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中国天文史:从秦朝到南宋天文学的发展有多难?【2】
海边流浪的puss

上期说过神奇的四分历一经问世立刻遭到各诸侯国哄抢,秦国也不例外。公元前221年,秦朝建立后,秦始皇将颛顼历颁行全国,当然,颛顼历也不过是改了个名字的四分历罢了。颛顼历行用夏正,以十月为岁首,岁终置闰。以甲寅年正月甲寅朔旦(即农历甲寅年正月初一这一天是甲寅日)立春为历元,在历元这一天,日月五星同时晨出东方。

汉承秦制,西汉建立以来一直沿用秦朝的颛顼历,但这历法有误差,到汉武帝时期,天象误差已经超过一天,到了不得不改正的地步。元封七年(公元前104年)五月,汉武帝采纳太史令司马迁、中大夫公孙卿等人提出的“历纪坏废宜改正朔”的建议,正式颁行邓平、落下闳等人创制的新历法,改此年为太初元年,新历因此被后人称为“太初历”。

《太初历》规定:以正月为岁首,采用无中气置闰,使月份与季节配合得更合理。并首次将二十四节气纳入历法中,用以配合农时。此外,行星的会合周期也测算得更准确。可十几年后,《太初历》又抛弃了四分历的算法,改为更粗糙的“八十一分法”,反而使误差越来越大。

所谓的“八十一分法”,是指测算的一个朔望月长度为29又43/81日,而非四分历测算的29又499/940日。这个数据来源于黄钟律管九寸长“九”的自乘,以音律起历,缺乏科学依据,所以时间越长,误差越大。

《太初历》用了188年后,长期积累的误差导致历法与天象严重分离。于是在东汉元和二年(公元85年)又改回《四分历》,史称“后汉四分历”。这时使用的回归年长度虽和古代的四分历相同,仍为365.25日,但在天体测量上做出了许多改进。

每一次改历都遭到了保守派的强烈反对,但科学的力量也是强大的,进步的科学家纷纷站出来,用先进的理论来批判神学和荒谬思想。代表中国古人宇宙观的盖天说浑天说宣夜说在两汉时期有了重大发展。(有关这方面的知识请参考《中国古人的宇宙观》)

盖天说认为天像圆形的伞盖,地如方形的棋盘。

浑天说认为天是一个圆球,把地包在里面,日月星辰可以转到大地下面去。天球的形状像鸡蛋壳,大地像蛋黄,靠天内的水、气浮力漂浮其中,日月星辰附在天壳上,因此太阳白天在地上运行,夜晚在地下运行。

宣夜说认为不存在一个硬壳式的天,宇宙是无限的,空间到处有气体存在,天体都漂浮在气体中,它们的运动也是受气体制约的。

不仅有理论支持,他们更有先进的仪器来观测和演绎。

比如西汉时期落下闳耿寿昌制造的浑仪浑象,东汉贾逵制造的太史黄道铜仪以及张衡的水运浑天仪,这些生动形象的浑天说模型,有力地证明了天文学绝不是什么玄乎的神学,而是科学。

浑天仪(浑仪和浑象)复原示意图

依靠这些先进的仪器,东汉的李梵苏统有了重大发现,不但月亮的运动有快有慢,而且月亮运动最快的那一点在不断移动!后来北齐的张子信还发现,不只是月亮,而且太阳和五星的运动都是不均匀的!所以,要想制定准确的历法,就需要知道日月的实际运行位置才行。

这就是历法中定朔定气的来源,定朔就是确定农历每月第一天,定气就是确定太阳在黄道上的真实位置,这样才符合实际的天象。东汉末年,刘洪在《乾象历》中首次采用定朔法,第一次把回归年的尾数降到1/4以下,为365.2462日,并且确定了黄白交角和月球在一个近点月内每日的实行度数,使朔望和日月食的计算都前进了一大步。可惜东汉末年吏治腐败,这部历法直到三国时代才被孙吴政权采用。而定气法计算复杂,一直等到一千多年后的清朝才正式被官方采用。

三国两晋南北朝时期虽然社会动荡,战乱频仍,但也涌现出一大批鼎鼎有名的大科学家。

比如三国时魏国杨伟在公元237年创制《景初历》,发现黄白交点有移动,并发明推算日月食食分(日、月被食的程度)和初亏(日、月食开始发生的位置关系或时刻)方位角的方法。吴国陈卓把战国秦汉以来石氏、甘氏、巫氏三家所命名的星官总括成一个体系,共计283星官、1464星,并画成星官图。东吴葛衡在浑象的基础上发明浑天象,它是如今天象仪的祖先。

东晋虞喜根据冬至日恒星的中天观测,首次发现岁差现象。南朝宋时期,何承天创立了调日法,其论周天度数和两极距离相当于给出圆周率的近似值约为3.1429,对后世的历法影响很大。之后,杰出学者祖冲之参考虞喜的岁差值,发明了圭表测冬至时刻的新方法,制订出举世闻名的《大明历》。

