編者按:“春眠不覺曉”,這一唐詩《春曉》中的名句脍炙人口,春天一覺睡到天亮卻不知道,這是為什麼呢?
通常的解釋是:春天天亮得比冬天早,人們按照延續了一冬的作息習慣起床時就會發現天早就亮了。
但是,從冬至(大緻是上一年12月23日)過後到夏至(大緻是6月21日)這大約6個月的時間裡,北半球白天一直在變長,日出時間在當地人看來是一直在提前的,這期間有冬天、春天、夏天三個季節,那麼為什麼不是“冬眠不覺曉”或“夏眠不覺曉”而隻是“春眠不覺曉”呢?
隻講白晝長度的增加或當地天亮時間的提前是解釋不了的,還需要考慮變化的速度才能說明問題。雖然冬天、春天甚至夏天的白晝長度都可能在增加,但對一個确定的地點來說,不同季節增加的速度差别卻很大。
某地某個确定日期的白晝長度是可以計算的——遵循着嚴格的天文學規律,但具體計算過程十分複雜,而準确結果又可以直接查到,方便起見,這裡就直接引用查詢結果了。
下面以最近的冬至(2019/12/22)和夏至(2020/6/21)之間的日期為例,來說明白晝長度改變速度的問題。查詢[1]和計算結果如下表:
(東經108°北緯34°大緻對應西安市,東經116°北緯40°大緻對應北京市,東經120°北緯30°大緻對應杭州市。表中相鄰日期間隔都是15天,“增加”一項是指當天的晝長比表中前一日期的晝長增加了多少。)
西安、北京、杭州這幾個有代表性的城市,大緻上對應着我國西北、華北、江南這幾個比較大的地理區域,這樣的選擇能夠使計算結果更有說服力。
一般說來,我國不同緯度地區在同一日期的白晝長度存在一定差别,這無需借助表格就可以理解;春分和秋分晝長差别很小,夏至和冬至差别較大……這些在表中看得更清楚明白;而要準确地比較白晝長度增加的速度,恐怕利用表格中的計算結果是必要的。
從表中可以看出,雖然同一地區白晝增加速度在不同季節差别很大,雖然不同地區白晝增加速度在一年裡的同一時段存在明顯差别,但不同地區白晝長度增速的改變卻有一些共性:冬至後夏至前改變得很慢,春分前後改變得很快。
以西安為例,冬至之後的15天裡(2019/12/23-2020/1/7)白晝長度大約隻增加了6分半(397秒),以後增速逐漸加快,直到春分(2020/3/20)前後,15天裡(2020/3/7-22)晝長增加将近32分鐘(1916秒),以後增速開始逐漸下降,到夏至前的15天裡(2020/6/5-20),晝長隻增加了大約5分半(335秒)。北京和杭州的白晝加長速度都與西安的不一樣,但速度變化趨勢卻是一緻的,都是先慢再快又慢。
計算白晝加長快慢的具體比例,便能解釋為什麼隻是“春眠不覺曉”。西安地區春分前後白晝加長的速度大約是冬至後或夏至前加長速度的5倍甚至更多(1916÷397≈4.8,1916÷335≈5.7),北京和杭州的情況大體上也類似,加長的速度真的快了很多。
白晝加長時間和日出提前時間并不是一回事兒,但若以當地時間(以當地太陽在天空正中時為正午12:00)衡量,日出提前時間等于白晝加長時間的一半,所以兩者改變速度成正比,春分前後日出提前的速度比冬至後或夏至前提前的速度快得多,同樣會達到5倍甚至更多。這樣的差距會對當地人的感覺造成顯著影響,下面仍然以西安為例說明問題。
冬天的前一部分日出是延後的,這時候肯定不會“不覺曉”;即便過了冬至日出每天都會提前,提前的速度也非常慢,15天裡僅僅提前了不到200秒(397÷2),平均每天隻提前了十幾秒(397÷2÷15≈13秒),相當慢,也不會“不覺曉”。夏天的情況和冬天有些類似,夏至前日出的确是提前的,但提前的速度也隻有一天十幾秒(335÷2÷15≈11秒),甚至比冬至前提早得更慢,肯定不會“不覺曉”;而夏至一過去日出就延後了,更不可能“不覺曉”。
春天的情況卻很不一樣,日出不但更早,而且提早速度也是一年中最快的。春分前後的15天裡平均每天日出提前超過1分鐘(1916÷2÷15≈64秒),這樣快速的提前就很可能帶來“不覺曉”的感覺。這種情況比較長時間地持續着:2020/2/21-4/21共有4個15天,前面表格顯示每個15天裡白晝長度的增加都超過30分鐘,這意味着春分前一個月和後一個月日出提前的平均速度都超過每天1分鐘。春天不過就三個月,至少有兩個月日出時間一直快速提前。
冬天和夏天都不會這樣:冬天日出是先延後再緩慢提前,夏天是先緩慢提前再逐漸延後。在一個月這樣比較長的時間段上考察時,提前和延後的變化會在一定程度上抵消,這也是感覺不到日出時間有明顯變化的一個原因。
而春天裡的一個月日出時間一定是明顯提前的,因為春天裡每一天日出都是提前的且提前得比較快,所以隻是“春眠不覺曉”。
(與任何運動一樣,地球和太陽的運動也不會永遠不變,但出現一定程度改變所需的時間遠遠長于人類文明史,所以現代的計算結果對古代也适用。)
參考材料
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