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懸日:夕陽的浪漫突進,現代的天文街景

活躍星系核_96
・2020/08/12 ・1414字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 468 ・五年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

  • 文/王均豪

“I figured let the traffic stop, because the people want to drink in the cosmos.” ─Neil deGrasse Tyson(影片

每隔一段時間,你可能會看到有人聚集在西門的峨嵋街或是忠孝東西路上,架起一台台相機對著大樓之間的那片天空拍照。直到日暮時分,太陽進入大樓之間,宛如懸掛在街道的盡頭,浪漫美景誘導人們按下相機的快門。這就是現代美景「懸日」。

攝影/王均豪

懸日就是夕陽?

「我拍的懸日都不朝大樓之間的方向拍攝,我都是去海邊拍,少了一股車水馬龍的味道,改用海景提味。橙紅色的太陽照印整片天空,真的美。」
『那就是夕陽了吧。』
「不是夕陽,這懸日,拍起來跟夕陽有90%像。」
『這就是夕陽啊幹!』

懸日其實就是夕陽,當太陽與地表間的夾角愈來愈小,陽光必須透過較厚的大氣才能被我們看到。因為「瑞利散射」的原故,短波長的藍光已在途中散射開來,沒有辦法達到遠方觀察者的眼睛,剩下長波長的橙紅色陽光抵達我們的眼底,因此黃昏時分的夕陽渲染整片天空會顯出橙紅色的光芒,這就是一般常見的夕陽。

圖/visualhunt

曼哈頓懸日:曼哈頓加巨石陣

明明就是夕陽,那為何我們要給這個夕陽特別的稱呼?這就要從曼哈頓懸日的命名說起。曼哈頓懸日(Manhattanhenge)是由天文物理學家 Neil deGrasse Tyson 在 2002 年所命名,他將曼哈頓(Manhattan)與巨石陣(Stonehenge)兩個單字結合,來稱呼這種夕陽恰好懸掛於樓與樓間的美景,而在中文裡,我們則稱之為懸日。

怎麼會想用巨石陣來替懸日命名?其實這個靈感是來自於 Neil deGrasse Tyson 小時候,他參觀了巨石陣,當時是由天文物理學家 Gerald Hawkins 負責導覽。Gerald Hawkins 推測巨石陣有可能是古代的天文觀測台,並且也將這個想法寫於他的書《Stonehenge Decoded》(暫譯:巨石陣解碼)之中,這令 Neil deGrasse Tyson 在 2002 年拍下第一張懸日照片時獲得了聯想。

如果巨石陣是古人的天文觀測台,那麼現代才有的高樓大廈就成為了我們的觀測台。

台北哪裡看得到懸日?

依中央氣象局所公布的懸日預報,2020 年的懸日將出現在西門的峨嵋街以及台北新生高架橋以西的忠孝東西路段,時間分別會在 8 月 7 到 9 日與 10 到 12 日兩個時段。

在欣賞或拍攝懸日的時候要注意不能用肉眼直視太陽過久,與任何觀測有關太陽的活動一樣,直視太久會造成眼睛損害,建議可以透過鏡頭或其他觀測工具觀看。

拍攝時也必須注意安全,為了讓夕陽恰好出現在照片的中間,拍攝者必須站在馬路中央才能拍得到,不過同時得避開來來去去的車子。建議可以在天橋或是西門徒步區這種不會有車子經過的地方拍攝。

 

「讓它落下/讓我放下/我沒放下/我想放下。」
欸不是,等等,我還沒拍完,先不要落下。

自古以來太陽東升西落,夕陽已經不是什麼稀奇的事,但懸日是現代社會才能見到的美景。在都市高樓林立之間出現的太陽、被抹上橙紅色的街景,懸日是自然與人文的結合,它讓忙碌的街景停滯,享受現代的天文觀測。

參考資料

  1. WIKI – 曼哈頓懸日
  2. 報天文 – 中央氣象局 (FB粉絲專頁)
  3.  Neil deGrasse Tyson 採訪影片
  4. Neil deGrasse Tyson 影片

編按:原描述 Neil deGrasse Tyson 獲得曼哈頓懸日靈感之文字有所誤植,已修改。(2020/8/21)

