火星沖日對(duì)黃河流域大地震的影響

芮建勛

（上海師范大學(xué) 地理系，上海 200234）

0 引言

天文因素對(duì)于地震等重大自然災(zāi)害的影響是客觀存在的，國(guó)內(nèi)外在這方面進(jìn)行了較廣泛的研究，主要包括：全球大地震與天王星位置的關(guān)系［1］、太陽(yáng)系日、月行星等天文周期與中期地震預(yù)報(bào)［2］、大地震與朔望的關(guān)系［3］、天體運(yùn)行規(guī)律與地震預(yù)報(bào)［4］、地震活動(dòng)性的天文學(xué)研究［5］、日月引潮力觸發(fā)地震［6］、太陽(yáng)系天體的特殊位置對(duì)地震的作用［7］，基于太陽(yáng)系主要行星位置的特大地震時(shí)間預(yù)測(cè)模型［8］、行星、日月布局與地震預(yù)測(cè)［9］、強(qiáng)震與天體位置［10］以及與地球天文陣列的關(guān)系［11］、天文因素與我國(guó)大陸大震趨勢(shì)研究［12］等。相對(duì)于其它星體，尤以月球?qū)Φ厍蜃匀粸?zāi)害影響的研究為最多，如朔望與暴雨、朔望與地震等。在太陽(yáng)系主要天體成員中，月球是離地球最近的星體，它與大地震的發(fā)生有著最為密切的關(guān)系［13］，因而也是影響大地震的主要天文因子之一。

上述研究工作，在尋找觸發(fā)大地震的天文因子方面作了有益探索，推動(dòng)了我國(guó)天文災(zāi)害學(xué)與天文地震學(xué)的研究。但主要是從天體的視赤經(jīng)［1］、朔望［3］、月球升交點(diǎn)黃經(jīng)［7］、視黃經(jīng)［8］等角度來(lái)度量天體位置，均缺乏對(duì)星體位置與布局進(jìn)行測(cè)度的模型。1980年代末，欒巨慶創(chuàng)新性地提出了行星對(duì)應(yīng)區(qū)理論模型，設(shè)計(jì)了視赤經(jīng)地心距天象圖、視赤經(jīng)視赤緯直角坐標(biāo)天象圖，較完整地描述、刻畫了星體位置與格局，發(fā)現(xiàn)了火星通過(guò)沖日影響地震的規(guī)律［14］。但是，一方面由于所采用的大地震數(shù)據(jù)較少（僅截止到1976年），另一方面，對(duì)火星沖日與大地震關(guān)系之研究也缺乏系統(tǒng)性。

因此，本文在前人研究工作的基礎(chǔ)上，以1900—2014年期間我國(guó)黃河流域31個(gè)7級(jí)以上大地震歷史事件為例，計(jì)算了地震當(dāng)年以及震前最近一次的月球回歸赤緯極值、火星視赤緯及沖日位置，研究火星沖日位置與黃河流域大地震的關(guān)系，以及火星沖日與月球回歸赤緯共同影響下的無(wú)震期與有震期。在驗(yàn)證、完善行星對(duì)應(yīng)區(qū)理論模型之基礎(chǔ)上，推進(jìn)該理論模型從定性走向定量、從現(xiàn)象描述進(jìn)入模型構(gòu)建階段，最終為地震預(yù)測(cè)服務(wù)。

1 火星沖日的災(zāi)害效應(yīng)

1.1 星體格局對(duì)地震的作用機(jī)理

太陽(yáng)系除水星、金星、月球之外，其它天體均具有磁性，因此是一個(gè)磁體群。行星對(duì)應(yīng)區(qū)理論認(rèn)為，太陽(yáng)以及行星的磁場(chǎng)對(duì)地下巖漿（地核的主要成分是液態(tài)鐵和鎳）有很強(qiáng)的吸引力，這種作用力比萬(wàn)有引力大1014倍。當(dāng)行星視位置對(duì)應(yīng)地表某個(gè)流域時(shí)，會(huì)吸引其它區(qū)域的地下巖漿到此流域的地下聚集，因而該流域地殼穩(wěn)定、不易發(fā)生地震；而沒(méi)有行星對(duì)應(yīng)的其它地方，由于地下巖漿外流而呈空虛狀態(tài)，就易發(fā)生地震。而且，星體在不同的視位置對(duì)地球的作用結(jié)果在地表以地帶性規(guī)律呈現(xiàn)出來(lái)，如黃河流域（33°～41°N）對(duì)應(yīng)的視赤緯范圍在天赤道北側(cè)（視赤緯為正）為19°～22°［14］，在天赤道南側(cè)（視赤緯為負(fù)）也存在上述對(duì)應(yīng)關(guān)系，且呈鏡像分布。

