中國天文學發(fā)展簡史

1、中國天文學發(fā)展簡史Ting Bao was revised on January 6, 20021中國天文學發(fā)展簡史中國歷法的改革與發(fā)展我國是世界上農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)最早、最發(fā)達的國家之一，農(nóng)牧業(yè)生 產(chǎn)的發(fā)展需要天文學，因而，我國也是世界上有天文學最早的國家 之一，每個時期都有所發(fā)展有所創(chuàng)造，也都有記載。我國最古的典 籍里面就有“欽若昊天”，“敬授民時”的記載。這說明古人就很 重視觀察自然現(xiàn)象，掌握自然規(guī)律，來決定一年季節(jié)的時令，使農(nóng) 牧業(yè)及時進行。中西天文學，正如其他方面，有很多不同之處：一：中國古代對星星多以實際存在之人事物命名，例如帝、太子、宰相、牛、天牢等。二：中國古代把可見范圍的天空分成三垣

2、二十八宿，有天區(qū)31、星官283、星1464顆。三：中國古代主要用赤道坐標系統(tǒng)，輔以似黃道坐標系統(tǒng)。四：中國古代把全天分為度，對應一年之日數(shù)。五：中國古代習慣用代數(shù)法模擬天象；西方則用幾何法。六：中國對常規(guī)和異常天象的觀測十分重視，其二千多年的持續(xù)記錄，是世界其他各族難以相比的。七：中國之歷法乃以陰陽合歷為傳統(tǒng)，創(chuàng)立了二十四節(jié)氣，與農(nóng)業(yè) 關系密切。陰陽合歷之二十四節(jié)氣系統(tǒng)更屬全世界之僅有。中國的歷法編制更是和天象觀測并行發(fā)展，歷法不單是安排日 月年，也包括日、月位置及日月食時間和行星位置等，相當於 一本天文年歷。A：中國占星術的哲學觀點以陰陽、五行、天人感應為基礎。九：中國古代天文學一直有濃厚

3、的官方色彩，天文機構為朝廷所直接管轄，一切所須由政府支持。在遠古時期，早期中國的天文學發(fā)展是緩慢的，這點與世界各 族相同。但由於中國文明的高度發(fā)展，天文學的發(fā)展亦開始領先 了。踏入春秋戰(zhàn)國，貴族對天象作占卜的興趣（其實商代的天文觀 測正建基於占卜上）更推動了天文學的發(fā)展。中國成為首先發(fā)現(xiàn)多 種天象的國家，如：觀測太陽黑子，古中國人在沒有望遠鏡的幫助下居然仍能發(fā)現(xiàn)，比西方早了近二千年，令一位美國天文學家慨嘆 西方學者為何要用望遠鏡方能見到。漢朝開始，中國天文學的發(fā)展加快。張衡發(fā)明渾天儀正是其代 表。南北朝祖沖之亦發(fā)現(xiàn)了歲差和日月不均勻等現(xiàn)象。宋元時期，古中國天文學進入了其頂峰時期，高度發(fā)達的經(jīng)濟

4、 支持著天文學的發(fā)展。大型天文儀器的使用（如蘇頌的水運儀象臺） 展示了中國人的超凡技術，數(shù)據(jù)的精度亦提高到和現(xiàn)代數(shù)值相差無 幾的驚人程度?？上?，明朝開始，中國天文學學開始進入停滯時期。由於明清 兩代的鎖國政策，中國開始對外封閉，不利學術交流。明朝禁止私 人編歷顯示了中國的學術自由正被消滅，天文學知識的傳播被中斷 了；雖然清朝大力提倡考據(jù)學，雖有助今人明白古代天文論著，但 於事無補。明清兩代的錯誤政策，使東西方科學及技術差距加 大。就各個時期的記載和天文文物來看，中國天文學的發(fā)展過程 中，經(jīng)歷了如下五個階段和四次大改革： 一、萌芽階段從遠古到東漢末年黃帝時期，就有了陰陽歷。史記中記載傳說中的黃帝

