2018年7月28日凌晨2时24分27秒（海说神聊京时候），本年的第二场月全食将会如期而至。
糊口在现代社会，我们早已习惯切确到分秒的日月食预告。我们可以用激光测距切确地测量地月之间的距离；可以用从光学到射电分歧波段的不雅测，切确地测量出太阳系本家儿要行星的位置与速度。在这些不雅测的根本上，我们有年夜型计较机，可以细心计较各个行星之间的复杂摄动、近乎严酷的推算出它们的轨道，进而以极小的误差，确定出必然期间之内太阳系各个天体之间的掩食现象。
我们对此已经习觉得常。
可我们是什么时辰起头获得用科学计较预告日月食这种"通天"的能力的呢？
三百年前？五百年前？
以天文学备受正视、高度发财著称的古代中汉文明，在预告月食这件事上的记载是1500年前：敦煌出土的文献《海说神聊魏承平真君十一年历日至十二年历日》，记实了公元451年的两次月食。
但这并不是最早的。
今天我想给大师介绍的，是如许一个极年夜倾覆认知的考古发现：一个2000年前的月食计较器——或者说，人类的第一台模拟计较机。
Antikythera Mechanism. Credit: Marsyas
它的名字，叫做安提基瑟拉机构（Antikythera Mechanism）。
安提基瑟拉岛是希腊本土与克里特岛之间的一个小岛。1900年摆布，一队在此采集海绵的希腊潜水员不测发现一艘古代沉船，经判定年夜约是公元前100年摆布沉没的。这里地处希腊与罗马的海上商业航线四周，在这里发现一艘不幸的沉船并不是出格不测。
但从船上打捞出来的浩繁遗物中，包含几个已经严重锈蚀的铜质碎片，像是某种特别的机械布局，这就有点神奇了。此前甚至此后，人们都从未见过这么复杂的古代机械设计作品。
在频频几回搜查之后，人们一共找到了年夜大小小的82块残片。
T. Freeth et al. 2006
在最年夜的几块残片上，人们发现年夜量的齿轮以及精心描绘的沟槽，此外概况上还密密麻麻地刻着古代希腊文，像是这个机械的仿单。对这些残存铭文的解读，显示它的功能与天文有关。
Philip Chrysopoulos
在曩昔的一个宿世纪中，对残片布局的研究与回复复兴慢慢印证着人们的猜测。尤其是在2006年，考古学家利用X射线断层扫描手艺对残片内部布局进行了完整的测绘，揭示出年夜量细节，为搞清它的布局和功能打下了根本。
对这些残片的阐发表白，它包含两个年夜的组件。每一个上面都描绘着一个标识表记标帜着刻度的螺旋线。
T. Freeth et al. 2006
而细心数这些齿轮和刻度，几个神奇的数字呈现在考古学家的手中：223、235、365……熟悉历法的人立即可以看出，这些数字与太阳、月球运行的周期有着紧密亲密的关系。
为了理解这是什么意思，我们首先需要复习一下关于天文历法的一些根基常识：
我们知道一年的长度是年夜约365又四分之一天，这又被称为"埃及历"。因为年的日数必需是整数以便利利用，一般取365天，但每4年就会多积攒出来一天，我们采用每4年一闰日的方式进行调整。
而若是想把月球圆缺转变的周期，也即"朔望月"的长度也考虑进来，跟太阳在天空中转变的周期共同，配合构成"阴阳历"，工作就要复杂一些。前人很早就发现，19个太阳回归年的长度，差不多正好是235个朔望月的长度，所以若是每年只设置12个月，19年下来会多出来235-12x19=7个月。是以阴阳历的解决方案就是把这7个月按照必然的商定插入到19年中，这就是所谓的闰月。如许的19年我们叫做"默冬章"或者"默冬周期"。
若是我们认为每年都有365.25天，那19年会一共有365.25x19=6939.75天。仍然考虑到历法必需用整数，我们需要商定如许一个19年的周期一共有6940天。如许每19年会多出来1/4天，也即每76年就会多出来一天。76年这个周期，我们叫做"卡利匹克周期"；在每个周期中，我们需要减失落一天。
