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中國也有十二星座?談生肖的天文學源流

陳民峰(蜜蜂老師)
・2017/03/28 ・3398字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 523 ・七年級

上一篇《我們犯了什麼太歲?談太歲的天文學源流》談到太歲的緣由,這次讓我們來了解了解生肖的源流吧。這篇文章也算是補充前一篇文脈絡的補充包。

前文提到的「太歲」源於「木星對立方位的假想化」,本質上是「行星崇拜」延伸的「方位崇拜」、「地神崇拜」與「歲年崇拜」。其中歲星(木星)與其他行星稱為「五曜」,和日月合稱「七政」。這些都是屬於太陽系,也就是相對古人來講「運行於黃道而不等周期運轉」的星體系統。

而在五曜七政外,還有近乎不可考誕生年代的「星體崇拜」。這些怎麼會跟十二生肖有關呢?

你猜得出來這些星星代表哪個星座嗎?(M45星團,圖片取於維基百科)
你猜得出來這些星星代表哪個星座嗎?(M45星團,圖片取於維基百科)

二十八星宿的源起

若說「歲星(木星)」依照黃道分為12宮而成為「歲」與「時」,那麼「月亮」依照白道運轉,27.4天近於整片星空28等分。天球分割為28等分,都有一個主要星座,總合起來就是二十八星宿

http://88d.jp/facts/04_hakudo
白道與黃道並不是同一條線,而有5度角的差異。(圖片轉載於此,連結轉載授權)

因為白道(月亮在天球上運動的軌道)與黃道(太陽在天球上運動的軌道)並不是同一條,而且麻煩的是月亮東升西落的位置隨著月圓月缺有所不同,因此28星宿是固定在黃道上,成為「星宮的代表星座」,只是相對用來追蹤月亮位置的星座而已。

白道,月亮運行的軌道,在天球上並非固定。因此28星宿雖然是為了測量月亮的存在,卻不以白道為基準,而用黃道為基準。再劃分28等分以追蹤月亮、便於觀測描述相對位置。 (圖片來源:中央氣象局天文專欄)
白道,月亮運行的軌道,在天球上並非固定。因此28星宿雖然是為了測量月亮的存在,卻不以白道為基準,而用黃道為基準。再劃分28等分以追蹤月亮、便於觀測描述相對位置。 (圖片來源:中央氣象局天文專欄

這裡的「白道二十八星宮」與「黃道十二星宮」是不同的星宮系統。前者是真的有星星作為代表,後者才是以木星一年運轉超越分量為單位分割,但都是劃分星空領域的相對位置。

恆星崇拜的延續化

相對於先前的太陽系內崇拜(崇拜日月、五顆行星)與中國延伸的太歲紀年系統、太歲敬仰外,中國以前就崇拜天體恆星。這些恆星在天空中有著恆常不變的週期,在天球(周天)上同個位置隨著日升月落且繞著北極星轉動。

對於北斗七星的尊崇,後來目光轉於北極星(勾陳),並將天空分為紫薇、三桓等星宮為中心,並且有了四方四相(朱雀、青龍、玄武、白虎)。這些方位崇拜,後來跟地支方位結合後,融入太歲信仰的一部分。

原本二十八星宿是代表四方聖獸的各個部位,例如奎宿代表白虎的尾巴。但之後二十八星宿又被獨立以動物形象化。(圖片來源:國立臺灣博物館)
原本二十八星宿是代表四方聖獸的各個部位,例如奎宿代表白虎的尾巴。但之後二十八星宿又被獨立以動物形象化。(圖片來源:國立臺灣博物館

另外大約晚於太歲誕生前,歷史上就有二十八星宿的記載。此時二十八星宿並沒有神格化、被人們崇拜,還只是單純的星座連線而已。後來星宿的神化受到三個文化影響:值日星神信仰、拜本命信仰、生肖紀年。

首先是「值日星神信仰」。大乘佛教的《大方等大集經.諸天王護持品第九》開始有二十八星宿的記載,其中佛陀(世尊)與大梵天對話提到四大部洲與其護持的四大天王,分別管理3曜7宿與芸芸眾生,合計十二辰二十八星宿。這個開始影響到後世對於二十八星宿的神格化。

佛教的世界觀
佛教的世界觀。中央為須彌山,上頭支持十二天。須彌山洲為被十圈鐵圍山包圍,鐵圍山外則有四大部洲。須彌山住著四大天王,管理四方四大部洲,並且每人再管理在天空的三顆曜星、七個星宿。(圖片來自網路資料)

