中國古代天文知識

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  曆法與天文學的發展是緊密相聯的,中國是世界上產生天文學最早的國家之一,也是最早有曆法的國家之一。遠在5000多年前,中國就有了《曆》,每年366天。商代(公元前1600年~公元前1066年)時期,已有專門的官員負責天文曆法,當時采用的是《合曆》,將閏月放在歲末,稱為“十三月”。西周(公元前1066年~公元前771年)時期,天文學家用圭、表測量日影,確定冬至、夏至和一年的二十四個節氣,來指導農牧業生產。

  西漢(公元前206年~公元23年)漢武帝時,命令官員在古曆的基礎上重新製定了新的曆法——《太初曆》(公元前104年成書),沿用200餘年。東漢(公元25年~公元220年)初年,國家又製定了《四分曆》。魏晉南北朝(公元220年~公元518年)時期,祖衝之製定《大明曆》,首次將歲差計算入內,每年365.2428天,與現在的精確測量值僅相差52秒。

  唐代(公元618年~907年)著名天文學家僧一行經過數年的測量後製定了中國曆史上最全麵最詳盡的曆書——《大衍曆》。該書共七部分,包括:計算朔月,望月的方法,計算二十四節氣及晝夜長短的方法,計算太陽,月亮運動,計算五大的運動,七十二侯,六十四卦,以及預測日食,月食等。這個曆法對中國曆法史影響很大,在明末采用西歐方法編曆之前,曆次修訂曆法都是仿照它的結構進行的。

  北宋時期(公元960年~公元1127年)沈括製訂了依據時令氣節而定的《十二氣節曆》,撤銷閏月,與現行的公曆主張一致。元朝(公元1279年~公元1368年)郭守敬在實際觀測的基礎上,吸取了前人的經驗,加上自己的創見,編訂了中國最優秀的曆法《授時曆》。廢除了上元積年的日法,創立了招差法,孤矢割圓術,精確而地解決了古曆中定朔、閨月安排,二十四節氣安排,預推日、月食日期、時刻和見食情的四個主要問題。從明朝(公元1368年~公元1644年)萬曆年間開始,中國曆法引入,清代(公元1644年~公元1911年)初期順治時,傳教士湯若望等人編製《時憲曆》。公元1912年,中國開始使用公曆,但同時使用農曆,其實質上仍是《時憲曆》。古代天文學常識上古人們認為有一位至高無上的,稱為“帝”或“”。在上古文獻裏,天和帝常常成為同義詞。自然現象各有它的人格化的主持者,如風師謂之飛廉,雨師謂之屏翳,雲師謂之豐隆,日禦謂之羲和,月禦謂之望舒。這些名字,主要用作古詩賦中的辭藻。

  出於農耕民族掌握四季變化的需要,古人觀測是很勤的,殷商時代的甲骨文就有了某些星名和日食、月食的記載,《尚書》、《詩經》、《春秋》、《左傳》、《國語》、《爾雅》等書有許多關於星宿的敘述和豐富的記錄,史記有《天官書》,《漢書》有《天文誌》。

  “三代以上,人人皆知天文。“七月流火”,農夫之辭也。“三星在戶”,婦人之語也。“月離於畢”,戍卒之作也。“龍尾伏辰”,兒童之謠也。後世文人學士,有問之而茫然不知者矣。”

  古稱明星,又名太白,這是因為它光色銀白,亮度特強。《詩經》的“子興視夜,明星有燦”(《鄭風·女曰雞鳴》),“昏以為期,明星煌煌”(《陳風·東門之楊》)都是指說的。黎明見於東方叫“啟明”,黃昏見於叫“長庚”。

  需要注意的是,先秦古籍中談到時所說的水並不是指中的水星,而是指恒星中的定星(營室),即室宿,在則為飛馬坐的αβ兩星。如《左傳莊公十九年》“水昏而正栽”。先秦古籍中談到時所說的火也不是指中的火星,而是恒星中的大火,特指心宿二,在則天蠍座的α星,如《詩經》中的“七月流火”。

  古人觀測日月五星的運行是以恒星為背景的,因為恒星相互間的相對穩定不變,可以用它們來做日月五星運行所到的。古人選取黃道赤道附近的十十八星宿作為坐標。下麵先介紹一下黃道、赤道。

