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巨石阵——日月食的预报器
霍伊尔
编者按
在20世纪60年代，英格兰西部古老巨石阵的用途是大家非常关注和存在争议的问题。虽然第一个提出巨石阵是用于预测日月食的工具的人并非英国天文学家弗雷德·霍伊尔，但他在这里解释了在“奥布里环”代表黄道面（即太阳系的运行平面，所有行星都在这个平面内绕太阳运动）的前提下如何利用巨石阵更精确地预言日月食。 英文
巨石阵可能是出于一个重要的天文目的而修建的，这一假设最近得到了霍金斯的支持。他指出 [1] ，在该建筑的不同位置中存在着有天文学意义的准线。一些研究者曾质疑：在一个拥有如此多方位的布局中，这些准线是否应该被认为具有统计学上的显著性。最近我检验了霍金斯发现的所有准线。我认为这个布局不是随机的。正如霍金斯所指出的，有些位置与巨石阵的几何规律之间有特殊的关联，而主要的准线正是在这些特殊位置上发现的。其次，我还发现这些准线恰好就是能长期服务于天文学观测需要的准线，在本文中我会解释这一点。第三，根据更加细致的调查，在这些准线中看似存在的量级为±1°的小偏差其实根本就算不上偏差。 英文
在第二篇文章中 [2] ，霍金斯又对早先的一个假说进行了研究，即认为巨石阵可能曾用于预报日月食。月球交点的回归周期为18.61年，这一周期在日月食分析中是非常重要的。霍金斯指出：有一个石标以每年3个洞的速率沿着由56个奥布里洞组成的圆周运动，旋转一周所用的时间恰好是18.67年。这和18.61年非常接近，因而说明月球交点的回归周期与奥布里洞的数量之间是存在相关性的。在这一点上我也同意霍金斯的观点。不过，我与他的分歧之处在于他所说的预测日月食的方式。显然，以下几条对其所持观点的反对意见看起来是合理的：
（1）在我看来，假设奥布里洞仅仅是被用于计算56年的循环未免有点站不住脚。没有必要为了表示出56年的循环，而在这么大半径的圆周上以一定的间距建造56个洞。
（2）很难解释古人是如何校准由霍金斯所提出的计算系统的。为了找到这一系统，他本人使用了已发生过的日月食的记录表。巨石阵的建造者们哪里会有这些在日月食发生之后才统计出的表格。
（3）这种预报方法只预测出了全部日月食中很小的一部分。很难理解这些建造者们会因为成功预言间隔可达10年之久的日月食而得到什么好处。怎么解释那么多该系统没有预言出来的日月食呢？ 英文
我的观点是奥布里环代表了黄道。图1所示的位置对应于满月时的位置。任意取白羊座γ作为第一个点放在第14号洞处。 S 是太阳的位置，⊙角代表黄经， M 是月球在黄道面上的投影， N 是月球轨道的升交点， N’ 为降交点，中心 C 是观测者所在的位置。随着时间的流逝， S 、 M 、 N 和 N’ 点会按图1所示的方式运动。 S 每年转一圈。 M 运行得会更快一些，一个朔望月循环一周。两个月球交点所连成的直线 NN’ 旋转一周的时间为18.61年。在图1中， S 和 M 位于一条直径的两端是因为这张图代表的是满月时的状态。 英文
图1
如果月球位于 N 点，那么当太阳在距离 N 点大致±15°范围之内时就会发生一次日食；而当太阳在距离 N’ 点±10°范围之内时就会发生一次月食。同样，如果月球位于 N’ 点，那么当太阳在距离月球位置±15°范围之内时就会发生一次日食；而当太阳在距离两个月球交点连线的另外一端大致±10°范围之内时就会发生一次月食。显然，假设我们用标记标出了 S 、 M 、 N 和 N’ 的位置，并且假设我们知道如何通过移动这些标记来足够精确地表示太阳和月球的真实移动过程，那么我们就可以预言几乎所有的日月食，尽管有大约一半的日月食在观测者所在的位置上是看不到的。这在很大程度上优于利用霍金斯系统预测非常分散的日月食。在一年之中，日月食的发生次数可多达七次，不过这样的年头是很少见的。 英文
