愷撤的天文計(jì)算儀

2100多年前的凱撒大帝時(shí)期制造的一件青銅器，在希臘安蒂基西拉海域因海難沉入海底。大約在1900年打撈了上來(lái)，才得以重見(jiàn)天日。

精密的儀器

當(dāng)科學(xué)家應(yīng)用21世紀(jì)的科技，破譯了老古董齒輪上2100多年前的希臘銘文，揭開(kāi)這個(gè)古老齒輪的秘密后，他們驚得合不攏嘴。這個(gè)儀器竟然可以預(yù)測(cè)太陽(yáng)、其他恒星以及行星長(zhǎng)期的運(yùn)行，并可以計(jì)算即使牛頓也撓頭的精確的月球運(yùn)行。因?yàn)樵铝翆?shí)際上是以橢圓軌道圍繞地球運(yùn)行，月亮穿過(guò)天空的速度在不同的時(shí)間是不同的，牛頓時(shí)代的科學(xué)家也難以推算月球位置。

這個(gè)儀器由37個(gè)齒輪和兩個(gè)鐘面組成，整體被裝進(jìn)一個(gè)長(zhǎng)31.5厘米、寬19厘米、高10厘米的木盒子里。齒輪由一個(gè)大的主輪和許多小的齒輪組成，鐘面上刻有許多刻度。這部裝置原本還有指針、一個(gè)傳動(dòng)裝置和一根軸。軸的轉(zhuǎn)動(dòng)可以使各個(gè)齒輪以不同的速度隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪又帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)。指針被青銅活動(dòng)蓋保護(hù)起來(lái)。主輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈等于一個(gè)太陽(yáng)年，也就是我們現(xiàn)在的一年365天，4年一個(gè)閏年。其他較小的齒輪則顯示太陽(yáng)和月亮以及其他數(shù)顆最重要的恒星上升時(shí)的位置。

令人稱奇的是，雖然是靠手柄進(jìn)行搖動(dòng)來(lái)運(yùn)算，但儀器的運(yùn)算精準(zhǔn)度非常高。在主輪轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，其他的輪就會(huì)相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，各個(gè)輪轉(zhuǎn)過(guò)的角度各不相同，在主輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的過(guò)程中，有的小齒輪只輕微轉(zhuǎn)動(dòng)，有的則會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)許多圈，這主要取決于每個(gè)齒輪的齒數(shù)。這種轉(zhuǎn)動(dòng)體現(xiàn)了太陽(yáng)、月亮的運(yùn)動(dòng)，并模擬了希臘十二宮圖中較大的恒星和星座的升起和降落，也表現(xiàn)了太陽(yáng)系內(nèi)行星的位置。

天文儀器的杰作

這個(gè)儀器對(duì)于月球運(yùn)動(dòng)的描述，簡(jiǎn)直精確得令人稱奇。它可以非常明確地告訴我們，月亮在每一天呈現(xiàn)給我們的面容，也就是模擬了月球運(yùn)動(dòng)的默東周期(以天文學(xué)家默東命名)，默東周期的時(shí)間是19年，也就是235個(gè)農(nóng)歷月，一個(gè)周期后，月球可以在一年中同一天達(dá)到同樣的月相(月亮盈虧程度)。例如，2006年10月6日是滿月，19年后，也就是2025年的10月6日也會(huì)是滿月，而在其他的年份里，10月6日就不是滿月。天文計(jì)算儀純粹是通過(guò)代表著月球的齒輪的齒數(shù)實(shí)現(xiàn)模擬的，而儀器中月球的運(yùn)動(dòng)模式是根據(jù)古希臘天文學(xué)家希帕庫(kù)斯關(guān)于月球公轉(zhuǎn)橢圓形軌道模型進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

這個(gè)儀器還能告訴我們?nèi)帐郴蛟率嘲l(fā)生的所有時(shí)間，不論是前5000年還是后5000年，每一個(gè)月食或日食的發(fā)生時(shí)間都可以很精確地計(jì)算出來(lái)。這是因?yàn)樵谕饬Φ淖饔孟?，月球和地球的自轉(zhuǎn)軸在空間并不保持固定的方向，而是不斷發(fā)生變化，但這種變化是周期性的。這種周期性的微小擺動(dòng)導(dǎo)致地、月、日關(guān)系的周期性變化，這個(gè)周期是18年零10日，稱作沙羅周期(“沙羅”是重復(fù)的意思)。每經(jīng)過(guò)這段時(shí)間間隔，地球、太陽(yáng)和月球又會(huì)回到原來(lái)的相對(duì)位置，因而前一周期內(nèi)的日、月食又會(huì)陸續(xù)重新出現(xiàn)，每個(gè)沙羅周期有43次日食和28次月食。