  黃道是古人假想的太陽周年運行軌道。地球沿著自己的軌道國境線太陽公轉,從地球軌道不同的上看太陽,則太陽在天球(為研究天文而假想的,通常是以地球為中心,無限長為半徑的)上的投影的也不盡相同。這種視的移動叫做太陽的視運動,大陽周年的視運動軌跡就是黃道。

  星宿不是一顆星,而是鄰近若幹得的集合。古人把比較靠近的幾顆恒星聯係起來,東西南北各有七宿,每七宿,想象成一種動物,稱為二十八宿:

  (亢音kang4,氐音di1,箕音ji1,昴音mao3,觜音zi1,參shen1,軫zhen3)。蒼龍、玄武、白虎和朱雀稱為四象。玄武是一種龜蛇合體的動物。

  古人以二十八宿來觀測日月和五個的運行。了解了這一點,古書上的一些內容就不難懂了。《尚書》“月離於畢”指的是月亮附於畢宿(離通麗,附著的意思);《論衡》“熒惑守心”指的是火星位於心宿;《詩經》“太白食昴”指遮蔽了昴宿。

  二十八宿不僅用於觀測日月五星,有的還是古人測定歲時季節的觀測對象。古人認為上古時代,人們認為初昏時參宿在南方就是春季正月,心宿在正南方就是夏季五月等。另外,古人還按以上述二十八宿為主體,把黃道附近的一周天按照由西向東的方向分為28個不等分。所以在這個意義上說,二十八宿就意味著28個不等分的星空區域了。

  古人在黃河流域的北天上空,以北極星為標準,集合周圍其它各星,合為一區,名曰紫微垣。在紫微垣外,在星張翼軫以北的星區是太微垣;在房心箕鬥以北的星區是天市垣。

  北鬥七星在古代天文也占有重要地位。北鬥是由天樞、天璿、天璣、天權、玉衡、開陽、搖光七星組成的。古人把這七星聯係起來想像成舀酒的鬥形。天樞、天璿、天璣、天權為鬥身,古曰魁;玉衡、開陽、搖光為鬥柄,古曰杓。北鬥七星屬於大熊座。

  古人很重視北鬥,因為可以利用它來辨方向,定季節。把天璿、天樞連成直線並延長五倍距離,就可以找到北極星,而北極星是北方的標誌。北鬥星在不同的季節和夜晚不同的時間,出現在於天空不同的方位。人們看起來它在圍繞著北極星轉動,所以古人又根據初昏時鬥柄所指的方向來決定季節:鬥柄指鬥,天下皆春;鬥柄指西,天下皆秋;鬥柄指南,天下皆夏;鬥柄指北,天下皆冬。

  古人為了說明日月五星的運行和節氣的變換,黃道附近一周天按照由西向東的方向分為十二等分,稱為十二次。每次中都有二十八宿中的某些星宿作為標誌。由於十二次是等分的,而二十八宿廣狹不一,所以十二次各次的起止界限不能宿與宿之間的界限一致,有些宿是跨屬於相鄰的兩個次的。列表如下:

  枵音xiao1,諏訾音zou1zi1外國古代把黃道南北各八度以內的空間稱為黃道帶,也自西向東分為十二等分。起止界限與中國的十二次略有差異,大致對照如下:

  古人創立十二次主要有兩個用途:第一:用來太陽所在的,以說明節氣的變換,例如太陽在星紀中交冬至,在玄枵中交大寒。第二,用來說明歲星(木星)每年運行所到的,並拒以紀年,例如說某年“歲在星紀”,次年在“歲在玄枵”等。

  十二次的名稱,多和各自所屬的星宿有關。例如大火是次名,同時又是心宿的星名。鶉首、鶉火、鶉尾,其所以名鶉,顯然又和南方朱雀有關,朱雀七宿也正屬於這天宿內。

  古人是把天上的星宿和地上的州域聯係起來看的。在春秋戰國時代,人們根據地上的區域來劃分天上的星宿,把天上的星宿分別指配於地上的州圖,使它們相互對應。說某星是某國的分星,某某星宿是某某州國的分野,這種看法,即是“分野”的概念。

