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閏年怎麼來?為什麼是 2 月 29 日?事情沒有你想的那麼簡單

歐柏昇
・2016/02/29 ・3478字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 486 ・五年級

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source:google doodle
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四年一度的 2 月 29 日又來臨了,你是否有想過,到底是誰發明了這個莫名其妙多出來的一天呢?其實,我們現在使用的西曆,是源自於古羅馬的曆法,其中變遷的故事還真是源遠流長。

為什麼是加在 月 29 日而不是 12 月 32 日?

我們先來想想看,「 2 月 29 日」這個玩意兒,有什麼地方不太尋常的?先來問你一個問題:照常理來說,應該把多餘的日子加在一年的最後面才對,那不就應該是「 12 月 32 日」了,人們怎麼會選擇創造一個「2月29日」呢?

你可能會說,這個問題還需要想嗎?因為 2 月日數最少啊!2 月只有 28 天,加上個 29 日聽起來不怎麼奇怪;12 月已經有 31 天了,再加上一個 32 日也太好笑了吧!不過,事情沒有這麼簡單。

source:wikipedia
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在早期的羅馬曆法(羅慕路斯曆)當中,其實一年只有十個月。這件事情在現在各月份的英文名稱當中,還留下了明顯的痕跡。例如說,十月的英文是 October,但是 octo -開頭的字是代表「八」的意思,所以 October 顧名思義是「八月」的意思!可以去看,章魚(octopus)是八隻腳的生物,而八邊形的英文稱為 octagon。那問題來了,為什麼「八月」突然變為十月了呢?

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事情發生在羅馬國王努瑪‧龐皮留斯(Numa Pompilius)的時候,當時發現原本每年十個月、304 天的曆法,造成每年年初的季節都不同了,人們的生業週期與曆法格格不入。這個道理很簡單,地球繞太陽公轉一圈(當然那時候人們不清楚地繞日這回事)大約 365 天,稱為一個「回歸年」,也就是太陽在黃道的位置移動了 360 度的時間。太陽「回歸」了之後,代表季節週期也「回歸」了一次,人們生產的週期也就又「回歸」了一次。

一年 304 天的古曆,實在與回歸年差距太大了,所以努瑪決定加上兩個月,讓曆法的一年變為 355 天,較接近太陽的週期。不過這時候,Ianuarius(January)和 Februarius(February)是加在一年的最後面,而不是一開始。

這個 355 天的曆法,我們就可以看出一些天文意義了。

第一,如我們剛才說的,比起原先的曆法,已經較為接近一個「回歸年」,符合地球上人們真實感受到的季節遞嬗週期。第二,這個數字不是沒有來頭的,它符合月亮盈虧的週期。月亮繞著地球公轉的週期有好幾種算法,其中一種稱為「朔望月」,也就是盈虧的週期,大約 29.53 天。計算一下,12 個朔望月大約 354.4 天,因此把曆法一年訂作 355 天是具有天文意義的。

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不過,接下來還有個問題,355 天還是不到 365 天,要怎麼補足呢?方法就是閏月了。那時候,人們的作法是一年的最後一個月:Februarius(February)身上動手腳,他們把這個月縮減到 23 或 24 天,接著在後面加上一個 27 天的閏月。掐指一算,這個「二月」原本有 28 天,被減去了 4 到 5 天,但後面的閏月加上了 27 天,所以置閏的年就有 377 或 378 天了。後來置閏的方法改了好幾次,Februarius(February)也從一年的最後一個月變為第二個月,但手腳仍然是動在 Februarius(February)身上,到現在依然如此,所以閏年的時候多出來的才是 2 月 29 日,而不是 12 月 32 日了!

