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第9章 两个孩子,问难孔子

——我国古代对太阳的研究与探索

孔子自古以来被称为“至圣贤师”,是一个学识渊博的大教育家。他曾经与两个孩子讨论过太阳的远近问题,竟然被两个孩子问得哑口无言。

故事的内容大概如下:春秋时期,孔子周游列国。在偏僻的农村遇到了两个正在辩论的小孩,他俩争论得面红耳赤,互不相让。孔子走过去为两个孩子评理。

一个孩子说:“太阳早晨离我们近。你看,太阳早晨红红的,大大的像一个车盖;到了中午,就变小了,像一个圆盘;太阳也和其他物体一样离你近时看着大,离你远时看着小。”另一个孩子说:“太阳中午离我们近。你没有感觉到吗?太阳早晨是清凉的,中午却是滚烫的。太阳像火一样,离你远时凉,离你近时热。”

孔子听完两个孩子的争论,想了许久,也不知说什么好。亲爱的少年朋友,孔子回答不了,你能够回答吗?

古代科学家们的回答

东汉的张衡说:太阳刚刚从东方升起,接近于地平,背景是大海、山脉或树木,深暗色的背景,将太阳衬托得很明亮,就显得很大。中午时,太阳已升到天顶,背景是辽阔明亮的天空,太阳就显得小了。正如一团火,黑暗的夜晚就显得亮而大,明亮的白天就显得暗而小。

实际上,张衡的主张是太阳早晨与中午一样远,由于背景的明暗使眼睛产生了错觉。需要指出的是张衡的解释符合现代科学的光渗作用,即白色的明亮图形,一般觉得比黑色的暗淡图形大些。

另一位东汉学者桓谭,他认为中午要比早晨近些。他的论据如下:黄昏时,星辰从东方升起,看起来少而稀疏,有的彼此相距为丈余;升到天顶时,星辰就多而稠密,彼此相距只有一二尺了。这是由于物体近而大,小而远的关系。中午时,星辰离我们近,看到的就多,太阳与星辰是一样的。桓谭的解释还只是经验之谈。

晋代的学者束皙提出了太阳早晨与中午一样近的观点。第一,太阳初升,位于地平,人目是平视,显得大些;太阳升上天顶时,人目是仰视,就显得小;第二,早晨日出,太阳暗红不刺眼,就显得大;中午时,太阳白亮,刺眼就显得小。而实际上,早晨、中午与人的距离是一样的。

晋代的另一位学者姜岌,支持束皙的论点。他进一步解释了为什么早晨太阳暗红,而中午就显得白亮呢?这是由于“地有游气”的缘故。地面的游气遮挡和吸收许多日光,看起来就红而大,不刺眼;太阳升上天顶,游气很少,看起来就白亮,刺眼,就显得小些。姜岌虽未正确回答两个孩子争论的问题,但是,他的话是符合现代的大气消光原理的。

从现代科学的原理来衡量,束皙把鼎放在大屋里,把人立在高墙下,用相对感觉造成的大小之差来阐述问题,也是有道理的。姜岌的“地有游气”之说,用来解释太阳早晨凉,中午热,也是符合实际的。太阳穿过大气层的时候,浮于气层中的尘埃、水滴等把阳光吸收和散射了一部分,大阳就变得暗红了,清冷了。而升上天顶的中午,太阳直射地面,气层中的尘埃、水滴少,吸收和散射的阳光也少,太阳就明亮而赤热。

这个看起来很简单的问题,从现代科学的观点看,确实是很复杂的。由于地球绕太阳旋转的轨道是一个椭圆形,所以,太阳一年四季离地球的距离确实有远有近。最远和最近时要相差500万千米,但这差别,人的眼睛是感觉不出来的。太阳距地球的距离每天也不一样,春分秋分时变化最大,每天约三四万千米,早晨与中午可相差1万千米。同样,人的眼睛对这个差别也是看不出来的。

古代的孩子用热量不同来判断距离的远近,更是不可靠的。实际上,对于我们北半球来说,夏天最热的时候,恰是地球离太阳最远的时候;而冬天最冷的时候,却是离太阳最近的时候。

从“夸父逐日”谈起

传说中国有一个叫夸父的英雄,他竟敢追逐太阳。一直追到太阳快落山了,后来他就渴死了。这个传说主要是为了反映了我们勤劳智慧的中华民族,在与大自然搏斗时,所表现的勇敢无畏、坚韧不拔的英雄气概。就连那烈焰喷射的太阳,也想要征服它!

