2022-03-17 20:16

1874年,一个研究北极光的公民科学项目帮助激发了时区的灵感

几千年来,人类一直好奇地注视着北极光,思考着它们的性质和来源。即使在今天,这些曾经神秘的现象仍然令人敬畏,尽管我们现在对它们的理解有所提高。尽管如此,我们对北极光的大部分了解是最近才出现的,在过去一两个世纪。19世纪的天文学家和气象学家花了数年时间来研究极光,他们想知道极光是地球大气天气的一种特征,还是外层空间的一种特征,或者是介于两者之间的某种东西。这个长达几个世纪的探索北极光的尝试是一项巨大的、国际性的工程,幸运的是,它甚至帮助激发了现代社会的基础之一——时区。

在19世纪70年代,领导探索北极光的人是克利夫兰神父。美国人可能知道阿贝是美国国家气象局之父,他在俄亥俄州辛辛那提基地发布了美国历史上第一批稳定可靠的天气预报。但作为一名气象学家和天文学家,他还参与了地球物理学的研究,1874年4月的一场强大的太阳风暴为他提供了一个研究北极光的独特机会。


北极光创造了令人惊叹的舞动的光。这一特殊的极光是塞巴斯蒂安·科瓦尔斯基于2017年3月1日在挪威拍摄的。资料来源:维基共享网站的塞巴斯蒂安·科瓦尔斯基。

正如我们现在所知,极光是太阳风与地球磁层中的带电粒子相互作用的结果。当这些粒子在上层大气中被轰击时,它们以惊人的方式释放出光能,创造出奇妙的绿色和蓝色(以及其他颜色)窗帘。极光爱好者们都知道,太阳耀斑——太阳辐射的强烈爆发——可以极大地增加极光的活力和颜色,也可以增加它的宽度。特别强烈的太阳风暴有时会将极光推向纬度较低的地区,使其在美国和世界各地的中纬度地区大面积可见。

1874年4月7日,其中一场暴风雨引起了一场特别令人难忘的表演(尽管与1859年著名的卡灵顿事件相比,这只是一场中等规模的风暴,当时人们还很容易记得)。阿贝抓住了研究极光的机会,如果可能的话,他希望了解极光在地球上方的高度,并将其与同期的天气现象和磁场观测进行比较。

为了完成这项任务,阿贝需要多个数据点——换句话说,他需要从全国多个地点进行观察。幸运的是,由于他的位置是一个天气预测专家,阿贝已经在美国各地保持了一个联系网络,谁帮助他收集气象数据为他的天气报告。那天晚上,阿贝让他们去观察北极光。这个团队由大约80名公共志愿者和20名专家观察员组成,使这个项目成为公民科学合作的早期范例(可能是现代公民科学项目,如Zooniverse或[email protected]的间接祖先)。


这是现存最古老的北极光照片。这张照片是马丁·布伦德尔于1892年1月6日在挪威阿尔塔的博塞科普拍摄的。资料来源:阿尔塔博物馆世界遗产岩石艺术中心。

然而,这个项目并没有按计划进行。阿贝发现,问题在于,这些分散在全国各地的志愿者使用他们自己的当地时间系统进行观察。因此,为了得出有用的结论而相互比较观察结果是极其困难的。阿贝沮丧地写道:“观测者的时钟和手表的误差,甚至他们使用的时间标准,通常都没有被说明……因此,这个至关重要的问题的不确定性将会使一些有趣的特征变得模糊。”

这个问题非常普遍,阿贝决定自己动手解决,与美国计量学会(AMS)合作,试图设计出一个永久性的解决方案。给他留下深刻印象的是AMS成员、数学家本杰明·皮尔斯(Benjamin Peirce)提出的一项建议,他建议将美国划分为一系列一小时范围的时区。

几年后,阿贝收到了加拿大铁路工程师桑福德·弗莱明(Sandford Fleming)的来信。弗莱明也在试图找到一种时间标准化的方法,在他看来,这是为了让跨大陆铁路同步运行。阿贝和弗莱明(以及其他一些人)一起把他们的想法带到国会,请求他们合法地在美国建立时区。铁路在1883年11月首次采用了这一制度。一年后,在华盛顿特区举行的一次国际会议在格林尼治建立了全球本初子午线。在接下来的几十年里,世界各国开始以这种子午线为基础,以某种形式采用时区。


参加国际会议的代表们 《子午线会议》(1884年 格林尼治被选为本初子午线。克利夫兰阿贝在后面,左数第二 T(部分被白胡子天文遮住 刘易斯·卢瑟福站在他面前)。维基共享。

今天,时区无处不在。人们通常将时区的起源归因于铁路,这在一定程度上是正确的,但值得记住的是,时区也是出于好奇的人们的需要,他们试图了解我们的世界及其在宇宙中的位置。克利夫兰·阿贝和他的一小群公民科学家,他们只是想要一种更好的方法来记录时间,当他们看到北极光在头顶起舞时,他们确实改变了我们生活的世界。这是一个令人愉快的想法,说明了好奇心和合作的力量可以带来改变。

顺便说一下,如果你想知道,科学家们——比如阿贝——最终揭示了北极光往往出现在地球上方100-300公里的高度之间:在卡门线之上,但足够低的大气相互作用使五颜六色的光显示成为可能。

了解更多:

北极光并不是唯一影响人类计时的天文现象。1874年金星凌日和1882年再次凌日,同样让全球的天文学家争相寻找同步时钟的方法,(天文学家试图利用金星凌日来确定天文单位——地球和太阳之间的距离——而这只能通过比较多个观测点的凌日数据才能实现)。


这些天文事业最终使全球计时问题引起了公众的注意。尽管科学和科学研究有时看起来冷漠,但它曾经——现在仍然——对文化和社会有很强的影响。

你可以在“时钟说谎:科学社会和时间的构建”一书中了解更多关于这个故事和其他类似的故事,这是一本关于全球计时的学术性历史书,最近由麦吉尔-皇后大学出版社出版。斯科特·艾伦·约翰斯顿,2022年。

Additio阅读部分:

伊恩·巴特基,《标准时间的采用》,《技术与文化》(1989)。


特色图片:sopus Tromholt在晚上7:55观察到他画的极光展示(“极光分裂”)的照片。1882年10月6日众所周知,早期的相机很难捕捉到北极光。1885年,Tromholt写道:“我尝试拍摄北极光的每一次尝试都失败了……尽管我使用了最敏感的干燥板,并将它们曝光4到7分钟,但我没有成功获得哪怕是最微弱的底片痕迹。”原因是,我相信,光的强度小,化学作用有限。因此,该作品所附的Koutokeino的北极光插图……是我自己绘画的摄影复制品。”索普斯·特罗姆霍尔特著,《在北极光的照耀下》,卡尔·西厄斯翻译,1885年在伦敦出版。资料来源:Sophus Tromholt, UBB系列。