日食：從迷信到科學再到狂歡

　　預報：古代天學家的職責

　　古代皇家天學家的重要職責之一，就是預報日食。此事非同小可，如果失職，就有被殺頭的危險！最著名的記載見于《尚書·胤征》：

　　惟時羲和顛覆厥德，沈亂于酒，……乃季秋月朔，辰弗集于房，瞽奏鼓、嗇夫馳、庶人走，羲和尸厥官，罔聞知，昏迷于天象，以干先王之誅。政典曰：先時者殺無赦，不及時者殺無赦，……

　　此即著名的“書經(jīng)日食”。羲和(相傳為帝堯所任命的皇家天學官員，是否實有其人尚不可考)因沉湎于酒，未能對一次日食作出預報，結果引起了混亂。這一失職行為給他帶來了殺身之禍。注意這里“先時者殺無赦，不及時者殺無赦”(預報日食發(fā)生之時太早或太遲就要“殺無赦”)之語，若古時真有這樣的“政典”，未免十分可怕。從后代有關史料來看，這兩句話大致是言過其實的。

　　關于上面這段歷史記載，有西方學者解讀為：中國古代的天文學家羲和，因為酗酒，未能及時預報一次日食，就受到了死刑的懲罰，從此以后中國的天文學史再也不敢玩忽職守了——所以中國人留下了如此豐富的天象記載。這段有點“戲說”色彩的解讀，大體還是正確的，盡管玩忽職守的天文學家在中國也不是那么難以想像的。

　　日食之所以需要預報，最直接的原因就是因為需要在日食發(fā)生時進行盛大的“禳救”儀式，而這種巫術儀式是需要事先準備的。

　　檢驗歷法：

　　日食在古代的科學意義

　　中國古代天學家還賦予日食一種現(xiàn)代話語中的“科學”意義——用日食來檢驗歷法的準確程度。

　　關于中國古代歷法，許多人常有誤解。可能是因為最初在翻譯西文calendar一詞時，隨手用了中文里一個現(xiàn)成詞匯“歷法”，造成了這樣的后果。其實能夠和該詞正確對應的現(xiàn)成中文詞匯應該是“歷譜”。由于現(xiàn)在我們已經(jīng)習慣了將“歷法”對應于calendar——即俗語所謂的“月份牌”，就漸漸忘記了在中文詞匯中“歷法”這個詞的本意。

　　其實中國古代的歷法，與西文的正確對應應該是mathematical astronomy，即“數(shù)理天文學”。因為中國古代的歷法，完全是為了用數(shù)學方式描述太陽、月亮、五大行星這七個天體(即所謂“七政”)的運行規(guī)律。至于排出一份歷譜(“月份牌”)，那只是歷法中附帶的小菜一碟。因此歷法可以說是中國古代天學中真正“科學”的東西——盡管這科學工具是為“通天”巫術服務的，就像今天某些算命者手中的電腦。

　　中國古代天學家也能夠在相當精確的程度上預報日食。例如，根據(jù)現(xiàn)代學者研究，唐代中國人對日食的預報，已經(jīng)只有半小時到一小時之間的誤差。考慮到日食發(fā)生的頻率(每個世紀平均發(fā)生236.7次，對同一地點而言，平均每3年可見到一次日偏食，但要300多年才能見到一次日全食)，這樣的預報在古代已經(jīng)足以令人滿意了。

　　由于在中國傳統(tǒng)歷法中，采用若干基本周期持續(xù)疊加的數(shù)值模型，來描述太陽、月亮、五大行星這七個天體的運行，從歷元(起算點)開始，越往后的年份疊加次數(shù)越多。而任何周期都是有誤差的，隨著疊加次數(shù)的增加，誤差就會積累，這就是中國古代為何不斷進行“改歷”(制作新歷法，改用新歷法)的原因。

　　在上述七個天體中，太陽的運動最簡單，故最容易掌握；月亮的運動最復雜，故最難以掌握。而日食是因為月亮遮住太陽造成的，這就要求同時對太陽和月亮兩個天體的運動都精確掌握，才可能正確預報一次日食。于是古人很自然地將日食視為檢驗歷法準確程度的標尺。如果有不同的歷法出現(xiàn)競爭，就大家各自推算一次日食，屆時看誰的推算與實際觀測結果最為吻合——誤差當然總是有的，但誤差小的就勝出。

　　如果我們將“檢驗歷法”視為日食的科學意義，那么這個科學意義在中國至少已經(jīng)有兩千年歷史了。

　　在科學與迷信之間

　　不過，到了后世，如果日食預報失敗，也有“轉(zhuǎn)禍為福”之法，例如《新唐書》卷二七“歷志三·下”記載：

　　(開元)十三年十二月庚戌朔，于歷當蝕太半，時東封泰山，還次梁、宋間，皇帝撤-，不舉樂，不蓋，素服，日亦不蝕。時群臣與八荒君長之來助祭者……不可勝數(shù)，皆奉壽稱慶，肅然神服。

　　東封泰山，即所謂“封禪”，被認為是極大功德，歷史上只有少數(shù)帝王獲得進行此事的資格。歸途中預報的日食屆時沒有發(fā)生，被解釋為皇帝“德之動天”，所以群臣稱慶。但畢竟不可否認，這次日食預報是錯誤的，對此如何解釋？

