身邊的天文學(xué)

天文學(xué)的誕生和發(fā)展，伴隨了人類(lèi)文明進(jìn)步的整個(gè)過(guò)程。早在文字誕生之前，先民們想要了解天文現(xiàn)象和勞動(dòng)生產(chǎn)的關(guān)系，就有了天文學(xué)的萌芽。不過(guò)相比于精煉的牛頓定律、簡(jiǎn)潔的幾何公式和漂亮的化學(xué)方程式，天文學(xué)上又有哪些可與之相提并論的“標(biāo)桿”呢?

人們勞作、學(xué)習(xí)、參加活動(dòng)，無(wú)不需要精確的時(shí)間計(jì)量;為了記錄過(guò)去的事件、安排較長(zhǎng)時(shí)間的活動(dòng)，還必須把時(shí)間、日期加以編排。這兩件事情，無(wú)論是用數(shù)學(xué)、物理還是其他什么方法，好像都無(wú)法圓滿解決。幸運(yùn)的是，我們還有天文學(xué)。

源自天體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間單位

日、月、地球的自然運(yùn)動(dòng)，慷慨地為我們提供了三個(gè)適宜的時(shí)間單位——日、月、年。晝夜的交替循環(huán)，讓早期的人類(lèi)有了“日”的概念，它主要反映了地球的自轉(zhuǎn)。后來(lái)，人們逐漸發(fā)現(xiàn)月亮的陰晴圓缺也非常規(guī)律，變化一輪差不多是30天，于是又發(fā)展出了“月”。再后來(lái)，先民們發(fā)現(xiàn)四季更迭是一個(gè)更長(zhǎng)的周期，在365天到366天之間，于是稱(chēng)之為“年”，它反映了地球的公轉(zhuǎn)。最終不約而同地，各個(gè)古代文明都確定了年、月、日的時(shí)間計(jì)量方法，并制定了各自的歷法。

有意思的是，每月包含的天數(shù)的數(shù)量級(jí)是101，每年包含的月數(shù)的數(shù)量級(jí)也是101，日-月-年的數(shù)量跨度恰好是個(gè)-十-百，很符合人類(lèi)采用的十進(jìn)制規(guī)律。這是如此自然和便利，以至于我們往往忽略了，其實(shí)一切并沒(méi)有那么理所應(yīng)當(dāng)。不信請(qǐng)看看水星和金星，一個(gè)水星年等于0.5個(gè)水星日，一個(gè)金星年等于1.92個(gè)金星日，日和年處于同一量級(jí)，假如它們也有智慧生命的話，到底該以哪個(gè)作為基本時(shí)間單位恐怕就得費(fèi)些思量了。就算選定之后，由于這兩顆行星都沒(méi)有天然衛(wèi)星，也就不會(huì)有“月”的概念，如果他們要記錄更長(zhǎng)的時(shí)間段，就得憑空發(fā)明一些無(wú)關(guān)日常生活、只有純數(shù)學(xué)意義的單位，遠(yuǎn)不如地球人方便。又或像木星和土星，一年多達(dá)上萬(wàn)天，量級(jí)相差太大，記錄起來(lái)難免啰嗦，恐怕一不小心還真容易記錯(cuò)呢。

日地距離造就宜居條件

還值得稱(chēng)道的是，地球上的日長(zhǎng)也非常適宜，可以讓各地都能獲得適度的太陽(yáng)輻射，并保持不大的晝夜溫差。像水星上的白天和黑夜各長(zhǎng)達(dá)88個(gè)地球日，晝夜溫差因而達(dá)到了600度，實(shí)在比我們惡劣太多了。金星的日長(zhǎng)更夸張，足有243個(gè)地球日。如果那上面也有天文學(xué)家的話，會(huì)發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)星辰的運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)在是太慢了。沒(méi)有快速的星辰變換，他們?cè)趺茨軠y(cè)量恒星的坐標(biāo)、確定時(shí)間、觀測(cè)并了解行星運(yùn)動(dòng)進(jìn)而發(fā)展天文學(xué)和科學(xué)呢?這么一比較，地球這不快不慢的自轉(zhuǎn)真是對(duì)我們太友好了，給天文學(xué)家?guī)?lái)了多么大的便利啊!

最重要的是，地球的“年長(zhǎng)”對(duì)它所承載的智慧生命而言，更有著決定性意義。年的長(zhǎng)度基本上等于行星的公轉(zhuǎn)周期。準(zhǔn)確地說(shuō)，公轉(zhuǎn)周期指的是天文學(xué)上的恒星年，我們?nèi)粘Ｋf(shuō)的“年”指的是回歸年，因?yàn)闅q差的緣故，它們并不嚴(yán)格相等，不過(guò)一般相差不多。以地球?yàn)槔?，差別不到萬(wàn)分之0.5。根據(jù)開(kāi)普勒第三定律，行星的公轉(zhuǎn)周期(下文以年長(zhǎng)代替)與它到太陽(yáng)的距離是互為確定的。年長(zhǎng)決定了距離，反過(guò)來(lái)，距離也可以決定年長(zhǎng)。正因?yàn)榈厍虻哪觊L(zhǎng)是360多天，才讓它恰好位于太陽(yáng)系的“宜居帶”內(nèi)，使得智慧生命的誕生成為可能。

“宜居帶”指的是一顆恒星周?chē)哪骋惶囟ň嚯x范圍，在這一范圍內(nèi)水能以液態(tài)形式存在。與地球相鄰的兩顆行星中，金星的年長(zhǎng)是地球的61.5%(224.7天)，因此到太陽(yáng)的距離比我們近了30%，接收到的太陽(yáng)輻射能量是地球的1.9倍。加上它的大氣濃密而且充滿了溫室氣體，平均溫度竟然高達(dá)460℃!火星的年長(zhǎng)是地球的1.9倍(687天)，離太陽(yáng)比地球遠(yuǎn)50%，接收到的太陽(yáng)輻射只有地球的43%，表面平均溫度大約只有-20℃。它們分處宜居帶以里和以外，其他行星則相去更遠(yuǎn)。只有地球有著適宜的年長(zhǎng)和距離，獨(dú)踞宜居帶中，這正是它能產(chǎn)生智慧生命的先決條件。當(dāng)然近圓的公轉(zhuǎn)軌道也幫了忙，不過(guò)這也是幾乎所有行星的共性，不像前者那么特別。

宇宙就是這么恰如其分地給了地球這樣的年、月、日，而正是這樣的安排，才讓生命產(chǎn)生智慧并建立起了科學(xué)的殿堂，也才讓提出本文開(kāi)頭的問(wèn)題成為可能。我想現(xiàn)在答案已經(jīng)很明確了吧，那就是：多虧天文學(xué)給了我們這樣的年、月、日度量方式，否則，其他一切都是浮云!