一年有兩個 月 24 

source:wikimedia
尤利烏斯‧凱撒(Julius Caesar) source:wikimedia

在努瑪之後,羅馬另一次重大的曆法變革發生在西元前 46 年,主角是眾所周知的尤利烏斯‧凱撒(Julius Caesar)。凱撒打贏高盧戰爭與內戰之後,集大權於一身,並改革曆法,此新曆稱為「儒略曆」(Julian calendar)。為了整頓曆法,他先將西元前 46 年擴充到 445 天,隔年開始則按照他的規律。

凱撒的曆法,試圖解決一個問題:回歸年並不是正好 365 天,而是 365 天又 6 小時左右。他的做法是單一的「閏日」,置閏的位置是在「三月的第一天(Kalends of March)數回去第 6 天」,也就是 2 月 24 日。閏年稱為 bissextile (”twice sixth”,意思是「兩個第六天」)。那時候沒有所謂的「 2 月 29 日」,而是把 2 月 24 日延長為兩天的時間,但在法律上那兩天算作同一天,也就相當於有一個長達 48 小時的日子。

只不過,人算不如天算,新曆法實施沒多久,一件驚天動地的事情發生了──西元前 44 年,凱撒被暗殺了!原本凱撒的要求是每四年置閏一次,但此後死無對證,發生一個嚴重的誤解,人們三年就置閏一次。這樣一來,西元前一世紀的閏年發生好幾次錯誤,直到數十年後羅馬帝國君主屋大維(奧古斯都)才減少了幾次閏年,來彌補多閏的那幾次。一般認為,彌補之後恢復正常曆法的時間是西元 8 年。

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每四年有一次 29 天的二月,理論上是在凱撒啟用儒略曆時開始,但因為陰錯陽差,其實過了五十年左右,到了奧古斯都的時候才正式上軌道。當初的作法是延長 2 月 24 日,到了這幾百年才變成外加一個「 2 月 29 日」的方式。

消失的十天:格列哥里改曆

剛才我們對於「回歸年」的估算,還不夠仔細。依據現代的測量,我們知道,一個回歸年實際上是 365.2422 天。儒略曆每四年閏一次,所以它的一年平均是 365.25 天,乍看之下和回歸年差不多,但過了幾百年後就開始有差別了!簡單估算,一年差了約 0.0078 天,從西元元年到西元 1500 年,就可以差了 10 天左右了!

每年差一點點,對於人們生活週期可能還沒有太大的影響,但是對於宗教節慶就有不可輕忽的改變了。由於復活節的時間,是從春分的時間推算而來的。曆法上的年,與太陽、地球真實關係的回歸年有所偏移,就代表每年春分的時間位在曆法上的日期,也不斷地偏移。春分的時間偏移,復活節的時間也就跟著偏移,這對教廷來說是件大事。

(Pope Gregory XIII)source:wikipedia
格列哥里十三世(Pope Gregory XIII)source:wikipedia

於是,在 1582 年,教皇格列哥里十三世宣布改曆。他做了兩件事情:第一件事,改變置閏的規則。為了讓每年春分時間一致,必須讓曆法的年逼近回歸年。原來年份只要是 4 的倍數就要置閏,但這樣閏太多了,使得曆法平均一年(365.25 天)超過回歸年(365.2422天)太多,因此需要砍掉幾個閏年來修正這個餘額。這時採取的辦法是這樣的:以後年份如果是 100 的倍數但不是 400 的倍數,就不是閏年了。也就是說,西元 1700、1800、1900 年都不再是閏年,但 2000 年仍然是閏年。

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以上的作法,將「 4 年 1 閏」變為「400 年 97 閏」。簡單計算一下,1/4=0.25,儒略曆平均一年 365.25 天;97/400=0.2425,格列哥里曆平均一年 365.2425 天,與回歸年的誤差縮減到每年 0.0003 天,到三千多年左右才會誤差一天。這套格列哥里曆,就一直沿用成為現代的「公曆」了。

一年時間 置閏
努瑪曆 平年 355 天

閏年 377 或 378 天

外加一個月
儒略曆

(西元前46年凱撒改曆)

平年 365 天

閏年 366 天

[平均一年 365.25 天]

年份為4的倍數置閏
格列哥里曆

(西元1582年格列哥里改曆)

平年 365 天

閏年 366 天

[平均一年 365.2425 天]

原則上年份為4的倍數置閏;例外:年份為 100 的倍數但不為 400 的倍數則不置閏(1700、1800、1900 不置閏,2000 置閏)