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活躍星系核_96
752 篇文章 ・ 99 位粉絲
活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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元旦驚現詭異「血月」,2021年注定是災難的一年?用科學打破凶兆預言!
Mia_96
・2021/01/08 ・3601字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 490 ・五年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

2021 年 1 月 1 日夜晚,有許多南部民眾看見一輪又圓又紅的月亮,甚至泛著血紅色的光,如此詭異的顏色讓許多民眾惶惶不安:「元旦當天出現血月,是不是預言 2021 年將是災難的一年呢?」

俗稱「血月」的天象,真的是引起災難的前兆嗎?

事實上,血月與俗稱「天狗食日」的日食一樣,都只是特殊的天文景象罷了,關於月亮的顏色迷思也不只有血月一種,甚至還有所謂的「藍月」。現在,就讓我們一起用地球科學解開血月、藍月的凶兆傳言吧!

那一顆又紅、又圓的血月

為什麼會有血月的發生呢?首先,當天的月相「圓月」,便是造成天上高掛血月的原因之一。

下圖為太陽、地球、月亮三者的相對位置,太陽與其所發出的太陽光來自圖的右側,地球則為在圖的正中間,而在地球外圈圍繞一圈的,即為地球的衛星——月球。

太陽、地球、月亮的相對位置,以及我們所看見的月相。圖/Wikipedia

在地球外圍的第一個圓圈為「太陽照射到的月球表面」。

因太陽的體積相對於地球與月球十分龐大,而月球與地球之間的距離也比圖中來的更加遙遠,所以如果以讀者的方位看,太陽光永遠會照到月球的右側

有趣的是,因為月球的公轉速度與自轉速度相似,所以月球總以同一面面向地球,地球上的人們看到的月球永遠是同一面唷

最外圍的圓圈為在地球上的「人們抬頭所看到的月相」。

當這三顆星球的相對位置是「地、月、日」時,地球完全無法看到太陽光照亮月球的半面,故當天的月相便是我們時常聽到的「新月」、「朔月」(上圖 3 點鐘方向的月相),時間約在農曆初一前後。

而當它們是「月、地、日」時,地球人可以看到太陽光照亮月球的半面,看起來就是一顆圓圓的月亮,當天的月相即是我們說的「滿月」、「望月」(上圖 9 點鐘方向的月相),滿月的時間約在農曆十五前後。

顏色逐漸變化的月亮。圖/wikipedia

重要的是,滿月時,因為這三顆星球的相對位置是「月、地、日」,所以大部分太陽光都會「先經過地球,再打到月球」。

民眾所拍下的血月,從月亮的圓缺可以知道當時應該在滿月前後,查閱日曆後,也可以確定元旦當天的農曆日期是十八號。

七彩繽紛的太陽光,由不同波長所組成

光,是電磁波的一種,每種天體都會輻射出不同波長長度的電磁波,當電磁波的波長落在「可見光」的波段時,我們就可以用肉眼看見這些光,而不同波長的光,會呈現出不同的顏色。

而太陽光主要放出的電磁波段就是可見光的波段,在可見光的波段中,包含了波長較長的紅光,到波長較短的紫光等七種顏色,也就是我們熟悉的彩虹七顏色。

可見光於電磁波波譜的位置。圖/wikipedia

當我們的眼睛接收到波長比較長的光時,看到的顏色就會偏向紅、橘色,反之短波長的光,即偏向藍、紫色。

被大氣層「改造」的太陽光!

