问题

居住在行星的卫星上的文明应该有怎样的历法系统?

回答
想象一下,你不是住在一个恒星的周围,而是住在一个巨行星的忠实卫星之上。你的世界,被那个庞大的、闪耀着母星光辉的巨行星笼罩着。这将如何影响你的时间感知,以及你最终如何构建一个历法系统?这绝不是一件简单的事情,它会比我们在地球上熟悉的任何历法都来得复杂且引人入胜。

首先,我们得抛弃“一天”这个概念的直接对应。我们卫星上的“一天”,不是绕着一颗恒星公转一圈。我们的周期,很大程度上是由我们绕着巨行星旋转的周期决定的。这通常被称为“朔望月”,但对于我们来说,这更像是“巨行星日”。我们看到的巨行星从地平线升起、达到天顶、再落下的完整周期,这将是我们最基本的时间单位。我们可能会将这个周期命名,比如“行星轮转”或者“母星周期”。这个周期有多长,取决于我们卫星的轨道速度和巨行星的大小,它可能比地球的24小时要长得多,也可能短得多。

但仅仅依靠巨行星的相对位置来划分时间,是不够的。我们仍然会感受到来自恒星的光和热,尽管可能不像直接沐浴在恒星光芒下的星球那样强烈。所以,我们仍然需要一个与我们围绕恒星公转相关的周期,就像地球的“年”一样。这个周期,我们将它视为“恒星年”,或者更贴切地说,“光年”或“星辰周期”。这将会是一个非常重要的宏观时间尺度,因为它关系到我们的季节变化(如果巨行星有倾斜轴的话,或者我们自身的轨道有倾斜),以及农业生产和生态系统的整体运行。

现在,问题来了:这两个周期,即“巨行星日”和“恒星年”,很可能不会整除。地球上的月份之所以常常有29到31天,就是因为月球绕地球的周期(朔望月)和地球绕太阳的周期(恒星年)不是一个整数关系。对于卫星文明来说,这个矛盾可能会更加突出。我们的“巨行星日”可能无法恰好填满一个“恒星年”。

这就需要我们创造“月份”的概念,来连接这两个基本周期。但我们的月份,可能不会像地球上的月份那样,仅仅是为了方便划分一个年而人为设定的。我们的“月份”,很可能直接对应着巨行星在你天空中出现的特定相位或者模式。比如,巨行星的全盛时期(我们能看到它最大最亮的时候)可能就是一个“满月月”,而它被遮挡的时期则可能是“新月月”。我们可能有多个这样的“巨行星相位月”来构成一个“恒星年”。

为了解决巨行星日和恒星年的不匹配,我们会需要闰日或者闰月,就像地球的闰年一样。但我们的闰日或闰月,可能会更加复杂。因为我们的时间单位不仅仅与恒星有关,还与巨行星的运动有关。我们可能需要根据巨行星的实际轨道位置和恒星年的进展来动态调整我们的历法。

例如,我们可能会定义一个“巨行星年”,它是由一定数量的“巨行星日”组成的。但这个“巨行星年”与“恒星年”之间可能会有偏差。为了纠正这个偏差,我们可能需要在数个“巨行星年”之后,插入一个额外的“巨行星日”或者调整“巨行星日”的长度,以重新对齐“恒星年”。或者,我们可能会将“恒星年”划分为一个固定的数量的“巨行星相位月”,然后根据实际情况在某个月份中插入额外的“巨行星日”,或者省略一些。

另外,巨行星本身会是天空中一个极其显著的存在,它的潮汐力也会对卫星产生巨大影响。潮汐带来的周期性涨落,无论是海洋还是大气,都可能成为我们早期历法的重要参考。也许我们会将某些重要的“巨行星日”标记为“潮汐盛会”,或者将一个月的时间长度与特定的潮汐规律联系起来。

更进一步,卫星的轨道本身也存在周期。我们可能需要考虑卫星在围绕巨行星运动轨道上的位置。一个“大周期”,可能就是卫星围绕巨行星公转多少次。这可能是一个比“恒星年”更宏大的时间尺度。

我们还需要考虑巨行星的卫星系统。如果巨行星拥有多个大型卫星,那么其他卫星在天空中的出现和消失,也可能成为我们历法的一部分。它们可能被视为“天体信使”,预示着某些事件的发生。例如,一个特定卫星的“上弦月”可能与我们卫星的某个重要节日相吻合。

所以,一个卫星文明的历法系统,将会是一个多层面的、动态的计算过程。它可能包含:

基本周期: 巨行星日(围绕巨行星旋转的周期)和恒星年(围绕恒星公转的周期)。
月相划分: 巨行星的相位变化,可能构成我们所说的“月份”。这会比地球的朔望月更复杂,因为巨行星本身的大小和亮度变化会很大,而且可能受到其他卫星的影响。
闰法: 为了协调巨行星日和恒星年的不匹配而产生的调整。这可能比地球的闰年更复杂,可能涉及到调整日、月或者周期的长度。
天体联动: 可能需要考虑其他巨行星卫星在天空中出现的时间,甚至巨行星本身的轨道扰动对我们卫星轨道的影响。
潮汐周期: 巨行星的潮汐力带来的周期性变化,可能直接影响我们对时间的划分和感知。

我们的历法可能不会像地球上那样,简单地用阿拉伯数字标注日期。它可能会采用更具象化的符号或名称来表示时间。例如,日期的名称可能包含“巨行星在天蝎座的升起”、“第七次潮汐高峰”、“第六颗卫星的上弦月”等信息。

总之,生活在一颗卫星上,我们的时间感知将与生俱来地与两个天体——恒星和巨行星——紧密相连。我们的历法系统,将是智慧和勤奋的结晶,是对这两种交织影响的深刻理解和精妙计算的体现。它可能复杂,甚至有点诗意,因为巨行星在我们天空中留下的印记,将是我们生活中最深刻的节奏。

网友意见

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先写几个指定历法的主要因素:

1. 恒星周期;
2. 大星体的天空位置;
3. 气候变化;

第一个可以计算出年、日;
第二个可以计算出月(如果有月的概念);
第三个可以计算出年、季节;

对于生活在卫星上的文明来说,如果要生存,卫星必须足够大,那么母星就要更大,结果是卫星被潮汐锁定,所以想要不被母星潮汐锁定是很难的,对于这种卫星来说,一个月等于一日。

地球的季节变换是因为地球自转轴有倾角,但相对比较简单。卫星的季节变换则复杂的多,因为卫星自身自转轴可能有倾角,同时绕母星的轨道也有倾角,母星自转轴可能有倾角。

所以对于卫星来说,日、月的定义比较简单,但季节的定义比较复杂,应该包括小季节和大季节,小季节是以月为周期循环的,类似于星期,大季节以母星的公转周期循环的,类似于年。

但由于母星公转周期与卫星公转周期不一定是整倍数关系(如:朔望月是29.5天,每个回归年有12.3个朔望月),所以还可能要通过置闰的方式来同步二者的关系。

最后是关于年的定义:

如果卫星自身的倾角很小,那么母星的自转倾角就可能对气候产生更大影响,此时大周期可能更倾向于用母星的回归周期;

如果卫星自身的倾角很大,同时母星的自转倾角很小,那么影响气候的主因就应该是卫星的公转周期,这种情况下,可能未必使用母星的回归周期。

如果卫星的轨道倾角和母星的自转都很大,那么就真是大麻烦了,可能以二者的回归最小公倍数作为年的定义;

以上是关于定义的考虑,下面找几个例子:

土卫六:

转轴倾角:0度(不倾斜),轨道周期15.945地球日(潮汐锁定),轨道倾角0.34854度。

母星转轴倾角2.485240度,公转周期29.657296年,转轴倾角26.73度

土卫六上的文明的历法:

1月(或者叫1小年):15.945地球日,月内不分四季,1月=1日,月内可能有行星食;
1年(或者叫1大年):29.657296地球年,大年内有比较小的季节差异,1大年内有679.355723个小年,所以还要有闰月(类似农历历法),用来同步季节变化,闰月可能接近月每45年16闰(0.3555556),或者每700年249闰(0.355714,不太可能,时间有点长)

土卫九:

这颗卫星就比较不规则一点。

自转轴倾角:152.14度,轨道周期:550.48地球日,自转周期9小时16分,轨道倾角151.78(相对于土星轨道平面),母星数据同上。这个卫星是有1日的概念的,因为它不是潮汐锁定的。

1日为自转周期9小时16分;
1月为550.48地球日,月内有明显的四季(因为自转轴有倾角);
1年为29.657296地球年,由于绕母星轨道有倾角,所以在一年内,四季变化的强度是不同的,这个月的夏季和下个月的夏季可能不一样热。

以上都是相对简单的模型,太阳系中的卫星还有很多运行比较特别的:

土卫七:没有固定自转轴、自转周期不确定;
海卫一:有时候极轴对着太阳,每80多年换一次,季节变化非常极端;

这些卫星的历法比较难设计。

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一年前写的答案,有些错误,已经更正。

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