行星、月球?qū)?yīng)某流域的持續(xù)時(shí)間、對(duì)應(yīng)位置以及所對(duì)應(yīng)星體的數(shù)量、格局等不斷變化，主導(dǎo)著地震等自然災(zāi)害的時(shí)空規(guī)律。地震等重大自然災(zāi)害的發(fā)生，主要是因星體格局的改變導(dǎo)致影響地球的磁場(chǎng)發(fā)生突變而起，如太陽(yáng)活動(dòng)的谷年、峰年是大震的高發(fā)期，黃河流域的大震主要發(fā)生在月球回歸赤緯降低的那些年份等。太陽(yáng)系眾星體的視位置或布局（包括下合、沖日、月球回歸、朔望等天文奇點(diǎn)或現(xiàn)象）不斷變換、組合，它們的作用力（非萬(wàn)有引力）要么疊加、要么抵消，通過(guò)時(shí)間積累，對(duì)地球產(chǎn)生影響。盡管月球沒(méi)有磁場(chǎng)，但它可以改變地球外圍的磁場(chǎng)環(huán)境。月球的升（降）交點(diǎn)在18.61a的周期性運(yùn)動(dòng)中，主要是通過(guò)回歸赤緯的變化來(lái)產(chǎn)生上述影響，因此它是影響大地震發(fā)生的最重要的天文因子之一。除了月球（回歸赤緯），火星也是影響地震的天文因子。一方面因?yàn)榛鹦鞘请x地球最近的外行星，同時(shí)它又可充當(dāng)木、土巨行星的介質(zhì)［14］。因此，在月球回歸赤緯的天文背景基礎(chǔ)上，加上火星沖日、內(nèi)行星下合、朔望等其它星體的效應(yīng)，共同組成了觸發(fā)大地震發(fā)生的天文條件。

1.2 火星沖日與地震

我們知道，火星公轉(zhuǎn)周期為687天。因此，火星沖日一般每2年發(fā)生1次，在100年內(nèi)平均有47次沖日現(xiàn)象。火星在同一位置的沖日周期約15～17 a。沖日時(shí)，如果從北黃極俯視，會(huì)發(fā)現(xiàn)火星、地球與太陽(yáng)基本呈一直線分布?；鹦菦_日的時(shí)間一般為3～9個(gè)月，期間會(huì)有一段時(shí)間離地球最近。其視運(yùn)動(dòng)會(huì)呈現(xiàn)順、逆、留的特征，幾個(gè)月的長(zhǎng)期對(duì)應(yīng)勢(shì)必會(huì)觸發(fā)某些區(qū)域發(fā)生大震?；鹦菦_日同朔望一樣，都屬于天文奇點(diǎn)，而后者對(duì)于地震［3］、暴雨、干旱［15］等影響已被人們所認(rèn)識(shí)。相對(duì)月球，火星運(yùn)行很慢?；鹦菦_日期間（地球位于火星、太陽(yáng)之間），它離地球最近，且歷時(shí)長(zhǎng)。因此有著比月球回歸更長(zhǎng)久的時(shí)間來(lái)影響某個(gè)流域的地下巖漿，從而使其它流域（特別是相鄰流域）具備了發(fā)生大震的條件，而火星沖日時(shí)所對(duì)應(yīng)的流域，則不會(huì)發(fā)生大地震。如1954年黃河流域北部發(fā)生了2次（分別是2月的甘肅山丹東北、7月的內(nèi)蒙古騰格里沙漠北）7級(jí)以上大震，火星于當(dāng)年4—10月在東北地區(qū)沖日；2014年2月新疆于田縣（與黃河流域同緯度）發(fā)生7.3級(jí)大震，火星1—8月在珠江流域及以南沖日（表1）。

表1 我國(guó)黃河流域7級(jí)以上大地震與對(duì)應(yīng)年份火星視位置

續(xù)表1

1.3 火星視位置的計(jì)算與表達(dá)

本文采用國(guó)際著名的開源天文計(jì)算工具包Py－Ephem，在Python語(yǔ)言環(huán)境下，計(jì)算了相應(yīng)年份的火星視位置（包括視赤經(jīng)、視赤緯與地心距），均以UTC（協(xié)調(diào)世界時(shí)）的00 時(shí)刻為準(zhǔn)，默認(rèn)紀(jì)元為J2000。

為了揭示火星視位置、沖日位置對(duì)大地震的觸發(fā)機(jī)制與影響規(guī)律，采用視赤經(jīng)地心距極坐標(biāo)天象圖，以準(zhǔn)確反映火星的視赤經(jīng)RA 以及離地球的距離d（圖1），圖中各條曲線反映的是火星沖日階段的視赤經(jīng)與地心距。

