古代天文学的发展如何?

任何一个民族,在其历史发展的初始阶段,都要经历物候计时过程。也许在文字产生之前,我们的祖先就知道利用植物的生长和动物的行踪来判断季节,这是早期农业生产的必要知识。

虽然物候与太阳的运动有关,但由于气候的不可预测性,不同年份相同的物候特征往往会错位几天或超过10天,这比后期的观测和计时要粗糙得多。

《尚书要典》记载:

在古代,鸟和星星在日出正东和黄昏早期位于南子午线,黄昏早期最高的太阳和火在盛夏位于南子午线,日落正西和黄昏早期的假想星星在盛夏位于南子午线,太阳最低和黄昏早期的昴宿星在盛夏位于南子午线。

物候计时和视觉计时都是被动计时。当人们对天文规律,尤其是回归年的长短有了更深入的了解,就可以提前推断季节,历法也就应运而生了。

春秋战国时期流行黄帝、颛顼、夏、商、周、鲁六种历法,被当时各诸侯国借用颁布。他们的回归年都是365天,但是他们的纪元不同,他们的年份也不同。

春秋战国500多年,政权更迭频繁,占星家各行其事,大行其道,引起了诸侯对观星的重视。中国古代天文学由此形成了两条主线:历法和天文学。

西汉至五代时期是中国古代天文学的发展和完善时期。从西汉的《太初历》到唐代的《田夫历》,中国的历法除了编排历法外,还增加了许多特殊的内容,如节气、新月、闰、蚀、计时等。系统越完善,数据越精确,不断发明新的观测手段和计算方法。

比如十六国时期秦末的学者蒋济,根据日食的位置,精确计算出太阳的位置;隋代天文学家在《黄》中用等距二次差插值法处理日月运行的不均匀性。唐代一批天文学家撰写的《大衍历》表明中国古代历法已经完全成熟。

沿袭西汉民间天文学家罗的研究成果,浑仪的作用随着环的增多而增强。到唐代天文学家李研究时,浑仪已经可以同时测量天体的赤道坐标、黄道坐标和白道坐标。

天文仪器是测量历法所需数据和检验历法优劣的工具。它的改进也促进了天文观测的进步,岁差和日月行星的不均匀性等发现被引入历法计算。

除了不断提高星位测量的精度,天文官员还特别注意记录奇异天象发生的地点和时间。事实上,后者更受帝王们的关注。这一传统成为中国古代天文学的一大特色。

中国古代三种主要的世界观都源于春秋战国时期的“百家争鸣”。在秦朝以后的1000多年里,从它们衍生出了许多分支。后来浑天论取代盖天论,以其在解释天象方面的优势成为主导概念。

魏晋南北朝时期,天文学依然发达。南北朝时期的科学家祖冲之完成了《大明历》,这是一部高度精确的历法。比如它计算出来的月数和天数就接近现代的观测结果。

隋唐时期修订历法,重新确定星辰位置。天文学家易星、南宫朔等进行了世界上最早的子午线长度测量。根据天文观测结果,人们绘制了一系列星图,反映了中国古代高超的观星水平。

宋元时期是中国天文学发展的鼎盛时期。这一时期发布的历法最多,数据最精;同时还有最大型的仪器和最勤奋的恒星观测。

宋元时期,共发行了25种历法。它们各具特色,其中以元代天文学家郭守敬编撰的历法表现最佳,连续使用了360年,达到了我国古代历法的顶峰。

这些历法的数据变得越来越精确。许多历法中的回归年长度和农历正月数值与现代理论几乎相同,在世界上处于领先地位。

这一时期出现了大型天文仪器。宋代有四大军器,元代郭守敬也创造了简易乐器和高表。其中宋代天文学家、天文机械制造家苏颂是当时世界上最好的天文仪器,集观测、演示、报时于一体。

在恒星观测方面,这一时期的天文学家非常重视,组织了五次大规模的星位测量,平均不到20年就有一次大规模的恒星观测。

明清时期,在引进西方天文历法知识的基础上,中国古代传统天文历法得到了新的发展,取得了许多新成果。

明代科学家徐光启组织明朝历法局的工作人员编制了完整的星图,并采用了新的计算方法,更加准确地预测了日月食。他编纂的《崇祯历书》是中国天文历史上的一份珍贵遗产。

明末清初的历书学家王希禅撰写了《小安新法》等10余部天文著作,推动了我国古代历书的发展。他精通中西历法,首创了日食初亏和末次接触方位角的计算方法;它的许多计算昼夜长短以及月亮和行星视直径的方法与现在球面天文学中的方法完全相同。金星凌日计算方法在当时的世界上是非常精确和独特的。

梅文鼎是清初著名的天文学家和数学家,是清代“历算第一大师”和“山岳之祖”。他的《古今历法通考》是中国第一部史书。

这一时期天文学知识的发展被广泛应用于航海,明初郑和船队七下西洋推动了这一发展。在郑和航海图中,有64处记录了苏门答腊向西航行途中的北辰星和盖华星的地平高度,证明航海中使用了天文定位方法。

在郑和航海图中,有四幅附图,被称为“渡海引星”。它们用图形表示了船队经过印度洋某些区域时所看到的某些星星的方位角和高度角,更具体、更形象地展示了当时通过测量星星的地平坐标来确定船只位置的天文方法。

类似的记载还可以在清初的《随风而别》一书中找到,可见天文定位法在明清时期的广泛应用。《随风见风》中还有一种观测太阳确定方向的方法,以歌曲的形式表现出来,是一种流行的天文导航方法。用来观测星星方位角的仪器是罗盘,而用来观测星星高度角的仪器叫做“拉星板”。用拉星板测量星星的高度,就可以找到船在海上的位置。