图133 儒维西的弗拉马里翁天文台(特别注重观测月亮)
我们的祖先比我们和自然更为接近。他们既不需矫揉造作,也不受近现代生活的束缚。他们对于自然现象的直接观察,奠定了科学的最初基础。如果说,天文学是最早的科学,那么,对月亮的观测便是最早的天文观测,因为这种观测最简单、最容易而且最有用。明月的光辉,现今城市居民已不太重视,可是原始人却把它当作一种特殊的恩惠,所以他们把月亮当作女神来供奉。月相的循环给牧羊人和旅行人以计时的标准,仅次于因地球自转而来的昼夜循环的周期。月相比四季循环更为简单明显,所以曾经被人当作一种天然的历法。
图134 月亮的位相决定于会合周期(29. 5日),因为位相随月亮对于太阳的相对位置而变化
图135 月的各个位相
我们说过,在大约一个月的时间内,我们的卫星沿着与周日运动相反的方向,在天上行经一周;同时它和别的星球一样东升西落,每夜它都比别的恒星升起得迟一些,好像向东方后退一样。这种运动非常显著,只需连续几夜注意月亮的位置,便会觉察出来。例如某夜月亮在一颗明星附近,它很快离开这颗星,沿着与周日运动相反的方向而去,绕天空运行一周:在一夜之间它离开了13°,两夜26°,三夜39°……最后过了27天,它从相反方向回来,再碰到那颗明星。它回到它前一个月所在的那一点,好像依次拜会了它旅途上的每颗恒星。
人类先注意到月相,然后才察觉到它在恒星间的运动。月亮在某一夜从太阳的光辉里诞生,那便是初生的新月〔又叫作朔〕。和太阳相合的第二夜,月亮呈现一丝娥眉的光辉,它的凸面常向着落日的一面〔许多画家没有注意到这个事实,常常把这个现象的方向画反了!〕。娥眉月逐渐长大起来,五六天以后它成了半圆的形状,明暗部分的界限似乎成了一条直线,那时叫作 上弦 ,在白天也容易看见。它继续离开太阳,成了卵形,又经过七天,光辉不断增加,以至满轮发光,通宵照耀,便到了 满月 〔又叫作望〕。那时它半夜中天,太阳东升,月亮西落。对于我们说来,这种现象说明月亮和太阳处在相反的方向,而且说明太阳是迎面地而不是侧面地照着月亮,我们才看见它的整个明亮的圆轮。
继满月而来的,便是月缺的时期,重新表现月盈期的月相,先由卵形逐渐亏损,而到半圆( 下弦 )。这半圆继续亏缺,呈娥眉的形状,更逐日变窄,而且它的弦角是背着太阳的。那时月亮在早上日出前一些升起,它更接近太阳,随着就失落在日光里。那时月亮又变成了另一个新月,又来到 朔 的时期。
我们已经说过,月亮在我们眼里所表现的这一系列现象,是在29日13时的它的一个会合周期里发生的。新月和满月的日子叫作 朔望 ,月亮成为两个半圆时叫作 上弦 或 下弦 。
在前一篇里,我们说过,太阳中天比恒星中天每日要迟4分钟。因月亮经天一周(恒星周期)比太阳经天一周要快13倍,所以月亮每日中天更要落后。在继续两天里,月亮中天比太阳中天迟50分钟。所以用月亮来计算日子,每日应是24时50分。不过这数字只是一个平均值,月亮的异常复杂的运动,使得这种“月亮日”有很大的变化。
月亮成为新月或太阴月开始的时候,显然不能用直接观测立刻决定,除非是恰好在朔的时候,掩盖着日面而造成了日食。
可是日食不是每月都有的,因为月亮虽然在黄道星座中运行,可是它离开黄道还有一些距离。下一章谈到月亮的复杂运动时,我们还要提到这件事。如果月亮像太阳总是在黄道上运行,那么每逢新月便形成日食,每逢满月便形成月食。可是我们只需检查年历,便可知道,在5个朔望里,有4个都没有食,月亮的位置总是太偏北或太偏南,不能造成食的现象。
图136表示朔日前后月轮的连续几种情况。假设在新月的时候,月轮在日轮的北面(从我们的纬度看去,月轮在上)。它的一丝娥眉总把凸面向着太阳,但是到了合朔的时候,这一丝娥眉的光辉也完全消逝,即使那时并无日食。事实上,月亮表面的凹凸起伏很大,环形山的棱脊和高山的峰巅侧影互相重叠,使得月面向太阳的一些部分不能被人看见。这现象在弦角上尤其显著,因为在月轮周围,娥眉月占去的部分不及一半,弦角好像被剪裁过了。当月亮距离太阳20°时,因月面凹凸起伏的效果,娥眉的弧度减少了12°,可见的弧只有168°;距离太阳15°时,可见的弧只有142°;在离太阳9°处,娥眉的开口不过88°,还不到一个直角;在离太阳7°处,它就完全消逝,月亮的被日光直接照着的部分在地上就丝毫也不能够被看见了。
图136 在每次合的时候,月亮不一定造成日食
