2017年3月22日 星期三

春分與「日凌」


農曆的二十四節氣是在數千年前已製定的, 大部份都與我們生長在南方的城市人無關, 其中有四個節氣, 與現代天文學的發現一樣, 就是春分、夏至、秋分和冬至, 但意義卻不大相同。在二十四節氣中, 這四個節氣是四季的中段, 而現代天文學則將之作為四季的分野。無論那個定義, 對我們的日常生活, 也許沒甚麼的意義。

北半球的夏至和冬至日, 太陽直照北回歸線和回歸線, 之後就向赤道移動, 而在春分和秋分那天, 太陽直照赤道, 之後就南或向北移動, 週而復始。與南、北回歸線不同的, 是在赤道36,000公里的上空, 有大量的人造衛星在運行, 那些都是地球同步衛星, 其環繞地球運行一週的時間, 剛好是24小時, 與地球自轉一週的時間相同, 在地球上看去, 衛星就好像停留在空中的固定位置上, 用作對特定地區的電話和數據通訊、電視轉播、天氣預測、全球定位(GPS) 等服務。

春分和秋分前後, 太陽直照赤道, 無可避免的亦會直接照射在赤道上空的人造衛星上, 那些衛星與地球之間通訊的電波頻道, 是屬於微波範圍, 與太陽的電𥔵輻射的頻率很接近, 但功率和能量相差很大。當衛星進入了太陽的照射範圍時, 尤如一枝細小的電筒, 走進探射燈的照射範圍中, 光芒盡被掩蓋, 在地面的接收站, 接收不到來自衛星的訊息, 卻收到來自太陽那些強大而雜亂的「噪音」, 令通訊和資料傳送中斷, 電視出現黑畫面等現象。這現象是為「日凌」, 「日」是指太陽, 「凌」是欺凌、侵犯, 即衛星受到太陽的「欺凌」而影響通訊。

接收站的通訊受到「日凌」的影響, 是視乎其在地面上的位置, 影響出現在太陽把衛星的影子投射到該接收站的附近, 即太陽、衛星、接收站都在同一直線上之時。 由於太陽直照的緯度不斷變化, 投射到同一個衛星的角度會不一樣, 所以在不同的日子中, 受「日凌」而影響的地方也不同, 越近赤道的地方, 受「日凌」的日子越接近春分或秋分, 反之遠離赤道的地方, 受「日凌」的日子也離春分或秋分較遠。而出現「日凌」的日子, 是在春分或秋分的前後約一個月內。

可幸太陽每次對某個衛星的「欺凌」, 都只是約十多分鐘而已, 但又要視乎該衛星對地面上的服務範圍有多大, 如果是電視或互聯網的轉駁, 影響只是那十多分鐘, 可以讓轉駁暫停一下, 天氣衛星可以先把資料儲存起來, 稍後才傳送。但如全球定位衛星, 覆蓋的範圍較大, 受影響的時間就較長了。如覆蓋中國的全球定位衛星北斗三號, 受影響的時間是今天322, 18:14:4819:38:24, 約一個半小時。

雖然如此, 整套全球定位系統, 是由多個衛星組合而成, 不會因一個衛星受到「日凌」而失去功能的。

2017年3月11日 星期六

人怕車站改壞名


在公共交通工具上聽到兩個人的「爭論」, 相信他們正要去維園參觀花展, 「焦點」是在那個地鐵站下車。甲方說應在天后站下車, 乙方則認為, 維園是在銅鑼灣區, 應該在銅鑼灣站下車才是。兩個對維園附近的環境都不熟路的人, 各執一辭, 看來甲方除了「聽阿邊個講」之外, 提不出甚麼強而有力的理據, 而乙方卻似是順理成章, 最後有好心人乘客丙介入, 給予提示, 才算平息。



事緣相信是因為地鐵站名引起誤會, 這種情況不時有發生。曾經一班朋友約飲茶, 其中一位問負責組織者那間茶樓在那一區, 答案是油麻地, 結果當事人在油麻地站下車, 行了超過十五分鐘才到, 而若在佐敦站下車, 只需三、四分鐘的路程而已。