格列哥里改曆,還做了第二件事情,目的是要讓春分回到 3 月 21 日,才能維繫復活節原定的時間。因此,他做了一個立即的修正,等於是大刀砍下去,把之前偏差掉的全部改了回來。還記得嗎?我們剛才估算的結果,儒略曆經過一千多年,整整多出了 10 天左右。這時候,教皇格列哥里十三世作法很直接,直接在 1582 年砍掉 10 天!所以,1582 年 10 月 5 日到 14 日,這十天就因為這次改曆而消失了。

然而,不是全世界都立刻採用這套曆法,並配合「消失的十天」。早在西元 1054 年,羅馬公教與東正教早已大分裂,這時羅馬教皇宣布改曆,東正教也就經過很多年都不認帳了。歐洲最後一個採用格列哥里曆的國家是希臘,採用的時間已經到 1923 年了。

那現在還有人在用古老的儒略曆嗎?廣義地說,其實還是有的,這種人叫作「天文學家」。你會覺得很奇怪,曆法不就是因為天文學家對太陽、地球運動的更嚴密計算,講求精確才不斷改正嗎?那為什麼天文學家自己偏偏要使用舊的標準呢?

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是這樣的,「閏年」的修正,是為了讓以「年」為週期的曆法,配合真實自然界的季節變化、太陽位置。一般人的生活、宗教儀式都需要以「年」為週期,但是天文學的紀錄沒有這個必要。「年/月/日」這樣的紀錄,在許多運算上太過麻煩,天文學家為了方便,只要一套以「日」為單位的系統,不斷遞加上去就好了。嚴格來說,天文學家用的也不是「儒略曆」了,而是一套以儒略曆定義的起點為標準的「儒略日」。比如說,今天是 2016 年 2 月 29 日,但儒略日記作「2457448」,後面還可以加小數點。網路上很容易找到公曆轉為儒略日的換算工具,可以上去試試看!

source:numerical
source:numerical

2016 年多出了一個 2 月 29 日,別以為是天上掉下來的禮物囉!人們對於天體運行規律的了解越來越多,又由於宗教等因素,才漸漸使得曆法中的一年接近自然界的「回歸年」。不管是有 48 小時的 2 月 24 日,還是多出一個 2 月 29 日,地球才不管這些呢!地球依然按照它的規律繞著太陽公轉,人們則配合自然規律來調整自己的生活步調。時間不斷在往前進,乍看之下多出了一天,其實地球的工作從不罷休喔!

source:Matt Preston
source:Matt Preston

參考資料:

  • Bonnie Blackburn and Leofranc Holford-Strevens, The Oxford companion to the year (Oxford: Oxford University Press, 1999).
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歐柏昇
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台大物理與歷史系雙主修畢業,台大物理碩士。現為台大物理系、中研院天文所博士生,全國大學天文社聯盟理事長。盼望從天文與人文之間追尋更清澈的世界觀,在浩瀚宇宙中思考文明,讓科學走向人群。

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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把天空當時鐘:農業發展如何造就全世界最正統的天文學?——《全球科技大歷史》
azothbooks_96
・2019/12/02 ・2322字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 502 ・六年級

  • 作者:吳軍

早期文明的科技發展無一不圍繞著生存進行,而農業生產又是生存最重要的前提,因而農業成了科技的推動力。古代的天文學最初的發展就受益於此,農業發達地區,相應的天文學也隨之發展。

為什麼每四年就多一天?從太陽和天狼星相對位置而得

西元前 7000 多年,閃米人和當地的原住民就在尼羅河下游開始耕種。經過上千年的辛勤耕耘,他們把尼羅河畔的處女地開墾成良田,又經過上千年,那裡最古老的王國才建立起來。

尼羅河水每年會在固定的時間氾濫,等洪水退去之後,古埃及人便在洪水浸泡過的肥沃土地上耕種。為了準確預測洪水到來和退去的時間,當時的古埃及人開創了早期的天文學,制定了早期的曆法,根據天狼星和太陽的相對位置來判斷一年中的時間和節氣。

