學者Timocharis及更早時期巴比倫天文學家的觀測逐一作比較；他發現天球經度出現差異，而這一差異超出了觀測誤差的範圍，因此他提出了「歲差」的理論，以解釋這個天文現象，這在天文學上是一項極為重大的發現。
歲差現象對於天文觀測所造成的影響:
1. 北極星的改變:
地軸既然會有偏移，則今日地軸所指的北極星，過了若干年後也必然會有所變更，預估到了西元10,000年，北極將指向天津大星(Deneb)，到了西元14,000年，織女星將成為新的北極星，而且在西元14,000年的同時，地球的近日點將出現在北半球的夏季，而遠日點將出現在北半球的冬季，及至西元23,000年，地軸將再度指向Thuban星座，正如其西元前3,000年所指的方向一樣。
2. 恆星座標系統「白羊點」的改變:
在天文學上的座標系X軸的位置決定，取決於其使用座標的目的，如要指出地球上的某一位置，X軸必須隨地球的自轉而改變，以保持其相對的位置不會隨著地球的自轉而改變，例如地球的經緯度座標系統，將X軸起始點訂於Greenwich子午線上，此種座標系統稱為"Coordinate System Fixed to Earth"座標系統(固定地球座標系統)。如要指出天體某一恆星的位置，則X軸的位置不可隨地球的自轉而移動，否則其座標位置將隨時因地球的自轉而改變，因此將X軸的起始點訂於白羊座當時仍在春分點的位置，如今雖然白羊座的春分點早已隨著「歲差」的現象而偏移，但是我們仍然依照天文慣例，將X軸的起始點定在虛擬的白羊點上，以保持恆星的天文座標不致因時間的變遷而有太大的改變，此種座標系統稱為「天赤道慣性座標系統」，因此目前我們所使用的恆星座標的X軸的基準點，並不是白羊座目前的真正位置。
3. 歲差現象造成星座緯度的改變:
如前文所述，我們都知道了因地軸的傾斜，造成了旋轉儀效應使地球產生了「歲差」的現象，這種現象會使得看似固定不動的天體恆星，每年會產生50.279秒向西偏移的結果，此種偏移的現象不但會造成星座位置的經度偏移，同時也會改變其緯度的高度，其週期同樣為25,776年，也就是說星座的緯度有12,888年會向上升至最高點，再下降12,888年後又開始上升，如此週而復始循環不斷。
由歲差現象的週期性推測歷史建物的年代:
由於考古學家並不一定具備天文學的知識，許多具有天文星象徵意義的歷史性建築，在推測其建造年代時，往往並未將該建築物所欲表現的天文意含考慮進去。由於「歲差」現象的規律性且長週期性，古文明有些偉大的建築師，在設計建造一些不朽的宏偉建築時，便將天文觀測重大的發現及數據，隱藏在其建築的設計之中，這些天體相對角度的關係或者是重要的週期數據，可能出現在建築物的排列、方位或尺寸，甚至其外觀或層數，以彰顯其在天文觀測上的偉大成就，也或許是想藉由不朽的建築記錄一些幾乎永恆不變的數據，讓後人慢慢的去發現、驚訝與嘆服。
「上帝的指紋」一書就藉由天文學上「歲差」的現象，對於古埃及金字塔的建造年代，提出了大膽的假設，企圖推翻傳統考古學家所公認的年代；而位於開羅市西南近郊越過尼羅河的不遠處的「基沙古蹟」，那裡聳立著三座大小不一的金字塔和一座面向正東的人面獅身像，這些金字塔到底是何時所建？根據正統的考古學派的說法，它是建於西元前2,520年左右，也就是距今約四千五百年；然而金字塔真的有那麼「年輕」嗎？根據該書的說法，若人面獅身像是在西元前兩千五百年左右，由古埃及第四王朝卡夫卡在位時開始雕刻，在當時應該是屬於白羊座的前身，金牛座的時代，以常理邏輯來推論，如果一個統治者在這個期間，要在基沙地區創造一個通告世人春分點來到的符號的話，應該會選擇牛，而沒有理由選擇獅子才對，很明顯的，由獅子座引領太陽在春分的時候從正東升起的唯一時代，當然就是獅子座的時期，也就是從西元前10,970年到前8,810年這段期間。而三座大小不一的金字塔的排列方式也正好對應了大約在西元前10,450年左右，獵戶座腰帶上的三顆明亮度不同的恆星來到了歲差運動週期中，位於天空最低的位置，也就是在銀河的西側，從南天空水平線往上11度8分之處，這個天文的景象，以金字塔的形式，被記錄在尼羅河西南方的土地上，而建築物的配置，毫無疑問的代表了歲差週期中轉換的年代。
結 論:
「歲差偏移現象」的發現，代表著天文觀測的一個重要的里程碑，並且可以借此檢測一個文明對於天文學與曆法的發展程度，為何與「曆法」有關？因為世界上所有的曆法都是天文觀測的解果，所不同者僅是所採用的基準天體不同，有的以太陽為準(現行通用的基準天體)，有的以太陰為準(我國的農民曆，又稱陰曆)，甚至有些以恆星為基準，稱為恆星曆；不同的曆法各有其實用的目的，但所有的曆法都要以精確的天文觀測為前提。「上帝的指紋」書中作者對於金字塔的建造年代，以天文觀測的「歲差偏移」觀念，提出了大膽的假設，其正確性當然還有待考古學家作深入的驗證；但是書中也提到了位於中南美洲的馬雅文化，同樣擁有精準的天文觀測與曆法。原來古代埃及與馬雅文化早已發現了此一偏移現象，以其每年僅50.279秒的微小、緩慢但持續且週期性的變化，能夠在古埃及與馬雅文明的天文觀測中被發現，並且還準確的計算出歲差偏移的週期，而這些豐富且深奧的天文知識，與當時的文明水準並不相匹配，甚至可以說大幅超越了當時文化社會的實際需求，這些世界古文明高度進化的天文知識，究竟是得自其本身長期觀測計算所獲，亦或是傳承自其它目前我們尚未知的高度文明的遺產，頗值得我們深思與探索。
參考文獻:
1. 廖中山編著: 實用航海學。
2. 薩師洪編著: 天文航海學。
3. 美國道頓航海學。
4. Graham Hancock: Fingerprints of the Gods(上帝的指紋)。
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