平均五次中有四次月亮从太阳的上面或下面走过,当月日间角距离小于7°时,便不会有娥眉月,因为月亮只被灰光很微弱地照着,所以它对着我们的一面完全看不见。
总之,由于月面上的起伏,在新月前后,娥眉月的视表面和亮度显著地减少,这也是在合朔前后或长或短的一些时间里,完全不见娥眉月的原因。在中午,即使在最好的天气,用肉眼或望远镜去看娥眉月,须在它离太阳至少24°那么远,在小于30°处看见娥眉月,实在是相当困难的。但是在太阳升起或落下的时候,就适宜得多。如果前面是海阔天空的地方,又逢晴朗的气候,即使月亮距离太阳只有15°,因太阳在地平线下面,亦易辨出一丝娥眉的光辉。这种现象转瞬就看不见了,因为太阳在地平线下须有相当距离,才不致使晨昏的天光掩蔽了娥眉的微光,而且在地平线附近常有或多或少的雾气,也常会掩蔽了这稀微的光辉。这种现象只能有几分钟,观测者必须事先做好准备。有人在月亮距太阳10°处看见过它,更有两处,根据计算,除掉视差在角度只有7°到8°之间,也看见了新月。新月初生作为太阴月的开始,在不可查考的古代,就有一些民族用宗教仪式来庆祝,一直到今天还是这样。娥眉月怎样才能被人看见,曾经成为许多人研究的题目。可惜的是,观测的人只说,在合朔以后,经过了若干时日,他才看见了新月,换句话说,即是在什么月龄看见月亮。可是新月被人看见,不但是由于月龄,而且是因月和日中间的角度(自然还有气象的情形和观测者在地球上的位置)。我们再看图136,便会明白,单是月龄不能决定它和太阳的距离,因为当月龄为零,即正当合朔的时候,日月间的角距离可以由0°到6°。还有,如像我们在下面要谈到的,月亮在它的轨道上运动,情况异常复杂,它的视速度有很大的变化。1952年8月21日,月龄才12时,月离太阳只有5°,因无娥眉,故地上没有一个地方可以看到月。可是1953年4月4日,月龄仍是12时的时候,月离太阳9°,一个位置适当的观测者可以很清楚地看见一丝娥眉月,这两个例子足以说明,只是月龄不足以表示它能被看见的情况。只有掌握月亮和太阳位置的确切数据的天文学家才能指出观测是否可能,如有可能,应该在哪里去寻找娥眉月。
我们还需对这个引人注意的问题说一句话。太阳和月亮都在天上所谓黄道星座之内。可是太阳刚落下,我们要去找新月的时候,黄道和地平线所成的角却随四季而有变化。以巴黎来说,春季时这个角度是64°,秋季时不过18°。只需看一下图137,便会明白为什么在春季容易看到新月,因为那时它离开地平线要高一些。反之,在秋季的时候,人们应当早起,在黎明的曙光前,去看即将消逝的一丝残月。
这张图也使我们明白,娥眉月的弦角线(即连接角尖两点在月轮上的弦线),对于垂直线来说,可以有各种方向。在我们的纬度上,弦角线绝不会在水平方向,而在低纬度处,情况便不是这样,新月甚至可以把它的凸面对着东方。
图137 在我们的纬度上,西方天上新月在春季(右上方)比在秋季(左下方)容易看见
图138 在月龄各阶段所拍摄的灰光
露光时间对于两个娥眉月是6分与10分,其他四张照片是15分,因此使月相周围生晕。
图139 蛾眉月与灰光(1935年2月5日拍摄)
月龄开始的头几天,当月亮还是娥眉形状的时候,我们仍然可以看见月轮上其余部分还显现着暗淡的光辉(图138、图139),这便是 灰光 。这种光线的来源是由于地球的反射,因地球把照在它上面的日光散射在空间。对于我们来说,月亮和太阳是朔的时候,对于月亮来说,地球和太阳是望,在月亮上看地球,那时地球是一个圆轮。地球反射给月亮的光辉约为满月反射给地球光辉的45倍。
古代人很难解释这种二级的光辉,有些人以为是由透明的或发磷光的月亮自身所发射出来的,而有人以为是恒星的反光。开普勒说,第谷以为是金星的反光,而开普勒的先生默斯特兰(Moestlin)于1596年首先说明灰光的真实原因。但是,早在1518年,著名画家达·芬奇(Léonard de Vinci)就已经说过这句话了。
观测者在掩蔽的地方,如在屋宇下面的时候,灰光显得更要明亮一些,因为月亮的明亮部分总有一点掩盖灰光的作用。我们在灰光里还可以辨认月轮上的大黑点,特别是在月龄三天的时候。月亮在上下弦时,肉眼差不多看不见灰光,这是因为:(1)地球也在“弦”的位置,散射的光辉较少,因此月上的地光减弱了;(2)直接接受日光的半个月亮把人的眼睛弄眩晕了。但是用一个拭去灰尘和潮湿的好望远镜,仍然是可以看见灰光的。事实上,仅在满月前三天,灰光才隐匿不见。在满月后三天,它又再次出现了。
