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天文学发展简史

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天文学发展简史

中国天文学发展简史

中国历法的改革与发展

　　我国是世界上农牧业生产最早、最发达的国家之一，农牧业生产的发展需要天文学，因而，我国也是世界上有天文学最早的国家之一，每个时期都有所发展有所创造，也都有记载。

我国最古的典籍里面就有“钦若昊天”，“敬授民时”的记载。

这说明古人就很重视观察自然现象，掌握自然规律，来决定一年季节的时令，使农牧业及时进行。

中西天文学，正如其他方面，有很多不同之处：

一：

中国古代对星星多以实际存在之人事物命名，例如帝、太子、宰相、牛、天牢等。

二：

中国古代把可见范围的天空分成「三垣二十八宿」，有天区31、星官283、星1464颗。

三：

中国古代主要用赤道坐标系统，辅以似黄道坐标系统。

四：

中国古代把全天分为度，对应一年之日数。

五：

中国古代习惯用代数法模拟天象；西方则用几何法。

六：

中国对常规和异常天象的观测十分重视，其二千多年的持续记录，是世界其他各族难以相比的。

七：

中国之历法乃以阴阳合历为传统，创立了二十四节气，与农业关系密切。

阴阳合历之二十四节气系统更属全世界之仅有。

中国的历法编制更是和天象观测并行发展，历法不单是安排日月年，也包括日、月位置及日月食时间和行星位置等，相当於一本天文年历。

八：

中国占星术的哲学观点以阴阳、五行、天人感应为基础。

九：

中国古代天文学一直有浓厚的官方色彩，天文机构为朝廷所直接管辖，一切所须由政府支持。

在远古时期，早期中国的天文学发展是缓慢的，这点与世界各族相同。

但由於中国文明的高度发展，天文学的发展亦开始领先了。

踏入春秋战国，贵族对天象作占卜的兴趣（其实商代的天文观测正建基於占卜上）更推动了天文学的发展。

中国成为首先发现多种天象的国家，如：

观测太阳黑子，古中国人在没有望远镜的帮助下居然仍能发现，比西方早了近二千年，令一位美国天文学家慨叹西方学者为何要用望远镜方能见到。

汉朝开始，中国天文学的发展加快。

张衡发明浑天仪正是其代表。

南北朝祖冲之亦发现了岁差和日月不均匀等现象。

宋元时期，古中国天文学进入了其顶峰时期，高度发达的经济支持着天文学的发展。

大型天文仪器的使用（如苏颂的水运仪象台）展示了中国人的超凡技术，数据的精度亦提高到和现代数值相差无几的惊人程度。

可惜，明朝开始，中国天文学学开始进入停滞时期。

由於明清两代的锁国政策，中国开始对外封闭，不利学术交流。

明朝禁止私人编历显示了中国的学术自由正被消灭，天文学知识的传播被中断了；虽然清朝大力提倡考据学，虽有助今人明白古代天文论着，但於事无补。

明清两代的错误政策，使东西方科学及技术差距加大。

就各个时期的记载和天文文物来看，中国天文学的发展过程中，经历了如下五个阶段和四次大改革：

一、萌芽阶段从远古到东汉末年

　　黄帝时期，就有了《阴阳历》。

《史记》中记载传说中的黄帝时代已有了专门测定日影的人员，并在测量的基础上编制了当时世界上比较先进的历法，据《尚书尧典》中载：

“期三百有六旬有六日，以闰月定四时成岁”，这是一年有366天的一种《阴阳历》。

《尚书·尧典》已有年、月、日、旬、四季、闰月的概念，并有以星象定季节的描述。

夏代人们就已经发现了北斗七星斗柄的指向，可用来判断季节。

