古代天文歷法知識基礎(chǔ)

一飛圖書館 2019-06-10

展開全文

御廌

2018-11-12 21:29:10

天文歷法簡史

天文學與人類的生產(chǎn)、生活緊密相關(guān),是自然科學中發(fā)展得最早的一門科學。

出于農(nóng)耕民族掌握四季變化的需要，古人觀測天象是很勤的，殷商時代的甲骨文就有了某些星名和日食、月食的記載，《尚書》、《詩經(jīng)》、《春秋》、《左傳》、《國語》、《爾雅》等書有許多關(guān)于星宿的敘述和豐富的天象記錄，史記有《天官書》，《漢書》有《天文志》。

遠在5000多年前，中國就有了《陰陽歷》，每年366天。商代（公元前1600年～公元前1066年）時期，已有專門的官員負責天文歷法，當時采用的是《陰陽合歷》，將閏月放在歲末，稱為“十三月”。西周（公元前1066年～公元前771年）時期，天文學家用圭、表測量日影，確定冬至、夏至和一年的二十四個節(jié)氣，來指導農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)。

原始社會的新石器時代是我國天文學的萌芽階段。當時的人們開始注意到太陽升落、月亮圓缺的變化,從而產(chǎn)生了時間和方向的概念。從考古發(fā)掘看,半坡氏族的房屋都向南開門,一些氏族的墓穴也都向著同一個方向。人們還在陶器上繪制了太陽、月亮乃至星辰的紋樣。

人面魚紋盆口沿露地線紋中的四個“|”紋即表示四十數(shù)，四個“個”紋為十二數(shù)，既與四時八節(jié)十二月歷法有關(guān)，其總數(shù)五十二則與月相周期密合，即一年為五十二個七日。

進入奴隸社會以后,天文學逐步得到發(fā)展。相傳在夏朝已有歷法,所以,今天還把農(nóng)歷稱為“夏歷”。根據(jù)甲骨文的記載,商代將一年分為春、秋兩個季節(jié),平年有十二個月,閏年有十三個月,大月三十天,小月二十九天。商代甲骨文中還有世界上關(guān)于日食、月食的最早記錄。西周已設(shè)專門人員管理計時儀器和進行天象觀測。春秋時期,人們已能由月亮的位置推出每月太陽的位置,在此基礎(chǔ)上建立了二十八宿體系。根據(jù)《春秋》一書的記載,當時已將一年分為春、夏、秋、冬四季。在同一書中還記有“魯文公十四年(公元前613年)秋七月,有星孛于北斗”。這是世界上關(guān)于哈雷彗星的最早記錄。

天文簡史

戰(zhàn)國時楚國人甘德和魏國人石申夫各著有《天文星占》和《天文》兩篇著作，《漢書·律歷志》將兩書合為一書，取兩者姓名合稱為《甘石星經(jīng)》，但正式以《甘石星經(jīng)》命名的是南宋晁公武的《郡齋讀書志》。天文學著作。甘經(jīng)、石經(jīng)各八卷，共十六卷，大致成書于戰(zhàn)國時期。

《漢書·律歷志》記載這部書有各八卷，到《隋書·經(jīng)籍志》記載只有各一卷，到唐以后此書就完全散佚了，今只能從唐代天文學著作《開元占經(jīng)》中見到它的片斷。后代所傳的已不是原文，歷代屢有纂改增刪，現(xiàn)存有民間流傳的抄本。原書詞意較淺，也很簡略，只有五、六百字。現(xiàn)傳本是唐代人摭拾破殘舊本，綴補而成。

《甘石星經(jīng)》記錄了我國最早的恒星變化位置圖表，石氏部分包括二十八星宿、中官與外官，甘氏部分系統(tǒng)觀察了金、木、水、火、土五大行星的運行，發(fā)現(xiàn)了五大行星的出沒規(guī)律，記載了八百顆恒星的名字，測定了一百二十顆恒星的方位。

