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第17章 天文·历法(1)

001表与浑仪

我国古代科学技术很不发达,无论是农业生产,还是天文观测,都是一些极为简单的工具和仪器。当时观测天象所用的仪器,大致可以分为两类。

一类是“表”,形制是一根直立的杆子,通过太阳光的照射,人们根据表在地上的投影方向和长度的变化来观测天象。“表”是起源最早的天文仪器,它是古人在长期的生产和生活实践中,观察太阳投影的变化而发明的。古人利用“表”可以达到定方向、定节气、定时刻的目的。

另一类是“浑仪”,是专门用以观测天体在天体球面上坐标的天文仪器,也是我国古代天文观测的主要仪器。它是我国古代关于宇宙模式的浑天说理论建立后的产物。古人通过它不仅可以达到观测天象的目的,还可以测定昏、旦和夜半中星以及天体的赤道坐标,有时也能测黄道经度和地平坐标。

趣味链接:我国古代行星运行的记录

1973年,在湖南长沙马王堆出土的《五星占卜书》,详细描述了水、金、火、木、土等行星的运行情况,还一一列出了从秦始皇元年(公元前246年)到汉文帝三年(公元前177年)的70年中,金星、木星、土星的准确位置,并推得了它们的会合周期(指该行星连续两次走到与地球最近处的时间间隔)和公转周期,其精密度已与现代测得的精确值差不多。

据多方考证,这本书的写作年代不迟于公元前170年,这比古希腊权威喜帕恰斯的记录至少早1个世纪。

002世界上最早的天文观测仪器

古代中国人很早就开始了天文观测,随着观测技术的不断提高,前后发明了很多观测仪器,其中有一些被认为是世界上最早的。除了观测地震的地动仪是世界上最早的天文观测仪器以外,比较有代表性的还有浑仪和浑象两种仪器。

浑仪和浑象都是世界上最早的天文仪器。浑仪出现在春秋战国时代,甚至更早。浑仪是用来测量天体的位置和两个天体之间角度的天文仪器,它由照准器(即望筒)、转动装置、读数装置三部分组成。

照准器是浑仪的主要部分,测量天体坐标时,只需用照准器对准要观测的天体,照准器上所设的各种环圈就能将该天体的坐标标示出来。照准器上的这些环圈有的代表着地球自转的轨迹赤道,有的代表地球公转的轨迹黄道。

而浑象是东汉科学家张衡发明的,它是用来观测天体位置的一种仪器。浑象是用铜铸造的,形状像个圆球。圆球装在一根倾斜的轴上,轴和球有两个交点,分别代表南极和北极,类似于今天的地球仪。

球面上刻有二十八星宿和其他星辰,采用齿轮装置,用漏壶滴出的水的力量推动齿轮,带动浑象绕轴转动。铜球转动一周和地球自转一周的时间相同。球外面安有一个水平的环,表示地平线。

此球由东往西运动,刻在上面的恒星就从东方升到地平线以上,又向西落到地平线以下,这和天空中星象出没的实际情况完全相同。坐在屋子里,便能从浑天仪上看到天体运行的情况。

趣味链接:日珥最早发现在什么时候

日珥是太阳表面上经常会出现的一种情况。具体来说,太阳表面像一个火海,时常有一串串巨大的“火舌”腾空而起,这便是日珥。

由于日全食特别受人关注,在公元前1400年前,我国在甲骨卜辞中就已经有了日珥的记载,那时人们只说它是“火焰”,日珥这个词是近代才出现的。

003古代的天文观测源于何时

中国古代的天文观测起源很早,但确切时间现已无法考证了。殷商时代,据甲骨文记载,已经有了日食、月食的记录。并且出现了原始历法——阴阳历。

春秋战国之际,影响后世的二十八宿体系建立起来了。二十八宿是古人在观测日、月、星辰及五星运动时,沿天球黄、赤道带所划分的二十八个区域,分别是:角、亢、氐、房、心、尾、箕、斗、牛、女、虚、危、室、壁、奎、娄、胃、昴、毕、觜、参、井、鬼、柳、星、张、翼、轸。二十八宿的建立为观测提供了一个较为准确的量度标准。

