一年
國際單位制以外的天文單位 · 量:時間
至 1582 年,春分已自3月21日滑至11日。復活節仍依繫於3月21日的規則推算,於是緩緩滑向夏日。格里十三世下令自十月刪去十天:4日之後緊接著便是15日。緣由甚為簡單 — 儒略年較真正的年長 11 分鐘,自尼西亞以來的 1257 年間,這些分鐘積成了將近十天。
而且「真正的年」也不只一個。地球回到分點需一段時間,回到同一顆恆星需另一段,回到近日點又是第三段。差別以分計,然而數個世紀積下來便成了天 — 凡修補曆法者,無不恰恰絆在此處。
01 · 定義
年是地球繞太陽一周所需的時間。難處在於從何處起算。回歸年自分點至分點,長 365.242190 日;恆星年回到同一顆恆星,較之更長;儒略年則乾脆訂為恰好 365.25 日。所指究竟是哪一個,便決定了其餘的一切。
回歸年較恆星年短 20 分 24 秒。禍首是歲差:地軸緩緩畫出一個圓錐,春分點向後退去,迎著行星而來。地球在抵達那顆恆星之前便先遇上了它。每年這二十分鐘,即是分攤於一次公轉之上的全部歲差。
近點年較恆星年更長:軌道本身亦在旋轉,只是向前而轉,故地球須多走一段方能再次抵達近日點。三種年,對「地球何時算是回來了」這同一問題給出三個答案。
曆法隨回歸年而行:人所在意者為節候,而非星辰。年中並無整數的天數,僅此一端便是歷來一切閏法之源。我們的農曆走的是另一條路:它是陰陽合曆,月份隨月而定,然而與之並行者尚有二十四節氣 — 每隔黃經十五度一氣,嚴格繫於太陽。閏月正是插在無中氣的那一個月上。一部曆法,同時以兩樣事物計年。
請自行訂下閏法 — 每 400 年插入幾天 — 再看分點的日期將行至何處。虛線是一天也不插的 365 日埃及年;實線則是您的規則。
上方那條虛線橢圓,是地軸於 25 771 年間畫出的路徑。正因為它,春分點沿軌道向後滑移,回歸年方較恆星年為短。再過一萬三千年左右,織女星將成為北極星。
02 · 換算
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年可以加詞頭,地質學家每天都在用:ka 為一千年,Ma 為一百萬年,Ga 為十億年。地球年齡寫作 4.54 Ga,這是合乎規範的寫法。
表中第三族為文書中的年。彼處有時恰為 365 天,有時則為 360:十二個等長月份的銀行年,乃是為了讓利息除得盡才想出來的,它比算盤多活了好幾個世紀。
儒略年是唯一長度被精確訂死的年:365.25 日,整整 31 557 600 秒。它與自然界的任何事物皆不相應 — 不過是約定下來的罷了,因為天文學需要一個不會挪移的年。光年即是透過它來定義的。
| 說明 | |||
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03 · 數量級
從一次公轉到宇宙年齡04 · 測量儀器
用什麼捕捉年的長度
大教堂穹頂上的一個小孔,加上橫過地面的一條黃銅帶。每日正午,陽光的光斑落於銅帶之上,落點即告知日期。這樣的子午線在十七世紀遍建於義大利的教堂,其量度年長的本事勝過當時任何儀器。
圓環安置於天球赤道平面之內。太陽偏南時,影子落在環內;至分點那一刻,環的影子恰好落在環身之上。簡單到可以用青銅鑄造,而準確至數小時之內。
一根嚴格固定於子午面內的鏡筒,僅能上下俯仰。天文學家記下恆星穿過十字絲的那一刻,自一連串這樣的中天之中得出年的長度。自十八世紀直至二十世紀中葉,年皆是這樣量出來的。
如今量年已不再依靠太陽。分布於不同大陸的天線傾聽同一顆類星體,自訊號抵達的時間差之中得出地球的取向,精確至毫秒的幾分之一。年是自其中掉出來的副產品。
05 · 書寫規則
a、ka、Ma — 以及日常的「年」
年的符號是小寫拉丁字母 a,源自 annus。國際單位制的詞頭可以加:ka、Ma、Ga。大寫的 A 是安培,故而小寫這一點頗為要緊。中文裡直接寫「年」,英文裡則寫 yr。
另有一個陷阱:所說的究竟是哪一個年。天文學上、光年的定義之中,是恰為 365.25 日的儒略年。曆法上是 365.2425 的格里曆平均年。自然界中則是 365.242190 的回歸年。三個數字,一個符號,單看符號分不出是哪一個。年的「編號」亦不只一種:在我們這裡,公元 2026 年同時也是民國 115 年。
06 · 相鄰單位
年立於日與世紀之間,兩處接口皆是歪的。年中的天數並非整數,世紀不過是一個整百,背後並無任何天文的事物。年唯一精確的關係是與格里曆週期:400 年恰為 146 097 天。
一年的 1/365.2422
31 556 925 s
10 個世紀
格里的規則裝得進一個分數:每 400 年 97 個閏日,而非一百個。由此得出週期中的 146 097 天與 365.2425 日的平均年 — 較回歸年長 26 秒。累積一天誤差需時 3226 年;無人是按這個期限來設計曆法的。
07 · 歷史部分
年是如何被修補四次的
祭司們高興時便塞進一個額外的月份,曆法遂與節候錯開了三個月。凱撒一刀將它拉了回來:西元前46年被給予 445 天,此後被記作混亂之年。自次年起,每四年多加一天。
公會議將復活節的推算繫於春分,又將春分繫於3月21日。自那一刻起,曆法的誤差不再是天文學家之事,而成了教會之事:偏移正在挪動節日本身。
格里十三世的詔書取走了積下的十天,並更改了規則:能被 100 整除的年不是閏年,除非同時能被 400 整除。我們這邊走的是另一條路:農曆始終是陰陽合曆,閏月依節氣而定,並不需要這樣的四百年分數。中華民國於 1912 年改用公曆,同時另立民國紀年;而農曆至今仍活在過年、清明與冬至之中。天主教國家 1582 年便已改曆,英國遲至 1752 年,俄國則到 1918 年。
米盧廷·米蘭科維奇提議:世紀年若被 900 除後餘 200 或 600,即算閏年 — 900 年 218 個閏日,平均年 365.242222 日。這較格里規則更接近真正的年,1923 年的東正教會議採納了它 — 不過兩部曆法要到 2800 年方才分道揚鑣。
一個待不住的單位
公尺有透過光速給出的定義,秒有透過銫頻率給出的定義。年則一個也沒有:它並非由實驗訂下,而是自一顆不斷改變自身運動的行星上讀出來的。沒有什麼可以將它拴住。
所以年不屬於國際單位制。天文學家為了計算,取了儒略年,逕自給它指定一個精確長度 — 365.25 日,31 557 600 秒。並非因為自然如此說,而是因為需要一個固定的數,而這個數最為整齊。
目錄 · 計量單位
每個量都有一份檔案
七個 SI 基本單位,二十二個有专名的導出單位,以及若干制外量 — 少了它們,工程与曆法都轉不動。