古埃及人的曆法中沒有閏年,他們的地球年每年是 365 天,比今天真正的地球年短了近 1/4 天。因此,如果按照地球年的時間耕種,過不了幾年節氣就不對了。而太陽系由於遠離天狼星,彼此的位置幾乎固定不變,因此,地球在太陽軌道上每年轉回到同一個位置時,所看到的遠處的天狼星位置是相同的。

當太陽和天狼星一起升起的時候,則是古埃及一個大年(恆星年)的開始,然後古埃及人每年根據天狼星的位置決定農時。圖/dom1706 @pixabay

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古埃及人就用這種方法校正每年的農時。當太陽和天狼星一起升起的時候,則是古埃及一個大年(恆星年)的開始,然後古埃及人每年根據天狼星的位置決定農時。古埃及的大年(也稱為天狼星週期)非常長,因為要再過 1460 個天文上的地球年(等同於 365×4+1=1461 個古埃及地球年),太陽和天狼星相對的位置才恢復原位。

1461 正好是地球上四年的天數,也就是說,古埃及人在 1460 個地球公轉週期中(儒略年)加入了一整年,等同於每四年中加入一天產生一個閏年。以天狼星和太陽同時做參照系,古埃及人可以準確地預測洪水在每年不同時間能到達的邊界。就這樣,出於農業生產的需要,古埃及發展起了天文學。

整個宇宙宛如一口大鐘:決定種植與收穫時程

在人類另一個早期的文明中心:美索不達米亞,天文學發展的動力同樣來自農業。從蘇美人到後來的古巴比倫人(約西元前 1894~前 1595 統治美索不達米亞地區),天文學家經過了近兩千年的觀測和總結,掌握了太陽、月亮、各星座的位置和每一年中具體的時間之間的對應關係,並把它們的位置作為一個精確測量時間的「大鐘」,再透過大鐘所指示的時間,指導種植和收穫莊稼。古巴比倫人保存的大量星座位置、日曆和農耕的書面記錄,使得我們能夠瞭解當時天文學發展的全貌。

天文學家掌握了太陽、月亮、各星座的位置和每一年中具體的時間之間的對應關係,並把它們的位置作為一個精確測量時間的「大鐘」,再透過大鐘所指示指導種植和收穫莊稼。圖/valentinsimon0 @pixabay

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另外,我們今天所說的星座,最早是由蘇美人發明和使用的。到了後來的古巴比倫人統治時期,他們創造出黃道十二宮,標誌著太陽、月亮和行星在天空中移動的十二個星座。我們常說的星座的名稱,比如獅子座、金牛座、天蠍座、雙子座、摩羯座、射手座等,均來自美索不達米亞。至於為什麼要將天空分為十二個星座而不是其他數量,原因也很簡單,因為地球的公轉,古巴比倫人每個月看到的星空會有 1/12 和原來的不同。

夜空中最亮的星——天狼星是掌管尼羅河的神

由於天空星辰的位置與地面上氣候變化及其他一些自然現象(比如河水的漲落、海水的潮汐)相關,故而在人類文明的早期,天文學、占星術和迷信之間的邊界並不清晰。由於天狼星的位置和尼羅河氾濫的邊界相一致,因此,古埃及人認為天狼星是掌管尼羅河的神祇,於是為它建造神殿祭祀。

在美索不達米亞,國王和僧侶們把星象和人間發生的事情(比如災禍)聯繫起來,認為上天會對人間的事情進行預言和警示,這種認識和中國古代的統治者有相通之處。既然星象能夠用來解釋人間的事情,並依此決定政治和宗教,美索不達米亞的歷代王朝便投入了大量精力研究天文學。

