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牛郎和織女的相會

——歲差所造成的星宿位置反轉

過去 TG 在閱讀王力先生的《古代漢語》四冊套書時,發現裡頭附了一張重繪自清代《儀象考成》的中國星座圖。TG 想要自己保留一份電子圖檔在手上,於是便藉由這種圖,利用軟體 PhotoShop 重新製作了一份數位化的圖檔。

下面,TG 從這份圖檔中擷取出中國黃道上的「廿八星宿圖」。黑線連結是中國的星座歸分法,而淡橘線區塊、淡藍字則為西方星座的劃分;紅線是黃道、綠線則表示赤道。

東方青龍七宿︰
角、亢、氐、房、心、尾、箕
南方朱雀七宿︰
井、鬼、柳、星、張、翼、軫

西方白虎七宿︰
奎、婁、胃、昂、畢、觜、參
北方玄武七宿︰
斗、牛、女、虛、危、室、壁

最近 TG 剛讀完陳久金先生的《中國星座神話》,雖然作者本人並不同意這種觀點,不過裡頭仍提到了,「歲差」現象會造成「牛宿」和「女宿」的「排列順序」反轉一事。因此而引發了我的好奇心,TG 將要自己試著估量一下。

在中國的星圖之中,「牛郎星」的另一名字是「河鼓二」、即西方的「天鷹座α」;而「織女星」則是西方的「天琴座α」。這兩顆一等亮星隔著銀河相望,使得古代中國人創作出那則流傳久遠的愛情故事。

不過當我們仔細一看,在北宮玄武的星座之中,的的確確定有「牛宿」和「女宿」兩個星宿之名,而且乍看之下,蠻符合了「牛郎」與「織女」這兩顆恒星。不過十分特別的是,「牛郎星」和「織女星」竟全都座落在「牛宿」的之中(實際上,「織女星」已經遠離了赤道),而「女宿」卻只空留其名,與這則故事完全無緣。

就算我們認為這是一個歷史上的「誤會」,因此重新安排「牛郎星」入「牛宿」、讓「織女星」歸入「女宿」,讓這片星空的星宿,符合牛郎織女二星的整齊形式。不過當我們再仔細地研究上面的北宮玄武星圖,以經度的劃分來看,我們安置這二星二宿之後,發現「女宿」必須排列在「牛宿」之前;也就是說,傳統稱呼北方七宿的口訣就得改成了︰斗、女、牛、虛、危、室、壁。不過在印象中,似乎也從來沒人這樣說過……

從出土文物「曾侯乙墓漆箱蓋」上的星圖繪製,我們看到了戰國時代已經有了與後人幾乎完全相同的廿八星宿之名。而且,這上頭的文字也是順從「斗」、「牽牛」、「伏女」、「虛」的次序排整。所以若要說古人把「牛」、「女」二宿的順序排錯了,則得要有很強的證據加以證明,早在戰國時期,人們就已將牛女二宿的順序給弄顛倒了。

但有一派學者(如竺可楨先生)的觀點卻認為,在很久很久以前,的確有過「牛星歸牛宿」、「女星歸女宿」、「牛宿在女宿之前的排列」。考慮上天文學上的「歲差」,即物理學上的「進動/Precession」效應,或許可以解決這個問題。


星座盤的基本認識

由於 TG 不確定觀看本文的網友是否熟悉星座盤,在此先作一基礎的介紹。已有認識的讀者可以直接跳過或略讀下面的這一段文章。

在描繪出星空中的恒星分佈時,我們可以先想像如下圖的簡化示意。一位觀察者位於地面上的 O 點,且定義出地理上的東南西北四個方位。在觀察者所仰望的天空,是一個想像中的巨大倒扣球面內緣。這個球面是以觀察者為中心的一個球體,稱作「天球」;而觀察者只能看到這個天球的上半部,其下半部則隱沒在大地之下而無法得見。


站在大地 O 點上的觀察者所見到的「天球」。

假設有四個恒星,它們距離地球觀察者的真實位置遠近,分別以 A、B、C、D 來代表。當它們「投影」到這個假想的天球上,我們只保留它們相對於觀察者「方位」的二維資訊,而它們原來的距離則不加以考慮。恒星 A、B、C、D 將在觀察者眼中的天球上,投影出 a、b、c、d 四個點。


四顆恒星在天球上的投影。由於 a、b、c、d 都位於天球表面上,因此它們與觀察者的距離是完全相同的︰即原來恒星距離的資訊已經「消失」了。

為了方面起見,我們將這個標有恒星位置的半個天球內表面,攤開成為一張平面。如下的示意圖中,深藍色平面代表這個載有 a'、b'、c'、d' 四個恒星相對位置的平面圖。


