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中國天文學發展簡史 中國歷法的改革與發展 我國是世界上農牧業生產最早、最發達的國家之一，農牧業生產的發展需要天文學，因而，我國也是世界上有天文學最早的國家之一，每個時期都有所發展有所創造，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象，掌握自然規律，來決定一年季節的時令，使農牧業及時進行。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：中國古代把可見範圍的天空分成三垣二十八宿，有天區31、星官283、星1464顆。 三：中國古代主要用赤道坐標系統，輔以似黃道坐標系統。 四：中國古代把全天分為365.25度，對應一年之日數。 五：中國古代習慣用代數法模擬天象；西方則用幾何法。 六：中國對常規和異常天象的觀測十分重視，其二千多年的持續記錄，是世界其他各族難以相比的。 七：中國之曆法乃以陰陽合曆為傳統，創立了二十四節氣，與農業關係密切。 陰陽合曆之二十四節氣系統更屬全世界之僅有。中國的曆法編製更是和天象觀測並行發展，曆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，相當於一本天文年曆。八：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展，天文學的發展亦開始領先了。踏入春秋戰國，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展。中國成為首先發現多種天象的國家，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現，比西方早了近二千年，令一位美國天文學家慨歎西方學者為何要用望遠鏡方能見到。 漢朝開始，中國天文學的發展加快。張衡發明渾天儀正是其代表。南北朝祖沖之亦發現了歲差和日月不均勻等現象。 宋元時期，古中國天文學進入了其頂峰時期，高度發達的經濟支持著天文學的發展。大型天文儀器的使用(如蘇頌的水運儀象台)展示了中國人的超凡技術，數據的精度亦提高到和現代數值相差無幾的驚人程度。可惜，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。明朝禁止私人編曆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，中國天文學的發展過程中，經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，並有以星象定季節的描述。夏代人們就已經發現了北斗七星斗柄的指向，可用來判斷季節。夏代根據斗柄的旋轉確定了一年十二月，以“建寅之月為正月”。夏小正相傳記載了夏朝的曆法，按月記載中星、斗柄指向、氣候的變化，這可能是人類最早的曆法。 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氣，來指導農、牧業生產。二、形成期與第一次大改革春秋戰國到漢末年 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，有星孛于北斗”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，湖北省隋縣發現戰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。 戰國時期，同農業生產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恆星的位置進行了測量，測得的成果被編成甘世星經一書，其中已証明了120個恆星的座標。這是世界上最早的恆星標，比希臘的恆星表約早200年。 秦漢時期，天文學出現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。 漢代的太初曆流傳至今最早的一部較完備的曆法。東漢太初（公元前104101年）以后，我國許多傑出的天文學家，都不斷地獨立創造新法，來提高歷法的精確度，形成了我國歷法上的一個優良傳統。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，以周髀算經為代表三是渾天說。持渾天說的有洛下閎，耿壽星、張衡等人。張衡還總結了當時天文學家的最新成就，寫成了天文學巨著靈憲一書。洛下閎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，即用水力轉動布列了星宿的球體儀器，轉動時反映出來的現象。完全與天上的日月星辰的變動相符合。一：蓋天說： 產生於戰國前，是中國最古老的天文學說，現見於漢代的周髀算經。蓋天說的主體是天圓地方，然而後來人們活動範圍擴大，學說演變成天地均圓。天地像反轉的盤子，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(內衡)，冬至時於第七衡(外衡)。蓋天說更據勾股定理(即畢氏定理)認為天地相距八萬里。因為他們認為陽光照射範圍有限，人可見範圍亦有限，太陽於內衡時較近北方，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。 二：渾天說： 渾天說主要於漢代後開始流行，他們主張天如球殼，天包著地如雞 蛋，天外為氣，天內有水而地漂於水上。天之一半於地上，半於地下，運轉不息。 他們把天球分為幾部分：近北極有恆顯圈，全年可見；近南極有恆隱圈，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(包括相似三角形的等比關係和勾股弦定理等幾何定理)，可作反復計算和驗證。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後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。可能形成於戰國時期，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，固體天殼並不存在，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光氣體，受著氣體的推動而活動。天地均無限，天體之間亦互不干涉。 三、發展期包括二、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，便可發生交食。