由於天狼星的位置和尼羅河氾濫的邊界相一致,因此,古埃及人認為天狼星是掌管尼羅河的神祇,於是為它建造神殿祭祀。圖/piyumi76 @pixabay

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全世界天文學的正朔:美索不達米亞的古代天文學

美索不達米亞地區的古代天文學是今天全世界天文學的正朔。古希臘的天文學是在美索不達米亞天文學的基礎上建立起來的,當時古希臘的學者經常飄洋過海到美索不達米亞去學習數學和天文學。今天關於十二星座的神話起源,在整個西方世界,從美索不達米亞到古希臘,再到後來的古羅馬,幾乎是相同的。從文明的時間來看,也可以確定它們是從美索不達米亞向西傳到了古希臘島嶼。

美索不達米亞的天文學在古巴比倫人統治時期發展到一個高峰。他們發明了太陰曆,觀測到了行星運動和恆星的不同,並且發明了一種計算金星圍繞太陽運動週期的方法。當然,古巴比倫人把這個週期的長度定為 587 天,而實際值為 584 天。這細微的差別並不是因為古巴比倫人算得不準,而是他們試圖使這些天文週期與月亮的相位重合。古巴比倫人和後來的亞述人都能根據過去所發生的月食時間預測未來的月食時間。

古巴比倫人在天文學上的另一大貢獻是發明了天文學中座標系統的雛形。他們把天空按照兩個維度劃分成很多區間。後來,源於古巴比倫人把圓周劃分成 360 度,古希臘人便在此基礎上發展出了緯度和經度。

——本文摘自《全球科技大歷史》,2019 年 9 月,漫遊者文化出版。

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azothbooks_96
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漫遊也許有原因,卻沒有目的。 漫遊者的原因就是自由。文學、人文、藝術、商業、學習、生活雜學,以及問題解決的實用學,這些都是「漫遊者」的範疇,「漫遊者」希望在其中找到未來的閱讀形式,尋找新的面貌,為出版文化找尋新風景。

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《東風帶雨逐西風 又是一年立春時》——2019數感盃 / 高中職組專題報導類金獎
數感實驗室_96
・2019/05/17 ・3458字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 552 ・八年級

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數感盃青少年寫作競賽」提供國中、高中職學生在培養數學素養後,一個絕佳的發揮舞台。本競賽鼓勵學生跨領域學習,運用數學知識,培養及展現邏輯思考與文字撰寫的能力,盼提升臺灣青少年科普寫作的風氣以及對數學的興趣。

本文為 2019數感盃青少年寫作競賽 / 高中職組專題報導類金獎 之作品,為盡量完整呈現學生之作品樣貌,本文除首圖及標點符號、錯字之外並未進行其他大幅度編修。

  • 作者:李尚謙/臺中市立文華高級中學

立春是二十四節氣中的第一個節氣。古人常藉詩詠懷,如唐代詩人白居易曾寫道:「立春後五日,春態紛婀娜。白日斜漸長,碧雲低欲墮。」描寫的便是立春過後,春意漸濃的各種景物。

圖/pixabay

今年除夕在某網路媒體(2019.02.04)出現與立春相關的報導——

標題:《超罕見》今天除夕逢立春、豬年『兩頭無春』!下一次要等到2057年

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內文:今年農曆除夕巧遇二十四節氣中的『立春』,也因此即將到來的農曆豬年『兩頭無春』。這種情況非常非常少見,100年裡只有3次,分別是2019年2月4日、2057年2月3日、2076年2月4日。換句話說,過了今天,下一次得等到38年之後的2057年……

另外值得一提的是,農曆豬年為2019年2月5日至2020年1月24日,2019年的立春在2月4日,此時仍然是農曆狗年,2020年的立春同樣也在2月4日,但那時已經是農曆鼠年了。所以農曆豬年沒有『立春日」,也就是所謂的『兩頭無春』。

中國民間有一種說法,『兩頭無春」的年份在是『寡年』『盲年』,不適合嫁娶。」

這篇報導提到了一個說法——「兩頭無春」,並強調 100 年中只出現了 3 次。這引起了我的好奇,究竟什麼是「兩頭無春」?真的如此少見嗎?會不會有其它的可能性呢?

