一 天文學

中國古代的天文學名著簡介

自然科學史研究所  劉金沂

具有輝煌成就的中國古代天文學孕育了豐富的天文典籍，古代天文學家以他們飽蘸知識的筆墨寫下了許多著名的篇章，給我們留下了十分珍貴的天文學遺產(chǎn)。

歷法著作

歷法是中國古代天文學的重要內(nèi)容，它不僅包括年、月、日、時、節(jié)氣的安排，還包括日、月、行星運動，交食，晷影，漏刻，恒星出沒，天空分區(qū)，等等。因此，中國古代歷法有現(xiàn)今天文年歷的性質(zhì)。

現(xiàn)在保留下來最古老的典籍之一《夏小正》相傳是夏代（約公元前二十一世紀到公元前十六世紀）的歷書。其中記載有人們由觀察天象和物候決定農(nóng)時季節(jié)的知識。它原是《大戴禮記》中的一篇，后來單獨成冊流傳。據(jù)考證，正文只有四百多字。就天文知識來說，它按十二個月的順序記述了每月的星象，如早晨和黃昏出現(xiàn)在南方的星星，北斗柄的指向，銀河在天空的位置，太陽到了恒星間什么地方等。此外還有每月的氣象、物候以及應該做的農(nóng)事和政治活動。例如：“正月，啟蟄，……鞠則見，初昏參中，斗柄懸在下，……”這里“鞠”和“參”都是星名，“斗柄”就是北斗七星組成勺子形的把子。這部書是否夏代的歷書，學術界還沒有定論，但它至遲在春秋時期（公元前770年到公元前476年）已經(jīng)成書，而且根據(jù)書中反映的天象等情況，說明確有更早時代的資料。

自漢代（公元前205年到公元后220年）起，就有完整系統(tǒng)的歷法著作留傳到現(xiàn)在，包括在各歷史朝代中頒行過的和沒有頒行過的歷法共約一百種，絕大部分收集在《二十四史》的《律歷志》中，這是研究中國歷法的資料寶庫。現(xiàn)擇要略作介紹。

《三統(tǒng)歷》，西漢劉歆（？-23）作，一般認為是根據(jù)漢武帝太初元年（公元前104年）鄧平、落下閎等人創(chuàng)作的《太初歷》稍加修改而成。這是現(xiàn)存最早的一部完整歷法，后世歷法的基本內(nèi)容這時大體都已具備?！度y(tǒng)歷》共有七節(jié)：統(tǒng)母，紀母，五步，統(tǒng)術，紀術，歲術，世經(jīng)。統(tǒng)母和統(tǒng)術講日月運動的基本常數(shù)和推算方法，包括回歸年、朔望月長度、一年的月數(shù)、交食周期、計算朔日和節(jié)氣的方法等；紀母、紀術和五步講行星的基本常數(shù)和推算方法，包括五大行星的會合周期、運行動態(tài)、出沒規(guī)律、預告行星位置等；歲術講星歲紀年的推算方法；世經(jīng)講考古年代學。《三統(tǒng)歷》還明確規(guī)定，以無中氣的月份置閏，并選取一個“上元”作為歷法的起算點?！度y(tǒng)歷》的這些內(nèi)容，對后代歷法影響極大，有的沿用至今。清代學者錢大昕（1728—1804）、李銳（1773—1817）、董佑誠（1791—1823）等人都曾對《三統(tǒng)歷》做過詳細研究，日本、法國學者還把它譯成日文和西方文字。

《乾象歷》，漢獻帝建安十一乍（公元206年）劉洪（約135—210）作。它對月亮運動的研究有了新進展，首次提出月亮近地點的移動（過周分），從而算出近點月長度，并在一近點月里逐日編出月離表，又首次提出黃白交角是六度（兼數(shù)），首次提出交食計算中推算食限的方法，這些都對后代歷法影響很大。

《皇極歷》，隋文帝仁壽四年（公元604年）劉焯（544—610）作，未頒行?！痘蕵O歷》考慮太陽和月亮視運動不均勻來計算日月合朔的3                                                         時刻，創(chuàng)立了等間距二次差內(nèi)插法①。為了求得任意時刻的定朔改正值，又創(chuàng)立了任意間隔二次差內(nèi)插法的公式。這在中國天文學史和數(shù)學史上都有重要地位，后代歷法計算日月五星運動使用的內(nèi)插法多繼承《皇極歷》的方法并繼續(xù)發(fā)展。

