1507年1月13日中心食觀測記載得到的世界時改正數

馬利華

(中國科學院國家天文臺，北京 100101)

中國的古代天象記載對歷史和古代天文學研究具有重要價值，并在現代天文學研究中起著重要作用[1-3]。中國古代地方志是指全面、系統(tǒng)地記述本行政區(qū)域內自然、政治、經濟、文化、社會的歷史與現狀的資料性文獻。眾多古代地方志對天象(包含日食、月食、月掩星、沖、合等)有專門的文字記載，這為天文學研究提供了重要的資料。通常情況下，地方志中用文字描述當時的天象觀測情況。但這些天象觀測是人為記載的，有一定的主觀性。地方志中的觀測記載在流傳過程中可能出現疏漏。這都會導致天象觀測記載不準確甚至錯誤。因此，利用古代地方志資料開展科研工作要謹慎核查。

眾所周知，地球自轉存在長期減慢的趨勢。根據古代天象的觀測記載，我們可以研究地球自轉的長期變化。許多學者開展了這方面的研究工作[4-16]。清代乾隆年間安徽 《銅陵縣志》 卷13頁5記載：(明代正德二年)正月，朔，日食，既。其中， “明代正德二年” 對應1507年； “既” 是中國古代天象記載中觀測到中心食(日全食和日環(huán)食的統(tǒng)稱)的專用文字描述。以上記載簡潔精煉地描述了在安徽銅陵縣觀測到的一次中心食現象。另外，明代嘉靖年間江西 《東鄉(xiāng)縣志》 和清代順治年間安徽 《望江縣志》 中都有觀測到1507年1月發(fā)生日食的文字記載。本文利用美國航空航天局(National Aeronautics and Space Administration, NASA)噴氣推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory, JPL)發(fā)布的現代天文行星歷表DE422，分析得到此次日食記載對應1507年1月13日發(fā)生的日食現象。以下詳細計算此次日食的日食帶分布，并研究世界時改正數和地球自轉的長期變化。

1 地球動力學時間系統(tǒng)下的1507年1月13日日食

天文行星歷表對于天文學和地球科學及其他相關學科領域具有重要的實用價值。美國噴氣推進實驗室發(fā)布的DE系列現代天文行星歷表已經在天體測量、深空導航、行星際探測等方面得到較為廣泛的應用。2009年9月噴氣推進實驗室發(fā)布DE422行星歷表[17]，數據跨度自公元前3001年12月7日至公元3000年1月30日，該歷表可以滿足研究者對古代天象記載研究的基本需求。DE422行星歷表采用國際天文聯合會(International Astronomical Union, IAU)推薦的國際天球參考系統(tǒng)(International Celestial Reference System, ICRS)，對應的國際天球參考架(International Celestial Reference Frame, ICRF)是通過一套河外射電源的位置來實現。DE422行星歷表采用的地球動力學時(Terrestrial Dynamical Time, TDT)是一套均勻的時間系統(tǒng)。

日食是月球運動到太陽和地球中間時，月球的黑影正好落到地球表面的特殊天文現象。利用天文行星歷表可以計算得到太陽、月球在地球動力學時系統(tǒng)下的空間位置。根據日月位置的幾何關系，我們可以得到日食在地球表面的可觀測情況，即日食帶。計算表明，1507年1月13日日食是一次日環(huán)食，對應的日食帶見圖1。圖中，紅色虛線圍成的狹長條帶是在地球表面可以觀測到日環(huán)食現象的區(qū)域。

圖1 1507年1月13日日食的日食帶(地球動力學時間系統(tǒng))Fig.1 The solar eclipse path on January 13, 1507 (with TDT time system)

2 1507年1月13日日食觀測記載得到的世界時改正數

實際上，地球自轉存在顯著的長期減慢趨勢。地球動力學時間系統(tǒng)與世界時系統(tǒng)(Universal Time, UT)之間存在一個時間改正數，稱之為世界時改正數ΔT。ΔT滿足

