中國天文學的發(fā)展——古人到底有多牛?(2)

大家好啊,我是地球?qū)殞?,今天我要繼續(xù)為大家科普中國天文學的發(fā)展歷史,讓我們走進歷史的長廊,去一探究竟吧!

體系發(fā)展時期(公元220年~宋朝初年)

三國

這是中國古代天文學在體系形成之后,繼續(xù)向前順利發(fā)展的階段,在歷法、儀器、宇宙理論等方面都有不少的創(chuàng)新。

三國時魏國楊偉創(chuàng)制《景初歷》(237年)發(fā)現(xiàn)黃白交點有移動:知交食之起不一定在交點,凡在食限以內(nèi)都可以發(fā)生;又發(fā)明推算日月食食分和初虧方位角的方法。這些發(fā)現(xiàn)對于推算日月食有很大幫助。吳國陳卓把戰(zhàn)國秦漢以來石氏、甘氏、巫氏三家所命名的星官(相當于星座)總括成一個體系,共計283星官、1464星,并著錄于圖。陳卓的星官體系沿用了一千多年,直到明末才有新的發(fā)展。葛衡在渾象的基礎上發(fā)明渾天象,它是今日天象儀的祖先。渾天象是在渾象的中心,放一塊平板或小圓球來代表地,當天球(渾象)繞軸旋轉(zhuǎn)時,地在中央不動,這就更形象地表現(xiàn)了渾天說。

兩晉

后秦的姜岌造《三紀甲子元歷》(384年),以月食來求太陽的位置所在,從而提高了觀測的準確性。他又發(fā)現(xiàn),日出日落時日光呈暗紅色是地面游氣的作用;天頂游氣少,故中午時光耀色白,這是對大氣選擇吸收認識的開端。

東晉虞喜發(fā)現(xiàn)歲差,南朝祖沖之把它引進歷法,將恒星年與回歸年區(qū)別開來,這是一大進步。祖沖之測定一個交點月的日數(shù)為27.21223,同今測值只差十萬分之一,堪稱精確。

南北朝

祖沖之之前的何承天在長期觀測的基礎上利用調(diào)日法求得更精密的朔望月數(shù)值,這在方法上是一改進。所謂調(diào)日法,即用某數(shù)的過剩分數(shù)近似值(強率)和不足分數(shù)近似值(弱率)來求更精確的分數(shù)近似值。

祖沖之之子祖(日恒)繼承父業(yè),也精于天文。他發(fā)現(xiàn)過去人們當作北極星的“紐星”已去極一度有余,從而證明天球北極常在移動,古今極星不同。

北齊(公元550~577年)張子信,致力于天文觀測三十多年,發(fā)現(xiàn)太陽和行星的運動也不均勻;合朔時月在黃道南或黃道北,會影響到日食是否發(fā)生,而月食則沒有這一現(xiàn)象。張子信的這些發(fā)現(xiàn)導致隋唐時期天文學的飛躍發(fā)展。

隋朝

隋統(tǒng)一全國以后,首先使用的是張賓的《開皇歷》。但《開皇歷》粗疏簡陋,經(jīng)過激烈爭論后,從開皇十七年(公元597年)起改用張胄玄的歷法。這部歷法又于大業(yè)四年(公元608年)修改,名《大業(yè)歷》。《大業(yè)歷》考慮到張子信關于行星運動不均勻性的發(fā)現(xiàn),利用等差級數(shù)求和的辦法來編制一個會合周期中的行星位置表,對行星運行的計算又提高了一步。

在《大業(yè)歷》行用過程中,劉焯于604年完成《皇極歷》,用等間距二次差內(nèi)插法來處理日、月的不均勻運動,成為中國天文學的一個特點。劉焯還建議,發(fā)動一次大規(guī)模的大地測量來否定“日影千里差一寸”的傳統(tǒng)說法,對這種說法何承天早已表示懷疑。但由于隋煬帝的窮奢極欲,腐朽昏庸,劉焯的合理建議連同他的《皇極歷》都未被接受。

唐朝

唐朝建立了強大的封建帝國,出現(xiàn)貞觀、開元之治的興盛局面,為天文學大發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。貞觀七年(公元633年),李淳風制成渾天黃道儀,把中國觀測用的渾儀發(fā)展到極為復雜的程度,在過去的固定環(huán)組(六合儀)和可運轉(zhuǎn)的環(huán)組(四游儀)之間,又加了一個三辰儀。三辰儀由相互交錯的三個圓環(huán)(白道環(huán)、黃道環(huán)、赤道環(huán))組成,這樣在觀測時就可以從儀器上直接讀出天體的赤道坐標、黃道坐標和白道坐標三種數(shù)據(jù)。

李淳風在《皇極歷》基礎上制成《麟德歷》,于唐高宗麟德二年(公元665年)頒行。《麟德歷》采用定朔安捧日用歷譜,即不但在計算日月食時要考慮日月運行不均勻性的問題,而且在安排日歷時也考慮進去。這個辦法何承天早已提出,但由于習慣勢力的阻撓,經(jīng)過二百多年的斗爭,至此才取得勝利?!恩氲職v》還廢除了閏周,完全依靠觀測和統(tǒng)計來求得回歸年和朔望月的精密數(shù)據(jù)。

