时间的探索：古代文明如何利用天文学？

古代文明中天文学与时间的表现 — 展示古代文明观测星辰以测量时间的插图。
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科学摘要

这篇 Astronoo 文章探讨了古代文明如何将天文学作为测量时间的基本工具。通过观察太阳、月球和恒星的周期，他们建立了历法，建造了与至点对齐的纪念碑，并组织起社会和农业生活。文章重点介绍了 巨石阵、埃及金字塔 以及 埃拉托斯特尼 的成就——他以惊人的精度测量了地球的周长。文章还介绍了其他历法传统——巴比伦、中国和玛雅——以及 安提基特拉机械，这是已知最古老的天文计算器。最后，它强调了星期名称的天文学起源，这是这些千年观测的持久遗产。

古代文明如何利用天文学测量时间？

为了回答这个问题，文章追溯了我们的祖先用于确定时间方向的方法。没有现代时钟，他们依赖天体有规律的运行。太阳划定了白天，月球划定了月份，而星座则预示着季节。这些观察使他们能够创建历法并计划收获。巨石阵 或 吉萨金字塔 等巨石遗址证明了他们的天文造诣，既作为时间标记，也作为礼拜场所。在其他地方，巴比伦人、中国人和玛雅人发展出了他们自己的解决方案来调和太阳和月亮的周期，而希腊人甚至建造了像安提基特拉机械这样的机器来自动计算这些周期。文章还解释了星期和日的概念是如何产生的，并冠以可见行星的名字。最后，它向 埃拉托斯特尼 致敬，他在至点利用一根棍子的影子计算了地球的大小，从而证明了天文观测的力量。这些文明为我们当前对时间的理解奠定了基础，确立了至今仍在沿用的参考点。

古代文明中的时间奥秘

天文学，一种生存必需

过去的人类社会一直在寻求在时间中定位自己，这既是出于对明天的焦虑，也是出于理解他们所处世界的需要。与今天一样，数千年前，人类已经对他们的环境提出问题。没有天文学，他们会在浩瀚的宇宙中迷失。天文学是人类的一种需要，对过去的人类文明至关重要。

与我们现代时代的对比

如今，时间的概念已深深融入我们的文明。我们不再问日期：季节、月份、日期和小时不断显示在我们眼前。这些数据无需再计算；时钟为我们代劳。但对于我们的祖先来说，理解和测量时间是一项复杂的任务，需要对天空进行细致的观察。

天空的观察：一个自然的时钟

天体周期作为最初的参照

我们的祖先研究天空，以寻找重复发生的事件，从而建立一个时钟。的确，天空是一个天然的参照：

季节由恒星的周期性出现来标记。
太阳划分白天。
月亮标记月份和星期。

通过月球的周期，我们的祖先确定了一个最初的重复模式：月份。顺便提一下，希腊语中的“mens”在其原始意义上意为“月亮”。

星座与季节

用天体图形组织一年

我们的祖先注意到季节与恒星有关。他们描绘了星座，在其中看到了令人安心的想象图形，这些图形通常受熟悉动物的启发。恒星的排列会随着季节而变化，因为地球的倾斜使我们在其365天的轨道旅程中看到不同的天空。这个周期性的旅程是我们赖以组织生活的一个奇妙的一年期时钟。

了解环境对古代文明来说是一个相当大的优势。因此，他们建造了巨大的纪念碑来标记时间，例如：

巨石阵：英格兰的一个巨石遗址，与至点对齐。
吉萨金字塔：以天文精度与恒星对齐。
查科峡谷：美国的一个祖先普韦布洛遗址，标记太阳和月球周期。

至点：季节的参照

太阳参照的稳定性

一年中最长和最短的至点日是标记季节和年份的重要参照。至点的日期变化非常缓慢，在几百年内不会有显著变化。因此，地球在同一日期总是处于其轨道上的同一位置，天球在一年中的同一时间总是显示出相同的图形。

农业的固定日期

这种天体时钟的“神圣”精度帮助了过去的文明（如印加、玛雅、埃及和希腊）组织起来并规划他们的任务，主要是农业任务。通过观察天空，这些文明探索了时间的概念。太阳、月球和恒星对它们起到了至关重要的作用，使它们能够测量时间并解释其星球的奥秘。

埃拉托斯特尼与地球的测量

一个太阳几何学实验

凭借对至点的了解，公元前两个世纪，昔兰尼的埃拉托斯特尼（公元前276年-公元前194年）证明了地球是巨大的，而且是圆的。他用一根简单的棍子，出色地测量了地球的直径，证明了它是一个球体。