圖1 火星在黃河流域沖日與特殊大震

2 火星視位置對(duì)大地震的影響

2.1 黃河流域的歷史大震

自1900年以來(lái)，黃河流域（33°～41°N）共發(fā)生7級(jí)及以上大地震31 次，其中新疆12 次，青海5次，甘肅3次，寧夏2次，西藏2次，河北4次，遼寧1次，山東1次，渤海1次，見表1。

2.2 視赤緯與大地震

根據(jù)行星對(duì)應(yīng)區(qū)理論模型［14］，黃河流域?qū)?yīng)的視赤緯范圍為19°～22°。即當(dāng)某個(gè)星體的視赤緯進(jìn)入該范圍時(shí)，是黃河流域不發(fā)生大震的天象（最終是否發(fā)生大震將取決于多個(gè)星體的共同作用，要么疊加、要么抵消）。該區(qū)間稱作黃河流域的無(wú)震區(qū)，對(duì)應(yīng)的時(shí)期稱無(wú)震期。通過(guò)計(jì)算上述大震發(fā)生當(dāng)天的火星視赤緯以判斷其是否進(jìn)入無(wú)震區(qū)（表1）。

發(fā)現(xiàn)上述31次大震中，有28次（占90%）大震發(fā)生時(shí)，火星視赤緯都不對(duì)應(yīng)黃河流域，因此是該流域發(fā)生大震的天象。只有3次大震發(fā)生時(shí)，火星視赤緯對(duì)應(yīng)著該流域，分別是1955年烏恰大震（2次）和2010年玉樹大震，對(duì)應(yīng)視赤緯依次為21.48°、21.12°，均處于19°～22°區(qū)間（黃河流域無(wú)震區(qū)），如果僅根據(jù)火星視位置判斷是不應(yīng)該發(fā)生大震的。一個(gè)流域最終是否發(fā)生大震，首先取決于月球回歸赤緯，其次是火星視位置（特別是沖日位置）、木土?xí)衔恢玫绕渌煳囊蛩?。它們的共同作用，決定著一個(gè)區(qū)域是否將發(fā)生大震。

3 火星沖日位置對(duì)大地震的影響

3.1 沖日年份及個(gè)別大震

通過(guò)繪制大震發(fā)生年份的視赤經(jīng)地心距天象圖（該圖能同時(shí)反映視赤經(jīng)及各星體離地球的距離），據(jù)此判斷火星沖日位置、是否為沖日年等。自1900—2014年，發(fā)生約57次火星沖日現(xiàn)象，其中14個(gè)（次）對(duì)應(yīng)黃河流域的沖日年份中，僅有3個(gè)年份在黃河流域發(fā)生了大震（4 次），分別是1937年（2次）、1969年與1990年（表2）。因此，它們屬于特殊震例，占該流域沖日年份的21.43%。

表2 火星在黃河流域沖日的年份

圖1中，黑色曲線表示在黃河流域沖日的年份無(wú)大震（即正常年份，為了保持繪圖的清晰度，僅顯示個(gè)別年份的沖日位置），紅色曲線表示上述的4個(gè)特殊震例（即在黃河流域沖日時(shí)發(fā)生了大震）。其中1937年菏澤大震、1969年渤海大震發(fā)生時(shí)，火星沖日現(xiàn)象均發(fā)生在第3象限的黃河流域（鏡像區(qū)）。

1937年黃河流域發(fā)生了2次大震，當(dāng)年月球回歸赤緯處于降軌時(shí)期，1—2月回歸赤緯（23.43°～23.24°）對(duì)應(yīng)東北地區(qū)，木星1—2月也對(duì)應(yīng)東北地區(qū)，土星當(dāng)年徘徊于赤道，遠(yuǎn)地行星海王星在秋分點(diǎn)附近，火星1—2月視赤緯為－10.24°左右，鏡像對(duì)應(yīng)珠江流域以南。因此黃河流域在當(dāng)年1—2月處于易震期，當(dāng)年1月阿蘭湖東發(fā)生了7.5級(jí)大震。

阿蘭湖東大震之后，火星才于3月中旬至8月初于長(zhǎng)江流域、黃河流域交界處沖日，且長(zhǎng)期對(duì)應(yīng)（圖1）。其中6—8月期間視赤經(jīng)跳出黃河流域而對(duì)應(yīng)長(zhǎng)江流域，火星視赤緯8月1日為－22.08°，持續(xù)升高并進(jìn)入黃河流域與東北地區(qū)交界處。月球回歸赤緯到7月仍然維持在22.63°左右，與火星視赤緯同時(shí)對(duì)應(yīng)兩流域交界處；木星對(duì)應(yīng)區(qū)到8月也移至同樣區(qū)域，造成黃河流域北部地下巖漿充實(shí)而南部地下空虛。因此，南部發(fā)生了大震（當(dāng)年8月1日，菏澤7.0級(jí)大震，35.4°N）。