5、時代已有了專門測定日影的人員，并在測量的基礎上編制 了當時世界上比較先進的歷法，據(jù)尚書堯典中載：“期三 百有六旬有六日，以閏月定四時成歲”，這是一年有366天的 一種陰陽歷。尚書堯典已有年、月、日、旬、四 季、閏月的概念，并有以星象定季節(jié)的描述。夏代人們就已經(jīng) 發(fā)現(xiàn)了北斗七星斗柄的指向，可用來判斷季節(jié)。夏代根據(jù)斗柄 的旋轉(zhuǎn)確定了一年十二月，以“建寅之月為正月”。夏小 正相傳記載了夏朝的歷法，按月記載中星、斗柄指向、氣候 的變化，這可能是人類最早的歷法。商代，由于重視天文歷法，專設官員管理此事，甲骨卜辭 中有不少日食月食和觀察新星的記錄。商代的歷法為陰陽合 歷，把閏月放在歲末，稱為“十三月”。西

6、周時期，周公在告城（即古陽城），用圭、表測日影， 驗四時確定一年二十四節(jié)氣，來指導農(nóng)、牧業(yè)生產(chǎn)。二、形成期與第一次大改革春秋戰(zhàn)國到漢末年春秋時期，天文學有了很大的成就。魯文公十四年（公元 前613年），“秋十月，有星學于北斗”的記載，是天文學界 公認的世界上最早的哈雷慧星的記錄，比歐洲早兩千年還要多 些。1978年，湖北省隋縣發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)國初曾候大墓出土的漆箱上繪 有二十八宿名稱，這說明二十八宿體系在春秋時期已大體形 成。戰(zhàn)國時期，同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)緊密相關的天文歷法有了新的成 就。天文學家甘德和石申曾對許多恒星的位置進行了測量，測 得的成果被編成甘世星經(jīng)一書，其中已證明了 120個恒星 的座標。這是世界上

7、最早的恒星標，比希臘的恒星表約早200 年。秦漢時期，天文學出現(xiàn)了許多具有當時先進成果。漢書五行志中精確記錄了河平元年（公元前28年）三月十八日太陽黑子出現(xiàn)的位置、時間。這是世界上公認最早的有關太陽黑子的正式記錄，比歐洲早八百多年。漢代的太初歷一流傳至今最早的一部較完備的歷法。東漢太初（公元前104101年）以后，我國許多杰出的天文學家，都不斷地獨立創(chuàng)造新法，來提高歷法的精確度，形成了 我國歷法上的一個優(yōu)良傳統(tǒng)。關于天體的結構，就有三種不同的學說：一是宣夜說；二 是蓋天說，以周髀算經(jīng)為代表；三是渾天說。持渾天說的 有洛下閔，耿壽星、張衡等人。張衡還總結了當時天文學家的 最新成就，寫成了天文學巨

8、著靈憲一書。洛下閔在漢武帝 時期制造渾天儀，于太初三年（公元前102年），用水鐘測定 了二十八宿的位置。東漢張衡又設計了一種新的渾天儀，即用 水力轉(zhuǎn)動布列了星宿的球體儀器，轉(zhuǎn)動時反映出來的現(xiàn)象。完 全與天上的日月星辰的變動相符合。一：蓋天說：產(chǎn)生於戰(zhàn)國前，是中國最古老的天文學說，現(xiàn)見於漢代的 周髀算經(jīng)。蓋天說的主體是天圓地方，然而彳麥來 人們活動范圍擴大，學說演變成天地均圓。天地像反轉(zhuǎn)的 盤子，天蓋於地。此說主要用以解釋四季變化。舊說稱天 地間有陰陽兩氣，光透不過陰氣，太陽每天穿梭陰陽氣間，夏天陽氣多故日長，冬天陰氣多故日短。新說稱太陽有七條軌道，即七衡六間，太陽在軌道間運動。夏至時於 第一衡