此外,对异常天象的观测,也有了更大的把握。除了多次记录了日食、月食外,还有关于哈雷彗星的记录。《春秋·文公十四年》中记载:“秋七月,有星孛入于北斗。”

战国时魏人石申绘制了人类历史上第一张星象表。在我国历法中占有重要地位的二十四节气经过逐步发展,到战国时已完备,二十四节气是把周年平分为立春、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、冬至、小寒、大寒。它的建立不仅具有天文意义,而且对古代农业生产有指导作用。

秦汉时期对天象的观测更为精确,《汉书·五行志》中记载:“河平元年三月己未,日出黄,有黑气,大如钱,居日中央。”这段话对太阳黑子出现的时间、位置、形状作出了准确的记录。

随着天文学研究的深入,出现了系统的天文学理论。自此以后,我国的天文观测经历了突飞猛进的发展。明清两代,古天文学开始走向没落,随着西方科技的传播,开始和近代天文学知识相结合。

趣味链接:中国第一座天文馆

中国最早的天文馆出现在18世纪末,但并不是我们现代意义上的天文馆,而是一座高5米、周长约4米的“架子”。

据《掌故丛编》记载,1793年(清朝乾隆五十八年),大臣梁肯堂向乾隆皇帝奏呈英使进贡单上说,英国国王谨进天朝大皇帝贡件清单:“第一件,西洋语布蜡尼大利翕(天文馆)大架壹座,乃天上日月星宿及地球全图。其上地球照依分量是极小的,所载日月星辰同地球之像,俱能行动效法天地之运转,十分相似。”

当时,这座天文馆安放在北京圆明园的正大光明殿里。它“依天文地理规矩”而造,“何时应遇日食月食及星辰之愆(差错),俱显着于架上,并有年月日时之指引及时辰钟,历历可观”。

可惜,这座“天文馆”建成还不到100年,英法联军就在第二次鸦片战争期间,火烧了圆明园,将其毁掉了。目前,中国第一座“天文馆”只有遗址供游人凭吊。

004关于哈雷彗星的最早记载

哈雷彗星是中国人最早发现的,它每隔76年绕太阳一圈。从历史典籍中我们发现,早在春秋时期我国就有了关于哈雷彗星的记载。

《淮南子·兵略训》记载,武王伐纣时,有“彗星出”,鲁文公十四年(公元前613年)“七月,有星孛于北斗”。《史记·六国年表》记载,秦厉公十年(公元前467年),“彗星见”。其中公元前613年的记载被国人公认为是最早的关于哈雷彗星的记载,但在世界上未得到承认。

被世界公认的最早的一次哈雷彗星观测记录,出现在秦始皇七年(公元前240年)。据《史记·秦始皇本纪》记载:“(始皇七年)彗星光出东方,见北方,五月见西方……彗星复见西方十六日。”这次记录要比西方最早的记录早228年。

此后,中国开始了长期、连续的有关哈雷彗星的观测记录。从公元前240年到公元1910年的2000多年间,哈雷彗星一共出现过29次,每一次都有详细记录。这在世界上都是领先的,为很多外国天文学家研究哈雷彗星提供了丰富的资料。

但是,由于我国历史条件的限制,没有人去从大量资料中研究彗星的运动规律,给历史留下了一大遗憾。

趣味链接:哈雷彗星命名的由来

哈雷彗星的命名与英国的天文学家,格林威治天文台台长埃德蒙·哈雷有关。哈雷在占有了大量的中国观测资料的基础上,又结合牛顿的万有引力定律,研究出1531年阿皮亚尼斯发现的彗星,1607年开普勒发现的彗星和他本人在1682年所观测到的是同一颗彗星。