《大衍歷》，唐玄宗開元十五年（公元727年）僧一行（683—727）作，后經(jīng)張說（667—730）和陳玄景整理成文，開元十七年（公元729年）頒行，使用到天寶十年（公元751年）。開元二十一年（公元733年）傳入日本，在日本使用近百年?！洞笱軞v》結(jié)構(gòu)嚴謹，條理分明，共有歷術七篇，講具體計算方法。另有歷議十二篇（其中略例三篇），講歷法的理論問題，是一行為《大衍歷》寫的論文，通稱《大衍歷議》?！洞笱軞v》的制定是從制造儀器開始的，經(jīng)過實際觀測確定基本天文數(shù)據(jù)，這是科學的方法。經(jīng)過《大衍歷》的制定，對太陽月亮運動不均勻現(xiàn)象有了正確全面的了解。通過實際觀測，破除了一千年來流傳的“寸差千里”的謬說。在計算方法上，《大衍歷》創(chuàng)不等間距二次差內(nèi)插法的公式，比起《皇極歷》來又是一個進步。

《授時歷》，元世祖至元十七年（公元1280年）郭守敬（1231—1316）作，次年頒行。明代《大統(tǒng)歷》繼續(xù)用它的方法，前后共使用三百六十多年，是古歷法中行用最久的，也是在天文數(shù)據(jù)、計算方法各方面發(fā)展到高峰的一種歷法。中國古典系統(tǒng)的歷法到此為止，以后就有西方天文知識傳入并影響到歷法的編算?，F(xiàn)存《元史·歷志》里的《授時歷經(jīng)》上下篇是郭守敬在王恂（1225—1281）初稿基礎上重新編定的。當時《授時歷》雖已頒行，但各種數(shù)據(jù)用表、推步算法沒有定稿。元至元十八年（公元1281年）王恂不幸去世，由郭守敬一人主持完成。他“比類編次，整齊分秒，裁為二卷”。《授時歷》共有七部分，內(nèi)容相似于《大衍歷》；但采用等間距三次差內(nèi)插法計算日月五星位置，又用弧矢割圓術和類似球面三角的方法根據(jù)太陽黃經(jīng)求它的赤經(jīng)赤緯，這兩種方法在天文學史和數(shù)學史上都具有重要地位。目前，有許多中外學者在對《授時歷》進行研究。

《崇禎歷書》，明末徐光啟（1562—1633）主編，李天經(jīng)（1579—1659）續(xù)成，從崇禎二年到七年（公元1629年到1634年）前后共用五年時間完成。它從多方面引進了歐洲古典天文學知識，內(nèi)容包括天文學基本理論，三角學，幾何學，天文儀器，日月和五大行星的運動、交食，全天星圖，中西單位換算等，共四十六種，一百三十七卷，采用第谷（1546—1601）的太陽系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，計算方法中翻譯了哥白尼（1473—1543）《天體運行論》中的許多章節(jié)，還有開普勒（1571—1630）《論火星的運動》一書中的材料，歷法計算中不用中國傳統(tǒng)的代數(shù)學方法而改成幾何學方法，這是中國天文學史和歷法史上一個重要的轉(zhuǎn)折。中國古代天文學體系開始向近代天文學轉(zhuǎn)變。

明末未能根據(jù)《崇禎歷書》來編算民用歷書，清代開始使用根據(jù)《崇禎歷書》編算的歷書——《時憲歷》，直到清末。在《四庫全書》中有一百卷本的《西洋新法算書》是傳教士湯若望（1591—1666）根據(jù)《崇禎歷書》刪改而成的。

天文星占著作

在中國古代天文學的發(fā)展過程中，星占術曾超過它獨有的作用。正是因為星占術的需要，古代許多星占家大量觀測記錄天空現(xiàn)象，編寫星象著作，其中包括許多天文知識。所以中國古代不少天文著作都同星占術結(jié)合在一起。

《石氏星經(jīng)》是現(xiàn)在見到的最早的一本天文星占著作，戰(zhàn)國時期（公元前475年到公元前221年）魏國石申所著。書的原名叫《天文》，內(nèi)容涉及太陽、月亮、行星、交食、恒星、古代天文名詞、宇宙概念等多方面，尤其是恒星部分價值更高。①

《五星占》是1973年在長沙馬王堆漢墓中出土的一份帛書，專講五大行星運動和一些天文知識，共有九部分，八千字。書大約寫于漢文帝前元年間（公元前179年到公元前164年），書中對五大行星運動有詳細的描述，成為后代歷法中“步五星”工作的先驅(qū)。書中對金星、土星的會合周期定得比較準確，對秦始皇元年（公元前246年）到漢文帝前元三年（公元前177年）七十年間木、土、金三星的動態(tài)有逐年的記載，這是研究古代行星問題的一份重要資料，受到了中外學者的廣泛注意。

