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天文学中上元积年的计算

已有 6373 次阅读 2014-3-27 16:54 |系统分类:科普集锦

曲安京教授的硕士论文选题是关于上元积年的计算,几乎所有中国传统历法都是围绕上元积年来编排的,要搞清楚传统历法的构造机理,就必须弄清楚上元积年的算法系统,但这是一个长期以来天文学史与数学史界都未能解决的问题。通过一番努力,曲安京教授终于圆满解决了这个难题。

中国古代的历法有一部分是在二十四史中保留下来的,但还有很多部分都丢了,只是零星的数据还保留下来。而曲安京教授可利用其天文学常数系统理论,把这些数据全都可以复原出来。这是一个了不起的天文学贡献。

对于其中研究的乐趣,他高兴地叙述到:

当时数学史界对天文学史很感兴趣,有一个比较重要的题目,就是中国古代数学史中非常重要的东西,叫做不定分析。简单来讲,就是不定方程方面,或者叫一次同余理论方面的一些东西。这一理论在中国宋元时期发展的非常完善,比如说中国剩余定理在世界上都是非常有名的,在数论书上都有它。那么,这个问题在中国古代是和天文学有关系的,就是计算天文学上的起算点。当然现代天文学上任何时间都可以当起算点,但在中国古代,这个起算点是个非常特殊的时刻。它一定是甲子年。我们是六十年一周期嘛,应该是甲子年,还要是甲子日,还要是冬至日,还要是太阳经过近地点,诸如此类的这种很多的条件汇合起来,还要在夜半时刻,还要金木水火土五星都要汇聚在一个地方上,还要发生日食等等这样一个很特殊的时刻。这个特殊的时刻不是你想定就定的,必须是找出来,找这个特殊时刻就要有一种算法。这个算法就是中国剩余定理要去做的一个算法,计算出来是非常大的一个数字。

这个起算点在中国古代历法中叫做上元。一直在元代的最后一部历法《授时历》以前,中国所有的主要历法都要计算起算点的。但《授时历》以后,说起算点不重要,不去计算它了,把它废掉了。大概从1280年开始以后,中国古代历法中就不再去计算这个起算点了。那么,这一耽误就七八百年过去了,大家都不知道这个起算点到底是怎么计算的,只说数学上有一个方法可以做这件事情,但是不知道这个东西怎么做出来的。

老师当时告诉我说,这个题目,你去做吧。我先做第一部历法,叫做《三统历》或者叫《太初历》。这是最早的一部历法,其中就开始计算上元积年了。我觉得蛮有意思的。开始做的时候,想很多办法还是做不出来。后来我发现,仅仅针对这一部历法,这个谜到底怎么回事情还是解决不了,我需要多弄几部历法才能把这件事情做出来。因为中国古代的历法换的还是比较多的,现在完整存在的历法大概有三四十部。中国古代历史上,两千多年出现的历法大概能有两百部左右,所以这个历法还是非常多的。每部历法的上元积年都是不一样的,到底是怎么计算的,这个是需要我去考虑的问题。然后,我就把它们完整地放到一块去考虑这件事情。这个事情考虑了以后呢,确实是有一个很大的结果出来了。

这个结果就是,我是基本上一揽子把这件事情彻底解决了。这个谜题——上元积年怎么计算,从明末清初开始,就有很多搞古代历法的人,对这个问题非常有兴趣。他们也提出很多方案,但是都没有办法去解决这件事情。这相当于已经有三四百年的一个谜了。我基本上就把这件事情做出来了。

同时,做这个上元积年的过程中,我发现了中国古代历法中有一个天文学常数系统。天文学常数系统是现代天文学的概念,很多人都认为中国古代天文学常数是独立的。但是,我发现中国古代确实存在一个天文学常数系统。现代天文学中会有一个理论体系,给出一些定义常数,然后再选择几个基本常数,用理论体系可以把其他的一些常数推导出来了,叫导出常数。

我发现,在中国古代历法中,也存在一些基本常数,比如说朔望月,像回归年这就叫基本常数,那么其他一些周期呢,比如说五星会合周期,日食周期这些东西,我觉得都是导出常数。这些导出常数,按我的天文学常数系统的理论,知道了上元积年,也知道了回归年和朔望月,基本上可以把其他常数推导出来。历法中选择什么常数,我就可以复原出来。

这是我的硕士论文中做的一个比较漂亮的结果。首先我把上元积年怎么计算的,我可以把它做出来,第二个,我这个计算出来的结果,可以用这套理论去告诉大家,其他的这些常数到底是怎么确定的,这也是比较好玩的。

 

 



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