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首先我搜尋了農曆與 24 節氣的規則,農曆其實是陰陽合曆,既考慮太陽運行的迴歸年,也納入月球運行的朔望月,朔望月平均長度 29.53 天,以朔日(完全没有月亮的那一天)為每月的初一日,農曆没有閏月的年份(以下簡稱農曆平年)有 12 個月,只有 354 或 355 天。有閏月的年份(以下簡稱農曆閏年)有 13 個月,總天數為 383 或 384 天。因此在農曆平年天數比國曆少了 11 天左右,但農曆閏年比國曆多了 18 天左右。而相鄰兩節氣間隔天數約 15 或 16 日,同一節氣例如春分至下一個春分的間隔是固定的,約是一個迴歸年的日數 365 或 366 日。

因農曆平年比迴歸年少了 11 天,小於相鄰兩節氣間隔天數,有可能少了某一個節氣,所以平年節氣數為 23 或 24 個。而農曆閏年比迴歸年多出 18 天,大於相鄰兩節氣間隔天數,必會多出一至二個節氣,所以閏年節氣數為 25 或 26 個。

接著我想要知道農曆閏年多出或平年短少的節氣一定是立春嗎?

我查詢了農曆置閏的規則,其中最重要的是若兩個相鄰的冬至間(即歳實)有 13 個朔日(就是没有月亮的日子即初一),則此歳中第一個無中氣月需設置閏月。另一個相關的規則是冬至必在農曆十一月內,而冬至通常在國曆 12/21 或 12/22。若冬至落在最早的農曆十一月初一,則正月初一就出現在二個月後。若冬至落在最晚的農曆十一月三十,則正月初一就出現在一個月後。因此春節通常出現在國曆 1/21 至 2/20 間。

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按此推算,因農曆閏年較迴歸年多出約 18 至 19 日,而翌年的春節不可能晚於國曆 2/20,所以農曆閏年的正月初一不可能晚於國曆 2/2,自時憲曆 1645 年施行一千年內,閏年春節出現在最晚的 2/2 有三次,分別是 1832 年、2204 年、2318 年。

若閏年春節出現在最早的國暦 1/21,翌年的春節將出現在 2/8 或 2/9。

若閏年春節出現在最晚的 2/2,翌年的春節將出現在 2/20 或 2/21。

因此,無論閏年春節出現早或晚,該年都將有兩個立春。而平年天數較迴歸年少,節氣數只會少於或等於 24 個,不會有第二個重覆的節氣,故雙立春必僅出現在閏年。

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接下來我想知道除了立春以外,有没有其它節氣會有類似的狀況嗎?

上文提到春節通常在國曆 1/21至2/20 間,這段時間可能經歷 3 個節氣,依序為大寒(1/19~21)、立春(2/3~5)、雨水(2/18~20),若春節早於大寒或立春,或者晚於雨水,在一個農曆年內就有可能頭尾重覆出現同樣的節氣,立春已於上文討論,只剩下大寒與雨水有機會。

所以農曆年有可能包含兩個雨水嗎?

雙雨水的出現,除了必要的閏年條件外,因閏年的春節最晚出現在 2/2,必在雨水(2/18~20)之前,所以若下一年的春節晚於雨水出現的日子,農曆閏年即可包含兩個雨水。

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(1)若雨水在國曆 2/18,那麼春節應該出現在 2/19 或 2/20。

(2)若雨水在國曆 2/19,那麼春節應該出現在 2/20。

(3)若雨水在國曆 2/20,除非春節出現在正常區間以外的 2/21。

在 1645 年到 2644 年的 1000 年當中,春節次數統計如下表

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出現在國曆 2/19 的 29 次春節中,其中有 6 次(*)雨水出現在 2/18。下圖以西元年依序排列

出現在國曆 2/20 的 10 次春節中,其中有 8 次(*)雨水出現在 2/18 或 2/19。

以過去最接近的 1985 年為例,春節出現在 2/20,當年的雨水出現在 2/19,那一天是農曆甲子年的 12 月 30 日,前一年 1984 年的雨水也在 2/19,那一天是農曆 1 月 18 日,也就是  1984 甲子年出現了兩個雨水。雙立春雙雨水常被視為吉兆,象徵風調雨順、國泰民安,下一個將到來的雙春雙雨將出現在 2033 癸丑年。