　　唐代僧一行——中國歷史上最重要的幾個天學家之一，有著名的《大衍歷議》，其中特別討論了“當食不食”問題。對于上引玄宗封禪歸途中這次當食不食，他的解釋是：“雖算術乖舛，不宜如此，然后知德之動天，不俟終日矣。”他表示相信，在上古的太平盛世，各種“天變”可能都不存在(這是古代天學家普遍的信念)：

　　然則古之太平，日不蝕，星不孛(不出現(xiàn)彗星)，蓋有之矣。

　　在他看來，歷法無論怎樣精密，也不可能使日食預報絕對準確。

　　到了20世紀“科學昌明”的年代，關于日食也還能找出相當“文化”的八卦來。例如，1936年的日食，各國派出觀測隊前往日本北海道北見國枝幸郡海濱的一個小村莊枝幸村進行觀測，當?shù)氐男�學“枝幸尋常高等小學校”為日食觀測時能有晴天而貼出了一篇《祈晴文》(《民國二十五年六月十九日日全食北海道隊觀測報告》中有照片，照片中《祈晴文》的文字清晰可讀)，其中談到日食在科學上的重要性，以及此次觀測機會之“千歲一遇”，因此祈求上天降恩放晴。天文觀測本是科學，求雨祈晴則是迷信，但在這個具體事件上，兩者竟可以直接結合起來——以迷信形式，表科學熱情，真是相當奇妙的事情。

　　1919年日全食：

　　科學意義之社會建構

　　日食有史以來最重大的科學意義，“呈現(xiàn)”于1919年。

　　1912年，愛因斯坦發(fā)現(xiàn)空間是彎曲的，光線經(jīng)過太陽邊緣時會發(fā)生偏折，1915年他計算出，日食時太陽邊緣的星光偏折值是1.74角秒(在此之前，有人將光微粒視為有質(zhì)量的粒子，也能夠計算出0.87角秒的偏折值)。

　　適逢其會，1919年5月29日將有日全食發(fā)生，人們當然指望在這次日食時一舉將愛因斯坦的預言驗證出個真假來——愛因斯坦本人則早已確信他的理論肯定是正確的。英國組織了兩支日食觀測隊，一支前往巴西北部的索布拉爾(Sobral)，另一支就是著名的愛丁頓爵士(Arthur Stanley Eddington)參加的，前往非洲幾內(nèi)亞海灣的普林西比島(Principe)。日食后過了幾個月，觀測結果歸算出來了：分別是1.98“±０.12”和1.61“±０.30”，后面這個數(shù)值是愛丁頓那一隊的結果。于是宣布：已經(jīng)成功驗證了愛因斯坦的預言。這個說法此后一直在公眾中流行。

　　愛丁頓那時已有崇高的學術地位，他是劍橋大學天文學和實驗物理學終身教授、劍橋大學天文臺臺長、英國皇家學會會員。這些輝煌的科學頭銜，加上他被視為“第一個用英語宣講相對論的科學家”，使得媒體和公眾都對他前往普林西比島觀測日食驗證廣義相對論一事，充滿了期待和信任。相傳他獲得盛譽之后，有媒體問他全世界是否只有三個人真正懂得相對論？他居然反問道：“那第三個人是誰？”

　　然而后來的研究表明，這曲“成功驗證廣義相對論”的凱歌，很大程度上是愛丁頓和媒體共同“社會建構”起來的。

　　日食時太陽邊緣的星光偏折，當時是依靠照相來體現(xiàn)的，但影響照相底片成像的因素很多，比如溫度變化等等。1919年日食觀測的照相底片，其實并不能歸算出足以精確驗證愛因斯坦預言的光線篇折值。

　　此后在1922年、1929年、1936年、1947年和1952年發(fā)生日食時，各國天文學家都組織了檢驗光線偏折的觀測，公布的結果都與愛因斯坦的預言互有出入。直到1973年6月30日的日全食，美國人在毛里塔尼亞的欣蓋提沙漠綠洲中，得到了1.66“±０.18”的偏折值。1974～1975年間，天文學家用甚長基線干涉儀，在可見光波段之外，精密觀測了太陽對三個射電源輻射造成的偏折，得到1.761“±０.016”的偏折值。這才終于以誤差小于1%的精度證實了愛因斯坦的預言。

　　科學意義之消解

　　在西方現(xiàn)代科學中，日食同樣具有上述檢驗功能——看對太陽和月亮運動的描述是否精確。在現(xiàn)代天文學中，這種描述是以天體力學為基礎的。不過因為這種描述在現(xiàn)代天文學中早已不是問題，所以已經(jīng)沒有人關注這一點了。

　　當天體物理學成為現(xiàn)代天文學的主流之后，日食有了一個新的科學意義——在日食時觀測日冕。因為日冕平時是觀測不到的。不幸的是，1931年法國人發(fā)明了“日冕儀”，可以在任何時候造成“人造日食”來觀測日冕，于是日食的這個科學意義又被消解。

　　可以這么說，到1975年，愛因斯坦關于引力空間彎曲導致光線偏折的預言被精確驗證之后，日食的科學意義已經(jīng)消解殆盡。

　　如今日食倒是被賦予了新的意義——它現(xiàn)在是媒體和公眾的“科普嘉年華”。

　　(作者系上海交通大學教授，科學史系主任)

　　江曉原