9、（內(nèi)衡），冬至時於第七衡（外衡）。蓋天說更據(jù)勾股 定理（即畢氏定理）認為天地相距八萬里。因為他們認為陽 光照射范圍有限，人可見范圍亦有限，太陽於內(nèi)衡時較近 北方，人可見時間較長；外衡時較近南方，人可見時間較 短。這點有些像南北回歸線之設。渾天說：渾天說主要於漢代彳發(fā)開始流行，他們主張?zhí)烊缜驓ぃ?天包著地如雞 蛋，天外為氣，天內(nèi)有水而地漂於水上。 天之一半於地上，半於地下，運轉(zhuǎn)不息。他們把天球分為幾部分：近北極有恒顯圈，全年可見； 近南極有恒隱圈，於地平下，永不可見；中間的圓周是天球 赤道。由於渾天說有可以可被量化的性質(zhì)（包括相似三角形 的等比關系和勾股弦定理等幾何定理）,可作反復計算和驗 證。

10、他們曾有日影千里差一寸的假設，唐朝開元年間被 測量結果否定了，但渾天說反而可以發(fā)揚光大。這就是因為渾天說有科學性的原故。渾天說雖然在漢代便開始有不錯的理論支持，而且能解 釋蓋天說難以解釋之處。但直至唐代的實地論證彳愛方能結束 和蓋天說的爭論，原因大概是人們心理上難以接受大地漂浮 和日月星夜晚泡於水中的假設所使然。三：宣夜說：是一種和前兩說相當不同的一套宇宙論?？赡苄纬伸稇?zhàn) 國時期，而記載於晉書天文志。蓋天與渾天二說均認為 天空如一殼，日月與星附於殼上。宣夜說認為，固體天殼并 不存在，天之所以是藍色，是因為離開我們太遠了。天是個 充滿氣的虛空處，日月眾星均只是浮游其中的發(fā)光氣體，受 著氣體的推動

11、而活動。天地均無限，天體之間亦互不干涉。理天就地中就三、發(fā)展期包括二、三次大改革三國到五代魏明帝（公元227年至239年）楊偉創(chuàng)制了景初歷， 開始知道黃、白二道的交點，每年也有移動；同時又知道日月 交食的發(fā)生，不一定在軌道的交點上。于是，他定出“食 限”，即日月兩星球距黃、白交點左右各18度以內(nèi)，便可發(fā) 生交食。他又推算得月食分數(shù)和初虧時的方位角，這些都是前 人所未有的。在晉以前，中國天文學家還不知道歲差現(xiàn)象，以為太陽從冬至回到第二年的冬至就是一歲。虞喜比較古代星宿的位置,發(fā)現(xiàn)與當時的位11)因而發(fā)現(xiàn)歲差”使天為天,歲至為歲”，一歲日行度數(shù)和周天度數(shù)相差五十分之一度。這個發(fā)現(xiàn)，雖然比西洋晚了幾

12、百年（依巴谷在公元前125年發(fā)現(xiàn)歲差，定為每100年差一度），但卻比較精密。北齊，祖沖之于公元929年至500年制定了大明歷，另一貢獻是改革閨法。他經(jīng)過長期觀察發(fā)現(xiàn)：以前歷法的19年7閨不夠精密。經(jīng)過二百年后朔策的累積數(shù)約一日，這樣，就引 起其它各數(shù)之差了。因此，他以391年有144閨代替19年7 閨。至此，歷法上的四種月法：朔望月（“古歷”所用），恒 星月（三統(tǒng)歷所用），近點月（乾象歷）所用），交 點月（大明歷所用），到了祖沖之才算完備了。大明 歷因為遭到當時的頑固分子戴法興的阻撓，沒有被采用，到 了梁朝的天監(jiān)時（公元502年至519年），祖沖之的兒子把大明歷送交史官驗定，結果證明比舊歷好，