他在埃及南部的赛耶尼（今阿斯旺）的地上插了一根棍子。
在夏至日，当太阳在天顶时，棍子没有影子。
同一时刻，在亚历山大港，棍子有影子。

一种高度精确的几何方法

通过测量这个影子的大小，埃拉托斯特尼计算出了与垂直线之间的角度（7.2°）。由此他得到了圆的五十分之一。知道了赛耶尼和亚历山大港之间的距离，他将这个距离乘以50，得到了地球的赤道周长。这个测量值在当时异常精确，为39,689公里，非常接近目前的40,075公里。

注： :
归功于埃拉托斯特尼的确切数值因古代文献（250,000或252,000斯塔德）而异，这是由于所使用的希腊斯塔德的精确长度以及当时通过商队步行时间估算的赛耶尼和亚历山大港之间的实际距离存在不确定性。然而，对于在没有现代仪器的情况下进行的测量，结果的量级仍然值得注意。

天空的其他时钟：巴比伦、中国和玛雅

默冬周期与巴比伦历法

远离地中海盆地，其他文明以自己的方式解决了同样的问题：使太阴月（约29.5天）与太阳年（约365.25天）相吻合。巴比伦天文学家早在公元前6世纪末就发现，19个太阳年的周期几乎恰好对应于235个太阴月。通过在19年中的7年插入第十三个闰月，他们的阴阳历在几十年内与季节保持同步。这个19年周期现在被称为“默冬周期”，以公元前5世纪描述它的雅典天文学家默冬命名，尽管巴比伦人首先使用它。

中国历法，类似的阴阳历折中方案

古代中国独立地发展了一种同类型的阴阳历，由24个节气（jiéqì）调节，这些标记指示太阳在黄道上的位置，并为农业工作设定节奏。也插入闰月以保持历法与季节同步。这个系统至今仍被用于确定中国新年的日期，它说明了几个文明在彼此没有接触的情况下，面对相同的天文挑战，如何得出非常相似的数学解决方案。

玛雅长历法，另一种时间观念

相比之下，玛雅人使用长历法（Long Count）发展出一种根本不同的方法，这是一种二十进制（基数为20）系统，计算自一个神话创造日期（对应于儒略历公元前3114年8月11日）以来经过的天数。与上述循环历法不同，这个系统不会重复：每一天都有一个独特的日期，这使其成为确定纪念碑和历史事件日期的首选工具。它与另外两个循环历法共存，即用于仪式的卓尔金历（260天）和民用历法哈布历（365天），它们组合成一个52年的“日历轮”。

注： :
玛雅长历法与公历之间的确切对应关系一个多世纪以来一直是科学争论的主题；公元前3114年8月11日这一日期对应于最普遍接受的对应关系（称为“GMT”）。

安提基特拉机械：已知最古老的天文计算器

在沉船中的偶然发现

1901年，希腊海绵潜水员在安提基特拉小岛附近沉没的一艘罗马船只的沉船中发现了一块长期未被注意的腐蚀青铜块。直到1902年，该物体才被确认为一个复杂的机械装置。这台可追溯到公元前2世纪末的希腊机器，如今碎成82块，数十年来一直是考古学的一大谜团。

出乎意料的精密机械计算器

2000年代初进行的表面成像和X射线断层扫描分析使得重建该机构的工作原理成为可能，该机构由至少30个青铜齿轮组成。该设备计算并显示月相、阴阳历以及几颗肉眼可见行星的位置；它还基于巴比伦起源的算术周期预测日食和月食。从技术上讲，至少一千年内都不会再出现具有同等复杂性的设备。因此，安提基特拉机械今天被认为是人类历史上已知最古老的模拟计算器：证明一些古代文明不仅满足于观察天空，而且已经在寻求自动计算天空。

星期的划分

至今仍然有效的太阴起源

将星期划分为七天大致对应于持续28天的太阴月的四分之一。实际上，月球的恒星周期是27天7小时43分11.5秒。根据国际标准化组织（ISO 8601），星期一被视为一周的第一天。同一年的星期根据星期四的数量从01编到52或53。第01周是包含一月第一个星期四的那一周。

星期名称的天文学起源

肉眼可见的行星

一周有七天，其名称与天文学有关。罗马时代的天文学家观测到天空中有六个发光体在移动：土星、木星、火星、金星、水星和月球。这些天体启发了星期名称的灵感：

星期一：月亮之日（拉丁语 Luna）。
星期二：火星之日（拉丁语 Mars）。
星期三：水星之日（拉丁语 Mercurius）。
星期四：木星之日（拉丁语 Jovis）。
星期五：金星之日（拉丁语 Venus）。
星期六：土星之日（拉丁语 Saturnus）。

天体运动与现代发现

天王星和海王星直到18世纪和19世纪才凭借望远镜的发明被发现。从地球上看，其他天体看起来并不移动，但观察者可以逐月看到行星在天空中的位移。在这些天体中，月球移动得最快。