  古人的建立分野的目的在觀察,以占卜地上所配州國的吉凶。《論衡》中談到熒惑守心時就說:“熒惑,天罰也;心,宋分野也。視當君。”對野有了了解,就可以知道古代作家在寫到某地區時會連寫到這個地區相配的星宿。如庚信《衷哀江南賦》:以鶉首而賜秦,天何為而此醉,王勃《滕王閣序》,“星分翼軫”,李白《蜀道難》“捫參曆井”。指的就是所描繪的地方的星宿分野。

  古代是把的變化和人事的吉凶聯係到一起的。如日食是對者的,彗星的出現象征關兵災。歲星正常運行到某某星宿,則地上與之相配的州國就會五穀豐登,而熒惑運行到某一星配,這個地區就會有等。古人還認為,一些的變化還是水旱、饑饉、疾疫、盜賊等自然、社會現象的預兆。

  ◇角宿:室女座α即角宿一,史記天官書『左角李,右角將。』星經:『角二星為天門。』又雲:『左角為天田,右角為天門,中間名天關。』觀星玩占:『角二星為天關,蒼龍角也,一曰:維首,天陳,天相,天田,也』

  冬之月,旦,氐中。』爾雅釋天:『天根氐也』注:『角亢下係於氐,若木之有根』星經:『氐四星為天宿宮,二名天府,木星。』

  ◇房宿:有星四,即天蠍座之π,ρ,α,β,房宿叁西名為Iclarkrau,晉書天文誌『房四星為明堂,天子布政之宮也。』

  ◇心宿:有星叁,即天蠍座σ,α,τ,。又名叁星,詩唐風綢繆:『叁星在天』朱傳:『叁星,心也,在天昏始見於東方,建辰之月也。』劉瑾曰:『心宿之象,叁星鼎立,故因謂之叁星,然凡叁星者,非止心之一宿,而知此詩為指心宿者,蓋春秋之初,辰月末,日在畢,昏時,日淪地之酉位,而心宿始見於地之東方,此詩,男女既過仲春之月而得成婚,故適見心宿也。』心宿二亦名天王,西名Antares,一等星色赤,詩豳風七月:『七月流火』即指此星.禮月令:『季夏之月昏,火中』左傳襄公九年『心為大火』星經:『心叁星,中天王,前為太子,後為庶子,火星也,一名大火,二名大辰,叁名鶉火。』心宿又名商星,左傳昭公元年『遷閼伯於商丘,主辰商人是因,故辰為商星。』注:『辰大火也。』◇尾宿:有星九,均屬天蠍座,禮月令:『孟春之月,旦,尾中。』左傳僖公五年:『龍尾伏辰』注:『龍尾,尾星也』觀象玩占:『尾九星蒼龍尾,一曰析木。』

  ◇箕宿:有星四,均屬人馬座,亦名南箕,詩小雅大東:『維南有箕,不可以簸揚。』疏:『二十八宿連四方為名者,惟箕鬥井壁四星而已,箕鬥並在南方之時,箕在南而鬥在北,故言南箕北鬥。』史記天官書:『箕為敖客,曰口舌.』

  ◇奎宿:有星十六,九屬仙女座,七屬雙魚座。禮月令:『季夏之月,旦,奎中。』孝經援神契『奎主文章』注:『奎星屈曲相鉤,似文字之畫。』史記天官書:『奎曰封豕,為溝瀆。』:『奎,天之府庫,一曰天豕,亦曰封豕,主溝瀆,西南大星,所謂天豕目。』

  ◇婁宿:有星叁,即白羊座β,γ,α。禮月令:『季冬之月,昏,婁中。』史記天官書:『婁為聚眾。』晉書天文誌:『婁叁星為天獄,主苑牧,,供給,郊祀,亦為興

  ◇胃宿:有星叁,屬白羊座,史記天官書:『胃有天倉』觀象玩占: 『胃叁星曰大粱。』◇昴宿:有星七,六屬金牛座,七姊妹星團即此宿也,即著名的昴星團,書堯典:『日短星昴,以正仲冬。』爾雅釋天:『大梁昴也,西陸昴也。』史記天官書:『昴曰髦頭,胡星也,為白衣會。』光度最強者為昴宿六。有關它的傳說特別多,昴宿內有卷舌、天讒之星,似乎是禍從口出的意思。

  ◇畢宿:有星八,七屬金牛座,畢宿五即金牛座α,距地七十光年,一月十日下午九時中天,中天高度70度,詩小雅大東:『有天畢,載施之行。』朱傳:『天畢,畢星也,狀如掩兔之畢。』禮月令『孟秋之月,旦,畢中。』爾雅釋天:『濁謂之畢』注:『掩兔之畢,或呼為濁,因星形以

