中国古代的天文和历法_派派后花园

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[人文通史] 中国古代的天文和历法

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中国古代天文历法的演变




  中国是世界上天文学发达最早的国家之一。由于生产和生活的需要,人们从远古时期开始就已经对天文现象进行观察,经过世代连续不断的努力,积累了越来越多的天文学知识,并逐渐形成了内容丰富且具有独特风格的天文学体系。中国古代天文学在许多领域曾长期在世界上处于领先的地位,在世界天文学史和中华民族文化史上,都写下了光辉的篇章。

中国古代天文学的最主要组成部分是历法,换一句话说,历法是中国古代天文学的核心。中国古代历法不单纯薀拓于历日制度的安排,它还包括对太阳、月亮和土、木、火、金、水五大行星的运动及位置的计算;恒星位置的测算;每日午中日影长度和昼夜时间长短的推算;日月交食的预报等等广泛的课题。从某种意义上讲,中国古代历法的编算相当于近现代编算天文年历的工作。为此,我国古代天文学家展开了一系列的观测与研究活动:譬如对历法诸课题的共同起算点——历元的选定,对一个又一个天文学概念的阐述,对种种天文常数的测算、各种天文数表的编制,对具体推算方法、天体测量方法和数学方法的抉择和改进等等。这些就构成了中国古代历法的基本框架和主要内容。


  当然,中国古代天文学还包涵更广泛的内容,如中国古代特有的、精良的天文仪器的设计与制造,关于宇宙理论的探讨,以及对一系列天象特别是奇异天象的长期系统的观测与记录等,它们与历法一起,组成了中国古代天文学的十分丰富多彩的体系。


  中国古代天文学体系经历了发生、发展、完善、没落,最终融入近现代天文学的漫长演变过程。下面我们拟分六个阶段(即如下六节)简要地加以介绍。




西周以前的天文学知识



  这是一个天文学知识开始萌芽和初步积累的漫长历史时期。由于生产和生活的需要,从对星辰出没、日月运动的观测中,人们逐渐形成了与这些需要密切相关的年、月、日等时间长度的概念,进而产生了初始的历法系统。由于占卜活动的需要,人们对天象变化、尤其是异常天象的出现,极为关注,这也刺激了人们对天象观测的重视,并由此逐渐形成了天象记录的传统。这些都给后世的发展以深刻的影响。



一、观象授时时期



  我们的祖先,生息在中国辽阔的土地上,人们在自己的生产和生活实践中,逐渐发现日月星辰的升落隐现,自然界寒来暑往,猎物的出没和植物的荣谢等自然现象,对于人类的生存有着密切的关系。所以有意识地观察和认识这些自然现象,以期顺乎自然,求得自身的发展,便成为先民们感兴趣的问题之一,从中也就逐渐萌发出天文学知识的嫩芽。

  太阳对人们无疑是至关重要的。古人日出而作,日入而息,就是以太阳的出入作为作息时间的客观依据。太阳出入造成的明暗交替出现的规律,必定给先民们以极深的感受,于是以太阳出入为周期的“日”,应是他们最早认识到的时间单位。


  自然,月亮的圆缺变化,是又一明显的和意义重大的天象。说它意义重大,是因为月亮的亮光对于人们夜间活动的安排薀拓键的要素。经过长期的观测和计数,人们逐渐发现月亮圆缺的周期约为30日,这便进而导致一个较长的时间单位“月”的产生。


  对于更长一些的时间单位“年”的认识,要较“日”、“月”困难得多,但这是对于人们生产和生活的意义更为重大的一种周期,因为寒暑、雨旱,以及渔猎、采集乃至农业生产活动无一不与它有关。所以,人们对它进行了长期不懈的探索。由物候——草木枯荣、动物迁徙、出入等的观察入手,大约是探索一年长度的最早方法,随后才是对某些星象的观测。后者所得结果要较前者来得准确。


  据传说,在颛顼帝时代,已设立“火正”(1)专司对大火星(心宿二,天蝎座α星)进行观测,以黄昏时分大火星正好从东方地平线上升起时,作为一年的开始,亦即这一年春天的来临。由此不难推得一年的长度。这是我国古代观象授时的早期形态。据研究,这大约薀瞳元前2400年的事。


  又据《尚书·尧典》记载,在传说中的尧帝时,“乃命羲和,钦若昊天,历象日月星辰,敬授人时”。其具体的观测方法与结果是:“日中星鸟,以殷仲春”,“日永星火,以正仲夏”,“宵中星虚,以殷仲秋”,“日短星昴,以正仲冬”,即以观测鸟、火、虚、昴四颗恒星在黄昏时正处于南中天的日子,来定出春分、夏至、秋分和冬至,以作为划分一年四季的标准。据推算,这大约薀瞳元前2000年时的实际天象。


  由上述记载,我们还可以推知,当时已有原始圭表的出现,否则人们就无从确定某星辰南中天的问题。这时的圭表还仅用于厘定方位,尚未用于测定日影的长度。观测星辰南中天来确定季节,可以减少地平线上的折射和光渗等的影响,其精度自然要比观测星辰出没来得高。此外,从“日中”和“宵中”(指昼夜平分)、“日永”和“日短”(分别指白昼最长和最短的日子)等说法,可知其时已应用了某种测量时间的器具(这一点由下述《夏小正》的有关记载亦可证)。这些都说明,此时已进入观象授时相当发达的时代。其标志是:所观测的恒星已由一颗增加到多颗,由观测恒星东升改为南中天,并已使用了某些器具。


  更值得注意的是,《尧典》还记述了这时人们已经采用了“期三百有六旬有六日,以闰月定四时成岁”的初始历法。这里以一年为366日,当是人们对恒星周年运动周期的测算得到的结果。由于一年的长度与月的长度不存在整数倍的关系,该初始历法已采用了置闰月的方法予以调整,这显然是一种阴阳历,是我国古代长期使用的阴阳历的最早记载。


  在《夏小正》一书中,则载有一年中各月份的物候、天象、气象和农事等内容,它集物候历、观象授时法和初始历法于一身,相传它是夏代行用的历日制度。就观象授时法而言,它是以观测黄昏时分若干恒星(鞠、参、昴、南门、大火、织女、银河等)的见、伏或南中天的时日,以及北斗斗柄的指向,作为一年中某一个月份起始的标准的。有人认为,《夏小正》乃是一种分一年为10个月,每月36日,另有56日为过年日的初始历法。(2)据《夏小正》记载,正月“初昏斗柄悬在下”,六月“初昏斗柄悬在上”,其间的五个月为半年;五月“时有养日”,十月“时有养夜”亦以五个月为半年。也有人认为,《夏小正》还是分一年为十二个月的太阳历。由此看来,《夏小正》乃是一种不考虑月相变化的纯阳历的见解,这是可信的。


  《尚书·尧典》和《夏小正》的记载,都反映了观象授时法的重要成果,同时又反映了夏代出现的两种不同系统的历法(阴阳历和阳历)的雏形。它们是由观象授时向有一定规范的初始历法过渡的两种不同形态,都具有十分重要的意义。




二、商周历法



  由甲骨文的有关卜辞,我们可以知道商代行用的历法乃是阴阳历。

  首先,年有平年、闰年之分,平年12个月,闰年13个月,闰月置于年终,称十三月,是为年终置闰法。这时的岁首已基本固定,季节和月名有了基本固定的关系。但在甲骨卜辞中还偶有十四月甚至十五月的记载,这说明这时人们还不能较好地把握年月之间的长度关系,对于闰月设置的多少,还没有一定之规,多半是由经常性的观测来决定,当发现季节与月分名相悖时,便加进一个闰月加以调节,带有较大的随意性。这种状况一直延续到西周。