夏代根据斗柄的旋转确定了一年十二月，以“建寅之月为正月”。

《夏小正》相传记载了夏朝的历法，按月记载中星、斗柄指向、气候的变化，这可能是人类最早的历法。

　　商代，由于重视天文历法，专设官员管理此事，甲骨卜辞中有不少日食月食和观察新星的记录。

商代的历法为《阴阳合历》，把闰月放在岁末，称为“十三月”。

　　西周时期，周公在告城（即古阳城），用圭、表测日影，验四时确定一年二十四节气，来指导农、牧业生产。

二、形成期与第一次大改革春秋战国到汉末年

　　春秋时期，天文学有了很大的成就。

鲁文公十四年（公元前613年），“秋十月，有星孛于北斗”的记载，是天文学界公认的世界上最早的哈雷慧星的记录，比欧洲早两千年还要多些。

1978年，湖北省隋县发现战国初曾候大墓出土的漆箱上绘有二十八宿名称，这说明二十八宿体系在春秋时期已大体形成。

　　战国时期，同农业生产紧密相关的天文历法有了新的成就。

天文学家甘德和石申曾对许多恒星的位置进行了测量，测得的成果被编成《甘世星经》一书，其中已证明了120个恒星的座标。

这是世界上最早的恒星标，比希腊的恒星表约早200年。

　　秦汉时期，天文学出现了许多具有当时先进成果。

《汉书.五行志》中精确记录了河平元年（公元前28年）三月十八日太阳黑子出现的位置、时间。

这是世界上公认最早的有关太阳黑子的正式记录，比欧洲早八百多年。

　　汉代的《太初历》─流传至今最早的一部较完备的历法。

东汉太初（公元前104─101年）以后，我国许多杰出的天文学家，都不断地独立创造新法，来提高历法的精确度，形成了我国历法上的一个优良传统。

关于天体的结构，就有三种不同的学说：

一是宣夜说﹔二是盖天说，以《周髀算经》为代表﹔三是浑天说。

持浑天说的有洛下闳，耿寿星、张衡等人。

张衡还总结了当时天文学家的最新成就，写成了天文学巨着《灵宪》一书。

洛下闳在汉武帝时期制造浑天仪，于太初三年（公元前102年），用水钟测定了二十八宿的位置。

东汉张衡又设计了一种新的浑天仪，即用水力转动布列了星宿的球体仪器，转动时反映出来的现象。

完全与天上的日月星辰的变动相符合。

一：

盖天说：

产生於战国前，是中国最古老的天文学说，现见於汉代的《周髀算经》。

盖天说的主体是「天圆地方」，然而後来人们活动范围扩大，学说演变成天地均圆。

天地像反转的盘子，天盖於地。

此说主要用以解释四季变化。

旧说称天地间有阴阳两气，光透不过阴气，太阳每天穿梭阴阳气间，夏天阳气多故日长，冬天阴气多故日短。

新说称太阳有七条轨道，即七衡六间，太阳在轨道间运动。

夏至时於第一衡（内衡），冬至时於第七衡（外衡）。

盖天说更据勾股定理（即毕氏定理）认为天地相距八万里。

因为他们认为阳光照射范围有限，人可见范围亦有限，太阳於内衡时较近北方，人可见时间较长；外衡时较近南方，人可见时间较短。

这点有些像南北回归线之设。

二：

浑天说：

浑天说主要於汉代後开始流行，他们主张天如球壳，天包着地如鸡蛋，天外为气，天内有水而地漂於水上。

天之一半於地上，半於地下，运转不息。

他们把天球分为几部分：

近北极有恒显圈，全年可见；近南极有恒隐圈，於地平下，永不可见；中间的圆周是天球赤道。

由於浑天说有可以可被量化的性质（包括相似三角形的等比关系和勾股弦定理等几何定理），可作反复计算和验证。

他们曾有「日影千里差一寸」的假设，唐朝开元年间被测量结果否定了，但浑天说反而可以发扬光大。

这就是因为浑天说有科学性的原故。