更極端的例子出現在 2319 年,在 1000 年中出現了唯一 2/21 的春節,當年的雨水在 2/20,那一天是農曆戊戌年的 12 月 30 日,前一年 2318 年的雨水在 2/19,那一天是農曆戊戌年的 1 月 18 日,也就是 2318 戊戌年出現了兩個雨水。

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總結在 1000 年中,雙春雙雨共出現了 15 次,但頻率並不固定,相鄰兩次間隔可近至 19 年,但也可超過 150 年,依西元年表列如下:

那麼農曆年有可能包含兩個大寒嗎?

農曆年若要包含兩個大寒,除了必要的閏年條件外,春節必須出現的極端地早,必須早於或至少等於大寒日,而大寒通常在國曆 1/19 至 1/21,春節通常在國曆 1/21 至 2/20 間,如下圖如示。春節早於大寒日的可能性極低,但有機會出現在 1/21 最晚的大寒日,亦即大寒和春節同時出現在 1/21,

若大寒和春節同時出現在 1/21,連帶地排在前二個序位節氣的冬至也會最晚,應該出現在可能日期中的農曆十一月最後一日。冬至到大寒為相鄰兩中氣,差距約 29 日又 10 時,變動不大,而十二月初一到正月初一為相鄰兩朔日,差距為一個朔望月,變動幅度較大,最長可達 29 天 19 小時,最短為 29 天 6 小時,平均長度約為 29 天 12 小時。冬至與農曆十二月初一相差一日,但兩節氣相距時間與兩朔日相距時間相差有限,幾乎相等。

下圖假設大寒與春節同為 1/21 的情況真的發生時,冬至和朔日間的關係,可以看出大寒與春節同時出現在國曆 1/21 的可能性非常低,幾乎不可能發生。

在1645年到2644年的1000年當中,1/21春節只出現了18次。依西元年排列:

其中没有任何一次大寒出現在 1/21,這意味著自 1645 年時憲曆施行後一千年內並未出現雙大寒的情形。

我將以上資料與推論作一個總整理:

(一)農曆閏年是雙節氣的必要條件,閏年必有雙立春,雙立春必出現在閏年,約二至三年出現一次,出現雙春的下一年未必無春。若 2 年一閏,第一年閏年必有雙春,第二年平年必無春,若 3 年一閏,第一年閏年必有雙春,第二年平年可能為尾春或無春,對應第三年平年可能為無春或頭春,如右圖。

在農曆 19 年 7 閏周期中,必有 19 個立春。7 個閏年代表有 7 個雙春年,每一個雙春年必對應一個無春年,剩下 5 個單春年,但單春年的立春出現在年頭或年尾皆有可能。

雙春年出現機率為 7÷19≒0.37,無春年出現機率也為 7÷19≒0.37,反而一年內只有一個立春的單春年出現機率只有 5÷19≒0.26,平均約 4 年才會出現一次單春年。

(二)除了雙立春以外,農曆閏年也可能出現雙雨水,但難得一見,在 1645 年到 2644 年的 1000 年當中,雙立春雙雨水共出現了 15 次,間隔並不固定,出現機率為 15÷1000=0.015。

(三)出現雙大寒的可能性極低,1000 年中未曾出現過。

(四)除了立春與雨水外,同一個農曆年內不會有其它節氣重覆出現。

媒體報導中的「兩頭無春」非常非常少見,100 年裡只有 3 次,應是指除夕適逢立春,翌年又是無春年的特殊情形,即便如此,仍比不上雙雨水的百年罕見。

面對誇大的新聞標題,我們應保持理性客觀檢視並深入探討,才有機會撥雲見日。

參考資料

  1. 維基百科-農曆
  2. 風傳媒:超罕見》今天除夕逢立春、豬年「兩頭無春」!下一次要等到2057年
  3. 新加坡國立大學數學系:The Mathematics of the Chinese Calendar
  4. 新唐人電視台:東風化雨逐西風 又是一年立春時
數感實驗室_96
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