移动这些标记的方法如下所述：（1）每13天将 S 点逆时针移动2个洞。（2）每天将 M 点逆时针移动2个洞。（3）每年将 N 点和 N’ 点顺时针移动3个洞。 英文
我们可以合理地认为巨石阵的建造者们知道一年中的大致天数、一个月的天数以及月球交点的回归周期。后者可以通过观测月球从地平线升起时的方位角求得。如果在每个朔望月我们都能测量出方位角的最小值（由北向东），我们就会发现“每月最小值”在缓慢变化，这是因为角φ= N C γ在不断变化。图2中显示出了当φ的范围处于–60°≤φ≤60°时“每月最小值”的变化情况。（图2中的方位角值没有经过折射校正或视差校正。这些较小的效应与现在讨论的内容无关。）每月最小值在φ的周期——18.61年内上下波动。通过观测方位角的周期变化，并根据多个周期的观测结果就可以精确地测算出φ的周期。巨石阵中有一些可用于瞄准的排列很适合进行这样的观测。只要知道具有合理精确度的 S 、 M 和 N 的周期，就可以马上把上述方法作为大体的工作流程。 英文
图2
假设 M 、 N 和 S 的初始位置是已知的并且是正确的。利用上述方法可以使我们提前预测出 M 、 N 和 S 未来的位置，并由此预见到将要发生的日月食——但这只能维持很短的时间，因为上述方法中所存在的误差会使标记与真实月球、真实太阳和真实月球轨道升交点的实际位置之间的偏差越来越大。第一个发生显著偏离的将是月球的标记 M ——在该方法中所采用的运行周期为28天而非27.32天。但是我们可以每个月对标记 M 的位置进行两次校正，只需在满月时把 M 点调整到 S 点对面，而在新月时将其摆放到和 S 点重合即可。 S 在该方法中的运行周期为364天，这已经非常接近真实的周期值了，因为每年都可以对 S 的位置进行四次校正，方法是在夏至点、冬至点、春分点和秋分点时刻正确地测量光线的位置，这些都可以在巨石阵中以很高的精度被测定。 英文
巨石阵也可以用于测定φ=0的时刻，即当 N 被设定在γ点时。图1中从 C 到 A 1的连线方向即是图2中最小值点的方位角方向。当月球在最靠北的角度升起的时候，需要将 N 定位于γ点，这样每18.61年就可以对标记 N 进行一次校准。上述方法要求 N 在循环一周后只能有很小的偏差。如果 N 的起始位置是正确的，那么它在环行一周结束时只会与真实位置偏离1°左右。日月食预测所允许的误差在大约5°的范围以内，所以如果我们每循环一周就对 N 点进行一次校准，那么这个预报器将会在误差很小的情况下无限期地发挥作用。还可以用同样的方法把 N 的初始位置确定下来。 英文
但是现在我们遇到了一个明显的麻烦。图2中的最小值范围非常宽，用我刚刚描述的方法很难真正确定这个最小值点。角度误差不能小于±0.25°，而在确定图2中的最小值时即便只存在这么大的误差，也足以使φ产生±15°的误差。 英文
正确的方法是通过在对称曲线的两边取平均来测定最小值的时刻，例如取图中两个点2之间的平均值。利用这种方法就可以把误差减小到不大于1度或2度——远低于误差允许的范围。 英文
现在需要在最北边偏东一点的方向上设置视线方向。在巨石阵的平面图中有一条由柱坑 A 1、 A 2、 A 3和 A 4排成的直线，它们的排列很有规律，并且准确地摆放在了适当的位置上，这显然是有意安排的。 英文