浑天说虽然在汉代便开始有不错的理论支持，而且能解释盖天说难以解释之处。

但直至唐代的实地论证後方能结束和盖天说的争论，原因大概是人们心理上难以接受大地漂浮和日月星夜晚泡於水中的假设所使然。

三：

宣夜说：

是一种和前两说相当不同的一套宇宙论。

可能形成於战国时期，而记载於《晋书天文志》。

盖天与浑天二说均认为天空如一壳，日月与星附於壳上。

宣夜说认为，固体天壳并不存在，天之所以是蓝色，是因为离开我们太远了。

天是个充满气的虚空处，日月众星均只是浮游其中的发光气体，受着气体的推动而活动。

天地均无限，天体之间亦互不干涉。

三、发展期包括二、三次大改革三国到五代

　　魏明帝（公元227年至239年）杨伟创制了《景初历》，开始知道黄、白二道的交点，每年也有移动﹔同时又知道日月交食的发生，不一定在轨道的交点上。

于是，他定出“食限”，即日月两星球距黄、白交点左右各18度以内，便可发生交食。

他又推算得月食分数和初亏时的方位角，这些都是前人所未有的。

　　在晋以前，中国天文学家还不知道岁差现象，以为太阳从冬至回到第二年的冬至就是一岁。

虞喜比较古代星宿的位置，发现与当时的位置不同，因而发现岁差“使天为天，岁至为岁”，一岁日行度数和周天度数相差五十分之一度。

这个发现，虽然比西洋晚了几百年（依巴谷在公元前125年发现岁差，定为每100年差一度），但却比较精密。

北齐，祖冲之于公元929年至500年制定了《大明历》，另一贡献是改革闺法。

他经过长期观察发现：

以前历法的19年7闺不够精密。

经过二百年后朔策的累积数约一日，这样，就引起其它各数之差了。

因此，他以391年有144闺代替19年7闺。

至此，历法上的四种月法：

朔望月（“古历”所用），恒星月（《三统历》所用），近点月（《乾象历》）所用），交点月（《大明历》所用），到了祖冲之才算完备了。

《大明历》因为遭到当时的顽固分子戴法兴的阻挠，没有被采用，到了梁朝的天监时（公元502年至519年），祖冲之的儿子把《大明历》送交史官验定，结果证明比旧历好，才从天监九年（公元510年）才得以开始施行。

到陈后主祯明三年（公元589年）共施行80年。

　　唐代，唐武德二年（公元619年）历法家张仁钧制定《戊寅元历》才用了“定朔”，这是我国历法史上的第三次大改革。

此历在公元619年至664年间施行，以太阳、月亮的平均运动求得的会合周期，就是朔望月的平均值，每月为日，这称为平朔。

而太阳、月亮真正的会合周期，就是朔望月的真实值也即定朔。

唐代天文历算有名的天文历算家，就算是李淳风和一行两人。

李淳风是唐初是的天文历法专家，他和他的父亲李播都精於天文历算，李淳风於贞观时官至太史令，晋书和五代史志中的天文志、律历都是李淳风所撰写的，又制造了观测天象的黄道浑仪。

而一行和其他天文工作者，通过长期观察，认定恒星位置有动，他还提倡实地测量子午线的长短。

他根据实测结果，算出北极高度或子午线上的度数，每相隔一度，地球表面的距离为里（唐里），合今天的公里。

四、鼎胜时期与第四次大改革宋元阶段

　　宋代，沈括制订了《奉元历》，在全国施行了十八年，又制订了《十二气历》。

这部历法，只依时令节气不按月亮圆缺，撤底不用闺月，与现行公历的主张是吻合的。

　　元代，我国古代天文学发展到了高峰。

以郭守敬为首的把外国人和金及宋司天监人员，加上王恂、许衡、张易、杨恒、冯天章等，组成了一支强大的科技队伍，在全国建立了二十七个观测站，测量了二十八宿及其它恒星的位置。