关于灰光的颜色,各人的看法不同,有人说是灰的,有人说是有些带绿色的,或者甚至是橄榄绿的。事实上,用色度学的方法测量,它是蓝色的,因此,地球所散射的光是带蓝色的。因照片对于蓝色辐射特别灵敏,月亮的灰光虽比较弱,但对于照片的作用,却比想象的还要强烈得多。即使在上弦以后,灰光也还容易被照出来。儒维西天文台曾拍了一套这样的照片,我们在这里只选印了几幅。有些研究灰光的人说,在相同的月相里,灰光在早晨比在夜晚要强一些。近代的光度测量否认了这个意见。可是早上的娥眉月却不如晚上的娥眉月那样明亮,这是因月中黑点(被人错叫作月中的海)占有更多的位置。在映衬之下,灰光显得更浓一些,其实这不过是一种幻觉。
另外一种光的幻觉,便是明亮的娥眉部分显得比月轮上其余的灰光照着的部分要扩大一些,这便是英国人所说的“新月抱旧月”。这只是一种光渗的效应,这种现象是由于比灰光明亮得多的娥眉月使肉眼感到眩晕而发生的。在弦月时,月亮被太阳照着的半轮所接收的日光,比另外半轮接收地球的光线要多一万倍。
月相和月亮的面貌的循环变化,使人有月和星期的计时方法,月相按一月的周期而循环,月貌每七日一变化。天空中再没有别的现象变换得这样显著,比这个更容易测定。自从人类有数的概念,就会用日和月来计时。新月的出现,代表一个月的开始,一向被教士们细心观测,用号角报告给人民。古时迦勒底、埃及、犹太这些国家或民族的人也同样注意这种天象;波斯人、古希腊人都庆祝新月,奥林匹亚竞技会也在新月的时期开始;贺拉斯也说过,罗马人有新月节日,和罗马同时代的高卢人在新月下行槲寄生的典礼;许多部落,以至澳大利亚的塔斯马尼亚族都有同样的习俗。
在原始的历法里,政府应该预言一年里哪些日子是合朔,人民才好预备庆祝。有一个故事曾谈到神灵命令古希腊人遵守这种神圣的习俗。由此可见,古人是怎样地努力去发现一个使月相发生在每年的相同日子里的周期。这一发现,是天文学家 默东 (Meudon)在公元前433年向奥林匹亚竞技会上的古希腊人所宣布的。我们看一看这个默东章∙∙∙是什么意思:由于某种月相经29. 5日再行出现,而且因为19个太阳年差不多恰好等于236个太阴月,所以19年后某月某日的月相应该和19年前的同月同日的月相相同,因此只需把19年间每日的月相记下,以后每19年内都是一样的重演,可以先期预言。经过一个默东章,月亮和太阳差不多相合在天上的同一点,换句话说,即新月发生在太阳年的同一日。这一周期,也许是古希腊人从东方人学来的〔春秋中叶,我国已经知道19年置7个闰月的方法,要比古希腊默东的发明早160多年。——译者注〕,它要经过312年才会差错一日。
古希腊人以为这是一个很美妙的发现,把它用金字刻在神庙的门额上,以供人民使用。他们把1月1日适逢合朔的那一年作为19年周期开始的一年,现行的一年在那个周期里的序数叫作“ 金数 ”。这个数字现在仍然刊布在宗教的历书上,它对于月亮和太阳的运动来说都是一种准则〔教会历法的许多宗教上的节日系根据复活节去推算的。复活节规定在春分或春分后满月后的第一个星期日。教会历法家把春分固定在3月21日,每年的复活节总是在3月20日以后的满月的第一个星期日。因此,复活节不能在3月20日以前,也不能在4月25日以后,于是复活节可在这中间35天的任何一天。教会历法里日期可变的节日,因根据复活节出发而推算,每年总是在前后移动。教会历法家计算所根据的月亮,也不是真实的月亮,而是一种平均月亮,有人叫作“教会月亮”。这个平均运行的假月亮,可以比真月亮提前或推后一两天月圆。例如1954年3月21日以后的满月在4月18日6时,这一天是星期日,复活节应规定在4月25日,可是实际却被定在18日〕。
上面说过,星期也是根据月亮的月相推算而来的:这是朔望两弦四相,每相七日的天然计时单元。星期的来源也很早,可以上溯到迦勒底和犹太民族,以后才传到古希腊,最后到罗马帝国。古代神话里有主要七星,数目和星期的日数相等,就用一颗星作为一日的保护神,所以今天一个星期的七天的名称,仍沿用日、月和古人所知的五个行星的名称:星期日、一、二、三、四、五、六,顺次有日曜、月曜、火曜、水曜、木曜、金曜、土曜等七个曜日的称号。
星期制自3世纪以后,开始实行于西方各国。古代的埃及和中国不用星期制,而以十日为一旬。法国大革命时代所用的旬日制,他们以为是一种创见,其实不过是恢复了几千年前的古代制度而已。