  ◇觜宿:有星叁,屬金牛座,禮月令:『仲秋之月,旦,觜攜中。』史記天官書:『參為白虎,小叁星隅置曰觜,為虎首,主葆旅事』◇參宿:有星七均屬獵戶座,有七星,中間三星排成一排,兩側各有兩顆星,七顆星均很亮,在天空中非常顯眼,它與大火星正好相對。參宿五即γ,二等星,禮月令:『孟春之月,昏,參中。』尚書旋璣鈐:『參為大辰,主斬刈。』史書天官書:『參為白虎』廣雅:『紫宮參伐謂之大辰,參謂之實沈。』觀象玩占:『參七星伐叁星曰參伐。』

  ◇井宿:有星八屬雙子座,史記天官書:『南宮朱鳥權衡,東井為水事。』博雅:『東井謂之鶉首。』晉書天文誌:『南方東井八星,天之南門。』

  ◇鬼宿:有星四,屬巨蟹座,星光昏暗,中有一星團,晦夜可見,稱曰積屍氣,史記天官書:『輿鬼鬼祠事』博雅:『輿鬼謂之天廟。』晉書天文誌:『輿鬼五星,天目也。』觀象玩占:『鬼四星曰輿鬼,為朱雀頭眼,鬼中央白色如粉絮者,謂之積屍,一曰天屍,如雲非雲,如星非星,見氣而已。』

  ◇柳宿:有星八,均屬長蛇座,禮月令:『季秋之月,旦,柳中。』爾雅釋天:『謂之柳,柳鶉火也。』漢書天文誌:『柳為烏啄,主草木。』晉書天文誌:『柳八星天之廚宰也。』

  ◇星宿:有星七,六屬長蛇座,星宿一即此座α,孑然獨照光度列為二等,禮月令:『季春之月,昏,七星中。』又:『孟冬之月,旦,七星中。』史記天官書:『七星主急事。』觀象玩占『周禮:「鳥號七旒以象鶉火」謂七星也。』

  ◇張宿:有星六,均屬長蛇座。史記天官書:『張素為廚,主觴客。』漢書天文誌:『張嗉為廚,主觴客』廣雅:『張謂之鶉尾。』觀象玩占:『張六星為天府,一曰禦府,一曰天昌,實為朱鳥之嗉,火星也。』

  ◇翼宿:有星二十二,第一至第十一屬巨爵座,十二至十四屬長蛇座,外二星,又六星皆不明,為二十八宿中星數最多者,禮月令:『孟夏之月,昏,翼中。』史記天官書:『翼為羽翮主遠客。』晉書天文誌:『翼二十二星,天之樂府,主俳倡戲樂。』◇軫宿:有星四,即烏鴉座γ,ε,δ,β,δ為美麗雙星,其色一黃一紫。禮月令:『仲冬之月,旦,軫中。』史記天官書:『軫為車,主風。』

  ◇鬥宿:有星六,均屬人馬座,亦稱北鬥又名南鬥,詩小雅大東:『維北有鬥,不可以挹酒漿晉書天文誌:『北方南鬥六星,天廟也,一曰。』考古質疑:『四方列宿,隨時迭運,故以春言之,井,鬼,柳,星,見於南方,則鬥,牛,女,虛,為北方之宿爾,以其正當北鬥之衡,故彼既曰北鬥,則此曰南鬥,所以別也。』

  ◇牛宿:有星六,均屬摩羯座,禮月令:『季春之月,旦,牽牛中,又仲秋之月,昏,牽牛中。』史記天官書:『牽牛為。』按古時多謂牛宿為牽牛,今則均以河鼓為牽牛。』

  ◇女宿:有星四,叁屬寶瓶座,禮月令:『孟夏之月,旦,婺女中。』史記官書:『婺女』索隱:『爾雅雲:「須女謂之務女。」或作婺字。』博雅:『女謂之婺女。』

  ◇虛宿:有星二,虛宿一即寶瓶座β,係美麗雙星,虛宿二即小馬座α。禮月令:『季秋之月,昏,虛中。』爾雅釋天:『玄枵虛也,顓頊之虛,虛也,北陸虛也。』

  ◇危宿:有星叁,第一星即寶瓶座α,幾在天球赤道,第二星與第叁星即飛馬座θ,ε。禮月令:『仲夏之月,旦,危中;』又:『孟冬之月,昏,危中;』史記天官書:『北宮玄武虛危,危為蓋星。』晉書天文誌:『危叁星主天府,天市架屋。』