二十八宿距离观测值与现代精密定值平均的误差，仅是4分22秒，较宋代姚舜辅的观测结果减少了一半多。

在太阳视运动方面，测定了冬至时刻和回归年长度，此外，郭守敬还测量了北极出地和月地距离。

　　郭守敬、王恂等人，在实际观测的基础上，吸取了前人的经验，加上自己的创见，编订了我国最优秀的历法《授时历》。

废除了上元积年的日法，精确而圆满地解决了古历中的四个主要问题。

四个主要问题是：

定朔，闺月安排，二十四节气安排，预推日、月食日期、时刻和见食情况。

　　我国历法的第四次大改革，要算是郭守敬等人创制的《授时历》成果最显着了。

元至元二十八年，郭守敬制成的《授时历》，从公元1281-1367年，共施行87年，并经改制为《大统历》后，又从公元1368年到1643年，共使用了276年。

总合计算起来，实际使用了三、四百年。

中国之星座：

为了便於办认星星，进行天象的观测、记录与研究，中国古代把星空中若干相邻的恒星组合在一起，并以人世间的事物或职位的名称，来加以命名。

这种的恒星组合称为星官，与西洋的星座有同工之妙。

每一星官中的星数不等，少至一个，多则可达数十颗之多。

　　季节的变迁和太阳有关，星象在四季中出没早晚的变化，反映着太阳在天空上的运动，古人很早就知道四季中太阳分别在各个星宿中的位置，当时的天文学家注意到日食时月亮和太阳位置相同，月亮在朔，每逢朔后，新月出现，向后推适当度数，就得到当时太阳所在的星空的位置，月食时，月亮和太阳的位置相对，望月所在的星空也正好和太阳所在的星空相差180度。

为了用星象判断季节，判断太阳所在的位置，他们辛勤地观测着月亮所经过的星区，出现了二十八宿的星空划区法。

二十八宿是把沿着黄道和赤道附近的星象，划为二十八个不相等的部分，每一部分就叫做一宿。

我国古代就根据每宿的出没和中天的时刻判断季节。

随着天文学的发展，二十八宿的作用也随之扩大。

在现代天文学形成之前，它不仅在编制历法，划分二十四节气等方面发挥了重要作用，它还是归算太阳、月亮、五大行星（即金、木、水、火、土五星）乃至流星、慧星、新星、满天星斗位置的标准。

因此，可以说二十八宿是我国古代天文学家的一项重大创举。

三国时代吴国人陈卓，为我国古星象图的集大成与奠基者。

他以甘德、石申与巫咸三家的全天星图为厎本，将星空分别283官共有1465颗星。

283官含三垣、二十八宿及其他星官。

星官的命名极富天人合一的色彩，举凡出将入相、市井、酒舖、九州地名及皇室家族的成员、皆可成星官之名。

＊二十八宿：

二十八宿分布在天球赤道和黄道带一周，是我国古代对在赤道和黄道一带恒星的分群系统。

二十八宿的距星大多数是暗星，一等星只有一颗，而四等星以下达八颗之多。

二十八宿又分成四个大星区，用动物来命名叫做四象，就是：

东方苍龙（包括角、亢、氐、房、心、尾、箕七宿）；

北方玄武（包括斗、牛、女、虚、危、室、壁七宿）；

西方白虎（包括奎、娄、胃、昴、毕、觜、参七宿）；

南方朱雀（包括井、鬼、柳、星、张、翼、轸七宿）。

东汉王充《论衡谈天》：

「二十八宿为日、月舍，犹地有邮亭，为长吏廨矣！

」张衡：

「苍龙连蜷于左，白虎猛距于右，朱雀奋翼于前，灵龟圈首于後。

」

二十四节气：

在西洋的历法中，只分春分、夏至，秋分与冬至四个节气，对应太阳在黄道上，两次穿越赤道与最北与最南的四个时刻，以作为四季的中心。

而我国农历里则把节气分得很细，定出了二十四节气，相邻两节气对应太阳在黄道上运行15度。

它们的名称大都反应物候、农时或季节的起点与中点。

由於节气实际反应太阳运行所引起的气候变化，故二十四节气为阳历的自然衍生的产物，与阴历无关。

地球绕椭圆轨道公转，在近日点附近（冬至）的运行速度较快，而在远日点（夏至）附近运行速度较慢，所以以地球的观点，太阳在黄道上运行的速度也是冬快夏慢，运行15度所须的时间自然有别，因此两节气之间所经历的时间长短也不同。