在世界上,是我国最早观测和研究了太阳,并在3个方面遥遥领先。

1610年,伟大的科学家伽利略在他发明的天文望远镜里,发现了太阳黑子。1613年,他把这一科学发现公布于世。但欧洲人哪里知道早在殷商的时代,甲骨文中已有太阳黑子的记录。公元前43年,我国关于太阳黑子的观测和记录,已经十分具体了。《汉书·五行志》记载:“汉元帝永光四年(前43),日中黑子,大如弹丸。”

我国公元前28年的太阳黑子记录,是世界科学办公认的世界上最早的太阳黑子记录。《汉书·五行志》记载:“河平元年(前28)……三月己未,日出黄,有黑气,大如钱,居日中央。”其后,唐代房玄龄的《晋书·天志》等均有记载,至17世纪中期,仅仅正史就记录了112次。观测的系统性、连续性都是世界所仅见的,它的准确无误使许多现代的天文学家也十分折服。

现代研究太阳黑子的科学家仍在利用我国古代的太阳黑子资料。德国人弗立茨利用这些资料探讨太阳与地磁感应的周期性;英国人肖夫利用这些资料研究太阳黑子与极光的关系;日本人神田茂综合了我国古籍中的太阳黑子资料,编写了太阳黑子表。

我们祖先记录的太阳黑子资料,不仅在科技史中是中国人的骄傲,而且在世界现代科学研究中也大放异彩。大量的太阳黑子,能使无线电广播失灵,电讯通信中断,磁针跳动无常,送电发生故障等。亲爱的少年朋友,请看,我们先人对太阳黑子的记录,的确与四个现代化和你的生活息息相关啊!

我们国家还有世界上最早最系统的日食记录。《尚书》中的日食记录,应是最早的记录。唐代一行、明代李天经、英国李约瑟等许多科学家都研究过这次日食,将它定在公元前2155年、公元前2137年、公元前2007年等年份。记录在甲骨文上,公元前1217年5月26日的日食(见《殷契佚存》第374页),是地下发掘文物中最早的日食记录。

《诗经·小雅·十月之交》:“十月之交,朔月辛卯”。这短短8字,有月份,有朔望,有干支纪日。据此,我们可以推测这次日食发生在周幽王六年(前776)旧历十月初一。

我国许多古籍对日食都有记载。据有关学者统计,《春秋》记载了32次,一次也不错;《左传》记载了37次,有32次是准确的;《汉书》记载了55次,有38次是准确的。总计我国古籍中有1 100多次日食。可见,我们先人付出了多么艰辛的劳动,他们观测与研究太阳是何等精勤啊!

我国征服太阳的第三次世界第一的记录是对太阳能的利用。我国古代取火的方法有3种。第一,是“钻木取火”,第二,是“石燧取火”,第三,是“阳燧取火”。“阳燧取火”,就是利用凹面镜聚光取火。

墨子在《墨经》一书中,论述了平面镜、凸面镜、凹面镜对光的作用。我国在东周就开始用凹面镜取火。这是世界上对太阳能的最早利用。

20世纪以来,中外科学家正在致力于获取或利用这个免费的能源。法国设在比利牛斯山上的太阳能聚光镜有九层楼高,总面积2 500平方米,聚焦区温度可达4 000℃,最高输出功率1 000千瓦。希腊太阳能蒸馏器总面积87 000平方米,海水淡化日产27吨。我国上海自行设计的太阳能浴室,采光面积30平方米,储水约1吨,可供60—80人洗澡。

在古代科学中,我们的祖先对太阳的观测、研究和利用,为人类作出了宝贵的贡献。在发生世界性能源危机的今天,让我们发扬“夸父逐日”的大无畏精神,继续向太阳进军,让它为人类作出更大的贡献。

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