現(xiàn)在英國倫敦博物館保存的敦煌卷子中有一卷星圖,也可能與李淳風有關,因為在星圖的前面還有48條氣象雜占,每條都是上圖下文,在第十五條下有“臣淳風言”的字樣。

開元十三年(公元725年),一行和梁令瓚改進了張衡的水運渾象。他們把渾象放在木柜子里,一半露在外面,一半藏在柜內(nèi),在柜面上有兩個木人分立在渾象兩旁,一個每刻擊鼓,一個每辰(兩小時)敲鐘,按時自動,這可以說是最早的自鳴鐘,它的名字叫“開元水運渾天俯視圖”。

在此以前,他們還造了一架黃道游儀。這是在李淳風渾天黃道儀的基礎上,把三辰儀中的赤道環(huán)打了孔,使黃道可以沿赤道移動,以改正歲差。一行利用這架儀器,觀測了150多顆恒星的位置,發(fā)現(xiàn)前代星圖、星表和渾象上所載的恒星位置有很大變化。一行對此未作解釋。現(xiàn)在知道,這些變化主要是由歲差引起的。

與此同時,一行又命大相元太和南宮說等人分別到11個地方測量北極的地平高度和春分、秋分、夏至、冬至日正午時八尺圭表的日影長度。南宮說在河南的滑縣開封、扶溝、上蔡四個地方不但測量了日影長度和北極高度,并且在地面上測量了這四個地方的距離。結果發(fā)現(xiàn),從滑縣到上蔡的距離是526.9唐里,但夏至時日影已差2.1寸,這一實際測量的結果徹底推翻了“日影千里差一寸”的傳統(tǒng)說法。不僅如此,一行又把南宮說和其他人在別的地方觀測的結果相比較,進一步發(fā)現(xiàn),影差和南北距離的關系根本不是成比例的。

于是他改用北極高度(實際上即地理緯度)的差計算出,地上南北相去351.27唐里(約129.22公里),北極高度相差一度。這個數(shù)值雖然誤差很大,卻是世界上第一次子午線實測。更重要的是,一行從方法論上批判了前人計算天的大小的錯誤。他質(zhì)問“宇宙之廣,豈若是乎?”剎住了計算宇宙大小的風氣,并使柳宗元受到了影響。柳宗元在和劉禹錫的通信中曾經(jīng)討論過一行的工作,柳宗元把宇宙無限論推向新的高峰,他認為宇宙既沒有邊界,也沒有中心:“無青無黃,無赤無黑,無中無旁,烏際乎天則!”(《天對》)。也就是說,天既沒有青、黃、赤、黑各種顏色之分,也沒有中心和邊緣之別,怎么能把它劃分成幾部分呢?

柳宗元不但深刻地揭示了宇宙無限性,而且明確地指出在無限的宇宙中,矛盾變化是無窮的,陰陽二氣時而合在一起,時而又分離開來,有時互相吸引,有時互相排斥,就像旋轉(zhuǎn)著的車輪或機械,時刻不停。

在大規(guī)模的觀測基礎上,一行于開元十五年完成《大衍歷》初稿,去世后,由其繼承者于次年定稿?!洞笱軞v》以定氣編太陽運動表,即以太陽在一個回歸年內(nèi)所行度數(shù),平分為24等分,太陽每到一個分點為一個節(jié)氣,兩個節(jié)氣之間的時間是不等的。為了處理這個問題,一行發(fā)明了不等間距二次差內(nèi)插法。在計算行星的不均勻運動時,《大衍歷》使用了具有正弦函數(shù)性質(zhì)的表格和含有三次差的近似的內(nèi)插公式。《大衍歷》把全部計算項目歸納成“步中朔”等七篇,成為后代歷法的典范。

五代

唐代后期和五代(公元907~960年)時期的歷法,值得一提的有長慶二年(公元822年)頒行的《宣明歷》和建中年間(公元780~783年)流行于民間的《符天歷》。

徐昂的《宣明歷》在日食計算方面提出時差、氣差、刻差三項改正,把因月亮周日視差而引起的改正項計算更向前推進一步。曹士茍的《符天歷》廢除上元積年,以一萬為天文數(shù)據(jù)奇零的分母,這兩項改革大大簡化了歷法的計算步驟,也是這個歷法在民間受到歡迎的主要原因。但它被統(tǒng)治階級視為“小歷”,不予采用。后晉天福四年(公元939年)頒行的《調(diào)元歷》,不采用上元積年,使用了五年,后在遼又用了四十年,直到元朝的《授時歷》(1280年),才完全實現(xiàn)了這兩大改革。

好了,今天的科普就到這里,三國時期前的歷史還請參閱上一篇關于這個的文章,那,我是地球?qū)殞?,我們明天見?/p>

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