  在甲骨文中有“至日”、“南日”或“日南”的记载,它们指的都是冬至日(春秋时期人们还称冬至为“日南至”)。其中有一块卜辞说:“壬午卜,扶,奏丘,日南,雨?”(壬午这一天,贞人扶占卜,举行奏丘的祭仪,迎接太阳南至,会下雨吗?)在《周礼·春官·大司乐》中则有这样的记载:“冬至日,于地上之圜丘奏之”,以迎祭天神。二者说的是同一祭祀活动,可证“日南”即为“冬至”(3)。这说明殷商时期已使用圭表观测日影长度的变化,并由之确定冬至日,已知冬至日,一回归年长度的数值便不难算得。


  其次,殷商历法是以新月为一月的开始,月有大月和小月,大月30日,小月29日。起初仅以大、小月相间安排历日,这表明人们以为一朔望月长度等于29.5日。后来,更有连大月的出现,即在若干个大、小月相间的月份后,安排两个连续的大月,这证明人们已经知道,一朔望月的长度应略大于29.5日,这是对朔望月长度测算的一次重大进步,虽然此时对连大月的安置尚无一定的规则。


  再次,殷商时期已明确使用干支纪日法,建立起了逐日无间断的日期记录的系列,从而提供了较准确地探求月、年等更长的时间单位的重要基础,同时也为历史年代学提供了重要的依据。干支纪日法顺序循环,几乎没有中断地连续使用到今天,成为世界上最长的纪日方法。


  再其次,商代已将一天分为若干不同的时段,甲骨文中可见的时段专名有:明(旦)、大采、大食、中日、小食、小采、昏(暮)等,这是一种把白昼均分为六个时段的方法。有人认为,把一天分为百刻的制度,亦自此始。
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  这些便是商代历法对于年、月、日、时刻安排的大体情况,西周历法与之大同小异。在金文中,亦有不少十三月的记载,并以“胐”(新月)为一月的开始,均为明证。但《诗·小雅·十月之交》有:“十月之交,朔月辛卯,日有食之”的记载,据研究,这当指公元前7351130日发生的一次食分很大的日偏食,(5)这是我国典籍中关于朔日的最早记述。由此看来,大约在西周后期已有以朔代替胐为月首的尝试。由于朔并无具体的天象与之对应,它必须在测知比较准确的朔望月长度后,以推算的方法求得,所以朔的概念的建立和应用,乃是历法史上的一大进步。


  此外,金文中经常出现初吉、既生霸、既望和既死霸四种名称,对此,古今众说纷纭。一为定点月相说,认为它们分别代表每月特定的某一天或某二、三天,近二千年来人们多宗此说。一为四分月相说,认为西周时是将一个月均分为四份,每份约为七天,初吉等依次为各份的专有名称,此说起于近代王国维,一度广为史学界接受。本世纪四、五十年代以后,新说又起,现在有一种比较合理的解释是:初吉系指初干吉日,即每月上旬的吉日;既生霸和既死霸分别指每月的上半月和下半月;既望则指满月或其后的一、二天。(6)这些解释孰是孰非有待进一步论证。




三、对天象的观测与记录

 

  从远古时期开始,人们就已经注意对天象特别是奇异天象的观测。在殷商时期的甲骨文中,我们看到了古人对有关天象的真切记录,这些记录往往是与预卜人事凶吉等占卜活动联系在一起的,它们涉及日月食、日珥、新星等异常天象。


  “贞,日有食”;“癸酉贞日夕又食,唯若。癸酉贞日夕又食,匪若”等,这薀拓于日食的记录。“六日□午夕,月有食”;“庚申,月有食”;“旬壬申夕,月有食”等,这薀拓于月食的记录。它们都是发生在公元前十三世纪以前的交食现象的记述。


  “乙卯允明,三舀食日,大星”,这是指在一次日全食时,人们不但看到了明亮的星星,还看到了在黑暗的太阳边缘上有三条火焰升腾而起,当薀拓于日珥现象的记录。


  “辛未有新星”;“七日己巳夕,□有新大星并火”。这薀拓于新星的记录。


  此外,有人认为在甲骨文中还有太阳黑子、彗星等的记事,这还有待进一步的研究与证认。


 
总之,甲骨文中已经有相当丰富的天象记录,说明我国古代重视天象的观测与记录的传统,至迟在殷商时期就已经形成,这对后世的发展产生了巨大的影响。

春秋战国时期天文历法体系的奠基




  春秋战国时期是我国古代从奴隶制向封建制过渡的社会大变革的时代,这时生产力得到很大的发展,促使包括科学技术在内的古代文化得到长足的进步。就天文历法而言,前进的步伐亦明晰可见,这主要表现在对天文现象的观测与描述由定性向定量的转变,阴阳历的定型,和关于宇宙的理论的涌现等等,这些都为我国古代特有的天文历法体系奠定了基础。随着周室衰微和诸侯蜂起,打破了由周王朝少数天文学家垄断天文历法的局面。各诸侯国由于发展农业生产以及政治上的需要,都极其重视天文历法的研究,这给流散四方的畴人子弟以施展才能的良好机会。这一时期出现了一批著名的天文学家,“鲁有梓慎(活动于公元前550年前后),晋有卜偃(活动于公元前650年前后),郑有裨灶(活动于公元前500年左右),宋有子韦(活动于公元前480年左右),齐有甘德,楚有唐昧,赵有尹皋,魏有石申夫(亦名石申,后四人皆活动于公元前四世纪),皆掌著天文,各论图验”。(7)他们或者前后相继,或者同时并立,在天文历法界内形成了各树一帜、百家争鸣的局面,更促进了天文历法的发展。



一、天文观测的定量化与系统化



1.二十八宿系统的形成和距度的测定

  二十八宿是沿天球黄、赤道带,将其临近天区划分成28个区域的恒星区划系统,其名称依次为:角、亢、氐、房、心、尾、箕,斗、牛、女、虚、危、室、璧,奎、娄、胃、昴、毕、觜、参,井、鬼、柳、星、张、翼、轸。1978年,湖北随县发掘的战国早期曾侯乙墓中,出土有一只漆箱盖,上面绘有二十八宿的全部名称,这是迄今所发现的最早的二十八宿恒星系统的完整记载。究其实,二十八宿作为一个完整的系统形成的年代还要早些,当不迟于春秋时期。据研究,约于公元前六世纪,人们已经对二十八宿各标准星之间的赤道度距(称二十八宿距度)进行过测量,(8)其数值留存在唐代的《开元占经》一书中。二十八宿系统的建立,为日、月、五星以及若干天象发生位置的确定,提供了一个统一的和定量化的背景依据,是为这一时期天文观测定量化和系统化的重要标志之一。




2.恒星区划命名的系统化与《石氏星经》

  将天上的恒星按一定的方法进行区划和命名的工作,在战国时期取得了重大的进展,其中尤以石申和甘德的工作最为显著,他们对恒星的区划都自成系统。据《开元占经》记载,包括二十八宿在内,属于石申区划的袩唾有120个,计星815颗,属于甘德区划的袩唾有146个,计星687颗。他们的工作为我国古代传统袩唾的区划和命名奠定了良好的基础。


