夸父追日與后羿射日

《山海經·大荒北經》中有這樣一句話：“夸父不量力，欲追日景?！边@句話的意思是，夸父立志要追逐太陽的影子，一直到日落。夸父追到一個叫禺谷（即虞淵）的地方，他口干舌燥，就飲完了滔滔黃河之水。但是這還不足以解渴，于是他又趕往大澤，可是還沒有走到那里，就渴死在半路上了。這個神話讓人很是不解，卻又意味深長?？涓笧槭裁匆プ分鹛柲?？

對此，《山海經》里說得很清楚，夸父追的其實是日影。這一傳說在天文學史上顯然比在神話學史上更有價值，它或許揭示了上古先民立表測影的一段歷史。

每天早晨，太陽從東邊升起。中午太陽到了正南方，晚上又落入西方，這樣的視覺運動軌跡周而復始。不過，處于不同緯度上的人所看到的日出和日落的方位是不一樣的，而且正午時分太陽在正南方的高度也是不同的。這就意味著如果你將同樣長的一根桿子立在緯度不同的地方，中午的日影長度也是不同的。古人無法理解這些現象，于是就產生了疑問：太陽到底是從哪里升起的，又會落到哪里去？在不同的地方，中午太陽的高度為什么不同？究竟什么地方的日影最長呢？

這個問題在中國古代的天文學中有所反映。前文曾說過，古代典籍《周禮》中有“日至之景，尺有五寸”，說的是當時人們用八尺高的圭表在陽城這個地方測日影，發現夏至日這天正午圭表的影長剛好是一尺五寸。后來又有了“日影千里差一寸”的說法，說的是假如在同一天正午測量日影，越往南走時影長越短，越往北走時影長越長。兩地相距千里，則影長相差一寸。

《山海經·海外北經》中的“夸父追日圖”。

那么，是不是往南走到某個地方，就再也沒有日影了呢？在赤道帶上，春分日這天太陽從正東方升起，在正西方落下。正午時分，太陽正好在頭頂，倘若在那里立根桿子，這時是沒有日影的。這恐怕是夸父追日的寓意所在。

中國古代的天文學最初就是從日影測量開始的。這個神話反映出在很古老的時候，我們的祖先就知道如何通過測量影長來判斷季節。跟隨著太陽的運行軌跡，不斷測量日影的長度，直至日落西山。在這個意義上，夸父可以說是最早的天文學家了。后來，他被神化，于是就變成了追逐太陽的巨人。

測量日影長度，后來也成了中國古代天文學中最基本的內容。觀測太陽東升西落的運行軌跡，不斷追逐和度量日影長度的變化，這項工作或許就構成了夸父追日神話的科學依據。這個神話還提到夸父“棄其杖，化為鄧林”?！痘茨献印犯哒T注說：“鄧，猶木?！币虼?，這里的“杖”有可能就是測影圭表的化身。

在中國古代，用來測量日影長度的天文儀器叫圭表。最晚在周代，它就已經登上歷史舞臺，到了元代發展至頂峰，并一直沿用至明清。圭表歷經兩三千年，一直在古代天文學中發揮著重要作用，所以它也被喻為“量天的尺子”。

圭表由“圭”和“表”兩部分組成。“圭”原本是古代的一種玉質禮器，這里指水平橫臥的尺，用以測定影子長度?！氨怼笔且粋€會意字，本義指外衣，又通“標”，這里指直立的標桿。表放在圭的南端，并與圭相互垂直。也就是說，圭表由一根豎立于地面的桿和一根水平安放、用于度量太陽影長的量尺組成。古人利用圭表可以方便地測出日影長度，通過日積月累的觀測，就可以推算出不同節氣的時間和回歸年的長度等。所以，《宋史·律歷志》記載道：“觀天地陰陽之體，以正位辨方，定時考閏，莫近乎圭表?！?/p>

圭表的制造一般采用木頭或銅等，在西漢首次出現銅表。據記載，“長安靈臺，上有相風銅烏，千里風至，此烏乃動。又有銅表，高八尺，長一丈三尺，廣尺二寸，題云太初四年造”。其中提到兩件儀器，一是相風銅烏，一是銅表。

《欽定書經圖說》中的“夏至致日圖”。圖中描繪了古人在夏至日這天利用圭表觀測日影的情形，所使用的圭表由“表竿”（即標桿）和“土圭”兩部分組成。這一天正是一年中太陽影長最短的一天。