用地區名稱作為站名而引起誤會, 是可以理解的, 因為不竟一個區涵蓋一個比較大的範圍, 但有些用地標作為站名的, 卻不見得就很準確。例如每年的年初三, 都會有大批善信去沙田的車公廟拜車公, 很自然的會選擇在大圍站轉乘馬鐵, 在車公廟站下車, 但經過一番折騰後走到車公廟, 在回程時才發覺完來可以從大圍站去車公廟, 不但路途較短、較容易走, 而且省卻在大圍站轉車, 更加「順頭順路」, 更少波折。



另一個地標是天水圍的濕地公園, 未去過的遊人, 都會乘西鐵線到天水圍站之後, 轉乘輕鐵線在濕地公園站下車, 擺在眼前的唯一通道, 就是一條天橋過馬路, 「爬上爬落」之後, 再沿著一道似是無盡頭的圍牆走約十分鐘, 才見到濕地公園的入口, 對於一些有老有少、或有行動不便者的遊人, 確是大「整蠱」,  但其實只是一站之差, 若在天秀站下車, 只需走過一條可以走輪椅的行人隧道, 就是濕地公園的入口了, 時間約只是五分鐘, 而且輕鬆得多。



以上的兩個例子, 令人感覺為車站改名的原則莫名其妙, 不要說車公廟已有幾百年的歷史, 就是重建後的車公廟, 也比馬鐵開工建造最少早六、七年; 同樣道理, 在濕地公園的建造期間, 天水圍的輕鐵才擴建, 但仍然出現不太合理的車站命名。



在新界區中, 較多這些不太合理的車站名, 馬鐵除了車公廟站外, 沙田圍站是在沙角邨和博康邨之間, 兩邨都早已在八十年代已建成, 是很清晰的地標, 為何不用其中之一來做站名? 第一城站更莫名其妙, 緊貼在其旁邊的是愉田苑, 而距離第一城最近處, 最少要走200, 為何不是愉田苑站呢? 又有如西鐵的錦上路站, 就在錦田區的旁邊, 反之錦上路, 則最少在300米以外。



還好的是, 這些改壞名問題, 沒有發生在兩個遊客必到的主題公園處, 因為那兩個鐵路站, 都是特別為他們而建的, 遊客不會下錯車, 不需要在500哩外走回來。



Peter & Gordon 的 Five Hundred Miles

2017年3月5日 星期日

為何春雷特別響


一雷驚蟄始”, 這句詩是出自唐代詩人韋應物的《觀田家》, 應該無需多作解釋了。

雖然驚蟄是在今天, 但正式開始的時間, 是下午的532, 所以今天仍然天氣良好, 預測明天的驟雨和潮濕, 才是真正體驗驚蟄的開始。

驚蟄在立春之後的一個月, 原意是春雷驚醒冬眠的蛇蟲鼠蟻, 亦是農民開始春耕的時候。此時北方仍然比較寒冷, 南方的大地的溫度已漸漸升高, 空氣也漸潮濕。當北方的冷空氣流向南方, 遇到南方溫暖而潮濕的空氣, 形成冷鋒。因冷空氣的密度較大, 暖空氣的密度較小, 暖空氣被迫擡升。在上升的過程中, 暖空氣逐漸冷卻, 其中所含的水分, 形成雨雲而下雨。所以在香港, 每當冷鋒南下時, 先會是連綿潮濕陰雨, 氣溫還是比較暖, 當冷空氣完全佔據整個大氣空間時, 氣溫會顯注下降, 而亁燥的冷空氣, 會令天氣變得天朗氣清, 萬里無雲。

當南下的冷空氣比較強, 暖空氣被急速擡升, 形成的雨雲中有強烈的空氣對流活動, 會出現行雷的現象, 是為春雷。傳統上認為春雷特別響, 所以能驚醒萬物, 就連在地下冬眠的蛇蟲鼠蟻, 也被驚醒。

在物理上, 聲音是一種波, 必須依賴物質, 作為傳播媒體。在不同的物質中, 有不同的傳播速度, 一般是密度越高的, 傳播速度就越快, 所以在金屬等的固體中, 速度最快, 液體次之, 而在氣體中則最慢。在我們日常生活中, 最普遍接觸到的聲波傳播媒體, 就是空氣。但聲波在空氣中的傳播速度, 卻更受到溫度的影響, 溫度越高, 傳播速度越快。春雷形成的大氣環境, 是溫度較低的空氣把溫度較高的空氣向上擡升, 途中造成春雷, 雷聲的聲波在空氣中傳播。