冬天的节气较密，而夏季的节气较疏。

二十四节气的划分完全按回归年的长度。

为了调合回归年（阳历）与朔望月（阴历）之间的差异，农历把二十四节气中，双数的叫中气，单数的叫节气，而且规定每一个中气标定在一个农历的月份，例如雨水必定在正月，春分必定在二月，谷雨必定在三月，其余依此类推。

除此之外，月名也必须和相对应的中气相合。

下为二十四节气的名称与其物候：

∙立春：

立是开始的意思，春是蠢动，表示万物开始有生气，这一天春天开始。

∙雨水：

降雨开始，雨水将多。

∙惊蛰：

春雷响动，惊动蛰伏地下冬眠的生物，它们将开始出土活动。

∙春分：

这是春季九十天的中分点，这一天昼夜相等，所以古代曾称春分秋分为昼夜分。

∙清明：

明洁晴朗，气候温暖，草木开始萌发繁茂。

∙谷雨：

雨生百谷的意思。

雨水增多，适时的降雨对谷物生长很为有利。

∙立夏：

夏天开始，万物渐将随温暖的气候而生长。

∙小满：

满指籽粒饱满，麦类等夏热作物这时开始结籽灌浆，即将饱满。

∙芒种：

有芒作物开始成熟，此时也是秋季作物播种的最繁忙时节。

∙夏至：

白天最长，黑夜最短，这一天中午太阳位置最高，日影短至终极。

∙小暑：

暑是炎热，此时还未到达最热。

∙大暑：

炎热的程度到达高峰。

∙立秋：

秋天开始，植物快成熟了。

∙处暑：

处是住的意思，表示暑气到此为止。

∙白露：

地面水气凝结为露，色白，是天气开始转凉了。

∙秋分：

秋季九十天的中间，这一天昼夜相等，同春分一样，太阳从正东升起正西落下。

∙寒露：

水露先白而後寒，是气候将逐渐转冷的意思。

∙霜降：

见霜。

∙立冬：

冬是终了，作物收割後要收藏起来的意思，这一天起冬天开始。

∙小雪：

开始降雪，但还不多。

大雪：

雪量由小增大。

∙冬至：

这一天中午太阳在天空中位置最低，日影最长，白天最短，黑夜最长。

∙小寒：

冷气积久而为寒，此时尚未冷到顶点。

∙大寒：

寒冷到顶点。

二十四节气中以立春、春分、立夏，夏至、立秋、秋分、立冬与冬至等八节气最为重要。

它们之间大约相隔46天。

一年分为四季，「立」表示四季中每一个季节的开始，而「分」与「至」表示正处於这季节的中间。

现代我国所使用的历法，皆依回归年制定，二十四节气基本上是一致的，前後的相差不会超过一两天。

有兴趣记这些节气的人，可用下列的速记调（每节气取一个字），或许有帮助。

春雨惊春清谷天，夏满芒夏暑相连；

秋暑白秋寒霜降，冬雪雪冬小大寒。

上半年在六、廿一，下半年是八、廿三；

每年二月开始算，最多相差一两天。

中国古代主要天文学家略传

张衡（78-139AD）

张衡是我国历史上伟大的科学家，对天文学﹙浑天仪﹚、数学﹙圆周率﹚和地震学﹙候风地动仪﹚方面都有杰出的贡献，在世界科学史上留下了光辉的篇章。

其《两京赋》亦为文学佳作。

祖冲之（429-500AD）

是我国历史上伟大的科学家，在数字、机械制造、乐律等方面都有研究，天文历法也是他研究的主要内容之一，《大明历》就是他这方面的代表。

提到圆周率的时候，祖冲之不仅在古代的数学方面取得了卓越的成就，在天文学方面更有创新。