再來是「拜本命信仰」。原本是北斗七星的崇拜,演變到後來成為「北斗掌死、南斗管生」,結合古中原自有的「本命占卜」(相信自己的命運與星辰、出生時間、星宿有關),在漢朝演變為「拜斗」(敗北斗南斗),在宋朝成為「拜本命」(拜自己的氣運),結合地支十二辰漸漸演變成太歲信仰的一部分。甚至在宋朝「順星」儀祀定在元月初九,跟拜天公同時,也跟早期的北斗崇拜(帝王星崇拜)有淵源。

至今安太歲的太歲符,仍可看出太歲信仰的本質就是星辰崇拜。(圖片出於:福山堂)
至今安太歲的太歲符,仍可看出太歲信仰的本質就是星辰崇拜。(圖片出於:福山堂)

有了以上「守護星神」與「拜星斗就是拜自己」的兩個前置思想後,接著就跟生肖記年融合,成為日後的「某種生肖要安太歲」的民俗信仰濫觴了。

生肖紀年

最後是隨著游牧民族傳來的「生肖紀年」,民間也開始漸漸使用生肖來代表十二年輪迴。甚至在隋朝時有流行一陣子印度傳來的三十六生肖,唐朝開始將二十八宿搭配七曜(金木水火土日月)。相傳由八仙之一的張果老發明「七政四餘」占星術,讓二十八宿搭配七曜、四方,並把原有二十八宿再以動物的形象命名,分別為:

七曜
東-青龍角→蛟亢→龍氐→貉房→兔心→狐尾→虎箕→豹
北-玄武斗→獬牛→牛女→蝠虛→鼠危→燕室→豬壁→貐
南-白虎奎→狼婁→狗胃→雉昴→雞畢→烏觜→猴參→猿
西-朱雀井→犴鬼→羊柳→獐星→馬張→鹿翼→蛇軫→蚓

換句話說,就是「把二十八星宿全面改變為動物型態的星座」而已!

其中搭配五行還有複雜的相生相剋原理,總之二十八星宿搭配了各種動物,其中每3/7個方位成為生肖代表,這之中可能也包含了佛教每一方三曜的影響。

夏日星空中,織女牛郎星隔著銀河遙遙相對,而在牛郎星身後則是牛宿。
夏日星空中,織女牛郎星隔著銀河遙遙相對,而在牛郎星身後則是牛宿。

我們發現有些星宿根本沒變(牛宿還是牛宿),但其他都變化很多。而從鼠宿開始,往東為順逆時針安插地支,這跟太歲星的運轉方位同一順序。這十二生肖真正跟星宿產生連結後,跟著方位崇拜、歲時崇拜、星辰崇拜、本命崇拜,一起融入到太歲信仰系統中,成為今日民間習俗的一部分。

為什麼在科學網站要提那麼多不科學的民俗事?

其實也不是要高唱迷信。

我們若循著歷史記載,會發現天文學除了定歲時方位外,也跟占卜大有關係,這是各個民族都容易察覺的共有文明現象。希望透過此文,讓各位發現原來科學與宗教、民俗最早期並無分家,甚至是相輔相成的文化共流。

除此之外,筆者希望讓各位了解,我們現在的星座或者星宮/星宿是怎樣被古人觀察且定義的。

筆者為國小老師,二月份即將要教「認識星空」,這是臺灣各版本國小五年級自然科的共同重頭戲。而星座的東西方不同也往往是課本強調的一點,「星座就是古人藉由想像將許多顆星連在一起形象化」,直到近代才統一為88星座,這是全國自然科教師在教導此單元的重要目標。

或許就讓我們沉浸於古人的自由想像,不靠星座盤或者星空app,若有幸能到郊外夜間看到星空,試著想像各種形貌與故事。

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中國的昴宿,也就是西洋星座的金牛座周遭的M45星團(俗稱七姊妹),在生肖的代表涵義為「雞」。在西遊記中有著「昴雞會咬蠍子」的傳說,而在臺灣則孕育出「天上的雞咬牛,而使地牛翻身掙扎產生地震」(見《妖怪臺灣—三百年島嶼奇幻誌》p.80)的奇聞。

今年是雞年,最後獻上此圖,筆者就嘗試將昂宿的中國動物星宿形象化,以原子筆畫出來後合成在星空圖上成為「雞肖的星座示意圖」,祝福大家雞年行大運。


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陳民峰(蜜蜂老師)
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現職新北市北大國小教師,關心生態、教育,和動保議題,喜愛科學小知識。目前為國語日報科學版、聯合報鳴人堂,和人文主義工坊作家。


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極目遠眺的意義:天文學家為何追尋第一代星系

Tiger Hsiao_96
・2022/05/15 ・3764字 ・閱讀時間約 7 分鐘
  • 文/蕭予揚 清大天文所碩士生,將於約翰・霍普金斯大學攻讀天文博士
      林彥興 清大天文所碩士生,EASY 天文地科團隊總編

近日,來自東京大學和倫敦大學學院的科學家 播金優一(Yuichi Harikane) 在天文物理期刊《The Astrophysical Journal》發表了一篇論文,宣稱他們可能找到目前最遠的星系(名為 HD-1,紅移值 z 約為13),打破了原本最遠(GNz-11,z 約為 11)的紀錄。

天文學家為什麼執著要找最遠的星系呢?
是單純為了破紀錄而破、抑或是蘊藏了什麼科學涵義?
天文學家們又是怎麼尋找、並且推論這些星系多遠的呢?