星期日：一个历史性的添加

星期日，一周的第七天，由皇帝君士坦丁一世于321年添加。在法国，星期日不与天体的名称相关联，但在天主教传统中被视为“主日”（拉丁语dies dominicus）。然而，在其他文化中，例如在英语中，星期日明显与太阳相关联（Sunday）。

古代文明的天文学遗产

古代文明利用天文学来理解和测量时间，从而围绕自然周期组织他们的生活。无论是埃拉托斯特尼的几何精度、巴比伦和中国的阴阳历周期、玛雅的线性时间概念，还是安提基特拉机械的机械巧思，这些发现都证明了面对天空时同样的普遍好奇心。今天，我们继承了这些知识，它继续指导我们对时间和宇宙的理解。

参考文献

FAQ：古代文明中的天文学与时间测量

为什么古代文明要观察天空？

古代文明观察天空是出于实际和精神上的原因。从实际角度看，天空为他们提供了组织农业活动（播种、收获）、旅行和宗教节日的参照。太阳、月亮和恒星的规律性周期使得定义历法成为可能。在精神上，天空被视为众神的领域，天体现象常常被解释为神圣的信息或预兆。

埃拉托斯特尼是如何测量地球周长的？

埃拉托斯特尼使用了一种简单但巧妙的几何方法。他知道在赛耶尼（今阿斯旺），夏至时太阳在头顶正上方（光线垂直照射，没有影子）。同一时刻，在亚历山大港，他立了一根棍子并测量了其影子，这使他计算出棍子与太阳光线之间的角度为7.2°。这个角度对应圆周的1/50。知道赛耶尼和亚历山大港之间的距离（约800公里）后，他将这个距离乘以50，得到了接近40,000公里的周长，非常接近实际值。

星期名称与天体之间有什么联系？

法语（和其他罗曼语系语言）中星期名称的来源是古代肉眼可见的行星名称，再加上月亮和太阳。即，星期一（月亮）、星期二（火星）、星期三（水星）、星期四（木星）、星期五（金星）、星期六（土星）。星期日在法语中是一个例外，因为它与基督教传统中的“主日”（dies dominicus）有关，但在英语中，星期日（Sunday）明显与太阳相关联。

哪些著名的纪念碑曾作为天文历法使用？

一些巨石遗址和金字塔被设计成具有精确的天文方位。英国的巨石阵与至点对齐，标记日出极限点。埃及的吉萨金字塔根据基点定向，一些墓室指向重要的恒星，如天狼星。在美国新墨西哥州的查科峡谷，普韦布洛人建造了建筑来记录月球和太阳周期，以方便仪式和收获的规划。

为什么古代文明同时使用太阴历和太阳历？

基于月相的太阴历容易用肉眼跟踪，并自然地划分月份。然而，太阴年（12个朔望月）仅持续约354天，比太阳年（365天）少11天。这导致季节相对于太阴月份逐渐偏移。为了解决这个问题，许多文明结合了两种系统：他们在宗教仪式和日常生活中使用太阴历，但定期插入一个额外的月份（闰月，根据默冬周期原理），以使太阴年与太阳周期保持一致。这种折中方案使他们能够保留宗教参照，同时与农业季节保持同步。

天狼星在埃及历法中扮演了什么角色？

古埃及人的民用历法基于天狼星的偕日升，即这颗恒星在消失了大约70天后，再次出现在日出前的地平线上的日子。这个事件与尼罗河每年泛滥的开始相吻合，这是埃及农业至关重要的现象。通过观察这一升起，他们可以预测洪水并组织播种。埃及历法有365天，分为12个月，每月30天，加上5个闰日（额外天数）。然而，这个历法没有闰年，因此每4年相对于太阳周期偏移一天；直到儒略历，然后是格里高利历的建立，这个偏移才被修正。

什么是安提基特拉机械？

安提基特拉机械是一种可追溯到公元前2世纪末的古希腊机械装置，于1901年在希腊安提基特拉岛附近的一艘沉船中发现。它由至少30个青铜齿轮组成，计算并显示天文信息，如月相、阴阳历、已知行星的位置，并预测日食。它被认为是已知最古老的模拟计算器，并且在一千多年的时间里没有再出现过具有同等复杂性的设备。

天文学影响了现代历法吗？

是的，我们的现代历法直接继承了古代的天文观测。目前使用的格里高利历是儒略历的改革，儒略历本身受到埃及历和罗马历的启发，所有这些都基于太阳周期。月份保留了与太阴周期相关的近似持续时间，闰年是为了调整民用年（365天）与回归年（365.2422天）之间的差距，回归年是地球回到相对于太阳的同一位置所需的时间。