还有一个和日月食很是相关的周期，叫做沙罗周期。
我们知道因为月球轨道平面和地球公转轨道平面并不重合，并不是每次新月时城市发生日食、每次满月时城市发生月食。月亮会经常从太阳或地球本影的上方、下方滑过，而"错过"一场日月食。
月球在什么处所呈现才可能发生日月食呢——在月球轨道平面（白道面）与地球公转轨道面（黄道面）有条交线，这条交线在月球轨道上有两个交点，只有月球在新月、满月的时辰刚好呈现在交点上，才能发生日月食。
从地球上看曩昔，太阳、月亮仿佛如许活动
而当日月食发生的时辰，月球离地球有多远，决议了月球看起来有多年夜，进而决议了这场日月食的时候长度。
月球颠末统一个"交点"的周期叫做"交点月"，在轨道上颠末近地址的周期叫做"近点月"。因为月球轨道的进动，这两个周期是分歧的。
但巧就巧在，每223个朔望月、242个交点月、239个近点月，所需的时候几乎是一样的，年夜约是18年11又1/3天，这就是沙罗周期。
所以每一场日月食之前或者之后这么多天，在地球上城市发生一场极其相似的日月食。而沙罗周期的3倍，也即54年33天，则是统一个地址发生两次很是相似日月食的周期。
有了这些布景常识，那两个螺线的意思就显而易见了：
T. Freeth et al. 2008
在安提基瑟拉机构中找到这些相关数字，明白的意味着这个机械是用来推算历法、计较日月食的。是以它可以称作已知最早的月食计较器。
研究人员发现，安提基瑟拉机构不仅可以计较月相、指导历法、推算日月食，还能模拟整个太阳系天体的活动，可谓功能十分壮大了。
遗憾的是因为出土时它已经严重锈蚀而且割裂为年夜量残片，这个精巧的机构中一部门子系统已经散佚。这让研究人员实在费了一番脑子，以下展示一些试图重建整个机构的原貌的研究当作果：
例如 Edmund and Morgan 回复复兴的布局设计：
Edmund and Morgan
再如Evans等人回复复兴的该机构对太阳系那时所知5颗行星的模拟运行系统：
Evans J, Carman CC, Thorndike AS 2010
希腊亚里士多德年夜学 传授所做、希腊国度博物馆保藏的回复复兴设计：
Efstathiou
我国台湾当作功年夜学的两名研究人员林建良、颜洪森也对此进行了研究。这是他们对月相演示子系统的回复复兴：
在2016年出书的一本专著中，他们更系统性地穷举了所有可能的48种设计方案，例如：
可以说在现有信息的根本上，这根基解决了安提基瑟拉机构留给我们的疑团。
我们以往印象中只会呈现在近现代的精巧的机械设计，竟然在古希腊时代就已经存在，这不得不让我们思虑，在人类汗青的年夜大都期间，成长并不老是线性标的目的前的。伟年夜的文明可能毁于战火，文明的古迹并不总能得以幸存。不外科学家可以经由过程对比前后分歧期间、分歧文明的设计佳构，猜测出那时的工程设计思惟，可以操纵现代工程学常识穷举可能的设计方案，从前人留下的残砖碎瓦中，还原汗青的本相。
更多关于安提基瑟拉机构的研究详情，请参考下列文献资料：
Lin & Hong 2016, Decoding the Mechanisms of Antikythera Astronomical Device
林建良、顏鴻森 2011，安提基瑟拉機構之系統化復原設計研究当作果報告
M. Edmunds, P. Morgan 2000, The Antikythera mechanism: still a Mystery of Greek astronomy.
T. Freeth et al. 2006,
T. Freeth et al. 2008,
Evans J, Carman CC, Thorndike AS 2010, Solar Anomaly and planetary displays in the
Antikythera Mechanism.