另一方面, 在物理上, 當一種波在一個傳播速度較慢的媒體中傳播時, 遇上另一個傳播速度較快的媒體, 會出現折射及反射的現象。春雷的聲波傳到地面, 會被反射回空中, 先在傳播速度較慢的較冷空氣中傳播, 當遇到較暖的空氣時, 又有可能再被反射回地面, 如此來來回回的被反射多次, 雷聲的能量較難散走, 迴響作用令雷聲久久不散, 給人特別響的感覺。

韋應物的《觀田家》全文:

微雨衆卉新,一雷驚蟄始。
田家幾日閒,耕種從此起。
丁壯俱在野,場圃亦就理。
歸來景常晏,飲犢西澗水。
飢劬不自苦,膏澤且爲喜。
倉稟無宿儲,徭役猶未已。
方慚不耕者,祿食出閭里。

2017年3月4日 星期六

手錶用作指南針


朋友在前篇留言: “記得小時候學過用手錶作指南針, 如果太陽位置是不斷變的, 此法應該不準確

我自己在少年時期參加過童軍, 亦學過類似的技術。方法很簡單, 將手錶平放, 以時針(俗稱短針)指向太陽的方向, 時針與12字之間的夾角的平分方向, 大約就是南方

假定我們身處在香港, 全年都需要定位, 時間是在早上10時和下午3, 用這個方法得出的方向, 與正南方的誤差, 絕大部份時間都少過10, 已算準確的了, 尤以在春分到秋分的幾個月間, 誤差更少。

相信這是一項在上世紀的軍人野外求生技術, 傳入民間, 因童軍的創辦人Robert Baden-Powell, 曾經是職業軍人。這項技術十分簡單, 最重要的當然是需要有太陽, 有時比較密雲時, 可嘗試在地上觀察自己的影子, 黑影的背面就是太陽。但在正午前後時, 太陽正在中天, 黑影在自己腳下, 難以決定太陽的方向, 所以不適合使用, 因為太陽在中天時一般都在12時半左右, 所以最佳時是在早上11時前和下午2時後。有時比較難決定太陽的方向, 可以用一支筆垂直, 將手錶的時針與筆的影子重叠, 會較為容易。

曾被告知這項技術只適合用在南、北回歸線之間的地方, 實在不然, 因這只是一個野外求生技術, 在危急時利用手上已有的資源來作大約定向, 勝過盲目亂闖, 只要不是很接近南、北極圈, 和在「午夜太陽」之下, 還是可以使用的。

其實在當年學習此技術時, 不是太用心, 因為感覺對我們是不現實。試想在60年代, 香港整個社會還不是富裕, 手錶貴過指南針很多, 指南針只需2圓左右, 而手錶最少也要100, 是一般「打工仔」半個月的工資, 很多成年人也沒有手錶, 何況是我們這些窮孩子。到了70年代中期, 電子業發達, 有了第一代的電子跳字錶, 手錶價錢才比較「貼地」, 但又不能用在定向方面, 是個頗搞笑的矛盾。

現時GPS很普遍, 但都是設計在駕駛汽車時導航用的, 隨身攜帶還是略嫌比較大和重, 而且還有電池的「續航力」問題。另一方面, 各人的手機都有很多Apps可以用作GPS, 但其實並不真正是用衛星的資料作定位, 只是依賴手機通訊網絡的轉繼站位置資料, 給手機定位, 所以在沒有手機網絡覆蓋的地方, 手機也無用武之地。如果去行山遠足, 還是用最原始的方法, 帶備地圖和指南針, 就最可靠了。

2017年2月27日 星期一

午夜太陽


地球並不是「立正」的對著太陽, 而是「側側」的傾斜約23.4度。在北半球的夏至那天, 太陽直照北緯23.4, 面對太陽的地方是白天, 背著太陽的是黑夜。但北極是傾斜向著太陽, 週圍的地方,縱使是在地球「背著太陽」的那邊, 仍然會受到太陽的照射, 這個範圍, 理論上是由北極開始, 向南約23.4, 即北緯約66.6度的地方, 稱為北極圈。同時, 因為南極是傾斜離開太陽, 相應的由南極至南緯約66.6度的地方, 即南極圈, 全日24小時都沒有太陽的照射, 全是黑夜。在冬至那天, 南、北兩極所見到的現象, 則是完全相反的。

