Ancient Models.

A Spherical Heaven

最早的宇宙模型:天球说,盖天说。

地是一个无限大的 horizontal plane,天穹 dome of the heavens 盖于其上。希腊人称其为天球 celestial sphere。天地的交界线被称为地平线 horizon。天体行于天穹表面,轨迹纵横。观察者的头顶指向天穹的最高点,天顶 zenith。

Chasing the Shadows

古人使用日晷 sundial 研究太阳的运动。太阳的高度与方向能通过日规 gnomon 的影子计算出来。日出与日落时,影子最长,但方向大致相对;中午时,影子最短。在一年中的所有日子,最短影子的方向始终一致 (只适用于北半球温带地区),我们定义该方向为「北」。北方既出,东南西随之而定。

有了这四个方向,我们以观察者为中心将天穹分为四块;其中南北方向的分割线被称为经线/子午线 meridian。太阳由东向西移动,跨过子午线之前的时间 ante meridiem (Latin term for “before the meridian”) 被称为 AM,之后的时间被称为 post meridiem (Latin term for “after the meridian”) 被称为 PM。

Path of the Sun

古巴比伦人发明了角度系统,将整圆分为 360 度 (°),每一度又被分为 60 弧分 arc minute (′),每弧分又被分为 60 弧秒 (″)。该系统的出现使得通过日晷对太阳轨迹的定量分析成为可能。

两个重要的参数:太阳方位角 azimuth 与太阳高度 altitude 均可由此得出
两个重要的参数:太阳方位角 azimuth 与太阳高度 altitude 均可由此得出

注意:太阳高度 altitude 实际上是太阳高度。如上图,azimuth 是 $\Phi$,altitude 是 $\theta$。

天球说无法解释很多问题;它们揭示出宇宙的复杂性远远无法被简单的天圆地方所描述,人类必须进一步拓展他们的想象力。这不禁让我们怀疑,假若星空不存在,人类还能发展成为今天的智慧生物吗?

  • Why is the path of the sun different in different locations?
  • Where does the sun go at night? [无法观测]
  • Why the north-south axis is so important? [按照天圆地方模型,四个方向应当是等价的]

词语解释:

  • Thales of Miletus. 米利都的泰勒斯
  • Eudoxus of Cnidus. 尼多斯的欧多克索斯,柏拉图学派,天球说
  • Zenith Passages. 无影时刻,午时太阳高度为 0° 的日子