將天球上的恒星位置,改以一張平面圖來表示。特別值得注意的,愈遠離這張平面中心的區域,平面星圖上的「扭曲」將會愈嚴重。

由於我們一般的閱讀習慣都是「向下」的,因此當前面所說的那張必須「仰頭而望」的深藍星圖,我們就得「翻面」之後,才能置於桌面上繪製或觀看,也就成了下面左圖所示淺藍色星圖。也就是說,如果我們定義上面的深藍色星圖為其「正面」,則下面左圖的淺藍色星圖就是它的「背面」。當我們對齊好這張背面星圖的方位,成為一般習慣中的「南下北上」之後,便發現它的「東方」、「西方」是和地理地圖相反的。這就是一般星座盤的方向表示法。


上例中的星圖樣式

常見的簡單星座盤

實際的天空是會運轉的。因此,我們可以在這個載滿星星的天球上,定義出一個「固定點」(另一個固定點則位於大地之下,無法看見。)由於我們位在地球的北半球,因此這個固定不動的點位在北方天空的「北極星」附近——我們定義它為「天球北極」。這個天球以及其上方的眾多恒星,每天都會繞著這道想像中的轉軸而自轉,一天轉動一圈。我們還可以訂定出「赤緯度」和「赤經度」。赤緯度,是以距離「天球北極」的角度來決定。而今日的赤經度,則是由春分的初昏位置來加以定義。

除此之外,我們還可以劃出一條「黃道」,太陽在觀察者的天球中,將循著這條黃道來運行。黃道的位置,會在一年中的不同季節而有所變動。天球黃道和天球赤道是不相同的定位和劃分系統,以地球的實際狀況而言,是不可能會重合的。


天球轉軸的示意圖。大地不動,天球將每日帶著上頭的恒星旋轉一周。圖中位於天球上的紅色粗線為「黃道」,代表太陽在天球上的移動軌跡。


天球北極的進動

和旋轉中的陀螺一樣,除了自轉(Spin)之外,陀螺的轉軸還會繞著垂直線運動(尤其當陀螺即將「無力」而停止轉動之前)——這種軸線的轉動稱為「進動(Precession)」,放在天文現象上,有人習慣稱之為「歲差」。地球的自轉軸,也同樣具有進動的效應;影響所及,我們在上一段中所提到的天球轉軸,也會隨時間而改變。

今日我們習慣將「北極星」當作「天球轉軸」的北方對應恒星,因此現代人可以把「北極星」當成夜空中「固定不動」的星星。不過,如果將時間以「千年」之久來看待,由於地球自轉軸(或天球轉軸)的緩慢進動現象,我們可以畫出歷代天球北極的位置變遷圖︰


歷代天球北極(或北極星)的變遷。上圖以一千年為間隔作出標示,發現從紅色弧線的左下到右上,天球北極的位置是不斷地在改變的。

現在(約公元 2000 年)的天球北極是「北極星/小熊座α」,也就是中國星相中的「勾陳四」。當我們回溯至公元 1000 年的時代(中國的北宋年間),當時的「北極星」則位於「鹿豹座」裡,對應中國「北極星座」中那顆不甚明亮的「天樞星」——這個名字在當時的確是「名符其實」的。再往前追溯,另一個曾經扮演過「明亮北極星」角色的,則是公元前 3000 年的「天龍座α星(Thuban)」,即中國星相「紫微右桓星座」中的「右樞星」。

天球轉軸變動,在人類有文字以來的歷史時代,只要觀測儀器與方法足夠精密,應該差不多過個五百年便會發現這種偏差的現象。因此,中國對北方星座的恒星命名中,有所謂的「帝星」、「天一」、「太乙」、「天樞」等等,應該都反應出不同時代的人們所認知的「北極星」。因此,我們回想到司馬遷本人的年代(約公元前一世紀),可以發現他應該無法抓到一顆足夠明亮的恒星用來當作北極星,所以在《史記.天官書》開頭中寫著「中宮天極星,其一明者,太一常居也。」他只能說是「太一常居」這種間接的描述,而非直指某一顆恒星為「天極星」,這反應出當時人們是把西方星座中的「小熊座β」、連同其旁的幾顆四等以下的暗星,構成成了一條「北極星座」。

