历法趣谈，一年到底有多少天

作者：陈关荣

你可能还记得，2014 年的年历十分有趣：4 月 4 日、6 月 6 日、8 月 8 日、10 月 10 日、12 月 12 日全都是星期五。其实， 在 1986 年、1997 年、2003 年、2008 年，这些日子也全都是星期五；往后，2025 年、2031 年、2036 年、2042 年的同样日子也会都是星期五。如果有兴趣，你还可以继续往前和往后推算。值得提醒一下的是，这些日子并非一定是星期五，譬如在 2005 年它们全都是星期一

此外，不同年的年历还可能是相同的

例如，1986 年和 2014 年的一模一样。不信你查查看？事实上，如果不考虑中国农历，印刷厂只需储备 14 种日历模板就足以循环使用了。这些有趣的周期现象从本质上引出了一个常识性问题：一年到底有多少天？

  • 小学生回答说：365 天
  • 中学生回答说：365.25 天
  • 大学生回答说：365.2425 天
  • 研究生回答说：365.24242424 天
  • 小教授回答说：365.242190419 天
  • 大教授回答说：你问的是恒星年还是回归年？

显然这位大教授是懂点天文学的，他知道不同的历法有不同的算法

阳历、阴历和阳阴历

历法用年、月、日和时、分、秒等单位来计算漫长延续的时间，它可分为阳历、 阴历和阳阴历 3 种

  • 阳历，就是太阳历，基本历年是一个回归年（下面再详细说明），现时国际通用的西历就是阳历
  • 阴历，又称为月亮历，基本历月是一个朔望月（即月亮以正向，然后背向围绕地球旋转一圈的时间）。一年有12个朔望月，其中大月30天， 小月 29 天，目前的伊斯兰历属于阴历
  • 阳阴历的平均历年也是一个回归年，但历月是一个朔望月，其中设有闰月，这种历法与太阳和月亮的运动相符，中国的农历就是这种阳阴历

你现在应已感觉到了，历法设置是很复杂的。事实上，历法的复杂性源于宇宙中天体的自转和公转：地球本身在自转，同时环绕太阳公转；太阳本身自转，也环绕某个遥远的恒星公转；这恒星自转，同时环绕另一个更遥远的恒星公转⋯⋯而且所有这些自转和公转的速度都不均匀，它们的轨道也都是椭圆形而不是圆形

看来，只要这个茫茫广宇中没有一个完全静止固定的参照物，精确的历法是很难制定的

恒星年和归回年

不管如何，人类日出而作，日落而息，总需要一部大家都能认同的比较精确的历法。在经过漫长的测定、修改和演化后，恒星年（sidereal year）和回归年（tropical year）终于成为目前最普遍使用的两个基本历法

  • 恒星年，是太阳在宇宙中返回到相对于银河系中某个遥不可及（因而可视为是几乎静止）的恒星的相同位置上的时间，即太阳在其天文轨道（称为黄道）上的一个周期。天文测定结果表明，整个太阳系约每 2.5 亿年便绕银河系运行一周，因此称为一个银河年

  • 回归年，也称为太阳年，则是站在地球上观察太阳，看到它从黄道上某一点出发运转一周后，又回到原来位置点上所经历的时间。在黄道上所选择的位置点至关重要：

    从北半球的春分点出发的太阳年称为春分点年，对在黄道上所有的点取平均值的年称为平均回归年。因为春分点受到多种不均匀运动的影响，它在黄道上往后移动，以致回归年比恒星年略短一点：在 1900 年两者相差 20.400 分钟，在 2000 年则相差 20.409 分钟； 在 25,786 年的时间里，它会带来整整一个星期的时间落差，这就是所谓的“岁差周期”

阳历的背景

目前大家使用的是阳历。说起这阳历来，还真有点背景。古罗马时代，凯撒大帝（Julius Caesar, 100 BC- 44 BC）引进了后来以他的姓氏命名的西元历法：一年 365 天，每三年后有一个闰年（比平年多1天）

于是，如此推算 1,500 年之后，每年的平均长度变成了 365.25 天，可见前面中小学生的回答是对的。在中国，南北朝的天文兼数学家祖冲之（西元 429 - 500 年）已经算出每年平均长度是 365.2428 日

此后，时间飞越了一千多年，来到了西元 1582 年。那个年代的天主教皇格里哥利 13 世（Gregorius XIII, 1502 -1585）生气了： 瞧，现在每年多了 0.25 天，这样下去，到 12,000 年之后，人们就得在一月份度过复活节，在秋天来临时庆祝圣诞节了！于是他决定直截了当从 1582 年的日历中删去 10 天，让当年 10 月 4 日（星期四）的第二天成为 10 月 15 日（星期五）

然后，教皇又把凯撒大帝超长的历法缩短：规定每年的二月分只能有 28 天。这样一来，他把每一年都变成了 365.2425 天，于是前面大学生的回答也是对的

然而教皇的决定并不令所有人都满意，因为他的修改只是让历法变得稍微短了一点，其实每隔四年都得再加入一个闰年， 即插进 1 天，历法才会更准确。这时平均每年就有了 365.24242424 天，这个数字让前述那位研究生的答案取得了满分

前面还提及一位小教授，他知道教皇决定让每四年多出一天的闰年的方案是有问题的，因为这个做法会让每年多出 26 秒。于是他奉劝教皇，每隔 128 年又需要扣掉一个闰年才行。这样一来，用每年 365.242190419 天来计算，400 年将相差不到 3 个小时─那可是最精确的历法了─于是它被沿用至今

原子钟精确计时

后来因科技日新月异，发展出精确无比的原子钟：1955 年国际天文联合会指定了世界时（Universal Time），把一天 24 小时定为 86,400 秒，其中 1 秒的单位定为铯 133 原子基态中两个超精细能阶之间的辐射跃迁所对应周期的 9,192,631,770 倍的持续时间，与地球自转并不相关。即便如此，由于不同原子钟产生的时间略有差异，因此国际原子时间是由国际度量衡总局取六十多个国家的时频标准实验室原子钟组的平均值而得，并且每月公布一次

2015 年 2 月，《自然 ─光学》杂志报导了日本东京大学的物理学家研制成功迄今最精确的光晶格原子钟─它精确到即使运行 160 亿年，偏差也不会超过 1 秒！四百多年前的教皇当然无法想像，今天这一超级精细的时间单位记时法，让人们对目前最精确历法依然含有 3 个小时的误差无法忍受，尽管它在 400 年里微不足道然而，不满意也罢，你又能怎么办呢？

可能“闰年”加 1 天这种修正太粗糙了吧？

你在仔细琢磨后是否会提出：我们现在有原子钟了，来个“闰秒”怎么样？嘻嘻，前面提到的那位大教授笑了：其实国际上早已有闰秒的规定啦！根据原子钟定义 1 秒时，已规定在每年 6 月 30 日或 12 月 31 日的子夜必须微调，每次增加或减少 1 秒钟

不过，世界上什么事情都会有人反对

2008 年 4 月，国际电信联合会（International Telecommunication Union）对这做法提出了异议，要求停止闰秒方案，并希望到 2015 年时能达成世界性的决议。你有点惊讶吧！

为什么呀？那位大教授乐了：告诉你吧，天文观测发现，地球自转正在加快。实际上，世界协调时钟最近已经不再添加闰秒了 哎，你终于放弃了，不再奢望有一个绝对精确的历法

出处

  • 《历法趣谈》 科学发展　2015 年 4 月│ 508 期 https://www.ee.cityu.edu.hk/~gchen/pdf/Calendar.pdf

2024-08-10 https://www.tuenhai.com 收录

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