  石申还定出了120个袩唾的标准星具体坐标值,这样各袩唾的位置和该袩唾中非标准星的位置都相对准确地规定了。此中,最主要的是对121个标准星(北斗星座选取2个标准星)具体坐标值的测定,它脽凸成了一个完全数量化的成熟的星表,这就是著名的《石氏星经》。这一成果亦载于《开元占经》之中。对这121颗恒星坐标值的研究表明,许多恒星的坐标值确与石申所处时代的理论值相吻合,但另有一些却与东汉前期的理论值相一致,这说明《石氏星经》并不全是石申当年的测量结果,而是石申创始的天文学派在数百年间长期观测的总汇。即便如此,《石氏星经》亦不愧为世界上最早的星表之一,石申也无愧为恒星坐标测量工作的先驱。


3.五袩哇测的数量化


春秋战国时期,人们对五大行星运动的观测与研究有了重要的进步,这主要表现在以下两个方面:


  一是对五星运动周期的测量。人们已经把行星的恒星周期(行星运行一周天所需的时间)和会合周期(行星两次晨见东方的时间间隔)区别开来。石申和甘德都指出木星的恒星周期为12年(应为11.86年),其实,这一认识的产生当不迟于春秋时期。石申还指出火星的恒星周期为1.9年(应为1.88年)。而甘德又测得木、金、水三星的会合期分别为400日(应为398.9日),587.25日(应为583.9日)和136日(应为115.9日)。在长沙马王堆出土的帛书《五星占》中,也载有木、土和金三星的会合周期,依次为395.44日、377日(应为378.1日)和584.8日,此当为战国末年的观测结果,与甘德当年所测的精度互有短长。


  二是对五星动态的定量描述。石申和甘德已发现火星和金星的逆行现象,他们都曾形象地用“巳”字形来描述其运行的视轨迹。在《五星占》中则更具体地对木、土、金三星在一个会合周期内的动态作了定量描述,如把金星的动态分为:晨出东方—顺行—伏—夕出西方—顺行—伏—晨出东方六大阶段,每个阶段则定出所经时日与每日运行的速度,其中对两次顺行还定出二或三个不同的速率。这就是后世得到进一步发展的行星动态表的雏形。行星会合周期的测定和动态表的编制,已使得对行星位置的预报成为可能。


  二十八宿距度的测定、《石氏星经》的出现,以及初始的行星动态度的编制等等,都证明春秋战国时期业已有相应的测量仪器的出现,有些研究者称之为“先秦浑仪”。(9)虽然我们还说不清这种浑仪的具体结构,但它应是汉代以后日益完备的浑仪的直接祖先,则是勿庸置疑的。


4.二十四节气的完备


  二十四节气是我国古代天文学家的一大创造。它曾经历了一个十分漫长的发展过程,起初大约仅有二至(冬至、夏至)和二分(春分、秋分),一直到战国时期才逐渐形成完备的二十四节气系统:由冬至起算,每经一年的1/24日交一个节气,其名称分别为冬至、小寒、大寒、立春、雨水、惊蛰、春分、清明、谷雨、立夏、小满、芒种、夏至、小暑、大暑、立秋、处暑、白露、秋分、寒露、霜降、立冬、小雪、大雪。此中奇数统称为中气,偶数统称作节气。二十四节气分别标志着太阳在一周年运动中的24个大体固定的位置,是对太阳周年运动位置的一种特殊的描述形式,它们又能较好地反映一年中寒暑、雨旱、日照长短等变化的规律。所以,它们不但具有重要的天文意义,而且对于农业生产有着重大的指导作用。二十四节气自战国时期得以完备之后,一直成为我国传统历法的重要内容之一,至今在广大农村仍有旺盛的生命力。


5.天象观测与记录的多样化和系统化


  自春秋始,对于异常天象的观测与记录,呈现多样化的明显趋向,如彗星、流星雨、陨石等的明确记录均首见于此时。《春秋》庄公七年(前687年)“夏四月辛卯夜,恒星不见,夜中星陨如雨”,这是世界上关于天琴座流星雨的最早记载。僖公十六年(前644年)“春王正月戊申朔,陨石于宋,五”,这是最早的陨星记事;文公十四年(前613年)“秋七月,有星孛入于北斗”,这些关于哈雷彗星的最早记录,等等。


  此外,对若干天象记录的系统化又是一大特征。如《春秋》一书中,就有37次日食记录,据考证,其中31次记录是准确可靠的,(10)说明这时人们对日食观测的重视并已使之制度化了。又如,长沙马王堆三号汉墓帛书中,绘有形态各异的29幅彗星图象,并赋予各不相同的名称,这显然是对大量彗袩哇测作系统的收集与归纳的结果。其中彗尾的形态或长或短,或宽或窄,或直或屈,彗尾的条数或多或少,彗头画成圆圈或圆点,有的圆圈中又画有一个圆圈或圆点,表明人们已经注意到彗头的结构层次,这些都说明战国时期人们对彗袩哇测已经达到了比较精细的程度。




二、古四分历法



  东汉时期的四分历,故通称古四分历。该历的朔望月长度可由回归年长度和闰周推得:十九年七闰,即十九年有19×127=235个朔望月,有19×

  取得如此明确的回归年和朔望月的长度值,在调整两者之间的关系时,也未曾寻得如此规整的闰周,于是在历日的安排中,往往出现多闰或失闰的现象。所以,古四分历的出现,标志着阴阳历完成了从不稳定的、带有某种随意性的形态向明确的、规整的形态的过渡。


  在欧洲,古代希腊人默冬在公元前432年所发现的闰周,罗马人于公元前43年采用的儒略历所取的回归年长度,分别与古四分历相同,所以,古四分历的这三个基本数据在当时世界上是居于领先的地位的。


  春秋战国时期,各诸侯国分别使用黄帝、颛顼、夏、殷、周、鲁六种历法,合称古六历。其实,它们都是四分历,即都采用上述三个基本天文数据,只是所规定的历法起算年份(历元)、每年开始的月份(岁首)和每日起始的时刻有所不同而已,历元不同是由于各家观测年代的先后与观测精度的差异造成的,而后二者则纯属人为的不同规定。


  到战国时期,古四分历的内容日趋丰富。如它们都以为冬至时太阳位于牵牛初度,这说明对于太阳所处恒星间位置的推算,已是这时历法的重要内容之一,那么二十八宿的测定结果亦已引入历法中,也当无疑问。此外,二十四节气以及五星位置的推算也已是历法的组成部分。




三、关于宇宙理论的争鸣



1.宇宙本原和宇宙无限性问题

  宇宙万物的本原是什么?这是春秋战国时期人脽豌泛关注的一个问题。除了自商周以来就已提出的阴阳、五行说仍在流行外,这时人们还提出了一些新的见解。


  《管子·水地》认为:“水者何也?万物之本原,诸生之宗室也”,即把水作为包括生物在内的万物的最基本元素,也就是把世界万物看成是水这一单一的物质,经过长期、复杂演化的结果。这种观点与以金、木、水、火、土五元素作为世界万物的本原的五行说相比,反映了宇宙本原从多元论向一元化的演进。


  战国中期的宋钘和尹文则进一步提出了“气”是宇宙本原的学说。“气”是一种以比较抽象的形态出现的物质,“其细无内,其大无外”,(11)即它可以小到无穷小,大到无限大,它是人们的感官未能察觉得到的细微物质,但不是虚无,却是无所不在的,万物无不由它组成。这一学说较以水为宇宙本原又前进了一大步,而且它还表述了物质的无限可分性和宇宙空间无限性的思想,都是十分可贵的。后世的元气学说也是在此基础上发展起来的。