《甘石星經(jīng)》中的《甘石星表》所載星座的測量形式，是中國天文測量學上獨特的赤道坐標系。這個星表也是世界上最早的星表，比希臘天文學家伊也谷測編的歐洲第一恒星表大約早二百年，后世許多天文學家在測量日、月、行星的位置和運動時，都要用到《甘石星經(jīng)》的數(shù)據(jù)。此書反映了戰(zhàn)國時代天文學成就，是世界上最早成書的恒星和五行星的觀測紀錄。

《甘石星經(jīng)》標志著我國古代天文學的發(fā)展高度，西漢惠帝元年(前194年)重修長樂宮，將城垣提高三丈，“城南為南斗形，北為北斗形，至今人呼漢舊京城為斗城?！?《三輔黃圖》)在西漢陵墓壁畫中也有相當精彩的星象圖，最有名的是河南洛陽西北郊西漢墓中的壁畫天文圖。西漢諸帝還好言讖緯，將一些天文現(xiàn)象牽強附會，妄言興衰，宋代禁止流傳，緯書中也保存有春秋戰(zhàn)國時的天文資料。

《開元占經(jīng)》中輯出的石氏星表里，在二十八宿部分還附有二十五個“古度”的數(shù)據(jù)。它們都是距度方面的量。

1977年在安徽阜陽出土了一件漢初的圓盤，圭表，是兩塊中心相通、疊在一起的圓盤。稍小的上盤，邊緣均勻分布三百六十五個小孔。下盤邊緣寫有二十八宿名稱和距度數(shù)，彼此間距和距度數(shù)相當。這些距度數(shù)和《開元占經(jīng)》所列古度大體一致。上述圓盤的出土，證實了中國古代確實曾用過古度數(shù)據(jù)。

石氏星表是后世許多天體測量工作的基礎(chǔ)。諸如測量日、月、行星的位置和運動，都要用到其中二十八宿距度的數(shù)據(jù)，還附有二十五個“古度”的數(shù)據(jù)，它們都是距度方面的量。

1977年，考古學家在安徽阜陽西漢汝陰侯夏侯灶墓（下葬年代為文帝十五年，公元前165年）中發(fā)掘出大量珍貴文物，其中一件漆器因功能不詳而被稱為“不知名漆器”。經(jīng)過多年的研究，石云里發(fā)現(xiàn)這件物品是古代用于測量正午日影長度的天文儀器“圭表”，是世界上現(xiàn)存的年代最早、且具有確定年代的圭表，比儀征出土的圭表還要早。

1965年在江蘇儀征石碑村1號東漢墓出土了一件袖珍銅圭表。圭長34.5厘米，合漢制1.5尺，邊緣上刻有尺寸單位；表高19.2厘米，合漢制8寸。圭、表間用樞軸連接，使之合為一體。使用時將表豎立與圭垂直；平時可將表折入圭體中留出的空檔內(nèi)，便于攜帶。是設(shè)計家和鑄造師密切配合的杰作。根據(jù)傳統(tǒng)的說法，表高為8尺；這一數(shù)值曾被長期沿用。該表的表高恰為8尺的1/10，說明它是一件便攜式的測影儀器，可證明當時常設(shè)的天文臺用8尺的表進行觀測的說法是可信的。

具體可看如果國寶會說話之二十八宿圓盤圭表。

古代天文歷法知識基礎(chǔ)

天文簡史

5000多年前，中國就有《陰陽歷》，每年366天。

商代（公元前1600年～公元前1066年）時期，已有專門的官員負責天文歷法，當時采用的是《陰陽合歷》，將閏月放在歲末，稱為“十三月”。西周（公元前1066年～公元前771年）時期，天文學家用圭、表測量日影，確定冬至、夏至和一年的二十四個節(jié)氣，來指導農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)。

西漢（公元前206年～公元23年）漢武帝時，命令官員在古歷的基礎(chǔ)上重新制定了新的歷法——《太初歷》（公元前104年成書），沿用200余年。東漢（公元25年～公元220年）初年，國家又制定了《四分歷》。魏晉南北朝（公元220年～公元518年）時期，祖沖之制定《大明歷》，首次將歲差計算入內(nèi)，每年365.2428天，與現(xiàn)在的精確測量值僅相差52秒。