  ◇室宿:有星二,即飛馬座α,β。禮月令:『孟春之月,日在營室。』詩風:『定之方中,作於楚宮。』朱傳:『定,北方之宿,營室星也。』廣雅:『營室謂之豕韋。』觀象玩占:『室二星曰營室,一曰定星。』

  ◇壁宿:有星二,即飛馬座γ,另外即仙女座α,屬二等星,禮月令:『仲冬之月,昏,東壁中。』觀象玩占:『壁二星曰東壁,圖書之府。』

  ◇紫微垣:一名紫宮垣或簡稱紫垣,(紫微宮,紫宮)。位北鬥東北,有星十五,東西列,以北極為中樞,成屏藩之狀,東蕃八星,由南起曰:左樞,上宰,少宰,上弼,少弼,上衛,少衛,少丞。西蕃七星,由南起曰:右樞,少尉,上輔,少輔,上衛,少衛,上丞。左右樞之間如開閉之象者曰閭闔門,史記天官書:『中宮天極星,環之匡衛十二星,藩臣,皆曰紫宮。』晉書天文誌:『北極五星,鉤陳六星,皆在紫宮中,紫宮垣十五星,其西蕃七,東蕃八,在北鬥北,一曰紫微,大帝之座也,天子之常居也,主命度也,一曰長垣,一曰天營,一曰旗星,為蕃衛備蕃臣也。』宋史天文誌:『微垣在北鬥北,左右環列,翊衛之象也。』

  ◇天市垣:位於房心東北,有星二十二,以帝座為中樞,成屏藩之狀,東蕃十一星,由南起曰:宋,南海,燕,東海,徐,吳越,齊,中山,九河,趙,魏。西蕃十一星,由南起曰:韓楚,梁,巴,蜀,秦,周,鄭,晉,河間,河中。史記天官書:『房心東北曲十二星曰旗,旗中四星曰天市,中六星曰市樓。』曰:『天市垣二十二星,在房心東北,主國市聚交易之所,一曰天旗。』觀象玩占:『天市垣,一曰天府,一曰長城,一曰天旗庭。』中。史記天官書:『房心東北曲十二星曰旗,旗中四星曰天市,中六星曰市樓。』曰:『天市垣二十二星,在房心東北,主國市聚交易之所,一曰天旗。』觀象玩占:『天市垣,一曰天府,一曰長城,一曰天旗庭。』

  ◇太微垣:位北鬥之南,軫翼之北,有星十,以五帝座為中樞,成屏藩之狀,東蕃四星由南起曰:上相,次相,次將,上將,西蕃四星由南起曰:上將,次將,次相,上相,南蕃二星東曰左執法,西曰右執法,其間曰端門,右執西為右掖門,左執法東間為左掖門。史記天官書:『南宮,朱鳥,權衡,衡,太虛,叁光之庭。』宋均雲:『太微,天帝南宮也。』廣雅:『太微房謂之明堂。』晉書天文誌:『太微,天子庭也,五帝座也,十二諸侯府也,其外蕃九卿也。』

  落下閎(公元前140-前87年)中國西漢時期天文學家,以曆算和天文學的傑出成就著稱於世,為我國最早的曆算學家。漢武帝元封年間為了曆法,征聘天文學家,他與他人合作創製新曆法,優於其他曆法,被漢武帝采用,稱《太初曆》,共施行189年,是中國曆史上有文字可考的第一部優良曆法, 《太初曆》采用的歲首和科學的置閏法,我國的陰曆一直沿用至今。落下閎是渾天說的創始人之一,經他改進的赤道式渾天儀,在中國用了2000年。在天文學史上首次準確推算出135月的日、月食周期,即11年應發生23次日食。根據這個周期,人類可以對日、月食進行預報,並可校正陰曆。

