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潮汐漫话(二)月亮走 我也走 精选

已有 5810 次阅读 2014-11-21 08:00 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦| 潮汐, 窦叔蒙, 海潮志

潮汐漫话(二)

月亮走  我也走

前面说的,在古代人们把潮汐归结为一种超自然的力量,产生了许多神话传说。随着人类文明的发展,人们愈来愈不满足这种类似荒诞的解释,要探索它的真实规律和原因。当然,在早期,人们也产生过各种各样的猜测。例如,认为潮汐是元气嘘吸,认为大自然也就是一种元气,像是人一样,也会有节律地呼吸。当然这种猜测,很难得到实证。不过它能够启发人们进一步把潮汐与大自然最重要的元素:日、月相联系来思考问题。

比较合理的解释,还是从中国古代从易经就发展起来的阴阳学说。这种学说,自然地认为火属阳、水属阴,日属阳、月属阴;潮汐当然是水表现的一种状态,因之是属阴的,而月亮也是属阴的。所以人们自然地把潮汐与月亮的活动联系起来思考。所以在中国商末周初成书的《易经》中说:“说卦传,坎为水、为月”。

循着这种思想思考和考察下去,人们就发现潮汐与月亮的运动表现了某种同步。最早在东汉王充(27-97)所著的《论衡》一书中说:“涛之起也,随月盛衰。”东晋葛洪(284-364)在《抱朴子》中说:“海涛嘘吸,随月消长。潮者,据潮来也,汐者,言夕至也。月之精生水,故月盛则潮大。”他们两位,已经明确认识到,不仅涨潮退潮是和月亮的运动有关,而且潮汐的盛衰也和月亮朔望有关。他们还特别批判了潮汐是由伍子胥掀起的说法,特别在《抱朴子》中说:“俗人云,涛是子胥所作,妄也,子胥始死耳,天地开辟已有涛水矣。”就是说,伍子胥还没有死之前,从开天辟地的时候就已经有潮汐了。

继承这种思想并经过仔细的观察和计算,终于在唐代有名不见经传的作者窦叔蒙的一篇《海涛志》出现(又名《海峤志》,该文出现于公元762—779之间)。这篇文章很短,但可以说是一篇开创潮汐精确预报的著作,也是世界上第一篇全面论述潮汐的专著。这篇文章以精准的计算和严密的观察论证了潮汐的起伏、盛衰都和月亮的周日和周月运行关联的。可以说论证了潮汐是“潮汐作涛,必符于月”、“晦明牵于日、潮汐牵于月”月与海相推,海与月相期”的论断,并说:“涛之潮汐,并月而生,日异月同,盖有常数矣。盈于朔望,消于朏魄,虚于上下弦,息于眺朒。轮回辐次,周而复始。”也就是对潮汐来说是随月亮的变化而变化,周而复始。这就是 “潮月同步”的思想,也就是对潮汐来说“月亮走 我也走”,而且走得亦步亦趋。

《海涛志》只在清嘉庆年间编修的《全唐文》中收录了第一章,缺其余五章;宋代欧阳修的《稽古录》也只记载了六章篇名;幸有清代愈思谦所撰《海潮辑说》中辑录了全文,才为我们留下了这份宝贵资料。作为附录我们将它附在本文后面。

《海涛志》共分六章,六章的篇名为:海涛志、涛历、涛日时、涛期、朔望体象、春秋仲月涨潮解,分别介绍了潮月同步的思想、潮汐涨落的循环规律、高低潮的推算方法、潮汐随每时每日每月和每年的变化规律、日月运行与人间的君臣将相的对应关系、一年内出现大潮的时间。

《海涛志》中最为可贵的是,他从唐宝应二年(763年)冬至,上推到79379年前的冬至,计算出这段时间经过的天数为28992664日,在这期间正规半日潮的循环次数为56021944次。如果,用现在的一天为二十四小时来计时,从这个数据能够算出一个潮汐循环所需时间为12小时25分14.02秒。一天的来潮周期为24小时50分28 .04秒。就是说,潮汐每天比前一天延迟50分28 .04秒。

我们用现今的数据来验证窦叔蒙的计算。现今得到的月亮绕地球的视周期为29.53059天,也就是两次月圆之间的时间,原书说“二十九日差半而月一周天,二十九日差半而潮一复位”。月球在天球恒星背景上运行360°用了这许多时间,那么它每天运行的度数应当用视周期去除360°,就得到当天比前一天西移12.190749°,我们知道地球自转每度是4分钟。所以每天要延后48.763分钟,即48分46秒,这也就是潮汐每天比前一天要延迟的时间。从窦叔蒙的数据得到的数字与这个数字比起来相差是很小的,不到两分钟。一天中有两次潮汐,即每两次潮汐之间的延后时间是上面这个数字的一半,亦即24.386分钟。