  关于宇宙,尸佼(约前四世纪)曾下过这样的定义:“四方上下曰宇,往古来今曰宙”,(12)这指出了十分简明的时空观念。如果说尸佼的定义并未回答时空是否存在界限、开端或终点的问题,那么,墨翟(约前478—前392年)的见解则相当明确,他认为“宇”包括所有不同的场所,“宙”包括所有不同的时间,(13)包含了无限时空的初步认识。墨翟还曾把空间位置的变迁同时间的流逝紧密地联系起来,以考察物体的运动,即把时空统一于物质的运动之中。这些也都是很可宝贵的思想。
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梅韵流芳

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好高大上的样子啊
  • 际遇之神

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    梅韵流芳 收到爱意的花花一朵,得5派派币

灬千ヽ

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已审,内容很强大啊。。
沙漠之泉

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晕啊
偶只是一直不停得再转滚动条啊
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[table=90%][tr][td]明清时期传统天文历法的没落和中西天文学的融合



  明清时期,传统天文历法虽然在个别领域仍有所发展,在个别时期也曾有复兴的苗头,但从整体上看,它经历了长期停滞,渐趋衰落,并融入世界天文学发展的总潮流中去的历史过程。


天文仪器

一、传统天文历法的停滞和西学的东渐



  自明初开始,到明万历年间的约二百年中,除了对异常天象的观测仍在继续,个别实用天文学(如航海天文学)有所进展外,天文历法的研究完全陷于停顿的状态。

  明初统治者对天文历法采取了极其严厉的政策:“国初学天文有严禁,习历者遣戍,造历者殊死”。这严重地摧残了民间对天文历法的研究。至明孝宗(14881505年)时,曾“命征山林隐逸能通历学者以备其选,而卒无应者”,(61)可见历法在民间几成绝学。此外,极少数有幸涉足天文历法的官员,多趋保守,满足于成规旧法以应付日历等的安排,久而久之,对于历理渐渐茫然无知,甚至出现以讹传讹的现象。间有改革历法的议论,亦并无真知灼见之识,或为“祖制不可变”的强大思潮所淹没。遂使有明一代,沿用元代授时历,一无更改,殊可悲叹!


  到明万历年间(15731620年),国初的禁令已松弛,间有朱载堉、邢云路等人起而对授时历进行较深入的研究。朱载堉先后献上圣寿万年历和黄钟历,虽然从整体上看它们乃是授时历的翻版,但在回归年长度古大今小等问题上较授时历有所修正。邢云路著《古今律历考》,对上自古四分历,下至授时历的历法作了全面的评述。邢云路还在兰州立六丈高表,进行了万历三十六年(1608年)冬至时刻的实测工作,进而算得回归年长度值为365.24219日的新值,与理论值之差仅约2秒,是为我国古代、亦为当时世界上的最佳值,(62)这是在传统历法经过长期停滞之后,迸发出的灿烂火花。


  明末,正当人们渐渐从二百多年的迷蒙中醒来,开始发掘传统历法并有所发现的时候,西方传统的天文学知识,随着传教士的东来,开始传入中国。从此开始了两种不同体系的天文历法相互交锋,又彼此融汇的复杂过程。


  先是以徐光启为首的一批学者,崇尚西法,他们与传教士一起,共同编纂了《崇祯历书》,对西法作了系统的介绍,对西法的传播起了极重要的作用。到明清之际,则有王锡阐、梅文鼎等人,兼通中西之法,他们尽力取中西法之长,力图融中西法于一炉,如王锡阐编撰的《晓庵新法》便是中西历法合璧的产物。清初,以杨光先为首的一批官员,对西法采取全然排斥的态度,其自身对传统历法又茫然无知,这对于天文历法的发展是无益有害的。这些情况,大概反映了明末清初人们对西法传入的三种不同态度。


  1723年,清雍正皇帝下令把西方传教士赶出中国,自此到1840年鸦片战争爆发的一百余年中,清王朝采取的闭关锁国政策,和愈演愈烈的文字狱,对于天文学的发展,带来了极其严重的恶果。这时的学者只能埋头于对古代传统历法的注释和整理工作,而西方天文学在此间更取得突飞猛进的发展。如果说明末清初中国传统历法还可以与西方传统天文学相媲美,到此时则无以望其项背了,传统天文历法的落后状况已成定局,而这时的中国学者还不能自知。


  1840年以后,长期禁锢的门户才被打开,近代天文学知识第二次以全新的面貌传入,在中国学者面前,展现了一个五彩纷呈的天文学知识的世界,人们才认识到自身的落后,开始翻译、学习新的天文学知识,踏上了追赶近现代天文学发展潮流的艰巨而漫长的道路。




测量工具

二、航海天文知识的发展



  在航海中,观测日、月、星辰以确定船位和航向的方法,至迟在汉代已见端倪,到明代则得到了很大的进步,这是明代前期郑和船队七次下西洋的伟大航行所促成的。

  在《郑和航海图》中,从苏门答腊往西途中所经过的地点,共有64处当地所见北辰星(即北极星)和华盖星(即小熊星座β星、γ星等八颗星)地平高度的记录,这是航海中利用了天文定位法的明证。类似的记录,还见于清初的《顺风相送》一书中,说明天文定位法在明清时期得到了广泛的应用,它与利用指南针针经法相参照,是为这时航海定位的两大方法。


  在《郑和航海图》中,还有四幅附图,称为“过洋牵星图”,它以图示的方法标出船位经印度洋某些地区时所见若干星辰的方位和高度角,这就更具体和形象地表明当时人们由测量星辰的地平坐标以确定船位的天文方法。而在《顺风相送》等书中,还有关于观测太阳出没以确定方向的方法,它是以歌诀的形式表达的,是民间的比较通用的一种天文导航法。


  用来观测星辰方位角的仪器大约是指南针,而观测星辰的高度角的仪器叫做牵星板。据明代李翊的《戒庵老人漫笔》记载,它由12块乌木板(最大约22×22厘米,依次减小)和一块四角皆缺(缺口大小不一,分别代表某一定角度)的象牙板组成。观测时,左手拿一块乌木板,向前方伸出,右手牵直穿于木板中央的引绳,使绳与木板垂直,又令木板的下边缘与水平线相切,眼在绳端仰视,使木板的上边缘(或置象牙板在木板上边缘以调节之)与星辰相切,由此便可测知星辰的地平高度。




三、《崇祯历书》的编纂



  崇祯二至七年(16291634年),在徐光启和李天经先后领导下的历局,聘请龙华民、邓玉函、罗雅谷等耶苏会士参加,编辑了一部比较系统地介绍欧洲天文学的卷帙浩繁的著作——《崇祯历书》,共计137卷。

  该书分为节次六日和基本五目,前者是将历法分为日躔、恒星、月离、日月交会、五纬星和五星凌犯六个部分;后者是指法原(天文学理论)、法数(天文用表)、法算(天文学计算中必备的数学知识,主要是三角学和几何学)、法器(测量仪器和计算工具)以及会通(中西各种度量单位的换算表)五大部分。其中法原40卷,约占全书的三分之一,是全书的核心,它不但论述了历法本身,而且还着重讨论了作为历法基础的天文学理论和计算方法等问题。


  该书采用了十六世纪丹麦天文学家第谷的宇宙体系,以为地球是宇宙的中心,月亮、太阳和恒星绕地球旋转,而五大行星则绕太阳运行。这个体系比利玛窦等人传来的托勒玫地心学说有进步,但较哥白尼体系却是个退步。该书还采用本轮、均轮等一整套小轮系统来解释日月五星运动的不均匀性现象,而此时小轮系统已被开普勒证明是一种主观的虚构,天体绕中心体作椭圆轨道运动才是真谛。从这两方面看,《崇祯历书》所根据的并不是当时先进的理论,而是业已落后的东西。