前者系東漢張衡所造，后者為太初四年（公元前101年）制造。當時圭表的表高為八尺，這也成為此后圭表的標準高度。圭尺的長度為一丈三尺，為冬至日正午表影的長度。

1965年，江蘇儀征曾經出土一件東漢時期的銅制圭表，其實際尺寸只是當時標準圭表的十分之一，而且這件圭表可以折疊，外形像一把銅尺。漢代之后，國家的天文機構基本上都使用銅來制造圭表，如今南京紫金山天文臺還保存有明代正統年間制造的八尺銅圭表。

后羿射日也是一則關于太陽的神話。后羿是嫦娥的丈夫，也是神話中的大英雄。《淮南子》說，在堯帝時代，十個太陽同時出現，以至于“焦禾稼，殺草木，而民無所食”。應堯帝之命，后羿上射十日，下誅惡禽猛獸，立了大功。

圭表的工作原理示意圖。

江蘇儀征出土的銅圭表，表高八寸，尺寸只有標準圭表的十分之一。

這十個太陽是如何運行的呢？《山海經·大荒東經》說，大荒之中，在一座山上，有扶木高三百里。一個太陽飛上扶木，另一個太陽接著飛出去，它們運行靠的是鳥兒的飛行?！渡胶＝洝ずＭ鈻|經》則說，此扶木上九個太陽居下枝，只有一個居上枝。鳥形如烏鴉之黑，它們如烏鴉棲息在樹梢上，不同的是載著太陽飛行的鳥有三只足，名字叫“三足烏”。

傳說中，后羿射中了九個太陽，但落在地下的是一只只帶箭的烏鴉。屈原在《天問》中問道：“羿焉驊日？烏焉解羽？”其中所問就是這回事。王逸注曰：“羿仰射十日，中其九日，日中九烏皆死，墮其羽翼?！币簿褪钦f，烏鴉是在太陽里面的。后來，《淮南子·精神訓》也就演繹出了“日中有踆烏”的說法。

烏鴉、三足烏或者踆烏又是什么東西呢？這是中國古代對太陽黑子的稱呼。太陽表面極其耀眼，即使日初出和日將落之時，光芒會暗淡一些，但仍然很刺眼。只有在有薄云遮掩的時候，才能比較好地觀測日面。所以，通常日面上黑子的形態是肉眼不容易看清楚的。但是，那些較大的黑子仍然若隱若現，如同烏鴉遮天蔽日一樣，能夠引起人們的注意。

“后羿射日”畫像磚。

大汶口陶尊上的太陽。

出土文物也證實太陽“皆載于烏”的神話非常久遠。后羿射中太陽后，三足烏的羽毛從天上紛紛飄落下來，世間又回到只有一個太陽的狀態，人們為此歡呼雀躍。

太陽與人們的生活息息相關，我們的先民曾長期認真地關注和觀察太陽。早在大汶口文化時期，人們就已經在陶器上刻畫太陽的形象，中國古代的史料對太陽黑子的記錄很多都比較翔實?！稘h書·五行志》記載有“河平元年，三月乙未，日出黃，有黑氣大如錢，居日中央”，這一內容不但記錄了黑子出現的日期，還說明了黑子的大小、形狀和位置。這是目前已知世界上最早的太陽黑子記錄，因此具有十分珍貴的史料價值。

太陽黑子是太陽表面溫度較低的區域，在太陽活動比較頻繁的年份，會出現太陽黑子，甚至出現黑子群。這是由于太陽磁場的強度比地球磁場強上萬倍，強磁場能夠抑制太陽內部的能量通過對流的方式向外傳遞。因此，當強磁場浮現到太陽表面時，該區域的背景溫度就會緩慢下降，從而使該區域出現暗點，即太陽黑子。在早晨或傍晚，當太陽光度減弱時，人們用肉眼就可以觀測到這種現象。

中國的歷史文獻曾使用不同的術語（如“卵”“桃”“李”“烏”等）來描述太陽上的暗斑。雖然了解它們的確切含義并不容易，但據不完全統計，中國從漢代至明代的1600余年中，有關太陽黑子的記載多達100余次，這是沒有任何爭議的。上百次的記載看起來數量并不少，但這只是實際觀測的一小部分。由于太陽活動的周期性，其表面經常會出現斑點，所以太陽黑子是一種常見的天文現象。中國古代文獻并沒有明確提到觀測太陽黑子所用的方法。一般認為，最簡單的方法是在有薄云或者發生日食的時候進行觀測。此外，也可以在水盆中加入墨汁，通過太陽在盆中的影子來觀察。