《海涛志》另一项同样重要的创新是提出了根据月相推算高潮时刻的图表法。这种图表列出纵横两轴的表格系统,横轴上列着月相的变化,从月朔到月晦(共分为朔、朏、上弦、盈、望、虚、下弦、魄、晦十种月相),代表一个朔望月的日期;纵轴上标明着时间(图中用古代的十二时辰表示)。把某地实测的潮时标在图表中,然后将这些点用斜线连接起来,便做成了一个朔望月中的高低潮时推算图,从图中可以看到一个朔望月内高低潮变化的整个情况。按照窦叔蒙在书中的文字描述能够复原出“高低潮时推算图”。在西方这类图表最早是存于大英博物馆的“伦敦桥涨潮时间表”是公元1213年提出的。

窦叔蒙的《海涛志》实际上代表了当时潮汐研究的最高水平。他不仅揭示了潮汐现象与月球运行的内在规律性的联系,还能够对潮汐的大小进行预报和实测,而且精确的程度已经达到现代的水平。在他之后,中国还有一些学者沿着他的方向进行研究,例如唐代的封演,宋代的张君房、燕肃、余靖、沈括,元末明初史伯璇等等。不过都没有认识上的飞跃,只是观察的更细致精密而没有理论上的突破。



附录(由清乾隆46年海宁俞思谦辑录的《海潮辑说》中录出)


海涛志    (唐)窦叔蒙

 

乃天地之本始,不知根荄孰先。盖自胚扑卵胎,并鼓于太素,地灵之推运,水德之经纬,则天之常数,与天并惊,探而究之,可得暦数而计也。夫阴阳异仪而相违,以其相违,赖以相资。故天与地违德以相成,刚与柔违功以相致,男与女违性而同志。造化何营,盖自然耳。夫凝阴以结地,融阴以流水,鍾而为海,派而为川。或配天守雌,或制火作牝。观其幽通潜运,非神谓何?是故潮汐作涛,必符于月。百川不息以经地理,犹三光不息,行键于天也。晦明牵于日,潮汐系于月,若烟自火,若影附形,有由然矣。地载乎下,群阴之所藏焉,月悬乎上,群阴之所系焉。太溟,水府也,百川之所会焉;北方,阴位焉,沧海之所归焉。天运晦明,日运朔望,错行以经,大顺小异,以合大同。夜明者,太阴之所主也。故为涨海源,月与海相推,海与月相期,苟非其时,不可强而致也。时至自来,不可抑而已也。虽谬小准,不违大信。故与之往复,与之盈虚,与之消息矣。

论涛数

涛之潮汐,并月而生,日异月同,盖有常数矣。盈于朔望,消于朏魄,虚于上下弦,息于胱朒,轮回辐次,周而复始。自太初上元乙巳岁日南至甲子朔霄分七纬俱起北方,至唐宝应元年癸卯南至,积年七万九千三百七十九,积月九十八万七百八十七余八日,积日二千八百九十九万二千六百六十四,积涛五千六百二万一千九百四十四也。

论涛日时

涛时之法,图而列之。上致月朔朏上弦盈望虚下弦魄晦,以潮汐所生,斜而络之,以为定式。循环周始乃见其统体焉。亦其纲领也。

论涛期

甲之日乙之夜,日月差互,月差十三度日差迟月,故涛不及期。一晦一明,再潮再汐,一朔一望,载盈载虚,一春一秋,再涨再缩,盖天一地二之通率也。天动地应,约为差率十三度,一寒一暑后岁期,是故,日至之期建子午,寒暑之大建丑未,月周之期极朔望,潮汐之期极朏魄。凡潮汐之期也,一日之期,期日中,在阴日加子,在阳日临午,盈虚之期也。一月之期,期月极,在阳期于朔,在阴期于晦,涨涛之期也。一岁之期,期河汉,在阳期析木,在阴期大梁。

论朔望体象

夫日以一致而月体盈亏,君臣之义斯在矣。月以有素而晦明殊质,将相之业斯分矣。月朔譬诸相,月望譬诸将。相朔以合,故附亲。将望以远,故分权。附亲故授其任,分权故专夜明。是故推日月知君臣,体朔望知将相。将相,臣之贵也,朔望月之盛也,是乃潮大于朔望焉。

春秋仲涛涨解

    二月之朔,日月合辰于降娄,日差月移,故后三日而月次大梁。二月之望,日在降娄,月次寿星,日差月移,故旬有八日而月临析木矣。八月之朔,日月合辰于寿星,日差月移,故后三日而月临析木之津。八月之望,月次降娄,日在寿星,日差月移,故旬有八日而月临大梁矣。仲月临之,季月经之,故三月九月抑其次也。夫析木,汉津也,大梁,河梁也,阴主经行,济于河汉,乃河王而海涨也。





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