唐代（公元618年～907年）著名天文學家僧一行經(jīng)過數(shù)年的測量后制定了中國歷史上最全面最詳盡的歷書——《大衍歷》。該書共七部分，包括：計算朔月，望月的方法，計算二十四節(jié)氣及晝夜長短的方法，計算太陽，月亮運動，計算五大行星的運動，七十二侯，六十四卦，以及預測日食，月食等。這個歷法對中國歷法史影響很大，在明末采用西歐方法編歷之前，歷次修訂歷法都是仿照它的結(jié)構(gòu)進行的。

北宋時期（公元960年～公元1127年）沈括制訂了依據(jù)時令氣節(jié)而定的《十二氣節(jié)歷》，撤銷閏月，與現(xiàn)行的公歷主張一致。

元朝（公元1279年～公元1368年）郭守敬在實際觀測的基礎(chǔ)上，吸取了前人的經(jīng)驗，加上自己的創(chuàng)見，編訂了中國最優(yōu)秀的歷法《授時歷》。廢除了上元積年的日法，創(chuàng)立了招差法，孤矢割圓術(shù)，精確而圓滿地解決了古歷中定朔、閨月安排，二十四節(jié)氣安排，預推日、月食日期、時刻和見食情的四個主要問題。

從明朝（公元1368年～公元1644年）萬歷年間開始，中國歷法引入西學，清代（公元1644年～公元1911年）初期順治時，德國傳教士湯若望等人編制《時憲歷》。公元1912年，中國開始使用公歷，但同時使用農(nóng)歷，其實質(zhì)上仍是《時憲歷》。

天文坐標系統(tǒng)

古代中國赤道坐標系

赤道天球坐標系在古代中國被稱為渾天說，相對于宣夜說、蓋天說，渾天說更符合天地運行的規(guī)律。東漢張衡首先提出了渾天說，并對之前流行的蓋天說進行了否定。渾天說認為，天地如鳥卵（大橢圓形），天地相依，地居天中。張衡《渾儀注》曰：“渾天如雞子，天體圓如彈丸，地如雞子中黃，孤居于內(nèi)。天大而地小，天表里有水。天之包地，猶殼之裹黃。天地各乘氣而立，載水而浮。周天三百六十五度四分度之一；又中分之則一百八十二度八分之五覆地上，一百八十二度八分之五繞地下?！?/div>

渾天說是以地體為天地的球心，以南、北兩極為天之中，亦即天地的中心；以緣地球表面向四周延伸的太空為上下四方。以北天極為上，以南天極為下，以與地球赤道相平行的二十八宿為天赤道，以將二十八宿所標示365度四分度之一等分為十二辰作為劃分時間的坐標。并在這一立體的“卵殼”（天球上）上標示日月五星的運行軌道（即所說的黃道、黑道等）。正如李勇先生所指出：（由十二支標示的）“天空十二辰對觀測者而言是隨整個天球參與周日和周年運動?！彪S整個天球，即是隨整個地球參與周日和周年運動。因為整個天球是整個地球全方位向天穹的延伸。正如漢代揚雄在《太玄經(jīng)》所說：南極與北極是天軸所在的處所，天旋地轉(zhuǎn)由此而起，就象車輪有車軸，所以能自行旋轉(zhuǎn)。眾星全都移動，惟獨北極固守中央不變換位置（古人所講的用于標識北天極位置的北極星只是相對不移動位置，其實作為天軸軸心的北極星也是換了好幾個的）。因此得知北極星的位置居于天地的中心，天地是傾斜的，所以（在人的視覺中）極在正北。極就象轉(zhuǎn)軸的軸心，以（相對的）靜經(jīng)歷（不停歇的）動，計量出十二時。這一體系所認知的時空背景是以“極”為樞紐（中心），“時乘十二”。一年的十二月、一日的十二時，都是以極為中心對二十八宿的十二等分。用現(xiàn)代科學的語言講就是以“極”為中心對地球赤道和天球赤道365.25度的十二等分。