可以用同样的方法来测量太阳的二至点。在夏季，视线的方位角会略有增加；而在冬季，它应该略有减少。 英文
霍金斯 [1] 给出了两张表格，表格中含有标题为“高度误差”的列。计算这些高度误差的前提是假设巨石阵的建造者想要精确地观测出最大方位角。检验上述观点的方法是要看计算出的“误差”是否具有正确的符号——这里给出的论点是应该存在“误差”，并且与偏角的符号一致。对于霍金斯在表1中所给出的12个值，有10个属于这种情况。从 C 点到那块踵石的方向是两个最突出的偏差点之一。在这里“误差”为零，说明这个特殊方向与夏至时太阳升起的方向保持精确一致，这也许是出于审美上的需要或者仪式上的要求吧。另一个偏差点是91→94方向。我通过计算发现这里只有很小的误差，说明这个方向也与最大方位角保持着相当的一致性。 英文
高度误差中的负值对应于需要在地平面以下进行观测的情况，比如在只有这么做才能以最大方位角观察某些天体时。对巨石阵来说这是不可能的，因为在所有方向上地势都是微微向上倾斜的。这样的视线方向不可能用于观测出最大方位角，这一事实再次印证了上述观点。 英文
人们对寻找其他方式校准标记 N 很感兴趣。有一种方法，初看起来前景还不错，但后来发现它用到了一个特殊条件，即要求满月刚好出现在春分点或秋分点。有证据表明，这种方法曾在巨石阵中被尝试过，但视线显然只能位于巨石阵主体结构的外部。然而，进一步的调查表明该方法行不通，这是因为在判断满月的具体时刻时会产生难以避免的误差，而这种误差又会使 N 的定位出现很大的偏差。由于月球轨道的倾角太小，所以这种方法从本质上讲是不可行的。即便如此，该方法很可能在当时曾造成过一时的轰动，因为它要观测在二分点时刻发生的满月，而春分见到的满月可能曾被用于确定复活节的日期。 英文
如果观测者知道一种特殊的近似对等关系，那么几乎完全用数字学就能够准确地进行日月食的校准。因为 S 和 N 向相反的方向运动，所以太阳每次经过 N 所需的时间不到一年，为346.6天。19个这样的循环等于6,585.8天，而223个朔望月等于6,585.3天。因此，在223个朔望月之后，标记 N 相对于 S 的位置就会与223个月前几乎完全一致。如果能了解到 N 和 S 在任意时刻的正确位置关系，那么每223个朔望月，也就是18年零11天，就可以把 N 的位置重新调整一次。这种近似对等关系非常绝妙，以至于该系统能够在500多年的时间里给出令人满意的预测结果。当然，设置 S 点位置的方法应该与以前相同。这种方法的优势在于不需要根据之前描述的观测过程来确定 N 的位置。但没有经过观测就不能确定正确的初始位置，除非这个问题是反过来问的。而利用已经观测到的日月食数据就可以反复地校正这个预报器。这种方法大概就是近东地区所采用的沙罗周期。没有证据能够证明在巨石阵中使用了这一方法。巨石阵的整体结构似乎曾被用于精确的观测。即使不存在沙罗周期，巨石阵的方法也同样可以很好地预报日月食。 英文
以下是几个文化方面的有趣话题。假设巨石阵的建造者来自于一个崇尚与日月有关的文化的民族。如果太阳和月亮被赋予了类似神的特性，那么我们应该怎么看待 N ？观测结果表明在 M 和 S 非常靠近 N 时总会有日月食现象发生。我们的神就会被暂时抛在一边。那么显然 N 一定是一个更加强有力的神。但 N 是不可见的。这难道就是一个无形而全能的神——以赛亚神概念的起源吗？发现 N 的重要性会不会破坏了宗教中对太阳的崇拜？ M 、 N 和 S 会不会就是三位一体教义，即“三中有一、一中有三”的起源呢？如果能够证明现今文明的根源主要来自于月球交点，这还真有点讽刺意味。 英文
（孟洁 翻译；肖伟科 审稿）