精勤司天,诚信修文分享 http://blog.sciencenet.cn/u/yuyw

博文

桂子山谈天:(2)古代中国天文学 精选

已有 3919 次阅读 2020-4-1 11:22 |系统分类:科普集锦|关键词:学者

古代中国天文学

前文讲到,至少到春秋时期我国的历法已相当成熟,从春秋至秦出现过黄帝历颛顼历、夏历、殷历周历、鲁历等几种不同的历法,合称古六历。它们对于一年的开头常常有不同的定义。遗憾的是,所有这些古历法均已散佚。但它们的存在仍然是值得确信的,毕竟历法的发展具有一个逐渐演变的过程,后世的历法无疑便是建立在这些古历法的基础之上。秦及汉初使用的是颛顼历,后在汉武帝的要求下,邓平、唐都、落下闳等人着手编写了一部统一的历法——《太初历》,成为中国后世历法的蓝本。《太初历》确定了春、夏、秋、冬的顺序,并规定孟春正月朔日为一年的开始,这正是中国春节的来历。《太初历》还首次完整地把二十四节气定入历法,并规定以无中气的月份为闰月,这也成为后世编写历法的定则。通过比较我们现在所使用的公历(阳历)和农历(阴阳历),我们可以很清楚地看到阴历月的日期总是会在不同的年份对应不同的阳历日期,这反映了阴历月的日期在回归年中所处的时间位置实际上会发生明显的移动。因此,如果以阴历月来反映四季更替、指导农事显然不够准确。而二十四节气的设立则恰恰是将回归年做了固定的分解,以此来反映四季的变化,这是中国历法的一个重要创举,意义重大。当然,时至今日,我们已然采用了纯粹属于阳历的公历(格里利),所以也就不再需要那么突出二十四节气的作用了。

尽管十九年七闰法可以很好地弥补阴历年和回归年之间的时间差,但毕竟没有完全消除。所以,日久天长,误差仍会不断累积。此外,更为复杂的问题是,回归年是根据两次春分点的时间间隔来定义的。然而,由于地球自转轴的进动(自转轴以26000年为周期的摆动)将导致春分点的移动,所以当太阳隔一年回到春分点的时候它实际上并没有完成完整的360度公转(缺了50”.2)。这就意味着回归年实际上略小于地球绕太阳公转的轨道周期(称为恒星年),差值为20分24秒。我们通常把这个差值称为岁差。东晋天文学家虞喜观测到当时冬至日黄昏处于中天的星是壁宿,而据传尧帝的时候却是昴宿,由此他认为存在岁差。岁差等复杂因素的存在使得一个时期所制定的历法并不能永远正确地实行下去,而必须根据实际观察进行修正。因此,在西汉以降两千余年的历史中,我国还先后产生过百余部历法,不过它们均是以《太初历》为蓝本。南北朝时期祖冲之的《大明历》、唐朝僧一行的《大衍历》和元朝郭守敬的《授时历》是这些后世历法中的优秀代表,其中祖冲之首次在历法制定中考虑了岁差的影响,而郭守敬则大大推进了岁差的测量精度。当然,中国历史上之所以会产生如此多的历法,科学因素只是一个原因,而另一个重要原因则是政治。在董仲舒等人所倡导的儒家逐渐将皇帝推上了“天子”的神坛之后,皇帝便成为了“天”在人间的代言人,皇帝的职责便是代天巡狩。那么,反映天道的历法自然也就成为了皇权的象征。所以,每当改朝换代的时候,皇帝们总是要多多少少修改一下前朝历法的。

基于实际的观察和总结,中国古代的天文学家一定对我们所处的这个天空或宇宙有过很多理性的思考。在这些思考之上,他们也做出过很多哲学式的想象,从而形成了几种具有代表性的宇宙观。其中之一便是在民间流传甚广的盖天说,即通常所说的“天圆如张盖,地方如棋局”。这种朴素的观点最容易与我们日常的感受相符,但常常经不起科学的推敲。所以以张衡为代表的天文学家提出了浑天说:“浑天如鸡子,天体圆如弹丸,地如鸡子中黄”,这种说法可与地球外面套着天球的唯象模型相符,是张衡他们开展天文观测的哲学基础,具有很好的现实操作性。最后,道家学派则主张宣夜说:“日月众星,自然浮生于虚空之中,其行其止,皆须气焉”。这种观点在普通人看来最为虚无缥缈,然后以现在的观点来看倒是最符合宇宙的实际情况。遗憾的是,古代的天文学们并没有对他们的这些宇宙观开展系统性的观测验证和数学建模(虽然他们个人的一些表述中可能存在过一些零星的论证),从而未能使它们成为真正的科学理论。这一点可能是与古代西方天文学最大的不同,而西方则正是从这一点出发产生了后来的自然科学。1.png

系统化宇宙理论在中国的缺失可能还在于受到了天人相应哲学思想的重要影响,它更加主导了古代天文学家们的努力方向。这种哲学思想的产生原因是复杂的,我们不打算在这里做太多的探讨。但我想其中之一在于,恰如历法所反映的事实,天象常常具有潜在的规律可供掌握,因而也就使掌握这些规律的人具有了某种预言的能力。而这种预言能力恰是人间生活所渴望的,因此自带光环的占天术正好应运而生,甚至成为了古代天文学家一个最重要的任务。《易系辞上》说:“天垂象,见吉凶,圣人象之”。《周礼》更是直接给出了“掌天星以志星辰日月之变化,以观天下之迁,变其吉凶”的表述。后来,在儒家将“天子”不断神格化的同时,“天”也在被逐渐地人格化,使它具有了人一样的情绪。因此,人们尤其是皇帝更是迫切希望对所有的天象做出世俗的解读,希望知道这位“天”究竟在想什么。随着皇权的不断强化,这种解读的权力也逐渐成为了皇权的专属,只不过它一般是通过御用的司天监来实现的(毕竟这是一个非常专业的工作)。皇权对天象的重视使得中国古代的天文学家可以在两千多年的历史中从未间断天文观测,并能为一些特殊的天象做出忠实的记录,这其中包括日食和月食、彗星、新星和超新星、流星和流星雨、太阳黑子等等。战国时期齐国人甘德所著的《天文星占》八卷和魏国人石申所著的《天文》八卷(两书合称《甘石星经》)是我国已知最早的记录和分析天象的系统性著作,其中特别研究了五大行星的运行规律。无论是出于何种目的,我国古代天文学家们在客观上为世界提供了一份历时最久、记录最全的天空档案,成为了全人类的宝贵历史财富。是至今日,这些记录仍可在一些天文研究中发挥重要作用。