古代中國天文學赤道坐標系的“以地體為天地的球心”，與西方的“地心說”有著本質(zhì)的區(qū)別。西方地心說認為，地球靜止地居于宇宙的中心，太陽、月亮、行星和恒星都繞地球轉(zhuǎn)動。在古代西方當時觀測精度不高的情況下，地心體系大致能夠解釋行星的視運動，并據(jù)此編出了行星的星歷表。赤道坐標系的 “以地體為天地的中心”，卻不是將地球認作靜止的，更不是將地球認作宇宙的中心。

如《素問》就明確指出：“觀五星之東轉(zhuǎn)，則地體左行之理昭然可知也?！薄暗貫槿酥?。太虛之中者也?！?是“太虛之中一物爾?！边@兩段引文的意思是：觀測木火土金水五大行星自西向東旋轉(zhuǎn)，那么地體自右向左運行是明明白白可以認知的。地體在人的腳下，太空之中。不過是太空之中的一個物體罷了?！渡袝た检`曜》也指出：“地恒動不止，而人不知，譬如人在大舟中，閉牖而坐，舟行不自覺也?！钡鼐拖笠粭l航行著的大船，人坐在船中，關(guān)著窗戶，船在行駛，人卻覺不出來?！读凶印ぬ烊稹穭t說：“運轉(zhuǎn)靡已，大地密移，疇覺之哉！”地球是不斷地旋轉(zhuǎn)著，只是人的感官不能覺察?！洞呵锞暋ぴ酚浭隽耍骸疤熳笮?，地右動?！薄洞呵锞暋み\斗樞》則說：“地動則見于天象?！碧炜罩刑祗w的移動體現(xiàn)了地體的運動。

《尸子》的論述則具有相當強的學術(shù)性：“天左舒而起牽牛，地右辟而起畢昂?！奔刺焓菑淖笙蛴疑煺归_來，起點處是牽牛星宿----冬至起點；地是從右向左旋轉(zhuǎn)，起點處是畢、昂兩組星宿。牽牛與畢、昂在二十八宿中處于遙遙相對的位置。那么地體憑借什么而立足呢？“大氣舉之也。”也就是說，地球和五大行星一樣，共同漂浮在太空之中。它們和太空中的所有天體一樣，都被大氣托舉著。而且承傳了四千多年以前夏代用十干紀一年分十個月歷法的彝族人民，就保留了古老的中華民族“老虎推動地球轉(zhuǎn)”的觀念。這些觀念就是古代中國天文學的以“地體為天地的球心”之出發(fā)點。有了這些正確的出發(fā)點，無論是對北極星的觀測也好，還是對北斗星、太陽、月亮、五大行星等天體的觀測也罷，認知的都是地球與北斗、太陽、月亮、五星、二十八宿等天體復合運動的現(xiàn)象，測定的都是天體（自然也包括地球這個天體）在運行過程中的相互對應規(guī)律。赤道坐標系的天球坐標系就是以此為基礎(chǔ)而建立起來的，而且其科學性也是無可置疑的。不然的話，現(xiàn)代天文科學就不會“在計量恒星精確位置這一同樣重要方面卻完全是中國式的。

古代天文歷法知識基礎(chǔ)

天文坐標系統(tǒng)

天球

為研究天體的位置和運動，而引進的一個假想圓球。根據(jù)所選取的天球中心不同，有日心天球、地心天球等，各個天體同地球上的觀測者的距離都不相同。相比天體和觀察者間的距離，觀測者隨地球相對于上文中幾乎做慣性運動的天體移動的距離是小量，所以看上去天體似乎都離我們一樣遠，仿佛散布在以觀測者為中心的一個圓球的球面上。實際上我們看到的是天體在這個巨大的圓球的球面上的投影位置，這個圓球就稱為天球。

觀測者所能直接辨別的只是天體的方向。在球面上處理點和弧段的關(guān)系，比在空間處理視線方向間的角度要簡便得多,在天文學的一些應用中,都用天體投影在天球上的點和點之間的大圓弧段來表示它們之間的位置關(guān)系。天球的半徑是任意選定的，可以當作數(shù)學上的無窮大。為了定量地表示和研究天體投影在天球上的位置和運動,需要在天球上建立參考坐標系,并主要應用球面三角學計算點位的關(guān)系。它假定各天體在天球表面上的投影就是天體在宇宙空間中的位置。