13、才從天監(jiān)九年 （公元510年）才得以開始施行。到陳后主禎明三年（公元589年）共施行80年。唐代，唐武德二年（公元619年）歷法家張仁鈞制定戊 寅元歷才用了 “定朔”，這是我國歷法史上的第三次大改 革。此歷在公元619年至664年間施行，以太陽、月亮的平均 運動求得的會合周期，就是朔望月的平均值，每月為日，這稱 為平朔。而太陽、月亮真正的會合周期，就是朔望月的真實值 也即定朔。唐代天文歷算有名的天文歷算家，就算是李淳風和 一行兩人。李淳風是唐初是的天文歷法專家，他和他的父親李 播都精於天文歷算，李淳風於貞觀時官至太史令，晉書和五代 史志中的天文志、律歷都是李淳風所撰寫的，又制造了觀測天 象的黃

14、道渾儀。而一行和其他天文工作者，通過長期觀察，認定恒星位置有動，他還提倡實地測量子午線的長短。他根據(jù)實測結果，算出北極高度或子午線上的度數(shù)，每相隔一度，地球表面的距離為里（唐里），合今天的公里。!1!、鼎勝時期與第四次大改革宋元階段宋代，沈括制訂了奉元歷，在全國施行了十八年，又 制訂了十二氣歷。這部歷法，只依時令節(jié)氣不按月亮圓 缺，撤底不用閨月，與現(xiàn)行公歷的主張是吻合的。元代，我國古代天文學發(fā)展到了高峰。以郭守敬為首的把 外國人和金及宋司天監(jiān)人員，加上王恂、許衡、張易、楊恒、 馮天章等，組成了一支強大的科技隊伍，在全國建立了二十七 個觀測站，測量了二十八宿及其它恒星的位置。二十八宿距離 觀測值

15、與現(xiàn)代精密定值平均的誤差，僅是4分22秒，較宋代 姚舜輔的觀測結果減少了一半多。在太陽視運動方面，測定了 冬至時刻和回歸年長度，此外，郭守敬還測量了北極出地和月 地距離。郭守敬、王恂等人，在實際觀測的基礎上，吸取了前人的 經(jīng)驗，加上自己的創(chuàng)見，編訂了我國最優(yōu)秀的歷法授時歷。廢除了上元積年的日法，精確而圓滿地解決了古歷中的四個主要問題。四個主要問題是：定朔，閨月安排，二十四節(jié) 氣安排，預推日、月食日期、時刻和見食情況。我國歷法的第四次大改革，要算是郭守敬等人創(chuàng)制的授 時歷成果最顯著了。元至元二十八年，郭守敬制成的授時 歷，從公元1281-1367年，共施行87年，并經(jīng)改制為大 統(tǒng)歷后，又從公元1

16、368年到1643年，共使用了 276年?？?合計算起來，實際使用了三、四百年。中國之星座：為了便於辦認星星，進行天象的觀測、記錄與研究，中國 古代把星空中若干相鄰的恒星組合在一起，并以人世間的事物或 耿位的名稱，來加以命名。這種的恒星組合稱為星官，與西洋的 星座有同工之妙。每一星官中的星數(shù)不等，少至一個，多則可達 數(shù)十顆之多。季節(jié)的變遷和太陽有關，星象在四季中出沒早晚的變化， 反映著太陽在天空上的運動，古人很早就知道四季中太陽分別在各個星宿中的位置，當時的天文學家注意到日食時月亮和太陽位置相同，月亮在朔，每逢朔后，新月出現(xiàn)，向后推適當度數(shù)，就得到當時太陽所在的星空的位置，月食時，月亮和太陽的

17、位置相對，望月所在的星空也正好和太陽所在的星空相差180 度。為了用星象判斷季節(jié)，判斷太陽所在的位置，他們辛勤地 觀測著月亮所經(jīng)過的星區(qū)，出現(xiàn)了二十八宿的星空劃區(qū)法。二 十八宿是把沿著黃道和赤道附近的星象，劃為二十八個不相等 的部分，每一部分就叫做一宿。我國古代就根據(jù)每宿的出沒和 中天的時刻判斷季節(jié)。隨著天文學的發(fā)展，二十八宿的作用也 隨之擴大。在現(xiàn)代天文學形成之前，它不僅在編制歷法，劃分 二十四節(jié)氣等方面發(fā)揮了重要作用，它還是歸算太陽、月亮、 五大行星（即金、木、水、火、土五星）乃至流星、慧星、新 星、滿天星斗位置的標準。因此，可以說二十八宿是我國古代 天文學家的一項重大創(chuàng)舉。三國時代吳國人