HD1 的影像。圖/Harikane et al.

時間推回到二十世紀初,當時的科學家們對宇宙大小到底是恆定或是膨脹爭論不休,其中,愛因斯坦(Albert Einstein)便是支持「宇宙穩恆態理論」的知名科學家。而支持膨脹宇宙的科學家們,一直到西元 1929 年,愛德溫.哈伯(Edwin Hubble)透過測量其他星系,發現了宇宙在膨脹,才為膨脹宇宙(也就是日後人們所說的「大爆炸理論 The Big Bang Theory」)注入了一劑強心針。

接下來的各種證據,如宇宙微波背景輻射、宇宙中元素的比例等,讓天文學家們越來越確信宇宙的年齡是有限的,並開始利用紙筆與超級電腦,來推測最早、也就是第一代星系及恆星的樣貌,並嘗試用望遠鏡,來尋找早期星系是否和我們預測的相符。

科學家是如何知道距離的呢?

天文學家並沒有一把長達「一百多萬光年」的尺,那他們是如何尋找,並且知道這些早期星系距離我們有多遠呢?讓我們把兩個問題分開,先來探討在宇宙學尺度下的距離是怎麼得到的。

由於我們知道宇宙在膨脹,而這些遠離我們的星系所發出的光,也會因為類似都卜勒效應的影響,有著紅移的現象。而越遠的星系遠離我們的速度越快,它們紅移值也就越大;而從實驗室中,我們知道每種元素都會發出特定的譜線,藉由測量到星系光譜中特定譜線的實際位置,並與那條譜線所該在的位置比較,就能夠計算這些星系的紅移值了。

而結合紅移值和其他測量到的宇宙學參數(例如哈伯常數),就可以從星系的紅移值計算出物理上的距離,比如大家常會看到的「光年」。

星系的紅移(Redshift)與它跟地球的距離(Distance)可以互相換算。圖/林彥興

那既然這樣,我們只要測量所有星系的光譜,不就能知道最遠的星系是哪一個了嗎?可惜事情並沒有這麼簡單。

一來,很多星系(尤其是越遠的星系)都很黯淡,難以測量光譜,二來,測量光譜實際上是又貴又耗時的。所以,以「尋找」的為目的,做單一波段的搜索通常是比較實際的作法。但若是使用單一波段,不就代表我們沒有光譜,這樣不就又不知道距離了?

Well yes, but actually no。大家應該都聽過盲人摸象的故事,透過觀測越多的波段,我們就越能描繪出實際上的光譜,再根據現有的理論模型,我們就可以利用光譜擬合來推論出這些星系的紅移值。

那要如何鎖定這些早期的星系?

天文學家總不可能對每個能測量到的星系都做很多波段的觀測,並且大費周章的利用理論模型去擬合他們。很多特定的望遠鏡(例如 ALMA、JWST)是要寫觀測計畫書和其他天文學家競爭觀測時間的,總要給出一個有力的理由,才能讓你的觀測計劃脫穎而出。

但還沒有資料之前,天文學家要怎麼知道哪個星系是最遠的?這便產生了一個「沒有工作要怎麼有工作經驗」的迴圈。怎麼辦呢?天文學家就是要想辦法,在已經觀測的深空資料庫中去尋找最遠的星系。

哈伯太空望遠鏡拍攝的「哈伯極深空 Hubble Extreme Deep Field」影像。藉由比較圖片中不同紅移的星系的性質,天文學家就能重建出過去百億年來星系的形成與演化歷史。圖/NASA; ESA; G. Illingworth, D. Magee, and P. Oesch, University of California, Santa Cruz; R. Bouwens, Leiden University; and the HUDF09 Team

而要怎麼在龐大的資料庫中尋找遙遠的星系呢?讓我們再次簡單回顧歷史。量子物理在十九世紀末至二十世紀初逐漸開始發展時,瑞士物理學家約翰.巴耳末(Johann Balmer)研究激發態的氫原子所放出的光譜,發現在可見光波段,氫原子只會發射一系列特定波長的譜線。隨後美國物理學家西奧多.萊曼(Theodore Lyman)也接著發現,氫原子從受激態回到基態時,會放出一系列位於紫外線波段的譜線,這些特定的譜線也被稱為萊曼系。