  張衡(公元78—139年),我國東漢時期偉大的科學家、文學家、發明家和家,界科學文化史上樹起了一座巍巍。在天文學方麵,他發明創造了“渾天儀”(公元117年),是世界上第一台用水力推動的大型觀察星象的天文儀器,著有《渾天儀圖注》和《靈憲》等書,畫出了完備的星象圖,提出了“月光生於日之所照”科學論斷。

  張衡在太史令任內,積極從事理論研究工作,係統觀測運行,著《靈憲》等書,創製渾天儀,且在曆法方麵也有所研究。 《靈憲》是張衡積多年的實踐與理論研究寫成的一部天文巨著,也是世界天文史上的不朽名作。該書全麵闡述了天地的生成、的演化、天地的結構、日月星辰的本質及其運動等諸多重大課題,將我國古代的天文學水平提升到了一個前所未有的新階段,使我國當時的天文學研究居世界領先水平,並對後世產生了深遠的影響。

  郭守敬(1231-1316),中國古代傑出的八大科學家一。為了精確彙集天文數據,以備製定新的曆法,郭守敬花了兩年時間,精心設計製造了一整套天文儀器,共13年,其中最有創造性的有3件:高表及其輔助儀器,簡儀和仰儀。郭守敬根據觀測的結果,於公元1280年3月,製訂了一部準確精密的新曆法《授時曆》。這部新曆法設定一年為365.2425天,比地球繞太陽一周的實際運行時間隻差26秒。歐洲的著名曆法《格裏曆》也一年為365.2425天,但是《格裏曆》是公元1582年開始使用的,比郭守敬的《授時曆》晚了整整300年。郭守敬在天文曆法方麵的著作有14種,共計105卷。直到很晚,世界的科學界才逐漸了解他。

  甘德,戰國時楚國人。經過長期的觀測,甘德與石申各自寫出一部天文學著作。後人把這兩部著作結合起來,稱為《甘石星經》,是現存世界上最早的天文學著作。書裏記錄了八百顆恒星的名字,其中一百二十一顆恒星的已被測定,是世界最早的恒星表。書裏還記錄了木、火、土、金、水等五大的運行情況,並指出了它們出沒的規律。

  石申,戰國時代魏國天文學、占星學家,著有《天文》八卷、《渾天圖》等。石申曾係統地觀察了金、木、水、火、土五大的運行,發現其出沒的規律,記錄名字,測定一百二十一顆恒星方位,數據被後世天文學家所用。《甘石星經》在宋代失傳,今天隻能從唐代《開元占經》裏見到它的片斷摘錄。它比希臘天文學家伊巴穀測編的歐洲第一個恒星表早二百年,《甘石星經》在我國和世界天文學史上都占有重要地位。

  張遂(一行)(683年-727年),唐朝高僧,著名的天文學家。主要成就是主持編製《大衍曆》,製造天文儀器、觀測和主持天文大地測量等方麵均有重要的貢獻。 糾正了我國古天文算學著作——《周髀算經》關於子午線“王畿千裏,影差一寸”的錯誤計算公式,對人們正確認識地球做出了重大貢獻。他設計製造了黃道遊儀、渾儀、複矩等天文測量儀器。

  祖衝之,南北朝天文學家祖衝之除了研究數學外,祖衝之還非常注重天文學的研究。他發現前代的曆法不夠精確,采用曆法推算出來的有時與實際不符。於是,祖衝之博覽古曆,在吸取前代曆法精華的基礎上,根據自己長期觀測的結果,於33歲時創製了《大明曆》。在《大明曆》中,祖衝之首次引入了歲差,還采用了391年設置144個閏月的精密的新閏周。這些做法,都是對前代曆法的重大。他在《大明曆》中所采用的一個回歸年的,跟現代科學測定的隻相差50多秒;采用的一個交點月的,跟現代科學測定的相差不到1秒;在製曆過程中,他發明了用圭表測量冬至前後正午時日影長度以定冬至時刻的方法,這個方法為後世長期采用。

  沈括是北宋時期一位多才多藝的科學家,他不僅精通地理,而且對天文、數學、醫學、農業等學科也頗有研究。30多歲時,他在參中編校昭文館書籍的工作中,開始學習和研究天文學。他注重實際觀測,通過學習和實踐,他認識到歲差現象引起的變化是一種自然規律;他解釋月亮是因為受太陽光照射發光而產生圓缺變化;他科學而生動地描述了常州的墜落過程,並準確地判斷出其成分是鐵;他還注意到的視運動有往複現象。