由此,哈雷还得出了一个重要的结论:这颗彗星的运行回归周期为76年。他还预言说这颗彗星将于1758年底或1759年初回归。哈雷死后,后世的天文学者果然在1759年看到了这颗彗星重现。他们为了纪念哈雷的功绩,就把这颗彗星命名为哈雷彗星。

005五星与五行

所谓五星,就是古人观测到的金、木、水、火、土五颗行星。由于这五颗行星在天空上像纬线一样由东向西穿梭行进,所以也称为五纬或五曜。

古人很早就注意到了这五颗行星,有关木星的记载甚至在甲骨文中就已经出现。战国时期就有了五星的说法,最初,这五颗行星分别叫做太白、岁星、辰星、荧惑、镇星,这也是古代对这五颗星的通常称法。

之所以把这五颗星又分别叫金木水火土,那是用地上的五个元素配上这五颗行星产生的。《史记·天官志》中说“天则有日月,地则有阴阳。天有五星,地有五行。”其中,阴阳与日月相符,五行也相应于五星。

金星,古称太白、明星、大嚣,因为金星在天空中,除了太阳和月亮,就数它看起来最为明亮了。早晨,它出现在东方黎明前的夜空,人们又叫它“启明星”;傍晚,它出现在西方日落时的天际,人们又称它为“长庚星”。《诗·小雅·大东》中说,“东有启明,西有长庚。”古人误以为启明与长庚是两颗星,所以给它起了两个名字。而实际上都是金星,只不过出现的时间和位置不一样罢了。

木星,古称岁星或岁,有人认为甲骨文中的岁字就是指岁星。岁星在《史记·天官书》中还有摄提、重华、应星、纪星等别名。木星在五星中是体积最大的一颗,所以古人特别注意对它的观测。《淮南子·天文训》中记载道,“岁星之所居,五谷丰昌。”把木星的周期与农业生产联系起来,可能因为木星和太阳活动周期相近。木星十二年绕天一周,每年居十二次的一次,所以被称为岁星。

水星,古称辰星,它是离太阳最近的一颗行星,看上去总是在太阳两边摆动。古人把一周天分为十二辰,每辰约三十度,因此将水星称为辰星。在《五星占》中,水星还被称为小白。

火星,古称荧惑,因为火星的红光荧荧似火,而且它在天空中时而由西往东,时而由东往西,很迷惑人,故名荧惑。此外,古人还将火星的红色同雷厉风行的执法官联系起来,又将火星称为“罚星”或“执法”。《广雅·释天》中记载道,“荧惑谓之罚星,或谓之执法。”

土星,古称镇星。土星约二十八年绕天一周,每年进入二十八宿中的一宿,叫岁镇一宿,好像轮流坐着二十八宿一样,所以被称为镇星。

在“五行”中,五是指金、木、水、火、土五种物质。行就是运动变化、运动不息的意思。五行就是金、木、水、火、土五种物质的运动变化,是自然界客观事物内部阴阳运动变化过程中物种状态的抽象概括。

古代的五行学说认为:宇宙间的一切事物,都是由金、木、水、火、土五种物质所构成的。自然界各种事物或现象的发展变化,都是这五种物质不断运动和相互作用的。古人把五行学说纳入预测术的范畴,以全息系统的观点,来观察、解释自然现象和人事,并依据自己的理论体系,综合推衍出事物发展的趋势和细节。

趣味链接:观星台的由来

观星台位于河南省登封市,由元代天文学家郭守敬创建,是我国现存最早的天文台。

观星台是一座砖石结构的建筑,高9.46米。观星台台体平面近于正方形,四壁有明显的收分,台基每边长16米余,台顶每边仅长8米余。在台顶北部,现存有明嘉靖七年(1528年)增建的小室,全台连同小室高度达到12.62米。台的北壁中部有一凹槽,槽底连接向北伸展的石圭,二者之间有36厘米长的间距。