  尽管如此,第谷体系和小轮系统对中国学者来说,也还是较新颖的知识。更重要的是,该书还引进了一系列新的天文概念和计算方法。如明确的地球概念,测量经纬度的方法,日月食计算新法,周日视差和蒙气差的改正值,球面和平面三角学的准确公式,严格的黄道坐标系统,冬至点和太阳近地点的区别,圆周的360°制等等。它还介绍了哥白尼、第谷、伽利略、开普勒等人的部分科学成果和天文数据。如它大量引用了哥白尼《天体运行论》中的材料,基本上译出了其中的八章,译用了哥白尼发表的27项观测记录中的17项;介绍了伽利略关于太阳黑子在日面上运行的新发现;译出了开普勒《论火星的运动》一书中的几段材料,等等。这些都大大扩展了人们在天文学领域的视野。


  清初,传教士又将《崇祯历书》略作整理进呈给清帝,改书名为《西洋历法新书》,共100卷。在其后相当长一段时间内,它一直成为当时天文学家学习和研究西方天文学的最主要著作,对我国天文学的发展产生了很大影响。




四、王锡阐、梅文鼎等人的天文工作



  清初,涌现出一批积极学习、研究中西天文学的学者,形成了一个兼通中西天文学的流派,王锡阐和梅文鼎便是其代表人物。

  王锡阐(16281682年),字寅旭,号晓庵,江苏吴江人。梅文鼎(16331721年),字定九,号勿庵,安徽宣城人。他们对中西天文学均采取去伪存真的科学态度,并脚踏实地作了大量的工作。


  王氏之学以精深见长。在深入钻研中西天文学和亲自从事天文观测实践的基础上,他提出了不少独到的见解。(63)他指出西法有精到之处,但还存在不完善以至讹误的地方。如西法以为月亮在近地点时视半径大,因而月食食分就相对地要小些。王锡阐则正确地申明:月亮在近地点时,其本身大小是不变的,而地球影锥的截面却肯定要大些,所以月食食分不会反而减小。又如,他指出了传教士汤若望在计算日食时刻时,把定朔时刻和食甚时刻混为一谈的错误,以及把平气和定气合二为一的曲解。王锡阐还认为中法虽有不及西法之处,但也不乏超胜的部分。他极力阐明传统历法的优点,在对我国历代黄赤交角测量结果分析中,敏锐地提出了黄赤交綗团大今小的正确概念。


  在《五星行度解》一书中,王锡阐还在第谷体系的基础上,建立了一套独特的行星运动理论,并推导出了一组公式,用于行星位置的预报。


  《晓庵新法》是王锡阐融汇中西天文学的杰作,这是我国古代最后一部以传统体例形制出现的历法,在内容上兼收中西历法的长处,并有所发明创造。如提出了日月食初亏和复圆方位角计算的新方法,独立发明了计算金星、水星凌日的方法,还提出了细致地计算月掩行星和五星凌犯的初、终时刻的方法,等等。


  梅氏则以博大闻名,他的最主要工作是在数学方面,但对天文学亦多所论述。仅天文学著述就达40余种之多,有对传统历法的评述、注释和研究,有对《崇祯历书》的评论及正误补缺的工作,有对古代天文仪器的研究,和对他自己所创制的仪器的说明等等。这些著作对于中西天文学的异同得失有着十分深入中肯的评介,对中西法的融通起了重要的历史作用。


  薛凤祚是与王锡阐齐名的另一位学者。他经过30余年的学习和研究,写成了《历学会通》一书,十分系统、详尽地介绍了欧洲天体运动的计算方法,并充分利用了传入不久的对数这一有效的数学方法。该书是我国学者独立完成的影响很大的介绍西方天文学的著作。




五、近代天文学知识的传入



  1760年,法国耶苏会士蒋友仁向乾隆帝进献《坤舆全图》,在图的四周说明文字中,肯定了哥白尼学说是唯一正确的理论,并介绍了开普勒运动定律和地球为椭球体的事实。但是,这幅世界地图,连同前不久传入的表演哥白尼学说的两架仪器,都被锁在深宫密室之中,没起到它应有的作用。自1840年鸦片战争失败以后,中国才真正掀起了学习西方天文学的热潮。

  1844年,魏源编成《海国图志》一书,书中对西方各国的政治、经济、军事和科学技术作了介绍。其中译载了好几篇有关哥白尼学说的文章,并附有地球沿椭圆形轨道绕太阳运行的图象,这是第一批公开宣扬和肯定哥白尼学说的中文文献。


  1859年,中国学者李善兰和英国传教士伟烈亚力通力合作,翻译出版了《谈天》一书,这是近代天文学传入中国的一个重大事件。该书是英国天文学家约翰·赫歇耳编著的一部深入浅出的优秀天文学著作,原名《天文学纲要》,在西方曾风靡一时,广为流传。《谈天》是据原书1851年新版译出的,书中全面地介绍了当时西方已取得的先进的天文学知识:有对太阳系结构和行星运动理论的较详细的叙述,有对万有引力定律、光行差、太阳黑子理论、行星摄动理论(包括其轨道根数摄动的几何解等)、彗袩挽道理论等的论述,有对恒星系,如变星、双星、星团、星云等的讨论。从而展示了一幅崭新的、丰富多彩的天文学画图。


  李善兰为《谈天》写了篇极其精彩的序言,极力宣传哥白尼的地动日心说、开普勒三大定律和牛顿的万有引力学说的正确性,尖锐地批评当时一些保守的中国学者对哥白尼学说的歪曲和攻击。


  《谈天》出版后,受到广大读者的欢迎。1874年,徐建寅又把1871年为止的天文学最新进展补充进去,出版了《谈天》增订本。经由李善兰等人的努力,从哥白尼开始到牛顿完成的建立在牛顿经典力学体系之上的近代天文学知识,在中国站稳了脚跟。


  1885年,康有为写了《诸天讲》一书,其后屡经修改,到1930年他去世以后才正式发表。该书介绍了许多天文学最新知识:恒袩外谱型,太阳的化学元素组成,太阳上的核反应,以及康德—拉普拉斯的星云假设,张伯伦和摩尔顿提出的太阳系形成的半碰撞假说,乔治·达尔文的关于月亮起源于因地球迅速自转而从地球分离出来的假说,等等。


  康有为以及严复、谭嗣同,以至革命的先行者孙中山都是哥白尼和牛顿学说的信奉者,又都十分重视对宇宙演化学说的学习、研究和引申,这些都曾是他们批判封建主义而变法革新的思想武器。


  他们的工作,为近代天文学的传播,起了独特的和重要的作用。




(陈美东)



注释:

(1)《左传·襄公九年》。


(2)陈久金:《论〈夏小正〉是十月太阳历》,见《自然科学史研究》1982年第4期。


(3)萧良琼:《卜辞的“立中”与商代的圭表测量》,见《科技史文集》第10辑,1983年。


(4)闫林山、全和钧:《论我国的百刻计时制》,见《科技史文集》第6辑,1980年。


(5)(10)张培瑜:《〈春秋〉、〈诗经〉日食和有关问题》,见《中国天文学史文集》第3集,1984年。


(6)陈久金:《西周月名日名考》,见《自然科学史研究》1985年第2期。


(7)(22)《晋书·天文志》。


(8)潘鼐:《我国早期的二十八宿观测及其时代考》,见《中华文史论丛》1979年第3辑。


(9)徐振韬:《从帛书〈五星占〉看“先秦浑仪”的创造》,见《考古》1976年第2期。


(11) 《管子·内业》。


(12)《尸子》。


(13)《墨经·经下》。


(14)《荀子·不苟》。


(15)《庄子·天下》。


(16)《慎子》。


(17)《管子·侈靡》。


(18)《管子·地数》。


(19)《素问·五运行大论》。


(20)《汉书·律历志》。


(21)(46)陈美东:《论我国古代冬至时刻的测定及郭守敬等人的贡献》,见《自然科学史研究》1983年第1期。


(23)陈美东:《刘洪的生平、天文学成就和思想》,见《自然科学史研究》1986年第2期。


(24)《尚书·尧典》。


(25)(31)(32)(35)(42)《新唐书·历志》。


(26)《汉书·五行志》。


(27)《续汉书·天文志》。


(28)(29)(47)(62)陈美东:《论我国古代年、月长度的测定》,见《科技史文集》第10辑,1983年。


(30)《宋书·律历志》。


(33)《隋书·天文志》。


(34)《隋书·律历志》。


(36)(50)陈美东:《我国古代对五星近日点黄经及其进动值的测算》,见《自然科学史研究》1985年第2期。


(37)刘金沂、赵澄秋:《唐代一行编成世界上最早的正切函数表》,见《自然科学史研究》1986年第4期。


(38)《新唐书·天文志》。


(39)(57)陈美东:《我国古代的中心差算式及其精度》,见《自然科学史研究》1986年第4期。


(40)(51)陈美东:《崇玄、仪天、崇天三历晷长计算法及三次差内插法的应用》,见《自然科学史研究》1985年第3期。


(41) (52)陈美东:《中国古代太阳视赤纬计算法》,见《自然科学史研究》1987年第3期。


(43)陈美东:《我国古代漏壶的理论与技术——沈括的〈浮漏仪〉及其它》,见《自然科学史研究》1982年第1期。


(44)《新仪象法要》。


(45)(55)潘鼐、向英:《郭守敬》,1980年,上海人民出版社。


(48)(49)杜石然等:《中国科学技术史稿》下册,1982年,科学出版社。


(53)陈鹰:《〈天文汇抄〉星表与郭守敬的恒袩哇测工作》,见《自然科学史研究》1986年第4期。


(54)D.H.克拉克、F.R.斯梯芬森著,王德昌、徐振韬译:《历史超新星》,1982年,江苏科学技术出版社。


(56)《元史·历志》。


(58)钱宝琮主编:《中国数学史》,1964年,科学出版社。


(59)《张子正蒙·太和篇》。


(60)《朱子全书》卷49


(61)《野获编》。


(63)席泽宗:《试论王锡阐的天文工作》,见《科学史集刊》第6期,1963年。



四柱三元

天元

天元指四柱中的天干. 天元的推算, 主要通过日干与其余三干的五行生克合化以及十神的衡量, 对透出的所主之事作出强弱损益, 命之贵贱的判断.
天干化合:

甲己合化土, 乙庚合化金, 丙辛合化水, 丁壬合化木, 戊癸合化火.
天干化合所主:

甲己合化土, 为中正之合. 安分守己, 重信讲义. 若命局无他土, 又带七杀, 则缺乏情义, 诡计多端, 性刚.甲日干合己, 遇乙木, 妻财暗损. 丁火, 衣禄成空. 辛金, 贵显高门. 戊土,家殷大富. 癸水, 平生发福. 庚金, 家徒四壁. 丙火, 禄享千钟.己日干合甲, 遇丁火, 他人凌辱. 乙木, 自己遭遇. 辛金, 家殷大富. 庚金,孤寒白屋. 癸水, 官职迁荣. 
乙庚合化金, 主仁义之合. 刚柔兼备, 重仁守义. 若有偏官或坐死绝等弱运者, 反固执己见, 轻仁寡义.乙日干合庚, 遇丙火, 蹇难. 壬水, 荣华. 丁火, 似春花之笑日. 己土, 满堂金玉. 辛金, 若秋草逢霜. 甲木, 麻麦盈仓.庚日干合乙, 遇辛金, 暗损. 丙火, 相煎. 丁火, 如蛟龙得云雨. 癸水, 田园漂荡. 壬水, 财禄增减. 戊土, 不成巨富, 逢壬水助方永保长年
.
丙辛合化水, 主威严之合. 仪表威严, 智力优秀. 若带七杀或座死绝者, 反性酷无情, 乖僻寡和. 女命逢支冲, 合化之水, 主性感纵欲.丙日干合辛, 遇戊土, 成名. 乙木, 官爵迁荣. 癸水己土, 家门显赫. 壬水辰土, 祸败.辛日干合丙, 遇戊土庚金, 功名
.
丁壬合化木, 主仁寿之合. 心地仁慈, 长命多寿. 妇命若命局水过旺泄木,则为淫欲之合. 若座死绝者, 酒色破家.丁日干合壬, 遇丙火, 历年安逸. 辛金, 一进优游, 富贵双全. 戊土, 活计消遣. 癸水, 生涯寂寞. 乙木重重, 财禄无成. 庚金叠叠, 功名莫望. 喜甲临辰,禄封双美. 喜己共酉, 亦禄封双美.壬日干合丁, 遇甲木, 多遭仆马. 辛金, 广置田庄. 丙火, 英雄豪杰. 癸水,辛苦经商. 己土, 佩印乘轩. 戊土, 漂蓬落魄. 庚金, 皓首无成. 乙木, 青年不遇
.
戊癸合化火, 主无情之合. 相貌俊秀, 薄情乏义. 男多抱玩世之心, 女则多嫁俊夫.戊日干合癸, 遇乙木, 终能显达. 壬水, 独自丰隆. 丙火, 难寻福禄. 庚金,易见亨通. 己土, 妻子有损. 辛金, 谋略为拙.癸日干合戊, 遇丙辛, �
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一浑仪
The Armillary Sphere

浑仪是中国古代最主要的天文测量工具之一,是一种与浑天说密切相关的天文仪器,由於浑仪的结构是以多个同心圆来模拟天球,所以它的出现不早於落下闳时代(104BC),所以浑仪的出现也不会早於此。《益部耆旧传》中说落下闳「於地中转浑天」,这里的「浑天」应该所指的就是浑仪,而大司农中丞耿寿昌在甘露二年(52BC)「以圆仪度日月行」时所用的「圆仪」无疑也是浑仪。  有纪录传世的第一架浑仪直到东晋才出现,这具浑仪是由前赵的史官丞孔挺於光初六年(323AD)制作的,据《隋书天文志》的记载,它有两层结构。外层由一个地平单环、一个赤道单环及一个子午双环叠套而成。内层由一个直径八尺的赤经双环构成,孔挺的设计一直沿用到唐代,中间只有后魏的斛兰在永兴四年(412)制造同种式样的太史候部铁仪时在底座上开了一个十字水沟,用来调整仪器的水平。
 
  唐初李淳风上书指出孔挺的设计只有赤道而无黄道,建议重造新仪。贞观七年(667)制成一架浑天黄道仪,他可以说是奠立了中国浑仪三重结构的形制。北宋是中国古代浑仪制造最多的一个朝代,从至道元年(995)至元佑七年(1092)间一共制造了四架大型浑仪,北宋的天文仪器最后都被金朝掠夺到燕京,有许多被保存到明代并运往南京,正统四年(1439),明政府仿制前代的仪器铸造,其中本具仪器就是仿自宋代的浑仪,是以用於测定天体的位置,本仪器原藏於北京,民国二十年(1931)运往南京紫金山天文台。
 