公元581年隋朝建立,天下一统。南北的科学文化和技术开始交流,但隋炀帝穷奢极欲,腐朽昏庸,极力维护占星术,刘焯耗尽心血创制的《皇极历》被压制排斥,未得到重用。

37年后,李渊建立唐朝,天文学继承和总结了前人的成就,又发扬光大,终于达到了新的高峰。

贞观七年(公元633年),李淳风制成浑天黄道仪,把中国观测用的浑仪发展到极为复杂的程度。他的《麟德历》,继承了何承天、祖冲之和刘焯三家的历法精华,是唐初最主要的历法。

图片║李淳风ai复原画像

开元十三年(公元725年),一行梁令瓒改进了张衡的水运浑象,制成了“开元水运浑天俯视图”,可以说是世界上最早的自鸣钟。与此同时,一行又组织了全国十一个地点的天地大测量,是世界上第一次子午线实测,彻底推翻了“日影千里差一寸”的传统说法。

在大规模的观测基础上,开元十五年(公元727年),一行完成了《大衍历》的初稿,《大衍历》也成为了我国古代最优秀的历法之一。

图片║一行(唐代著名的天文学家、高僧)

在这期间,原本深奥晦涩的星象知识也进入了大众的视野,这便是《丹元子步天歌》,它是一部以诗歌形式介绍中国古代全天星官的著作。大唐盛世也让中国的优秀历法传入了周边国家,比如朝鲜和日本。

唐朝末年,天下大乱,藩镇割据,造成国家四分五裂,一直被封建统治者垄断的天文历法,也就此进入民间。

徐昂的《宣明历》在日食计算方面提出时差、气差、刻差三项改正,把因月亮周日视差而引起的改正项计算更向前推进一步。曹士为的《符天历》废除上元(日月合璧,五星联珠的时刻)积年(从上元到编历年份的年数),以一万为天文数据奇零(零数)的分母,这两项改革大大简化了历法的计算步骤,因此这个历法在民间很受欢迎。

唐末的藩镇割据和五代十国的混乱局面,以北宋的建立而宣告结束。生产力的发展大大推动了科技的进步,火药用于军事、活字印刷术的出现和指南针的发明进一步证实了北宋时期经济文化的空前繁荣,作为自然科学之一的天文学在这一时期也取得许多重要成就,尤其是天文仪器的进化超过了以往任何一个时代。

这一时期先后进行过五次恒星位置的测量,其中以元丰年间(公元1078~1085年)的观测最有名,其观测结果被绘成星图,刻在石碑上保存下来,这就是著名的苏州石刻天文图。

沈括的熙宁浮漏大大简化了多级漏壶的不便,制造浑仪时省去了白道环,改为白道坐标,这是中国浑仪由复杂走向简化的开始。他用缩小窥管下端孔径的办法来限制人目挪动的范围,以减少照准误差;还用观测北极星位置的方法来校正浑仪极轴的安装方向。

张思训的太平浑仪,是世界上第一台自动天象仪。此水运浑象用水银作动力,是世界上水银机械仪表的始祖。

与沈括同时代的苏颂,和韩公廉制造的水运仪象台,是一个集古代浑仪、浑象和报时装置于一体而又以水流运转的大型天文仪器,堪称当时世界上最先进、技术综合程度最高的大型机械装置。

天文仪器的发展必然也提高了观测水平,北宋的恒星观测次数特别多,数据和公式都在不断改进。特别是1006年和1054年的超新星记录,成为当代天文学研究中极受重视的资料。

不幸的是,一切的辉煌在靖康之变后便戛然而止。南宋统治者偏安一隅,沉湎享乐,又忙着镇压农民起义,朝廷根本没心思搞科学研究。更关键的是,封建统治集团一直垄断着天文学,禁止民间流传,北宋灭亡后,原来先进的观测仪器和典籍都被金国运走,南宋几乎找不到懂天文仪器之人,甚至造不出一台像样的浑仪来。

南宋杰出的天文学家要数杨忠辅,他创制的《统天历》给出了有史以来最精确的回归年长度:365.2425日,与现今通用的回归年长度(365.2422日)误差在0.0003日,不到26秒。

图片║杨忠辅(南宋天文学家)

但糟糕的是,南宋的“程朱理学”思想让唯心主义的哲学家又找上了天文学,他们把自己的说教和上天挂钩,把三纲五常的理论称作“天理”。还用阴阳象数的思想,把原本那些天文学中弄得比较清楚的问题,又重新搞得混乱不堪,古老的天文学再次面临着重大考验。

天文永无止境,真理越辩越明,科学的力量又该如何复苏?我们下期继续。

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