2.png3.png

“天人相应”的思想同时也充分体现在了古代中国所特有的星官(即星座在古时的称谓)体系中,它可以用“三垣二十八宿”一词来概述。所谓三垣就是把北极星附近的星空分为三个区域,分别为紫微垣、太微垣和天市垣。它们所包含的星官中有玉皇大帝的宫殿、三公九卿的政府和三教九流的集市,可以说就是人间世界在天上的一个映射。除去三垣之外的四方星空又被分为苍龙(东)、白虎(西)、朱雀(南)、玄武(北)四象,每一象各包含七个星宿,合称二十八宿。三垣二十八宿合在一起总共包含283个星官,共1464颗恒星,可以说是一个非常完备的星空编组方式。在河南濮阳西水坡的一个6500年前仰韶文化时期的古墓中,人们发现在墓主人的两边分别用蚌壳砌成了龙和虎形象,并在他的脚头还有一个北斗的样子,这表明在早在那个时候中国人的思想中似乎就已经有了后世星官体系的萌芽,想来颇令人玩味。《甘石星经》中的星表是世界上已知最早的星表,记录了800余颗恒星的名字和测定了121颗恒星的位置(用赤道坐标系),可惜现已遗失。不过有幸的是,在湖北省随州市发掘的战国时期曾侯乙的墓中出土了一只衣箱(现存于湖北省博物馆),在其箱盖顶上清晰标记了二十八星宿的名称,使当时的天文学成就得以重现。三国时期,吴国的陈卓在甘石星表等的基础之上首次绘制了全天星图,成为后世的标准。唐代学者王希明更是创作了《丹元子步天歌》,以诗句的形式系统介绍了全天星图,使其更容易被大众所掌握。唐时王勃所撰写的名篇《滕王阁序》中,“星分翼轸、地接衡庐”、“龙光射斗牛之墟”等句中出现的翼、轸、斗、牛这些词便都是星宿的名称,可见这些知识在当时至少士大夫中的普及程度。我国现存于世的最早星图便是唐代留下来的敦煌星图。此图作为敦煌经卷的一部分原封存于敦煌的石窟中,清朝末年被英国考古学家斯坦因带回英国,现存于大英博物馆。留存于国内的最早星图则是南宋人黄裳所制的天文图,因其刻于石碑上而流传至今,现存于苏州博物馆。4.png

中国古代的司天监们为了能够精确地观测星空,常常会建造专门的观象台,并还制作了很多精巧的天文仪器。元代位于河南登封的观星台和明清时期位于北京的观象台目前都还留存于世。浑仪是中国最具代表性的古天文仪器,它由代表各种天球坐标系的环规和用于瞄准观测的窥筒组成。浑仪的建造始于汉代的落下闳、张衡,其后根据观测的需要又得到了历代天文学家(尤其是唐代的李淳风)的不断改进。但是,在完善其功能的同时,浑仪的结构变得越来越复杂,从而对实际观测造成了一定的困扰。因此,元代天文学家郭守敬决意将其简化,最终创制了简仪。现存于南京紫金山上的浑仪是明朝的遗物,是目前最古老的天文仪器。除了浑仪和简仪,古天文学家常用的仪器还有浑象、圭表、漏壶等,它们主要被用来演示星空的变化和记录时间。北宋时期,苏颂韩公廉等人还发明制造过一种叫做水运仪象台的大型自动化天文仪器,它以漏刻水力为动力推动仪器运转,以到达自动报时和天文演示的目的,可以称得上是世界上最早的天文钟。5.png

在中国明末清初的时代,欧洲由于文艺复兴运动的兴起,其文化包括天文学开始进入了快速发展的阶段。这些新兴的文化经由大航海和传教士(如利玛窦、汤若望)的传教活动逐渐流入我国,被我国的一些士大夫(如明内阁大学士徐光启等)所接触和熟悉,并在有限的范围内进行了传播。这个过程史称西学东渐,它从明末开始一直延续了整个清代,在晚清尤甚。正是在这样的一个背景下,有清一代的钦天监实际上均由西方传教士所主持,我国古代的传统天文学渐入颓势。因此,现陈列于北京古观象台(原清代钦天监)的赤道经纬仪、黄道经纬仪地平经仪象限仪纪限仪天体仪、地平经纬仪和玑衡抚辰仪(浑仪)8件仪器实际上均是由西方传教士(如南怀仁)设计建造,已深受当时欧洲天文学的影响。及至民国,以高鲁、余青松、张钰哲为代表的新一代天文学家留学欧美、学成归国,逐渐开启了中国天文学现代化的道路。





http://blog.sciencenet.cn/blog-104006-1226327.html

上一篇:桂子山谈天:(1)天文学的起源
下一篇:桂子山谈天:(3)西方天文学源流

6 黄永义 郁志勇 柳林涛 杨金波 张江敏 杜占池

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (2 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2020-6-6 10:38

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部