  纪限仪
The Sextant

制造於清康熙十二年(1673),可用以测定六十度以内任一两颗天体的角距离和日月的角直径
 
  简仪
The Abridged Armilla

中国浑仪的结构经历了一个由简而繁的发展过程,从二重发展成三重,从只有赤道还发展到黄道、白道诸环的添置,每一项改进都标示著人们在天体运动规律认识方面的进步。但在出现这些进步的同时也产生了一些弊端。其一是多环迭套的结构给精密制造带来了困难,很容易造成各重环中心不重合,因而严重影响观测精度,二是环越多,被遮蔽的天区也就越大,影响对某些天体的观测,三是仪器结构复杂,难於操作。 
 
  北宋的沈括就因唐代僧一行等人的浑仪操作复杂而创制了新型的浑仪,新制浑仪的主要特点是简化了结构,如取消白道环,缩小某些部件的横截面积,使之轻便易用,二是透过调整黄道、赤道及地平诸圆的位置,并把它做成扁平圆环,以减少他们对视线的遮档,元代郭守敬设计制造的简仪可以说是与沈括简化浑仪结构的工作相呼应,只是他的简化更为彻底。 
 
  简仪主要由一架赤道经纬仪和一架地平经纬仪组成,另外底座上还开有水平沟,并装有一只正方案,用以校准仪器的水平和朝向,除此之外,赤道经纬仪的北极端还设有一个候极环,用以校正仪器的极轴指向。 
 
  简仪原制造于元至正十三至十六年(1276-1279),与仰仪一起安装在元太史院的灵台之上。明正统四年(1439AD)又曾仿制原来的简仪与仰仪,直到清初仍保存於北京的观象台,但康熙四十五年(1715)传教士纪里安(Bernard Kilain Stumpf, 1655-1720)在制造地平经纬仪时将它们当作废铜而熔融,所幸正统四年的复制品仍存於南京的紫金山上。
 
  地平经仪
The Altazimuth

由於明末历局筹设之时正逢与后金交战时期,因此在经费上受到很大的限制,在明末所制造的天文仪器多半是木质结构,再包上铜,至清康熙年间,南怀仁主持钦天监,在康熙八至十二年(1669-1673)间,以铜为材料铸成六件新的天文仪器,此地平经仪即其中一架,它制造於清康熙十二年(1673),系按照欧洲古典仪器的风格设计的,可用以测定天体的方位角。
 
  圭表
The Gnomon

明正统二至七年(1437-1442AD)间制造,可以用来测定回归年长度和二十四节气
 
象限仪
The Quadrant

制造於清康熙十二年(1673),可用以测定天体的地平高度或天顶距。
 
  赤道经纬仪
The Equatorial Armilla

由南怀仁制造於清康熙十二年(1673)主要用於测定太阳时、天体的赤经差和赤纬。由於南怀仁将许多仪器的功能简化,因之他的天文仪器彼此可以相互参校,在南怀仁所著的《灵台仪象志》一书当中就编有黄道、赤道及地平三种座标间的互换表。
 
地平经纬仪
The Azimuth Theodolite

继南怀仁之后,清政府又相继制成两架大型仪器,此为其一,制造於清康熙五十四年 (1715)  ,主要用以测定天体的方位角和地平高度。由於地平经仪和象限仪不适合在同一时刻内观测同一天体,所以才在康熙五十四年 (1715)  制造了将两者合一的地平经纬仪,用这个仪器可以同时观测天体的一对地平座标。本仪器由纪里安所设计制造,基本上是南怀仁地平经仪和地平纬仪的组合。
 
黄道经纬仪
The EclipticnArmilla

制造於清康熙十二年(1673),也是南怀仁所制造,主要用於测定天体的黄经差、黄纬和二十四节气等。
 
玑衡辅辰仪
The New Armilla

继南怀仁(Ferdnand Verbiest, 1623-1688)之后,清政府又铸造了两架大型仪器,一架是由纪里安(Bernard Kilain Stumpf, 1655-1720)於康熙五十四年(1715)所制造的地平经纬仪,这基本上是南怀仁的地平经仪和地平纬仪的组合,另一架就是这个玑衡抚辰仪,它的建造是由於乾隆眼见观象台上的仪器都为欧式,故而下令制造,它基本上是仿照传统的浑仪所设计,由戴进贤(Ignace Kogler)等人於清乾隆九年(1744)监制,主要用以测定真太阳时、天体的赤经差和赤纬,此仪营造共耗时十年之久(1744-1754),是清代最后铸造的一架天文仪器。
 
十一  天体仪
The Celestial Globe

即天球仪,是南怀仁所设计制造的天文仪器,它制造於清康熙十二年(1673),主要用於测定天体出没的时间与方位,以及求任何时间天体的地平高度和方位角。当时南怀仁所一起铸造的六个天文仪器分别为赤道经纬仪、黄道经纬仪、地平经仪、地平纬仪、纪限仪及本仪器。这些仪器系依欧洲古典风格设计,打破传统浑仪环圈叠套,集中各种座标於一身的繁琐结构,每架仪器只用於一种座标的观测,因而简化了结构,既便於操作也不致於遮挡太多的天区。




南北朝隋唐五代时期天文历法体系的完善



  这一时期天文学发展的主要特征是,一系列天文数据趋于精确,一批新的天文现象的发现,历法中的数学计算方法,向着严密化和公式化方向演进,这些使我国古代天文历法体系从内容和形式,都达到了较完善的境界。



一、祖冲之及其大明历



  祖冲之(429500年),字文远,祖籍范阳(今河北涞水县),是刘宋时期杰出的科学家。他对圆周率的研究,使他名闻遐迩,其实他对科学技术的贡献远非止于此,在天文历法上,亦堪称一大家。463年他撰成大明历,内中多所创新,是为我国古代最著名的历法之一。

  把岁差现象首次引入历法,是祖冲之的一大贡献。由于我国古代历法在计算日月五星的位置时,是以冬至太阳所在恒星间的位置作为基准点的,所以岁差概念和数值的引进,就使得这一基准点的位置得到较好的校正,从而使日月五星位置推算的准确度得到根本的保证。

  大明历取回归年长度为365.2428日,误差仅46秒,这是我国古代所用的最佳值之一。(28)该值的取得,与祖冲之巧妙、正确地应用刘洪等人在173年的日影测量结果有关,还与祖冲之发明的冬至时刻测算法密切相关。该测算法是在测量冬至前后数日午中的日影长度的基础上,并在假定这前后数日影长的变化是均匀的前提下,用线性比例的方法求取冬至的具体时刻,它嗣后成为我国古代冬至时刻的经典测算法。

  在回归年和朔望月长度精确测算的基础上,祖冲之还很好地选定了十分准确的新闰周:391144闰,这是我国古代得到的最佳闰周。

  在大明历中,祖冲之还第一次明确地指出了交点月(月亮相继两次通过同一个黄白交点的时间间隔)的长度值:27.2122日,误差仅1秒左右,已达到了相当高的精度水平。(29)

  对于五星会合周期,祖冲之也进行了重新测量,得木星398.903日(误差0.019日),火星780.031日(误差0.094日),土星378.070日(误差0.022日),金星583.931日(误差0.009日),水星115.880日(误差0.002日),从总体上看,其精度达到了前所未有的高度。