天球轉軸因「歲差/進動」如果發生變化,除了顯而易見的「北極星」發生改變之外,連帶的影響,則是當人們在繪製星圖時,為方便起見所加上假想的「緯線」、「經線」,也將同時跟著產生變化。這也使得研究古星圖的複雜程度,絕對不是看著今日星盤就可以理解的。



織女、河鼓二的位置變化

在 TG 閱讀陳久金先生的著作時,便想自已初步估算一下,「織女星」和「牛郎星(河鼓二)」兩者,究竟在什麼時候會出現東西方位的反轉呢?如前所述,當「天球北極」發生改變時,也將同時改變我們定義天球的「經度線」——也就是星圖上的「東方」、「西方」一定會產生某種程度的不同。我們今日所見的「織女」和「牛郎(河鼓二)」兩星的分布如下圖所示,織女星很明顯地落在牛郎星的西方天空。(對齊了「南下北上」之後,星圖上便是「東左西右」。)


現代的牛郎織女二星與其周邊鄰近星域。

在我們計算公元前 1000 年的天球北極位置後,發現這一星域的過去經度線,與現代的經度線相差了約有 18 度的差距。所以我們將今日的星圖作一角度的反向補償之後,則公元前 1000 年的牛郎織女二星相對位置,應該如下圖所示——看來兩星的經度差異的確「變小」了。這大約是周武王克殷的年代。


公元前 1000 年的牛郎織女二星;兩星的東西經度差距比今日縮小許多。

如果我們超越中國的信史時代,回溯到公元前 3000 年的這片星空,便會發現牛郎織女二星的經度已經產生些微的「反轉」了。原本「織女在西、牛郎在東」的情況,在此時成了「牛郎在西、織女在東」。


公元前 3000 年的牛郎織女二星。

當我們把時間更進一步地回推到公元前 4000 年,則 TG 原來期望的「牛郎星配牛宿」、「織女星配女宿」的情況,終於明顯地呈現在眼前。


公元前 4000 年的牛郎織女二星。

因此,如果真要用「歲差/天球轉軸進動」的理論,來支持「牛郎星(河鼓二)」與「織女星」曾經各自作為「牛宿」和「女宿」的主星之說,其制定的時代背景應該可以回溯到公元前 3000 年之前。


觜、參二宿的位置變化

原本 TG 只想估計牛女二宿的反轉現象出現在何時,後來卻不經意地發現,就在天空中的另一邊,也就是西宮白虎中的「觜宿」和「參宿」,也可以用相同的方式看待。

今天我們觀看「觜宿」和「參宿」,發現這兩者所在的經度可以說是「重疊」的,唯「觜宿」在北、「參宿」在南。若說要以「赤經度」來劃分天空的座標,那麼廿八宿中的「觜」、「參」的劃分法,顯然是非常「不合宜」的——在這廿八星宿之中,唯有西方白虎的觜參二宿,在今天天球經度上是完全重疊的。


現代的觜參二宿。

和上一段摸擬「牛郎織女」兩星過去相對位置的方法一樣,當我們回溯到公元前 3000 年時候的這片星空,並補償因天球北極進動所造成的經線偏移角度,將會發現原本位於同樣經度的「觜」、「參」二宿,開始產生了「錯位」的現象。如果我們將參宿中最明亮的「參宿四(獵戶座α)」定為遠古時代參宿的主星,而「觜宿」的主星仍維持原來的三等星「獵戶λ」。這麼一來,在黃道帶附近的這片星空,以公元前 3000 年時候來看,的確在天球經度的劃分上,是種是比較合理的座標區分法。


公元前 3000 年的觜參二宿。


天球經線的變化

TG 從下面這張圖中,來解釋公元前 3000 年的天球北極,與今日的天球北極的比較圖。

當我們從天球北極的角度來看,並區隔出四個星宮(青龍、白虎、朱雀、玄武)之間的經度分界。紅線代表今天的四宮分界經線,而藍線則代表公元前三千年的分界經線。在這裡我們可以見到,「青龍」和「朱雀」交界的分隔線,在這五千年來的角度幾乎沒有太大變化,這也代表「角亢氐」、「張翼軫」六宿的古今相對位置的分佈應該是非常接近的。


從天球北極觀看的星圖。紅線是今天由天極所畫出的四道經線;藍線則是公元前 3000 年所畫出的四道經線。

我們注意到,這五千年之間,由於天球北極的進動而造成經線角度變化最大的地方,正好是出現在「青龍」和「玄武」之交,即「斗、牛、女」三宿上;其次,則是出現在「白虎」和「朱雀」之交,即「觜、參、井、鬼」四宿附近。