氫原子的各個譜線家族,由上而下分別是位於紫外線的萊曼系,位於可見光的巴耳末系,以及位於紅外線的帕森系。圖/Szdori, OrangeDog

而用來尋找早期星系的第一種方法,也是最主要的搜索方法,就與萊曼系關係密切。天文學家發現,宇宙中有一種名為「萊曼斷裂星系(Lyman-break galaxies; LBGs)」的星系,這種星系的光譜有一個很明顯的特徵,便是在特定的波長以下就幾乎觀測不到,原因是波長更短的光(更高的能量)都被星際物質(Interstellar medium; ISM)和星系際物質(Intergalactic medium; IGM)的中性氫的萊曼線系給吸收了。

而萊曼線系中波長最短的譜線(常稱為萊曼極限)約在 91.2 奈米,最長的萊曼 α 譜線則約在 121.6 奈米。只要透過兩個波長足夠接近的波段去尋找「在長波長有觀測到、但在短波段沒觀測到的天體」(稱為 drop-out),就可以粗略的估計星系的紅移。

舉例來說,如果我們要找紅移值為 9 的萊曼斷裂星系,只需要稍微長於和短於 1216 奈米的兩個波段,看看有沒有星系出現在長波段的影像中,但在短波段的影像中卻沒有出現,就有可能是在紅移值為 9 的萊曼斷裂星系。如果要找越遠的萊曼斷裂星系,只需要換波長較長的波段即可。

近日打破紀錄的最遠星系,也是透過 H-band drop-out(在波長 H 波段沒有觀測到,而較長的波段有)所找出的。

光譜drop-out的例子。圖/Harikane et al (2022)

上圖為近日打破紀錄的最遠星系 HD1 的 H-band drop-out,可以看到長波段:4.5、3.6 微米以及 Ks 波段都有偵測到,但在 H 波段(以及更短波長)的影像就消失不見了。藍色的光譜 z 值為 13.3 的萊曼斷裂模型,灰色的光譜則為可能的低紅移汙染,z=3.9 的巴耳末斷裂模型。

當然,這只能幫助科學家初步的篩選,而且此種方法會受到一些其他非早期星系的汙染。

舉例來說,上文提到氫原子除了萊曼系以外,還有回到第一激發態的巴耳末系。若只是單純地透過 drop-out,因為巴耳末系本身的譜線就比萊曼系來得紅,所以也有可能找到的是紅移值較小的巴耳末斷裂;此外,非常紅且充滿塵埃的星系也會在光譜上出現類似「驟降」的特徵。

當然,更多波段以及光譜的觀測,都有助於釐清這些可能的汙染。而除了上述的方法以外,萊曼 α 發射體(Lyman-alpha emitters; LAEs)、伽瑪射線暴的宿主星系、重力透鏡效應等,也是尋找遙遠星系的重要方法哦!

那麼,找出這些早期星系有什麼科學意義?

現代宇宙學理論認為,宇宙在早期曾經經歷過兩次相變。第一次是宇宙從炙熱的游離態降溫回到中性的氣態,被稱為宇宙的復合時期(Epoch of Recombination),也是大家熟悉的宇宙微波背景的起源;第二次(也是最後一次)的相變,宇宙中的中性氫變成了游離化的氫離子,這個相變的過程被稱為再電離時期(Epoch of Reionization; EoR)。

而目前認為,第二次這個電離的原因,是第一代恆星和第一代星系所發出的強紫外線光,把周圍的中性氫游離成氫離子。藉由尋找越來越多的早期星系,我們就能透過這些早期星系來描繪宇宙再電離時期的歷史,而這又能夠進一步驗證現代宇宙學理論是否正確。不僅如此,研究這些早期星系,可以讓我們對於星系演化的歷史更往前推,或是研究早期星系的超大質量黑洞,是如何長到這麼大等等的議題。

未來展望

在 2021 年底順利升空的詹姆斯.韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope; JWST),其中一個主要的科學目標就是研究早期宇宙。如這篇文章一開始提到的「新的最遠的星系(HD-1)」,又如前一陣子發現的「最遠恆星 Earendel」,以及同一團隊的另一個紅移約 11 的星系,都在第一輪 JWST 的觀測計畫之中。

期待幾個月後 JWST 公布的第一批科學照片,能大幅革新我們對早期宇宙的認識。

參考資料(論文們)

延伸閱讀(科普文章)


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Tiger Hsiao_96
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現為清大天文所碩二學生,即將赴美於約翰霍普金斯大學攻讀天文博士。