张遂（一行和尚）（683-727AD）

唐玄宗时任太史令掌管天文历法、气象、地震等工作，支持「浑天说」。

制黄道游仪、水运浑仪等精巧天文仪器，以进行我国古代第一次大规模的天文测量，所得之数据後用以编成《大衍历》。

郭守敬（1231-1316AD）

是我国古代伟大的科学家之一。

他不但是个杰出的天文学家，而且还是个水利学家和机械制造专家。

元朝至元十三年（1276AD）任工部郎中，借调至太史局主持历法改制工作，简化复杂难用的旧式浑仪，而成精度高而结构简单的简仪。

主导我国古代第二次全国性的天文大地观测，以实测所得之数据编成《授时历》，为我国古历法的最高成就。

徐光启（1562-1633AD）

引进、翻译许多西方天文学与数学书籍。

王锡阐（1628-1682AD）

清初着名的民间天文学家，一生从事天文研究工件，吸收中西历法之精华，更经二十多年的天象观测後撰写成《晓庵新法》。

王真仪（1768-1797AD）

清代女天文学家。

精通天文、地理、数学、医学、诗文绘画与气象，但以天文学最有造诣。

相传生平共有着作六十四卷，惜大多遗失而不传。

天文学对古代中国的意义

天文学对古代中国有着甚麽的意义呢

首先，天文学让人类知道天地运行规律，四季时分的终始，时间的尺度得以碓立，我们的行为亦有了更好的规律。

天文学亦是人类自然崇拜中的最高神化目标。

天文学更被用以发展占星学，令古代天文学蒙上了一点神秘主义的气氛。

对於古代中国来说，天文学除了上述的各项外，亦显示了中国文化和其他人一样，有把道德外在化的倾向。

但中国人对「天」的观念仅在於作为道德的化身。

由於古中国天文学的发展，令中国人知道天体行动和道德并无关系，故东汉王充有曰：

「（日）食有常数，不在政治」（注十二），孟子亦说：

「天地不仁，视万物为刍狗」，说明了天道是不会对不同的人有不同的对待标准的。

古哲如孔子亦悟出道德应求诸内、天助自助者的道理，所以说：

「为仁由己，而由人乎哉」

中国虽然在传统中也有迷信，但我们不认为上天是会控制一切的，结果仍在我们手中。

中国人，无论是星相家、堪舆师等，都一直认为他们所预测的并非不可改变，先天的因素是可以由後天修改的。

这种哲学不单令中国人的宗教观普遍薄弱，没有宗教狂热之外。

也令我们努力自力更生，形成中国人勤奋向上、强调内省的性格，亦使我们把大自然看成朋友。

由於天道只是一套外在的客观规则，所以人们只有和天地合作共处，才能安身，对中国这个农耕民族来说，平稳的生活是很重要的。

天地是人的合作对象，而不是征服对象。

这是一种符合环保的想法，是以虽然中国亦有破坏环境的时候但大多的中国人均是敬畏天命、爱惜大地的。

中国的自然环境亦大多能保存至近代。

若然能将此与中国与自然为友的态度配合，当有助於推行环保。

最後，是古中国天文学知识本身。

除了赤道坐标系统外，中国古化天文学中还有不少值得他人学习参考的。

例如农历的二十四节气系统，属世界所仅有，其对农业的用途，从通用公历的今天，中国人仍同用农历，可见一斑。

类似的例子还有很多，我们绝对有理由相信，中国天文学当对世界农业及其他若干事业有很大的用处。