漢代還有兩本重要的天文著作應該提到，這就是《天官書》和《周髀算經(jīng)》?！短旃贂肥恰妒酚洝分械囊黄?，公元前一世紀司馬遷《前145或前135—？）著，可算是當時有關天文知識的總結(jié)。尤其是恒星部分記錄了當時所認識到的全天恒星，共九十多組名稱，五百多顆星，是關于全天恒星的最早一篇完整文獻。后來許多恒星的命名都受它影響?！短旃贂穬?nèi)容除恒星外，還有行星、分野、日月占候、奇異天象、云氣、歲星紀年、天象記錄和占驗等，是研究秦漢天文學乃至先秦天文學的一篇權威性文獻?！妒酚?#183;天官書》開創(chuàng)了后代史書中撰寫天文志的傳統(tǒng)。《二十四史》中有十幾篇天文志，為研究中國天文學史提供了系統(tǒng)全面的資料。其中李淳風（602—670）所撰《晉書·天文志》，內(nèi)容豐富全面，已被翻譯成英文，在巴黎出版。

《周髀算經(jīng)》，成書于西漢后期公元前一世紀，作者不可考，是《算經(jīng)十書》中的一部，名曰算書，實際上主要是一部天文學著作。書有上下兩卷，重點講述當時的一種宇宙結(jié)構(gòu)學說——蓋天說，詳細闡述蓋天說計算天地結(jié)構(gòu)、太陽視軌道大小、周天里數(shù)、北極璇璣的方法，還有圓形蓋天式星圖的制作等等，是有關蓋天說的一本系統(tǒng)詳盡的典籍。

《步天歌》是一本以詩歌形式介紹全天恒星名稱、數(shù)目、位置的天文學著作，相傳是唐代王希明撰，丹元子是他的號，所以有時也稱《丹元子步天歌》①。詩文七字一句，有韻，把全天恒星按三垣二十八宿的分區(qū)法編在詩句中，讀著詩句就好像漫步在點點繁星之間。“句中有圖，言下見象”，便于辨認和記憶全天恒星，是古人學習天文學的必讀書。在宋代重修的《靈臺秘苑》一書中又把步天歌配上星圖，星空景象更加清晰明了。

《靈臺秘苑》原是北周庾季才撰，據(jù)《隋書·經(jīng)籍志》載，共有一百二十卷，現(xiàn)在見到的只有二十卷，北宋王安禮等人重修。書中有三百四十五顆恒星的赤道坐標值，是我國現(xiàn)存第二份星表，它的觀測年代是北宋仁宗皇祐年間（公元1049年到1053年），這對研究宋代的恒星觀測很有幫助。

《開元占經(jīng)》，一百二十卷，唐代瞿曇悉達撰，成書于唐玄宗開元六年到十四年（公元718年到726年），所以又稱《大唐開元占經(jīng)》。唐以后失傳，明神宗萬歷四十四年（公元1616年），安徽歙縣人程明善在古佛像腹中偶然發(fā)現(xiàn)，始得再次流傳至今。它是一本唐以前天文星占著作大全，把當時能見到的古代七十多種天文星占書按內(nèi)容分別摘錄編撰，內(nèi)容涉及天文星象、氣候、奇異現(xiàn)象等各方面。天文方面有名詞解釋，宇宙理論，日月行星運動，二十八宿距度，甘德、石申、巫咸三家對全天恒星名稱、星數(shù)、位置的描述和占驗，包括有石氏的恒星星表。此外還有當時使用的《麟德歷》、作者翻譯的印度《九執(zhí)歷》和其他十六種古代著名歷法的基本數(shù)據(jù)。這一著作為我們提供了唐代以前天文學史的重要資料。由于《開元占經(jīng)》的輯錄，許多古代失傳了的天文星占著作的內(nèi)容得以保存下來，就憑這一點，《開元占經(jīng)》也是一本極有價值的書。

唐代另一本天文星占著作《乙巳占》是李淳風所著，也摘編了許多現(xiàn)已失傳的古代星占著作的片斷，包括天文、氣象、星占，內(nèi)容也很廣泛。明代還有一本《觀象玩占》，作者不可考，也是天文星占書中一本有價值的著作。

天文星占著作有一些迷信的成分夾雜在中間，作為糟粕固然應當揚棄，但透過大量的天文現(xiàn)象和奇異天象的記載，使我們可以了解歷史上許多有價值的天文事件，如新星超新星的爆發(fā)，彗星的出現(xiàn)和分裂，流星雨的變遷，變星的光變，日食景象，黑子日珥日冕在歷史年代中的變化，行星運動，地月系的變遷等，這對現(xiàn)代天文學的理論研究有很大的價值。在《二十四史》天文志和其他天文星占書中保留了大量古代天象記錄，為現(xiàn)代天文學研究提供了不可代替的古代信息，全世界的天文學家都非常珍視它，由于這些古代資料的現(xiàn)代利用而形成了一門新的天文學分支——歷史天文學。這也是中國古代天文學現(xiàn)在特別受到全世界科學界重視的原因之一。

