一千年五白年前的日食記錄使科學家能夠完善對地球自轉變化的測量。

對拜占庭帝國歷史文件的艱苦審查為科學家們提供了五次日食的時間和地點。結果,雖然與之前的發現一致,但對地球的可變自轉率施加了新的、更嚴格的限制,使我們更好地了解星球是如何隨時間做變化。

一天的長度似乎是一個非常可靠、不變的指標。一天有二十四小時;86,400 秒。這就是我們所有時鐘所計算的,日復一日。這就是我們生活的節奏,但這有點錯覺。

我們的地球在腳下和頭上各種因素的影響下,轉動的速度會變慢和變快。

考慮到長期的趨勢,日子正在逐漸拉長。根據化石記錄,科學家推斷出 14 億年前的白天只有 18 小時長,比 7000 萬年前的今天短了半小時。我們似乎每個世紀都會增加 1.8 毫秒。

然後是奇怪的六年振盪:科學家們已經發現,地球的日子每六年左右就會發生正負0.2秒的時間變化。

地球自轉軸的擺動似乎能夠產生異常,就像去年紀錄特別短的一天。只是為了不同的東西。

從核心活動到大氣阻力,再到月球軌道的擴大,許多因素都會影響地球實際的日常。

我們都將手錶設置為可接受的一天長度(世界時,或 UT)與由原子鐘(地球時間,或 TT)精確計算的標準化度量 – 我們擁有的最準確計時設備 – 之間的差異是一個被稱為 ΔT (delta-T) 的測量值。

當談到日食時,ΔT 變得非常重要。這是因為太陽和月亮的位置是使用 TT 計算和預測的,但月亮的陰子將落在一顆在 UT 下運行的行星上。 因此,需要知道兩次之間的差異,以便預測從地球上的哪個位置可以看到日食。

但是,它也可以反向工作!如果有準確的日食時間和位置,可以計算出 ΔT。科學家們已經能夠從中國、歐洲和中東的歷史記錄中計算出 ΔT。

三位科學家,名古屋大學的 Hisashi Hayakawa、筑波大學的 Koji Murata 和日本國家天文台的 Mitsuru Sôma 現在已經通過拜占庭帝國的歷史文獻來做同樣的事情。

這是為了填補一個重大空白:從公元四世紀到七世紀,日食記錄非常稀缺。這是一項繁瑣的工作。例如,通常與現代研究相關的細節並未包含在記錄中。但是研究人員能夠從以前沒有分析過的記錄中確定五次日食。

Murata:「雖然這一時期的原始目擊證人大部分已經丟失,但後人記錄的引文、翻譯等提供了有價值的信息。」

「除了可靠的位置和時間信息外,我們還需要確認日全食:白天的黑暗達到天空中出現星星的程度。我們能夠確定在東地中海地區, 4 至 7 世紀的五次日全食可能的時間和位置,分別是公元 346、418、484、601 和 693 年。」

很大程度上,團隊能夠從這些結果中得出的 ΔT 值與之前的估計是一致。

不過,也有使人意外的情況。根據對公元 418 年 7 月 19 日發生的日食的描述,研究人員確定了日全食的觀測地點為君士坦丁堡。

作者歷史學家 Philostorgius 描述了這次的日食。「當狄奧多西(皇帝狄奧多西二世) 進入青春期時,在 7 月 19 日第 8 個小時左右,太陽被完全遮蔽,以至於出現了星星。」

Philostorgius 從公元 394 年左右一直生活在君士坦丁堡,直到他在公元 439 年左右去世。因此,他很有可能是從那裡觀看了日食。先前的 ΔT 模型會將君士坦丁堡置於日全食路徑之外 – 因此該記錄允許團隊調整這次的 ΔT。

其他記錄也顯示出輕微的調整。

Murata:「我們的新 ΔT 數據填補了一個相當大的空白,表明 5 世紀的 ΔT 幅度應該向上修正,而 6 世紀和 7 世紀的 ΔT 幅度應該向下修正。」

儘管這些調整可能看起來很小,但它們具有相當大的影響。 它們對地球自轉在世紀時間尺度上的可變性施加了更嚴格的限制,並可能為未來對其他地球物理現象的研究提供信息,例如模擬行星內部和長期海平面變化。

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參考資料:

  1. Starr,M., (2022,Sep 18). Byzantine Records of Solar Eclipses Have Refined Measurements of Earth’s Spin. ScienceAlert
  2. Hayakawa, H., Murata, K., & Sôma, M. (2022). The Variable Earth’s Rotation in the 4th–7th Centuries: New ΔT Constraints from Byzantine Eclipse Records. Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 134(1039), 094401. https://doi.org/10.1088/1538-3873/ac6b56 Publications of the Astronomical Society of the Pacific     https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.07.024 
  3. 圖片來源:https://www.sciencealert.com/byzantine-records-of-solar-eclipses-have-refined-measurements-of-earths-spin(圖:Romeo Durscher/NASA)
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