天球坐標系統(tǒng)

相對于地球不動的概念，天球上的物體也是每24小時圍繞著天極旋轉(zhuǎn)的。這就是晝夜運動，太陽、行星、衛(wèi)星等等都是東升西落,這稱為天球的周日視運動.因為地球有公轉(zhuǎn)的緣故，一顆恒星總是比它前一天提前約4分鐘升起。

天球可被它的赤道（即天赤道）分成北天半球和南天半球兩部分。對應著有北回歸線、南回歸線、南極、北極。

因為地球是自西向東旋轉(zhuǎn)，所以天球上的物體都是相對天球自東向西旋轉(zhuǎn)。

可以構(gòu)建一個天球坐標系統(tǒng)來量化天空物體的朝向。而因為有天球的概念后，天文學家以此開始創(chuàng)立不同坐標系如黃道坐標系和銀道坐標系。但要注意的是，天球儀是在天球外看天球，天象廳或模擬星象是在天球內(nèi)看天球。

地平坐標系統(tǒng)

方位角·高度角·地平線·正北·天頂·天底

在地平或高度方位系統(tǒng)，觀測者位于地球上，圍繞著自身的自轉(zhuǎn)軸每一恒星日（23h56m）相對于固定的恒星背景旋轉(zhuǎn)一周。在地平系統(tǒng)中，天體位置的定位主要用于計算出與沒的短暫時間，例如，太陽升起和沉沒時間的計算。過去它也用于導航，例如，確定行星位置的高度與方位，依據(jù)時間確定船只正確的經(jīng)度和緯度。許多望遠鏡也采用經(jīng)緯儀的架臺，然后依據(jù)時間、地理位置，利用電腦計算天體在地平上的位置（高度和方位）。

赤道坐標系統(tǒng)

赤經(jīng)·赤緯·天赤道·時角

以地球的中心為中心并且固定住環(huán)繞我們的天空，因此它看起來與地球固定在一起，而我們在地球的表面上繞著自身的軸旋轉(zhuǎn)。赤道坐標描述的天空，包括所見的太陽系，和現(xiàn)在所有的星圖幾乎全都用赤道坐標來繪制，而古代的東方天文學家早已使用這種坐標繪制星圖。

赤道系統(tǒng)是專業(yè)天文學家最常用的坐標系統(tǒng)，業(yè)余天文學家也使用赤道系統(tǒng)的架臺在夜晚追蹤天空的運動。天體被調(diào)整好的望遠鏡或其它種類的儀器找到之后，這些天體就會使用與赤道坐標匹配來標示它們的位置。

最常被選用的赤道系統(tǒng)是古老的1950分點或現(xiàn)代的2000分點，但也可以使用標示日期的赤道系統(tǒng)，意味著必須考量日期的需要，例如對一顆行星或太空船位置的測量。也有細分到“平均日”坐標，它們采用平均值而忽略章動和包含章動的"真正日期"。

黃道坐標系統(tǒng)

黃經(jīng)·黃緯·黃道

一種古老的坐標系統(tǒng)，使用在天文學和占星術(shù)上未分家前的星圖上，特別是在西方世界。

黃道系統(tǒng)描述的是行星環(huán)繞太陽移動的軌道，它的中心在太陽系的重心，也就是太陽的位置。它的基本平面是地球的軌道面，稱為黃道面。在行星科學中被大量使用，像是計算行星的位置和其他重要的行星軌道參數(shù)：傾角、升交點、降交點、近日點位置等等。

銀河坐標系統(tǒng)

銀經(jīng)·銀緯·銀盤·銀心

以我們的太陽系為中心，指向銀河中心的方向為是0點的位置，而基本平面大致上與銀河盤面一致，但是有固定的標準。當然，銀河系統(tǒng)是用來決定星際物體在銀河中的相關(guān)位置。