當陽光經過地球大氣層時,會被大氣層中的空氣分子吸收、散射,而不同波長被散射的程度不一樣,短波長(藍光)的電磁波段比較容易被散射,使得大量藍光散射到天空中,天空佈滿著被散射的藍光,才形成我們所看到的藍天。

以上此種空氣分子造成的散射現象稱為「瑞利散射」1

滿月時,因為許多陽光都會經過地球大氣再照射到月球表面,在這個過程中,大部分藍光都會散射於地球大氣層,剩下長波長的紅光繼續前進,最終剩下紅光折射到月球表面,就會使得月球表面看起來偏紅色。這,就是血月的成因。

由此可知其實每一次的滿月多多少少都會被比較多的紅光照射,只是在不同的情況下,有時紅色很明顯、有時又會不太明顯。

例如,出現月全食時,因為幾乎所有的太陽光都會被地球擋住,只剩下波長較長的紅光可以從大氣層折射到月球表面,容易使月亮呈現明顯的紅色。

總而言之,血月並非災難要發生的前兆,而僅僅是正常的自然現象!

在本影區為月全食,地球會遮住所有來自太陽的直射光,出現只剩下紅光可以折射到月球表面,呈現紅色月亮;在半影區,只有部分的陽光被遮住,即為月偏食或半影月食。圖/wikipedia

不是滿月的血月、越來越紅的夕陽

雖然血月多出現在滿月、月食的時候,但仍有其他情況會影響月亮表面的顏色。

若月亮的仰角較低時,可見光會穿過更厚的大氣層,使藍光更容易散射到大氣中,便更有可能在地平面附近看到紅色的月球,抑或是當空氣中的微粒過多時,也有可能在天空中看到偏紅色的月亮,

但無論是哪一種情況,「散射」都是使月亮呈現紅色最主要的原因!

平日看到的橙色夕陽也是差不多的道理!當太陽越來越接近地平線,陽光穿過的越大氣層也會更厚、散射更多藍光,使得陽光越靠近地平線而變得更紅了。

美麗的夕陽,也是來自散射!圖/Pixabay

如果當時的大氣中除了空氣粒子外,還有其他粒徑較小的微粒,較小微粒越多,散射作用越強烈,微粒大量反射紅光與橙光,也會使天空出現美麗的彩霞。

藍月才不是藍色的月亮!

除了血月,我們也偶爾會聽到「藍月」。

每當藍月出現,媒體或是社群網站都會爭相報導,並且在旁邊加上大大的藍色月亮照片,使不少民眾都會期待在天空看到藍色的月亮。

殊不知,藍月根本就不是「藍色的月亮」!藍月指的是一個月當中連續出現「第二次滿月」的現象。

我們習慣將月球繞地球公轉一圈的時間視為一個月,大月有 31 天,小月有 30 天,但事實上,月球繞地球公轉一圈的週期是 29.5303 天,每個月完整的天數與實際天數的時間差大約為 0.5303 天。

隨著兩者的時間差逐漸累積,每隔 2 到 3 年後,便會使得某個月會多出一次滿月,而這額外多出現一次的滿月即稱做「藍月」。

火山爆發,讓你看見真正的藍色月亮

雖然平常新聞所報導的藍月並不是指「藍色的月亮」,但在很偶爾的偶爾,我們其實真的可以看到稍微偏藍色的月亮。

在劇烈的火山噴發或是森林大火發生時,空氣會充滿火山或是大火產生的懸浮微粒,而這些懸浮微粒的粒徑較大、數量也比平時更多,當它們充滿大氣時,就會使波長較長的紅光、橙光、黃光產生大量散射,而我們稱這種散射稱為「米氏散射」2

聖海倫火山美國華盛頓州,曾於 1980 年 5 月 18 日爆發。圖/wikipedia

隨著長波長的光被大量散射,就會使當時的月亮呈現偏藍色,在 1980 年聖海倫火山與 1991 年皮納圖博火山噴發時,人們都在夜空中看到了真正的藍色月亮。

血月、藍月,有哪些特殊意涵?

無論是血月或是藍月,都因非常罕見而被人們賦予特殊的意義,不同的文化對於它們也有許多不同的詮釋。

多數文化都認為紅色月亮擁有著不祥的意義,認為當血月出現時,便會有血光之災發生,也因此當民眾看到血月高掛於天上時,才會將其與災難聯想在一起。

藍月出現的次數較為稀少,所以國外時常會以「Once in a blue moon」來形容較不容易或是不常發生的事件。

  • 編按:如果到 Google 搜尋「once in a blue moon」,會得到藍月出現的頻率: 1.16699016×10-8赫茲。
搜尋「once in a blue moon」的結果。

希望大家再聽到新聞提及血月或是藍月時,可以想起他們的真正成因,別再把人家醜化成凶兆和災難的象徵啦!讓我們的生活處處都充滿著地球科學吧!