  後來,沈括在主管司天監工作期間,致力於整頓機構,強調實際觀測,添置了新的天文儀器。在製造新渾儀時,他對傳統的渾儀結構進行改進,簡化渾儀的方向。為了測定北極星與北天極之間的距離,沈括親自參加觀測,每天上半夜、午夜和下半夜各觀測一次,連續了三個月,畫了二百多張圖,斷定出北極星離北天極“三度有餘”。

  徐光啟(1562—1633)是我國明末著名的科學家,是第一個把歐洲先進的科學知識介紹到中國的人。崇禎帝授權徐光啟組織曆局,重新編曆。徐光啟力主在研究中國古代曆法的同時,參用西曆,吸收先進的科學知識,請了三位傳教士參與此工作,編譯成了《崇禎曆書》。這本係統介紹歐洲天文學知識的巨著,包括了歐洲古典天文學理論、儀器、計算和測量方法等。在編曆中,他還注重歐洲天文學知識的介紹和觀測儀器的引進等工作。他所主持的編曆工作,為中國天文學古代向現代發展奠定了一定的基礎。

  李善蘭(1811—1882年),清代天文學家、數學家。在天文學方麵,他翻譯了赫歇耳的《天文學綱要》一書,名為《談天》,於1859年出版。書中介紹了哥白尼的學說,李善蘭在序言中闡述了自己的觀點,說明日心體係和運動中的橢圓定律等是客觀存在,他還了前人對哥白尼日心說的。他對橢圓軌道運動等的解算進行過研究,提出了自己獨特的解算法,其中最主要的是他第一次在中國使用了無窮級數的概念來求解開普勒方程。他的著譯甚多,他曾將自己主要的天文、算學著作彙編成《則古昔齋算學》一書

  很早以前,人們發現房屋、樹木等物在太陽光照射下會投出影子,這些影子的變化有一定的規律。於是便在平地上直立一根竿子或石柱來觀察影子的變化,這根立竿或立柱就叫做“表”;用一把尺子測量表影的長度和方向,則可知道時辰。後來,發現正午時的表影總是投向正北方向,就把石板製成的尺子平鋪在地麵上,與立表垂直,尺子的一頭連著表基,另一頭則伸向正北方向,這把用石板製成的尺子叫“圭”。正午時表影投在石板上,古人就能直接讀出表影的長度值。

  經過長期觀測,古人不僅了解到一天中表影在正午最短,而且得出一年內夏至日的正午,烈日高照,表影最短;冬至日的正午,煦陽斜射,表影則最長。於是,古人就以正午時的表影長度來確定節氣和一年的長度。譬如,連續兩次測得表影的最長值,這兩次最長值相隔的,就是一年的時間長度,難怪我國古人早就知道一年等於365天多的數值。

  日晷又稱“日規”,是我國古代利用日影測得時刻的一種計時儀器。通常由銅製的指針和石製的圓盤組成。銅製的指針叫做“晷針”,垂直地穿過圓盤中心,起著圭表中立竿的作用,因此,晷針又叫“表”,石製的圓盤叫做“晷麵”,安放在石台上,呈南高北低,使晷麵平行於天赤道麵,這樣,姓氳納隙蘇彌趕蟣碧旒露蘇彌趕蚰鹹旒T陘忻嫻惱戳矯嬋袒?2個大格,每個大格代表兩個小時。當太陽光照在日晷上時,晷針的影子就會投向晷麵,太陽由東向西移動,投向晷麵的晷針影子也慢慢地由西向東移動。於是,移動著的晷針影子好像是現代鍾表的指針,晷麵則是鍾表的表麵,以此來顯示時刻。

  由於從春分到秋分期間,太陽總是在天赤道的北側運行,因此,晷針的影子投向晷麵上方;從秋分到春分期間,太陽在天赤道的南側運行,因此,晷針的影子投向晷麵的下方。所以在觀察日晷時,首先要了解兩個不同時期晷針的投影。