在北半球的夏至那天, 在北極圈上的地方, 即使在午夜時份的12, 仍然會見到太陽, 是為「午夜太陽」。這只是在理論上而已, 由於地球的大氣層折射太陽的光線, 在北極圈以南約100公里的地方, 也會24小時都見到太陽, 而在北極圈上, 更會在夏至之前和之後的幾天, 都會見到「午夜太陽」, 而越接近北極, 見到「午夜太陽」的日數會越多, 是由夏至日向春分日提前,  和由夏至日向秋分日廷後。在北極那點上, 太陽在春分左右升起之後, 一直停留在天空中, 到秋分左右才落下, 從空中消失, 即一年只有一次日出和一次日落, 連續半年的白天和連續半年的黑夜。

對於習慣生活在日出而作、日入而息、晝夜分明的地方的人, 24小時都可以見到太陽, 簡直是一個奇景, 而且只有在接近南、北極圈中才可以看到。南極圈中只有屬於南極的陸地和海洋, 而且都是遠離人口聚居的地方, 所以要看「午夜太陽」, 就只有打北極圈的主意了。

雖然是在北極圈中, 可能是因為24小時有太陽, 夏天時的氣溫還是頗為溫和。以比較熱門觀看「午夜太陽」的挪威北部小鎮Alta(阿爾塔) 為例, 在北極圈以北約400公里, 夏天的平均溫度在1317度。每年的5月中的某天, 太陽在凌晨一時左右升起之後, 就留在空中, 直到7月尾的某天, 才開始有日落, 有「午夜太陽」的日子, 連續超過70天。

不過, 4月尾到5月中、和從7月尾到9月初的幾個星期中, 雖然每天都會有日落和日出, 但中間相隔只有幾小時, 黃昏日落後的暮光和黎明日出前的曙光時間互相重叠, 以至雖然天上沒有太陽, 天色還是很光亮的, 據說亮度還足夠看書不用開燈的呢。

除了在嚴謹的學術範圍中, 曙光和暮光在英文都是 twilight, 是泛指那種朦朧昏暗的天色。

這又想起The Platters 的名曲之一 Twilight Time

2017年2月21日 星期二

日出東方, 日落西沉?( 二)


太陽不斷的在南、北回歸線之間來回轉移, 造成四季、寒來暑往、春秋交替。

太陽雖然是在東邊升起、西邊落下, 升起和落下的位置, 是隨著季節的變化而改變。在北半球去看, 冬天時偏南, 夏天時則偏北, 只有在春分和秋分這兩天, 太陽直照赤道, 才是真正的從東方升起、在西方落下。

太陽位置隨著時日的變化不是完全「平均」的, 這與地球繞著太陽運行的軌跡有關。該軌跡是個略為偏心的橢圓形, 太陽亦不在橢圓的中心, 因而地球與太陽之間的距離, 亦在不斷的變化。從直覺去看, 每年的621日夏至, 1222日的冬至這兩點, 應該是在橢圓形軌跡的長軸上, 相距最遠, 但其實不是, 更有趣的, 地球距離太陽最近時, 是在冬至後的13, 即「近日點」, 而最遠時, 是夏至後的74, 即「遠日點」, 但兩個距離相差不大, 3.3%而已, 卻已造成一年中的四季長短不平均。以夏至與秋分之間最長, 94, 秋分與冬至之間是90, 而冬至與春分之間最短, 只有88, 一年餘下的90, 是屬於春分與夏至之間的了。

一年之中, 只有是在春分和秋分這兩天, 太陽直照赤道, 之後不是偏南就是偏北。在地理上, 以正北方為0, 從我們身處北半球的香港去看, 在春分那天, 太陽從正東方升起, 90, 在正西方的270度落下, 之後就逐漸偏北, 到夏至那天, 是從64度處升起, 296度處落下, 之後就向南移, 渡過秋分之後, 到冬至那天, 是從115度處升起, 245度處落下, 之後又向北移了。可以看到, 在夏至那天, 太陽升起和落下的位置, 相差達232, 而冬至那天則只有130, 相差102, 難怪夏天時的白天時間比冬天時的要長得多。