這樣的觀察方式以及肉眼對太陽黑子的感知程度都會顯著地降低太陽黑子被觀測到的可能性。在觀測條件良好的情況下，人眼可以分辨出大小為1角分的斑點，這大約是太陽視直徑的1/30。考慮到觀測中面臨的各種限制，中國古人所觀測到的太陽黑子的數量仍然很少。據大致估計，在所有可以觀察到的太陽黑子中，這充其量只占到0.1%。所以，可能的解釋是，與客星（新星、超新星和彗星等）的觀測不同，中國古代對太陽黑子的觀測并不是系統的。

一些研究表明，太陽黑子的記錄更多地出現在每個月的月初。月初意味著朔日附近，也就是可能有日食發生的時候，在此期間太陽更容易被人們所關注，特別是這一時期人們更關注通過觀測太陽來確定是否發生日偏食，以及判斷日食的食分大小。也正是這些關鍵性的時刻才促使人們更加注意太陽黑子的出現。

后羿射日的神話，或許有著太陽黑子觀測的天文背景。但是，為什么天上有十個太陽呢？古人為何會想到天上十日并出？這種現象恐怕也有一定的生活來源。天空中不可能真的同時出現十個太陽，也不可能真有一個英雄能夠射落九個太陽?！蹲髠鳌ふ压迥辍氛f：“明夷，日也。日之數十，故有十時，亦當十位?！边@里所指的是日子以十來計數，也就是以旬來計數。

殷墟甲骨文記載有干支紀日法，也就是用六十甲子來紀日。但在此之前，應該也有單純用天干紀日的方式，因為從甲至癸的十干正是“日之數十”的記錄法?！蹲髠鳌ふ压吣辍芬灿小疤煊惺?，人有十等”的表述，杜預注說“甲至癸也”。可見，古人確實也是這樣來理解的。天有十日的說法實際上反映了天干的起源，與十干紀日的方法有關。如今，人們在紀日時還有“旬”的概念，這也是采用以十紀日的痕跡。

太陽黑子的觀測是中國古代天文學中最具代表性的成就之一，并在相當長的歷史時期內在全世界都是遙遙領先的。在歐洲，直到9世紀才有疑似太陽黑子的記錄留存下來。

《天文圖注祥異賦》中的“黑子若有黑色占”和“日中黑氣占”。

1612年6月23日，伽利略使用望遠鏡成功地區分出了兩組太陽黑子的位置，此后歐洲人便將太陽黑子的發現歸功于他。不過，歐洲人一直在焦慮的氛圍中回避著這一發現。他們很難接受這一事實，即太陽作為最重要的恒星，并不像《圣經》所宣稱的那樣完美和永恒不變，所以他們一直不愿意承認存在什么太陽黑子。即便在伽利略使用望遠鏡觀測到太陽黑子后，仍舊有人認為黑子只是行星凌日造成的。

中國古代關于太陽黑子的記錄，為現代天文學提供了不少非常寶貴的科學證據。首先，可以證實自17世紀以來太陽的這些活動是長期存在的，而不是近期才發生的現象。其次，太陽黑子的數量也有一定的變化規律，這至少也得益于中國古人的早期觀測結果。到了19世紀，人們發現太陽黑子的出現是周期性的，其中包括大家熟悉的11年短周期，這與太陽的活動緊密相關。而通過太陽黑子的歷史記錄，我們可以了解太陽活動更長期的影響，如在16～17世紀的太陽黑子極小期內出現了幾千年以來氣溫最低的小冰期。在1645年至1715年的蒙德極小期內，太陽黑子非常罕見。天文學家愛德華·沃爾特·蒙德（1851—1928年）在研究那段時期的觀測記錄時發現，在蒙德極小期當中的一段30年時間里，天文學家只觀察到約50個太陽黑子，而在平?？梢杂^察到4萬至5萬個太陽黑子。此時恰好處于地球的小冰期，由于這個不正常的時期與小冰期有著驚人的聯系，有觀點認為二者可能存在一定的關聯，這也表明了太陽活動對氣候變化的影響。

太陽黑子。

雖然中國古代對太陽黑子的觀測是零碎的，但是基于這些文獻材料，1987年哥廷根大學的惠特曼和紫金山天文臺的徐振韜通過研究表明，在過去的兩千多年中，太陽活動的平均周期為11年，但它的持續時間可以是9.9年到12.3年不等。此外，太陽活動可能同時還存在一個220～250年的長周期，但其原理至今尚不清楚。

2017年9月國際空間站凌日，位于兩群太陽黑子之間。