備註

  1. 瑞利散射:當微粒粒徑小於 1/10 波長產生的散射現象,例如空氣分子與可見光波段。
  2. 米氏散射:當微粒粒徑等於或大於波長產生的散射現象,例如水滴、汙染物等與可見光波段。
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Mia_96
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喜歡教育又喜歡地科,最後變成文理科混雜出生的地科老師

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天空為什麼是藍色的?瑞利誕辰|科學史上的今天:11/12
張瑞棋_96
・2015/11/12 ・847字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 543 ・八年級

天空為什麼是藍色的?(陽光明明是白光啊!)

圖片來源:Alvesgaspar@wikimedia

這個看似沒那麼困難的問題,竟然難倒了很多物理大師,包括達文西、牛頓、克勞修斯、赫歇爾等人。他們都曾對此自然現象提出解釋,有的說是空氣中的塵埃反射陽光所造成,有人則認為是陽光經過水氣形成的干涉。然而越是乾淨的大氣或越是乾爽的天氣,天空看起來越藍,可見與塵埃與水氣無關。結果這個問題一直到十九世紀末才由英國物理學家瑞利男爵解決。

原來當入射光的波長比碰到的微粒還要大很多時,就會產生散射。瑞利發現散射強度與波長的四次方成反比(稱為「瑞利散射」),也就是說波長越短,越容易散射。空氣分子本身非常小,對可見光都會產生散射,但可見光中的藍紫光波長最短,所以會有更多的藍紫光不斷在大氣中散射,其散射比率高達紅光的五倍。而我們視網膜的感光細胞對藍光比對紫光更加敏感,所以天空看起來才是藍色的。

清晨或黃昏時,陽光在大氣中得經過更長的路徑才到達我們眼睛,有更多藍光在中途被散射了,所以朝日與夕陽看起來都是橙紅色的。彩霞就是雲反射陽光,所以也是橙紅色。天空不再是白天的藍色,是因為光線變弱了,而呈暗黑色。

除了「瑞利散射」,瑞利還解釋了我們如何判別聲音的方位。原來左右兩只耳朵接收到的音波相位與振幅大小並不完全相同,我們大腦就是根據兩者的差異判斷聲音的來源。

1900年,瑞利根據統計力學提出一個黑體輻射的公式,描述輻射能量與頻率之間的關係。這個公式只有部分與實際吻合,但因為沒有更好的理論,因而促使普朗克提出量子的概念,主張能量有基本單位,因而開啟了量子力學。

瑞利與拉姆西(William Ramsay)於1904年共同獲頒諾貝爾物理獎,不過獲獎原因與上述貢獻都沒關係,而是表揚他們在1894年發現新的氣體元素──氬。

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

張瑞棋_96
423 篇文章 ・ 658 位粉絲
1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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時間的軌跡:現代都市中的巨石陣
Write Science
・2013/09/29 ・3044字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 478 ・五年級

作者:Shane L. Larson
翻譯:Ankh Huang 黃于薇,現為兼職譯者(ankhmeow@gmail.com)

有天早上,我女兒正在考慮要穿什麼衣服出門,她問我說:「今天外面會冷嗎?」下一秒她就馬上轉念說:「算了,當我沒問。」接著拿出 iPhone 查起目前的天氣狀況。這讓我想起了歷歷在目的童年回憶,我也曾經問過我媽同樣的問題,而她的回答是:「去外面看看!」她在門廊上放了一塊石頭,如果石頭是濕的就是在下雨,如果是白的就是在下雪,如果看不清楚,那就是起霧了,以此類推。