18、陳卓，為我國古星象圖的集大成與奠基 者。他以甘德、石申與巫咸三家的全天星圖為底本，將星空分 別283官共有1465顆星。283官含三垣、二十八宿及其他星官。星官的命名極富天人合一的色彩，舉凡出將入相、市井、酒鋪、九州地名及皇室家族的成員、皆可成星官之名?；鸲怂蓿憾怂薹植荚谔烨虺嗟篮忘S道帶一周，是我國古代對在 赤道和黃道一帶恒星的分群系統(tǒng)。二十八宿的距星大多數(shù)是暗 星，一等星只有一顆，而四等星以下達八顆之多。二十八宿又分成四個大星區(qū)，用動物來命名叫做四象，就是：東方蒼龍（包括角、亢、氐、房、心、尾、箕七宿）；北方玄武（包括斗、牛、女、虛、危、室、壁七宿）；西方白虎（包括奎、婁、胃、昴、畢

19、、霜、參七宿）；南方朱雀（包括井、鬼、柳、星、張、翼、軫 七宿）。東漢王充論衡談天：二十八宿為日、月舍，猶地有郵亭，為長吏廨矣！張衡：蒼龍連蜷于左，白虎猛距于右，朱雀奮翼于前，靈龜圈首于彳麥。J。二十四節(jié)氣：在西洋的歷法中，只分春分、夏至，秋分與冬至四個節(jié)氣，對應太陽在黃道上，兩次穿越赤道與最北與最南的四個時刻，以作為四季的中心。而我國農(nóng)歷里則把節(jié)氣分得很細，定出了二十四節(jié)氣，相鄰兩節(jié)氣對應太陽在黃道上運行15度。它們的名稱大都反應物候、農(nóng)時或季節(jié)的起點與中點。由於節(jié)氣實際反應太陽 運行所引起的氣候變化，故二十四節(jié)氣為陽歷的自然衍生的產(chǎn) 物，與陰歷無關。地球繞橢圓軌道公轉(zhuǎn)，在近日點附近（冬至）

20、的運行速度較 快，而在遠日點（夏至）附近運行速度較慢，所以以地球的觀點， 太陽在黃道上運行的速度也是冬快夏慢，運行15度所須的時間自 然有別，因此兩節(jié)氣之間所經(jīng)歷的時間長短也不同。冬天的節(jié)氣 較密，而夏季的節(jié)氣較疏。二十四節(jié)氣的劃分完全按回歸年的長 度。為了調(diào)合回歸年（陽歷）與朔望月（陰歷）之間的差異，農(nóng)歷把 二十四節(jié)氣中，雙數(shù)的叫中氣，單數(shù)的叫節(jié)氣，而且規(guī)定每一個 中氣標定在一個農(nóng)歷的月份，例如雨水必定在正月，春分必定在 二月，谷雨必定在三月，其余依此類推。除此之外，月名也必須 和相對應的中氣相合。下為二十四節(jié)氣的名稱與其物候：立春：立是開始的意思，春是蠢動，表示萬物開始有生氣，這 一天春天

21、開始。雨水：降雨開始，雨水將多。驚蟄：春雷響動，驚動蟄伏地下冬眠的生物，它們將開始出土活動。春分：這是春季九十天的中分點，這一天晝夜相等，所以古代曾稱春分秋分為晝夜分。清明：明潔晴朗，氣候溫曖，草木開始萌發(fā)繁茂。谷雨：雨生百谷的意思。雨水增多，適時的降雨對谷物生長很 為有利。立夏：夏天開始，萬物漸將隨溫暖的氣候而生長。小滿：滿指籽粒飽滿，麥類等夏熱作物這時開始結籽灌漿，即 將飽滿。芒種：有芒作物開始成熟，此時也是秋季作物播種的最繁忙時不。夏至：白天最長，黑夜最短，這一天中午太陽位置最高，日影 短至終極。小暑：暑是炎熱，此時還未到達最熱。大暑：炎熱的程度到達高峰。立秋：秋天開始，植物快成熟了。處