石圭,俗称“量天尺”,圭座用砖砌筑,上铺设青石圭面,共铺青石36方,全长共计31.19米,宽53厘米。北高南低,北端高62厘米,南端仅高56厘米。圭石的厚度一般在20厘米左右,石面上刻有平行双股流水渠。

观星台的主要作用在于测量太阳的影长,即所谓“测景”(影)。但历代记载都称之为观星台,可见我国古代,观星和测影常常是互相配合的。

在近代,登封观星台屡遭破坏,石圭面上的青石也只剩下35方。抗日战争时,观星台建筑又遭日本侵略军炮火轰击,残损严重。现在这座古天文台已经修复,石圭面上散失的一方青石也已找回复原。

006古代日食的记载

我国古代对于日食的最早记录是在《书经·胤征篇》中,据考证,这次日食大概发生于夏代仲康元年,距今已有3000多年。

在此后的古籍中,有关日食的记录越来越多。在出土的商代甲骨卜辞中,被认定的日食纪事就有5次。

在古书《诗经·小雅》中,也有日食纪事:“十月之交,朔日辛卯,日有食之。”据考证,这次日食发生在周幽王六年,即公元前776年9月6日。

到了汉代时,古籍中已不再是简单地记录日食发生的时间了,而是对日食时的太阳位置、起止时刻、见食时间、食分(即日面所食部分占整个日面的比例)以及日食初亏所起的方位等,也多有详细的记录。

在《汉书·五行志》中,就这么记载了一次发生在汉征和四年八月辛酉晦(公元前89年9月29日)的日食:“不尽如钩,在亢二度,晡时食,从西北,日下晡时复。”我们从中可以看出,这次日食食分很大,光亮的太阳圆面只剩下一个钩形了,食起于西北方向,这时太阳位于亢宿二度等。

据统计,仅春秋时代记载的日食就有37次,其中33次已经被证明是完全可靠的。如果从春秋时代起算到清乾隆年间为止,我国记录了大约有1000次左右,这可以说是世界上最完整的日食记录了。

趣味链接:古代太阳黑子的记载

清晨或者傍晚,当太阳光不是很强烈的时候,人们可以在太阳中看到一些暗黑色的、不规则的斑点,科学界把它称为“太阳黑子”。

公元前2000年,我国就发现了太阳黑子的存在。我国古代神话说,太阳里有只三脚的乌鸦。从甲骨文到现代楷书,“日”字中都有那么短短的一横,就表示这只“三足鸟”是存在的。所以,我国古代文学家又把太阳称为“金乌”或者“阳乌”。

《汉书·五行志》,汉成帝河平元年(公元前28年)的一天,“日出黄,有黑气大如钱,居日中央。”这是举世公认的关于太阳黑子的最早记载。而欧洲的有关太阳黑子的最早记载,在800年后的公元807年。

事实上,在这以前,我国还有更早的黑子记载。在约成书于公元前140年的《淮南子》中,就有“日中有跋乌”的叙述。跋乌,也就是黑子现象。

007我国关于地震的最早记载

我国是一个地震较多的国家,地震记录开始很早。我国晋代出土的《竹书纪年》记载有,帝舜时期“地坼及泉”、夏桀末年“社坼裂”的现象,有人认为这是我国关于地震的最早记载。可是由于时间、地域等因素较宽泛,使得这个记录不被多数人承认。

被人们公认的最早的地震记载,出自公元前1177年。据《吕氏春秋》记载:“周文王立国八年,岁六月,文王寝疾五日,而地动东西南北,不出国郊。”这一记载明确指出了地震发生的时间和范围,是我国地震记录中具体可靠的最早记载。

除此之外,流传后世的先秦古籍也保存了不少古老的地震记录。比如在《诗经》、《春秋》、《国语》和《左传》等先秦古籍中都有关于地震的记述。

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