我無意揚棄現代科技,因為科技能夠達成的事情簡直不可思議,但這讓我想到,現代社會背後的真相,就是你完全有可能盯著數位科技的電子介面度過每一天的生活,根本不必看向窗外。

圖片1
我的行程計劃都是透過日曆應用程式管理,使用手機就能存取。這就是時代的進步啊,唉。

當然,以前並不是這樣的。我們的祖先必須時時注意自然世界的變化,因為這攸關他們的生死存亡。但是現在,就算不是草莓的產季,你也不用擔心,因為你家附近的商店會為你提供大老遠運來的新鮮草莓;現代經濟體系的齒輪不斷轉動,可以滿足你突然心血來潮想要的任何東西。可是在千百年前,人類必須在適當的時間栽種農作物,才能得到雨水灌溉,還要在秋天結霜前及時收割,以免過冬所需的食物遭到摧殘。在還沒有石英錶、還沒有格林威治標準時間、也還沒有 Google 日曆的時候,人類還是得要知道現在是一年中的什麼時節。

所以在世界上出現清楚界定的時間概念和日曆之前,從前的人類怎麼辦呢?答案是靠觀察天空來判斷!蒼穹之中自有一套規律,天體的運動就像時鐘一樣,數算著分秒日月、萬古千秋,而且和最精巧的人造時鐘一樣規律精準。天體運動的成因有好幾個,包括地球繞著太陽做軌道運動、地球以地軸為中心自轉,還有因為地球的北極並非位於與軌道面垂直的位置。

從這三點延伸得到的觀測結果,就是太陽在天空中的位置會在一年當中不斷改變。太陽每天會從地平線上不同的位置昇起落下,在天空中移動的軌跡也都不一樣。一年之中,在春分秋分這兩天,太陽會從正東方昇起、於正西方落下;而在夏至冬至時,太陽在地平線上東昇西落的位置會分別最偏向北方和南方。

由於太陽在地平線上昇起落下的位置不斷變換,這種現象就可以做為一種曆法使用。最有名的例子,就是美國西南部原住民霍皮族 (Hopi) 所使用的 Shungopavi 地平線日曆,如下圖所示。日出點會在地平線上逐漸朝向南北移動,因此可以利用某些地標來標記日出點的推移,藉此判斷栽種作物、收成以及舉行文化儀式的時間。你大概沒有使用地平線日曆的必要,不過觀察自家周圍日出的位置來製作一份倒是很有意思,像我就為自己在猶他州天堂市 (Paradise, Utah) 的住家做了一份地平線日曆,同樣可參見下圖。

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地平線日曆的範例。霍皮族的 Shungopavi 地平線日曆 (上) 和我自己的猶他州天堂市版地平線日曆 (下)。

世界上還有許多古代遺址的岩石和建築物,是依據星辰和太陽的起落和位置所精心排列,像是青蔥蒼翠的索爾茲伯里平原 (Salisbury Plain) 上矗立的巨石陣、安納沙茲人 (Anasazi) 建於查科峽谷 (Chaco Canyon) 的卡薩林克納達神廟 (Casa Rinconada),還有懷俄明州大角山脈 (Bighorn Range) 山頂的大醫藥輪 (Great Medicine Wheel)。除了上述這些以外,還有更多類似的遺址,都證明了老祖宗對於天空的奧秘知之甚詳。

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依照天文現象排列的古代遺址:(左) 巨石陣、(中) 卡薩林克納達神廟、(右) 大角山脈的醫藥輪。

有時候,現代都市的地標排列也會與時鐘般規律的天體運行呈現巧妙的呼應,或許是有意設計的,但多半都是出於偶然。看看曼哈頓島 (Island of Manhattan) 就知道了,這座島位於哈德遜河 (Hudson River) 的河口,對角線往南北方向偏斜;最早有人在此定居時,街道都是隨意開闢的,像大部分的古老城市一樣雜亂無章地發展。這些曲折小路看起來大同小異、難以辨別,讓整個城區儼然成為不斷擴大的迷宮,最後終於根據 1811 年委員會計劃 (Commissioners’ Plan of 1811) 將整座城市的發展方針制定為棋盤式的街道。當時對於棋盤式街道的規劃,是依照和島嶼海岸平行的方向,開闢出略偏南北方向的一條條大道;因此,和這些幹道交叉的橫向街道都略為偏往東西向,與正東西方向的偏斜角度大約為 25 到 30 度,結果正巧讓所有的橫向街道幾乎正對著夏至時日出日落的方向!這個現象在大約十年前由奈爾·德葛拉司·泰森 (Neil deGrasse Tyson) 提出而廣為人知,他將這個現象稱為「曼哈頓巨石陣」(Manhattanhenge)。