天文儀器著作

天文儀器是進行觀測的工具，在古代天文學的發(fā)展中起了重要作用。中國古代創(chuàng)制了多種精巧的天文儀器，如圭表、漏壺、渾儀、渾象等，不僅有實物保留到今天，還有一些專門著作，描寫它們的結(jié)構(gòu)和原理。這不僅在天文學上，而且在機械設計技術上，都有重要價值。

漢代大科學家張衡（78—139）是水運渾象的制造者。他的《渾天儀注》既是渾天說的重要著作，也是制作渾象的一本說明書。清代洪頤煊輯錄的《經(jīng)典集林》卷二十七中輯有全文，并附漏壺部分的結(jié)構(gòu)說明。它提供了渾天說的基本觀點、渾象的制作、多級漏壺的結(jié)構(gòu)等古代資料。

《新儀象法要》是宋代蘇頌（1020—1101）為水運儀象臺所作的設計說明書，成書于宋哲宗紹圣元年到三年（公元1094年到1096年）間，是有關水力運轉(zhuǎn)天文儀器的一本專著。書中共有圖六十種，詳細介紹北宋水運儀象臺的總體和各部結(jié)構(gòu)、尺寸。卷首有《進儀象狀》，說明這種儀器的建造緣起、經(jīng)過和它的特點。卷上介紹渾儀，卷中介紹渾象，卷下介紹儀象臺總體、臺內(nèi)各原動和傳動機械、報時系統(tǒng)，最后還有一段介紹整個儀象臺動作起來的過程，是中國現(xiàn)存最古的機械設計圖紙。根據(jù)這部書的描述，中國歷史博物館在王振鐸（1912—1992）的主持下復原了水運儀象臺。在復原研究過程中證明，書中一點一線都有根據(jù)，尺寸大小準確無誤，反映了公元十一世紀中國天文學和機械制造技術的成就?！缎聝x象法要》還記述了永運儀象臺的三項重要發(fā)明：活動屋頂，自動轉(zhuǎn)儀裝置，鐘表擒縱器。這幾項都比歐洲同類發(fā)明早幾百年。此外，書中還有星圖兩套五幅，是兩種全天星圖的表示法。一種是北極圓圖加赤道帶橫圖，共三幅；一種是以赤道為界、以兩極為圓心的半天球圓圖，共二幅，南極附近天區(qū)在中國看不到，圖中是空白，這種星圖畫法在中國還是首創(chuàng)。

有關中國古代的幾種重要天文儀器，在《宋史·天文志》中可以看到沈括（1031—1095）的三篇論文，是他在宋神宗熙寧七年（公9                                                                                 元1074年）寫的《渾儀議》、《浮漏議》和《景表議》。這三篇論文可算是有關儀器的專門著作。《渾儀議》講到了渾儀和渾象的制造歷史，指出渾儀和渾象是兩類不同的儀器，接著講到各代所制渾議的結(jié)構(gòu)，他對制作渾儀的心得體會?！陡÷﹥x》講到了在他之前的燕肅對平水壺的最新發(fā)明，詳細記錄漏壺的結(jié)構(gòu)和尺寸、漏壺用水的選擇等等?！毒氨碜h》講述了多表測景的的方法和景表安裝制造問題，討論了大氣能見度的影響。這些使我們對古代天文儀器的認識提高了一步。

郭守敬對天文儀器的重要發(fā)明都記載在《元史·天文志》中，他對簡儀、仰儀、正方案、景符、窺幾等都有詳細介紹，包括它們的結(jié)構(gòu)、尺寸和用法。這些儀器都在天文儀器史上有重要地位，元代之后沒有專文給以介紹，因而《元史·天文志》的有關部分實在是天文儀器的又一篇名著。

《靈臺儀象志》是清代初年為觀象臺制造六件大型天文儀器的設計使用說明書，由比利時來華的耶穌會士南懷仁（1623—1688）主編，完成于清圣祖康熙十三年（公元1674年）。這六件天文儀器現(xiàn)仍保存在北京建國門古觀象臺上，它們是天體儀（渾象）、黃道經(jīng)緯儀、赤道經(jīng)緯儀、地平經(jīng)儀、地平緯儀（象限儀）、紀限儀（距度儀）。

除了上述介紹的天文學名著，中國古代還有許多有價值的天文著作，這里特別應該提到《疇人傳》，這是一本天文、數(shù)學家的傳記集，收集了幾百位天文、數(shù)學家的生平和科學業(yè)績，是研究中國天文學史的重要資料集。它同其他許多著作一起系統(tǒng)全面地反映了中國古代天文學的成就，它的本身也是這成就的一部分。