1969年木星、天王星長(zhǎng)期對(duì)應(yīng)赤道（秋分點(diǎn)）地區(qū)，金星2—5月于珠江流域以南下合，火星于黃河流域與東北地區(qū)交界處沖日。其中，4—6月全對(duì)應(yīng)于東北地區(qū)（該地區(qū)還有7月的水星下合后對(duì)應(yīng)），7—8月只有視赤經(jīng)對(duì)應(yīng)黃河流域，視赤緯已對(duì)應(yīng)東北地區(qū)以北區(qū)域。即中間的黃河流域?yàn)閹r漿空虛地帶。在火星單對(duì)應(yīng)時(shí)，遇到了月球回歸赤緯極偏北（7月28.46°）的情形。因此，大震發(fā)生在黃河流域北部同緯度的渤海（38.2°N）。

1990年前后，三大遠(yuǎn)地行星長(zhǎng)期鏡像對(duì)應(yīng)東北地區(qū)，是太陽(yáng)活動(dòng)低谷期，同時(shí)也是大震活躍期。4月26日青海發(fā)生7.0級(jí)大震時(shí)，火星還在長(zhǎng)江流域鏡像區(qū)對(duì)應(yīng)，距黃河流域沖日還早，8月底火星才進(jìn)入沖日階段、一直到次年3月離開。同1937年1月阿蘭湖東大震一樣，都屬于震后沖日的例子，因此這些大震與之后發(fā)生的火星沖日現(xiàn)象無(wú)關(guān)。

2014年后最近的一次火星沖日將發(fā)生于2016年3—9月，在黃河流域鏡像區(qū)沖日（視赤經(jīng)僅比1937年多3°），見圖1。沖日方位和時(shí)間與1937年非常相似（1937年火星于3—7月在長(zhǎng)江流域北部、黃河流域中南部鏡像區(qū)沖日）。2016年，月球回歸赤緯從極低值開始升高，但仍比2014年的回歸赤緯低，長(zhǎng)江流域無(wú)大震；木星全年在秋分點(diǎn)附近，三大遠(yuǎn)地行星合成對(duì)應(yīng)赤道（春分點(diǎn)附近），且該年還是1957年大震（黑龍江東寧西南7級(jí)、臺(tái)灣花蓮附近7.2級(jí)）后的59年周期震年。因此，黃河流域應(yīng)該處于無(wú)大震期。

3.2 其它流域沖日期間的大震

火星沖日一般會(huì)持續(xù)幾個(gè)月，并將對(duì)應(yīng)1～2個(gè)流域。在上述黃河流域的31次大震中，由火星在其它 流 域 沖日（如2014年、2010年、2008年 等，見 表1）所引發(fā)的大震就有18 次，占61.29%，其中2 次（1937年阿蘭湖東、1990年共和西南）是大震后沖日。嚴(yán)格地講，這2次大震都不是發(fā)生在沖日期間的幾個(gè)月之內(nèi)，只是發(fā)生在沖日年內(nèi)而已。以上事實(shí)說(shuō)明，當(dāng)火星沖日位置對(duì)應(yīng)于黃河流域期間，則該流域不會(huì)有大震。

4 結(jié)論及討論

火星沖日作為影響大地震的主要天文背景之一，由此所決定的黃河流域之無(wú)震期或有震期并不是絕對(duì)的，因?yàn)樘?yáng)系星體對(duì)大地震的影響有主次之分。除了太陽(yáng)活動(dòng)的影響之外（如黃河流域大震主要發(fā)生在7—8月，太陽(yáng)活動(dòng)極值年特別是谷年，是該流域大震活躍期），首先是月球回歸赤緯對(duì)大震的影響；其次是火星沖日的影響，火星視赤緯、沖日位置等與黃河流域的大震有著密切關(guān)系，對(duì)應(yīng)黃河流域沖日時(shí)，該流域就進(jìn)入無(wú)震期，不易發(fā)生大震；再次，大地震還受其它行星對(duì)應(yīng)等影響，并對(duì)無(wú)震期產(chǎn)生干擾，如木土?xí)希?9年大會(huì)合周期）與合成周期（20年周期）以及遠(yuǎn)地行星的影響。上述諸因子綜合作用，主宰著地震的發(fā)生規(guī)律。可見，從天文學(xué)角度揭示大地震的觸發(fā)機(jī)制與地帶性規(guī)律，有助于進(jìn)一步系統(tǒng)地研究大地震與太陽(yáng)系天體位置的關(guān)系，提高對(duì)地震發(fā)生機(jī)理的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而為地震預(yù)測(cè)作出一定的貢獻(xiàn)。

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