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曼哈頓 (左) 和芝加哥 (右) 的棋盤式街道。街道的幾何排列方式決定了你有沒有機會看到角度剛好的日出或日落,讓你一睹城市中的巨石陣。

不過若想欣賞與天文現象排列一致的現代建築景觀,也不是非得大老遠跑到曼哈頓去,很多城鎮都市的街道都是以棋盤式排列。如果是以東西向和南北向規劃鋪設的街道系統,在每年三月和九月的春分秋分,都有機會目睹這種魔幻奇景。芝加哥市就是一例,當地的街道 (大致上) 是呈現矩形的棋盤狀排列,與羅盤方位一致,所以在三月的春分和九月的秋分時,就可以拍攝到「芝加哥巨石陣」的景象!

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芝加哥巨石陣的例子 [圖片來源:Ken Ilio’s Uncommon Photographers]。
無論你身在何處,都有機會將你居住的城市化為現代巨石陣,拍下太陽不斷變換推移的運動軌跡,就算是像加拿大安大略省 Vankleek Hill 這樣的小城鎮也不例外。這個小鎮大約位於渥太華 (Ottawa) 和蒙特婁 (Montreal) 的中間,人口只有 2000 人左右。這裡的棋盤式街道往羅盤方位偏斜,大致上平行於從安大略湖 (Lake Ontario) 流入聖羅倫斯灣 (Gulf of Saint Lawrence) 的河流。這樣的角度,就可以在夏至和冬至時正對著太陽了,像這張由 Gabriel Landriault 所拍攝的照片一樣。

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(左) 安大略省 Vankleek Hill 的棋盤式街道,與東西方向約有 20 度的偏斜。(右) 夏至時在 Vankleek Hill 街道上所見的光景 [攝影:Gabriel Landriault]。
這張 Vankleek Hill 的照片也顯示出值得注意的一點:Vankleek Hill 的街道只與正東西方向偏斜 20 度左右,而夏至時的太陽會更為偏向北方,所以此時並不是完全正對著街道的。但是在一年之中總會有一天是完全對準的這可以從我們的地平線日曆中推敲得知,因為太陽從地平線昇起落下、不斷移動,在夏至和冬至、春分和秋分時,可以預料太陽在地平線上昇起落下的固定位置,但若經過仔細的規劃、觀測還有模擬 (可以使用 Stellarium 一類的天文館模擬器),你就會發現自己居住的城市街道在什麼時候會正對著日出和日落的方向。

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透過 Adler Planetarium 產生春分時的模擬情形,使用的是 StarryNight 桌面天文台軟體。

事實上,即使我不去注意太陽每天的移動、不仰賴這樣的資訊來經營農耕生活,也並非什麼關乎生死存亡的大問題。我有日曆、農民曆 (Farmer’s Almanac) 還有 Google 能夠告訴我什麼時候適合開始種碗豆,研究天文現象可以當作一種興趣,因為懂得這些知識很酷,而且可以讓我拍到不少漂亮的照片,不僅能讓朋友們嘆為觀止,還可以用來把妹呢。

如果春分或秋分就快要到了,趕快看準時間走出戶外,到離你最近的東西向街道上,拿出手機拍下正對著日出或日落的獨特景象。還有,記得上傳到臉書跟朋友們分享,提醒大家最近時序變化,家中有院子的該來播種或是整理了,準備迎接即將到來的季節!

資料來源:Humanhenge — Marking Time in the Modern World

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