22、暑：處是住的意思，表示暑氣到此為止。白露：地面水氣凝結為露，色白，是天氣開始轉(zhuǎn)涼了。秋分：秋季九十天的中間，這一天晝夜相等，同春分一樣，太 陽從正東升起正西落下。寒露：水露先白而彳爰寒，是氣候?qū)⒅饾u轉(zhuǎn)冷的意思。霜降：見霜。立冬：冬是終了，作物收割彼要收臧起來的意思，這一天起冬 天開始。小雪：開始降雪，但還不多。大雪：雪量由小增大。冬至：這一天中午太陽在天空中位置最低，日影最長，白天最 短，黑夜最長。小寒：冷氣積久而為寒，此時尚未冷到頂點。大寒：寒冷到頂點。二十四節(jié)氣中以立春、春分、立夏，夏至、立秋、秋分、立 冬與冬至等八節(jié)氣最為重要。它們之間大約相隔46天。一年分為 四季，立表示四季中每一個季

23、節(jié)的開始，而分與至 表示正處於這季節(jié)的中間?，F(xiàn)代我國所使用的歷法，皆依回歸年 制定，二十四節(jié)氣基本上是一致的，前彳灸的相差不會超過一兩天。有興趣記這些節(jié)氣的人，可用下列的速記調(diào)（每節(jié)氣取一個 字），或許有幫助。春雨驚春清谷天，夏滿芒夏暑相連；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;每年二月開始算，最多相差一兩天。中國古代主要天文學家略傳張衡（78 - 139 AD）張衡是我國歷史上偉大的科學家，對天文學（渾 天儀）、數(shù)學（圓周率）和地震學（候風地動 儀）方面都有杰出的貢獻，在世界科學史上留下 了光輝的篇章。其兩京賦亦為文學佳作。祖沖之（429 - 500 AD）是我

24、國歷史上偉大的科學家，在數(shù)字、機械制 造、樂律等方面都有研究，天文歷法也是他研究 的主要內(nèi)容之一，大明歷就是他這方面的代 表。提到圓周率的時候，祖沖之不僅在古代的 數(shù)學方面取得了卓越的成就，在天文學方面更有 創(chuàng)新。張遂（一行和尚）（683 - 727 AD）唐玄宗時任太史令掌管天文歷法、氣象、地震等工作，支持渾天說。制黃道游儀、水運渾儀 等精巧天文儀器，以進行我國古代第一次大規(guī)模 的天文測量，所得之數(shù)據(jù)彳及用以編成大衍 歷。郭守敬(1231 - 1316 AD)是我國古代偉大的科學家之一。他不但是個杰出 的天文學家，而且還是個水利學家和機械制造專 家。元朝至元十三年(1276 AD)任工部郎中，借 調(diào)至太史局主持歷法改制工作，簡化復雜難用的 舊式渾儀，而成精度高而結構簡單的簡儀。主導 我國古代第二次全國性的天文大地觀測，以實測所得之數(shù)據(jù)編成授時歷，為我國古歷法的最 局成就。徐光啟(1562 - 1633 AD)引進、翻譯許多西方天文學與數(shù)學書籍。王錫闡(1628 - 1682 AD)清初著名的民間天文學家，一生從事天文研究工 件，吸收中西歷法之精華，更經(jīng)二十多年的天象 觀測彳灸撰寫成曉庵新法。王真儀(1768 - 1797 AD)清代女天文學家。精通天文、地理、數(shù)學、醫(yī) 學、詩文繪畫與氣象，但以天文學最有造詣。相 傳生平共有著作六十四卷，惜大多