ΔT=TDT-UT，

(1)

(1)式給出了地球動力學時和世界時的轉換關系。ΔT直接反映了地球自轉的長期變化。利用古代天象在世界時系統(tǒng)的觀測記載，可以推算該天象發(fā)生年代的ΔT數值。反之，已知古代天象發(fā)生年代的ΔT數值，也可以推算該天象在當時的可觀測情況[18-19]。

結合安徽銅陵縣(30°.93N, 117°.82E)觀測到1507年1月13日中心食的文字記載，說明銅陵縣處于可見中心食的狹長條帶內。據此可以得到ΔT數值的上下限范圍為[294 s, 1 518 s]。即ΔT處于這個范圍內時，在銅陵縣可以觀測到中心食現象。

3 討 論

對于1507年1月13日的日食觀測，明代嘉靖年間江西 《東鄉(xiāng)縣志》 和清代順治年間安徽 《望江縣志》 也有記載，兩處地方志均用 “日食，甚” 描述當時觀測的日食現象。這里結合前述計算得到的ΔT值上下限，分析江西東鄉(xiāng)縣(28°.23N, 116°.61E)和安徽望江縣(30°.12N, 116°.69E)對此次日食的可觀測情況。表1和表2分別給出了這兩地觀測此次日食各個食相的地球動力學時間、太陽高度角，并給出食分(描述日食程度的定量化數字)。為了直觀起見，表中同時給出各個食相時刻對應的當地時間(Local Time, LT)?？紤]到兩地觀測日食的復圓時刻出現在日落之后，表中也給出了兩地的日落時刻。

表1 江西東鄉(xiāng)縣對1507年1月13日日食的可觀測情況Table 1 Visible situations of solar eclipse on January 13, 1507 at Dongxiang county of Jiangxi

表2 安徽望江縣對1507年1月13日日食的可觀測情況Table 2 Visible situations of solar eclipse on January 13, 1507 at Wangjiang county of Anhui

由表1和表2可知，在江西東鄉(xiāng)縣觀測1507年1月13日日食的食分處于0.881到0.945之間；在安徽望江縣觀測1507年1月13日日食的食分處于0.930到0.947之間，都屬于食分較大的日食。如果天氣條件允許，當時當地的人們應該能夠顯著感受到這種日食現象，并把這次日食現象收錄于當地的地方志記載。這也間接驗證了本文得到ΔT數值范圍的正確性。

文[14]綜合利用古代多地的天文觀測記載，以分段函數的形式給出了ΔT在不同時期的計算公式。文[20]進一步給出對應于不同天文行星歷表的修正方法。據此計算得到1507年1月13日的ΔT數值范圍為188 ± 20 s，這與本文依據 《銅陵縣志》 得到的ΔT值存在一定的差別(最小差別為86 s)。文[14]在歸納ΔT的分段計算公式期間，并沒有考慮 《銅陵縣志》 這一地方志中的日全食記載，本文研究結果可用于更新分段函數的參數。當然，考慮到地方志的觀測記載在流傳過程中可能出現疏漏，即使有佐證材料，仍然不能完全保證銅陵關于當時觀測記載 “既” 的準確性。

4 小 結

本文結合清代乾隆年間安徽 《銅陵縣志》 對1507年1月13日的日食觀測記載，研究確認了當時觀測到的中心食現象，并計算得到當時的世界時改正數ΔT范圍[294 s, 1 518 s]。本文進一步考察了明代嘉靖年間江西 《東鄉(xiāng)縣志》 和清代順治年間安徽 《望江縣志》 中關于此次日食的觀測記載，確認這兩地都可以觀測到大食分日食現象。本項工作對于地球自轉的長期變化研究具有參考價值。另外，本文研究結果與文[14]給出的ΔT公式結果存在較小差別，在后續(xù)工作中將深入研究出現這種差別的原因。