太陽的升起和落下的位置, 一年中來回移動了102, 即約每3.6日移動1, 但這只是個平均數而已, 中間的過渡變化其實是極不是平均的。細緻些去看, 在夏至和冬至的前和後約10, 太陽升起和落下的位置差不多沒有變化, 1210日到翌年的12, 都是115度和245, 而從612日到630, 都是64度和296, 亦即是說, 經「修訂」之後, 太陽的升起和落下的位置, 325天中來回移動了102, 即約3.2日移動1度。不過, 若再更細緻些去看, 在春分和秋分的前和後約10, 變化最快, 平均為每2日移動1, 有一閃而過之感, 其餘的日子, 平均約3.5日移動1度。

上述的數字, 只適用在香港, 不同的地方, 會有極大的差別。基本上在赤道與南、北回歸線之間的地方, 都會大致相同, 離開南、北回歸線向南、北兩極處, 變化會相當大。例如在南、北兩極圈中, 夏至前後會出現「午夜太陽」和「日不落」的現象, 是接近北極圈國家的旅遊大賣點, 相反在冬天時, 24小時都沒有太陽, 卻又是另一大賣點, 北極光是也。

從上述的數字去看, 要拍得一張獨特的有關太陽的相片, 確實極不易, 除了一定要遇上好天氣之外, 一天中的日了更常重要, 完全是可遇而不可求。

2017年2月8日 星期三

日出東方, 日落西沉?( 一)


不久前拍得一張構圖比較特別的日落相片, 與朋友們分享之後, 有個別詢問拍攝的時間、地點和位置, 當然如實報上。前兩天收到朋友的訊息, 他特意去到「現場」, 雖然天色良好, 但卻連太陽的踪影也看不見, 甚為失望。我給他的答案是: 太陽移位了。他的反應是: 太陽不是從東方升起, 在西方落下的嗎? 這是我們從小就被告知的常識, 但實際上, 只能說: 太陽是從東邊升起, 在西邊落下。

最基本的天文常識告訴我們, 地球環繞太陽運行, 運行一週就是一年, 同時地球作自西而東的自轉, 自轉一次就是一天, 令在地球上感覺太陽是從東邊升起, 在西邊落下。再詳細一點的是, 地球並不是「立正」的對著太陽, 而是「側側」的傾斜約23.4, 當北半球傾向太陽時, 就是北半球的夏天, 相反地傾離太陽時, 就是冬天了, 而南半球的冬夏與春秋, 則剛好與北半球的完全相反。

從此看到, 在每年的某一天, 太陽會垂直照射在北半球的北緯23.4, 之後就掉頭向南移向南半球, 又在某一天垂直照射在南半球的南緯23.4, 之後再掉頭向北。那兩天分別為北半球的夏至與冬至, 那兩條23.4度的緯度線就是北回歸線和南回歸線。

從地球上去看, 太陽是不停的在南、北兩條回歸線之間回移動, 中間會在某兩天經過和直照赤道, 在冬天過渡到夏天時, 那天便是春分, 另一天則是秋分。

由此看出, 在北半球的冬天時, 太陽偏在南邊, 而夏天時則偏北, 在偏南與偏北的來回過渡中, 太陽升起和落下的位置也隨著變化。在香港, 當見到太陽時, 大都是日在中天, 因為到處都是高樓大厦, 遮擋了地平線, 除了在少數地點又有適當的方向外, 否則很難可以看得到日出或日落, 也未必能察覺得到位置的變化。不過, 有一樣大家都會知道的, 就是冬天時天黑得比較早, 日短夜長。

另一個常識是, 在香港, 千金難買向南居, 因為冬暖夏涼。在冬天時, 太陽偏在南邊, 從向南窗照射入室內, 有光有熱, 帶來光明和溫暖; 在夏天, 太陽偏北, 自東而西從中天經過, 不會直照射入室內, 又很多時會有來自海上的西南風, 比較涼快。

就是因為在全年中, 太陽的位置不斷的變化, 要拍得一張關係到有太陽, 而又有特別構圖的相片, 簡直是可遇不可求, 除了是無法改變的太陽自然規律外, 還有天時、地利、人和等因素, 缺一不可。

至於太陽的位置如何變化, 另篇再續。