  为争取大明历得以颁行,祖冲之曾与守旧派戴法兴辩论,写下了驳议之文,是为科学思想史上的名篇。他坚持改革,反对“信古而疑今”的思想,他“愿闻显据,以核理实”的实事求是态度,他“考影弥年,穷察毫微”(30)的实践精神,至今仍闪烁着熠熠光芒,照耀着人们在崎岖的科学道路上攀登。



二、张子信的三大发现



  张子信,清河(今河北清河县)人,是北魏、北齐间著名的天文学家。他花了三十多年的时间,隐居于一海岛,专心致志地用浑覠哇测日月五星的运动。570年前后,他获得了在我国天文学史上具有重大意义的三大发现:

  一薀拓于太阳视运动不均匀性的发现。张子信由观测得知:太阳视运动从平春分到平秋分(时经半年)所历的黄道度数,要比从平秋分到平春分(亦时经半年)所历度数少若干度,于是,前半年太阳视运动的速度自然要比后半年来得慢,这是他导出这一发现的途径之一。途径之二,是循着与刘洪当年相似的方法达到的。张子信指出:欲使交食发生时刻的预推值与实际相吻合,除虑及月亮运动不均匀性的影响外,还须加上某一改正值(称为“入气差”),(31)该值的正负、大小与二十四节气有密切和稳定的关系。这是刘洪“消息术”的再发现。更重要的是,张子信由此升华出太阳视运动不均匀性的结论,给予“入气差”以合理的解释。他还推算出了二十四节气“入气差”(即二十四节气时,视太阳实际行度与平均行度之差)的具体数值,这是我国古代对太阳视运动不均匀性现象所作的最早的明确的定量描述。

  二薀拓于五星运动不均匀性的发现。张子信发现,依据传统的方法推算得的五星晨见东方的时刻,往往与实际天象不相符,常有应见而不见,或不应见而见的情况发生。由进一步的考察,他确认五星晨见东方时刻的这种超前或滞后及其时间的长短(称为“入气加减”(32)),也与二十四节气有紧密的、稳定的关系。张子信以为,这正是五星运动不均匀性的具体反映。同样,他也推算出了五星二十四节气“入气加减”的明确数值,从而实现了五星运动不均匀性的初始的定量描述。

  三薀拓于食差的发现,这薀拓于交食研究的一大进展。张子信认识到简单地根据传统的食限法,还不能断然判定日食发生与否,即在已入食限的条件下,如果当时月亮在黄道之北,则必发生日食无疑;而如果当时月亮在黄道之南,则不发生日食。(33)这里,张子信是发现了月亮视差对日食的影响。月亮视差是指在地面上的观测者看来,月亮真实位置的天顶距(Z)总比视位置的天顶距(Z+Z)来得小的一种天文现象(见图1)。对日食而言(见图2),当月亮在黄道之北时,由于视差使月亮的视位置下降,令日月的距离更靠近,所以只要入食限则必发生日食;而当月亮在黄道之南时,也由于视差使月亮的视位置下降,遂令日月的距离增大,所以即使已入食限,还是不发生日食。这就是张子信关于食差的发现的真实天文含义。

  张子信的这三大发现都具有划时代的意义,它们为天文历法体系的完善增添了全新的内容。



三、刘焯的皇极历及其它



  刘焯是隋代杰出的天文学家,他于604年撰成皇极历,后世历家咸称其妙。他最先把张子信的三大发现引入历法,并成功地解决了这三大发现的具体计算和合理应用问题。

  在皇极历中,载有二十四节气太阳视运动不均匀性改正数值表(日躔表),这是流传至今的第一份完整的日躔表,其前身即张子信的“入气差”。在应用日躔表进行任一时刻的改正值的计算时,刘焯首创了等间距二次差内插法。这一数学方法的物理意义,是把某一时段内太阳视运动的速率看成是匀加速或匀减速的。这一方法较好地解决了太阳视运动不均匀性的计算问题。在这一基础上,刘焯成功地解决了同时考虑日、月运动不均匀性影响的定朔计算方法,使真正朔日时刻的计算精度得以提高。

  在皇极历中,还载有五星入气加减的数值表,其源由亦当来自张子信。重要的是,刘焯首创了推算五星晨见东方时刻的三段计算法:平见—常见—定见法。即先把太阳和五星的运动视作是匀速的,由此可算得平见时刻(T0);次由五星入气加减表求得五星运动不均匀性改正值(△t),则常见时刻=T0+t;再由日躔表算出太阳运动不均匀性改正值(△T),于是定见时刻=T0+t+T

  关于日月交食的研究,在皇极历中载有“推应食不食术”和“推不应食而食术”,(34)这是对张子信第三大发现的具体补充和发展。此外,刘焯还首次提出了食差对日食食分大小的影响的具体算法,以及交食起讫时刻的计算方法,并对于交食的亏起方位作了前所未有的详细讨论。

  刘焯还是黄道和白道宿度变换的首创者。他曾测得75年差一度的新岁差值,这是一个相当准确的数值。他对南北相距千里,日影长度相差一寸的旧说,持反对的态度,并提出由实测加以验证的具体建议。可惜这一建议连同他的皇极历均未被采纳,但他的科学业绩却是不可泯灭的。

  和刘焯同时的另一位天文学家张胄玄,也吸取了张子信的工作成果,约于610年编成大业历。虽然大业历对于类似问题的处置不如皇极历周全,却也别树一帜,尤其在五星运动的研究上最为突出。张胄玄测得五星会合周期分别为:木星398.882日(误差0.002日),火星779.926日(误差0.011日),土星378.090日(误差0.002日),金星583.922日(误差小于0.001日),水星115.879日(误差0.001日),它们是我国古代所取得的最佳成果。又,张胄玄对五星在一个会合周期内的动态进行描述时,以为在某些动态段中,五星的运行速率是依等差级数变化的,并解决了等级差数求和的问题,这在天文学上和数学上都是有重要意义的。



四、一行及其大衍历



  一行(683727年),魏州昌乐(今河南南乐县)人,俗名张遂,唐代名僧,在天文学上有很高的造诣,他对我国古代天文历法体系的贡献主要有如下三个方面:



1.大衍历的编制和创新

  公元728年,张说奏上一行完成的大衍历。一行为编此历,进行了大量的天文实测,并对中外历法系统进行了深入的研究,在继承传统的基础上,颇多创新。

  从历法的编次体例上看,共计分为七章:(35)“步中朔”(计算节气、朔望等),“步发敛”(计算七十二候等),“步日躔”(关于太阳运动的计算),“步月离”(关于月亮运动的计算),“步轨漏”(计算日影及昼夜漏刻长度),“步交会”(日月交食的计算)和“步五星”(关于五星运动的计算)。它们具有结构合理、逻辑严密、体系完整的特点,后世历法大都因之,成为历法体例的楷模。从内容上考察,其创新之处主要有:

  对太阳视运动不均匀性进行新的描述,纠正了张子信、刘焯以来日躔表的失误,提出了我国古代第一份从总体规律上符合实际的日躔表。在利用日躔表进行任一时刻太阳视运动改正值的计算时,一行发明了不等间距二次差内插法,这是对刘焯相应计算法的重要发展。

  一行对于五星运动规律进行了新的探索和描述,确立了五星运动近日点的新概念,明确进行了五星近日点黄经的测算工作。如他以为728年时,木、火和土三星的近日点黄经分别为345.1°,300.2°和68.3°,这与相应理论值的误差分别为9.1°、12.5°和[colo
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