  漏刻是古代的一種計時工具,不僅古代中國用,而且古埃及、古巴比倫等文明古國都使用過。漏是指計時用的漏壺,刻是指劃分一天的時間單位,它通過漏壺的浮箭來計量一晝夜的時刻。最初,人們發現陶器中的水會從裂縫中一滴一滴地漏出來,於是專門製造出一種留有小孔的漏壺,把水注入漏壺內,水便從壺孔中流出來,另外再用一個容器收集漏下來的水,在這個容器內有一根刻有標記的箭杆,相當於現代鍾表上顯示時刻的鍾麵,用一個竹片或木塊托著箭杆浮在水麵上,容器蓋的中心開一個小孔,箭杆從蓋孔中穿出,這個容器叫做“箭壺”。隨著箭壺內收集的水逐漸增多,木塊托著箭杆也慢慢地往上浮,古人從蓋孔處看箭杆上的標記,就能知道具體的時刻。漏刻的計時方法可分為兩類:泄水型和受水型。漏刻是一種的計時係統,隻借助水的運動。後來古人發現漏壺內的水多時,流水較快,水少時流水就慢,顯然會影響計量時間的精度。於是在漏壺上再加一隻漏壺,水從下麵漏壺流出去的同時,漏壺的水即源源不斷地補充給下麵的漏壺,使下麵漏壺內的水均勻地流人箭壺,從而取得比較精確的時刻。

  現存於故宮博物院的銅壺漏刻是公元1745年製造的,最漏壺的水從雕刻精致的龍口流出,依次流向下壺,箭壺蓋上有個銅人仿佛報著箭杆,箭杆上刻有96格,每格為15分鍾,人們根據銅人手握箭杆處的標誌來報告時間。

  渾儀是我國古代的一種天文觀測儀器。在古代,“渾”字含有圓球的意義。古人認為天是圓的,形狀像蛋殼,出現在天上的星星是鑲嵌在蛋殼上的彈丸,地球則是蛋黃,人們在這個蛋黃上測量日月星辰的。因此,把這種觀測的儀器叫做“渾儀”。

  最初,渾儀的結構很簡單,隻有三個圓環和一根金屬軸。最外麵的那個圓環固定在正南北方向上,叫做“子午環”;中間固定著的圓環平行於地球赤道麵,叫做“赤道環”;最裏麵的圓環可以繞金屬軸旋轉,叫做“赤經環”;赤經環與金屬軸相交於兩點,一點指向北天極,另一點指向南天極。在赤經環麵上裝著一根望筒,可以繞赤經環中心轉動,用望筒對準某顆星星,然後,根據赤道環和赤經環上的刻度來確定該星在天空中的。

  後來,古人為了便於觀測太陽、和月球等,在渾儀內又添置了幾個圓環,也就是說環內再套環,使渾儀成為多種用途的天文觀測儀器。

  儀,古稱“渾象”,是我國古代一種用於演示的儀器。我國古人很早就會製造這種儀器,它可以用來直觀、形象地了解日、月、星辰的相互和運動規律,可以說儀是現代天球儀的直接祖先。古觀象台上安置的儀,是我國現存最早的儀,製於清康熙年間,重3850公斤。儀的主要組成部分是一個空心銅球,球麵上刻有縱橫交錯的網格,用於量度的具體;球麵上凸出的小圓點代表天上的亮星,它們嚴格地按星之間的相互標刻。整個銅球可以繞一根金屬軸轉動,轉動一周代表一個晝夜,球麵與金屬軸相交於兩點:北天極和南天極。兩個極點的指尖,固定在一個南北正立著的大圓環上,大圓環垂直地嵌入水平大圈的兩個缺口內,下麵四根雕有龍頭的立柱支撐著水平大圈,托著整個儀。利用渾象,無論是白天還是陰天的夜晚,人們都可以隨時了解當時應該出現在天空的星空圖案。

  水運儀象台是宋代蘇頌、韓公廉等人設計製造的一座大型天文儀器,它把觀測的渾儀、演示的渾象和報時裝置巧妙地結合在一起,是我國古代一項卓越的創造。水運儀象台高約12米,寬約7米,呈下寬上窄的正方台形,全部為木建築結構。全台分為三部分,最上層是一個可以開閉屋頂的木屋,裏麵放置一架銅製渾儀,用來觀測;中間部分是一間密室,放置渾象,可以隨時演示;最為有趣的是下麵的報時裝置,在台的南麵可以看到五層木閣,每一層木閣裏都有報時的小木人,他們各司其職,根據不同的時刻,輪流出來報時。它的一套動力裝置“可能是歐洲中世紀天文鍾的直接祖先”。

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