這麼一來,TG 便能夠建立起一種論述。「廿八星宿」的分法,可能遠在公元前 3000 年之前就出現了——是否已經完備,TG 不敢斷言,但無疑「牛宿/女宿」和「觜宿/參宿」的順序,應該在當時就已經確立下來了。在歷史不斷地向前推進,上面這兩組星宿的排列順序,因為天極的持續進動,而造成天球經線的角度也跟著產生巨大的變化。所以原本在星宿劃分上的規律性,便因而逐漸遭到了破壞。

在世世代代的師徒相傳之下,後一輩的天文學家,可能都有人不斷地發現他們眼前實際的星空,已經與前輩所教導的有些出入。但人不敢違反過去的分類,所以大家還是沿襲了下來——畢竟,在個人的一生之中,是不可能測到「歲差/進動」的效應的;所以星宿恒定的觀念,也從來沒有人想去挑戰。

然而,地球轉軸的進動,不可能因人類的主觀意識而停止。在過了五百千、甚至於一千年之後,進動所造成的觀測誤差,在某些地方已經大到不容許再加以忽視的程度了。然而原來的廿八星宿劃分方式絕對稱不上「系統崩潰」,因此在擁有悠久文明累積的菁英份子,他們當然只需要「稍加調整」而非「整體翻修」。因此在原來的廿八星宿劃分中,「災情最嚴重」的只有「牛宿」和「女宿」的主星罷了。所以,只需要把「織女星」重新歸入了「牛宿」之中,留下一個「欠缺女星的女宿」,其餘一切照舊便是了。

至於另一個也同樣遭到破壞的「觜宿」和「參宿」,由於目前看來沒有出現「順序反轉」的窘境(真的出現的時刻,還要再過兩千年……),因此後來人們還是「勉強維持」原來的劃分,讓這兩者「彼此將就」,共用著幾乎完全相同的經度星域了。


牛郎與織女的相會

寫到這兒,TG 不由得作出一項推想。眾所周知,恒星之間的彼此相對位置是固定的,所以「牛郎星」和「織女星」也絕對不可能會有重合的情況出現。但在這七千年來的時間——或者我們保守一點,說是從公元前 4000 年到前 1000 年之間,古人切切實實地觀測到天空中的「異象」︰整個星空中,唯有牛女二宿的兩顆主星——牛郎星和織女星——出現了明顯的「位置反轉」現象。在周朝開國之初的年代,人們已經累積了至少三千年的天象觀測經驗,也十分清楚「牛郎星」和「織女星」的相對位置是會變動的。

TG 一向認為,古人的觀測和推理能力並不比現代人來得差。他們沒有的,是缺少了我們今日對天體物理的知識累積罷了。從周朝天文學家的觀測經驗與推測,他們或許會從牛郎、織女兩星過去的移動軌跡,預測兩者的未來趨向,並得到了「牛郎織女二星在未來的某一天將會相合」的推論。而且,由於歲差的效應相對於人類的一生太過緩慢,因此也有著「天上一天,人間數年」之類的聯想。

從實際的天文觀測所推測出來的可能性,人們便開始為這兩顆分隔在銀河兩岸的亮星編出故事。久而久之,便成了我們今日所熟悉的「牛郎織女愛情神話」了。


【附註】

我們現代人當然曉得,地球並非靜止不動。比較正確的說法應該是「恒星靜止不動」,但由於地球本身的自轉,我們才會感覺到天上眾星繞著我們運轉。不過在處理上,有時遵從古人的作法,還是假設「大地不動」、「載有恒星的天球繞大地運轉」,才是比較容易理解許多現象的方便法門。

實際上,恒星對於我們地球的觀察者而言,還有一種「橫向運動(Proper Modtion)」的效應;也就是它們之間的彼此位置是為變動的。雖然橫向運動的移動效應比起「歲差/進動」小得很多,但如果要作更精密的星空回溯,在以千年為度量的時間間隔,還是要將這項因子還是得考慮進去才是。

此外,TG 在前面將同一經線附近的星體位置給回溯時,或多或少也是「理想化」了的圖像。正因為天球是種球體的表面,因此當轉軸變動時,各條經線的轉動角度也不可能是均勻與相同的。在上面的兩個例子中,TG 只有對準了「織女星」和「參星」兩個點,因此在它們鄰近恒星相對位置,愈遠離它們的星域,它們的精確度愈差。無論如何,這不是一篇正式的學術論文,只供作一種粗略估算的定性描述,以及 TG 的個人筆記罷了。

(發表於2009.7.10.)


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