他又推算得月食分數和初虧時的方位角，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，發現與當時的位置不同，因而發現歲差“使天為天，歲至為歲”，一歲日行度數和周天度數相差五十分之一度。這個發現，雖然比西洋晚了几百年（依巴谷在公元前125年發現歲差，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。他經過長期觀察發現：以前歷法的19年7閨不夠精密。經過二百年后朔策的累積數約一日，這樣，就引起其它各數之差了。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），恆星月（三統歷所用），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，結果証明比舊歷好，才從天監九年（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29.530588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曆法專家，他和他的父親李播都精於天文曆算，李淳風於貞觀時官至太史令，晉書和五代史志中的天文志、律曆都是李淳風所撰寫的，又製造了觀測天象的黃道渾儀。而一行和其他天文工作者，通過長期觀察，認定恆星位置有動，他還提倡實地測量子午線的長短。他根據實測結果，算出北極高度或子午線上的度數，每相隔一度，地球表面的距離為351.27里（唐里），合今天的132.02公里。四、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，只依時令節氣不按月亮圓缺，撤底不用閨月，與現行公歷的主張是吻合的。 元代，我國古代天文學發展到了高峰。以郭守敬為首的把外國人和金及宋司天監人員，加上王恂、許衡、張易、楊恆、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恆星的位置。二十八宿距離觀測值與現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，吸取了前人的經驗，加上自己的創見，編訂了我國最優秀的歷法授時歷。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，并經改制為大統歷后，又從公元1368年到1643年，共使用了276年。總合計算起來，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恆星組合在一起，並以人世間的事物或職位的名稱，來加以命名。這種的恆星組合稱為星官，與西洋的星座有同工之妙。每一星官中的星數不等，少至一個，多則可達數十顆之多。 季節的變遷和太陽有關，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，向后推適當度數，就得到當時太陽所在的星空的位置，月食時，月亮和太陽的位置相對，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，判斷太陽所在的位置，他們辛勤地觀測著月亮所經過的星區，出現了二十八宿的星空划區法。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。我國古代就根據每宿的出沒和中天的時刻判斷季節。隨著天文學的發展，二十八宿的作用也隨之擴大。在現代天文學形成之前，它不僅在編制歷法，划分二十四節氣等方面發揮了重要作用，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、滿天星斗位置的標准。因此，可以說二十八宿是我國古代天文學家的一項重大創舉。三國時代吳國人陳卓，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厎本，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、酒舖、九州地名及皇室家族的成員、皆可成星官之名。 二十八宿：二十八宿分布在天球赤道和黃道帶一周，是我國古代對在赤道和黃道一帶恆星的分群系統。二十八宿的距星大多數是暗星，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，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、觜、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，靈龜圈首于後。 二十四節氣：在西洋的曆法中，只分春分、夏至，秋分與冬至四個節氣，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。而我國農曆裡則把節氣分得很細，定出了二十四節氣，相鄰兩節氣對應太陽在黃道上運行15度。它們的名稱大都反應物候、農時或季節的起點與中點。由於節氣實際反應太陽運行所引起的氣候變化，故二十四節氣為陽曆的自然衍生的產物，與陰曆無關。 地球繞橢圓軌道公轉，在近日點附近(冬至)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，因此兩節氣之間所經歷的時間長短也不同。冬天的節氣較密，而夏季的節氣較疏。二十四節氣的劃分完全按迴歸年的長度。 為了調合迴歸年(陽曆)與朔望月(陰曆)之間的差異，農曆把二十四節氣中，雙數的叫中氣，單數的叫節氣，而且規定每一個中氣標定在一個農曆的月份，例如雨水必定在正月，春分必定在二月，穀雨必定在三月，其餘依此類推。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，氣候溫暖，草木開始萌發繁茂。 穀雨：雨生百穀的意思。雨水增多，適時的降雨對穀物生長很為有利。 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節。 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：水露先白而後寒，是氣候將逐漸轉冷的意思。 霜降：見霜。 立冬：冬是終了，作物收割後要收藏起來的意思，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。 二十四節氣中以立春、春分、立夏，夏至、立秋、秋分、立冬與冬至等八節氣最為重要。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節的開始，而分與至表示正處於這季節的中間。現代我國所使用的曆法，皆依迴歸年製定，二十四節氣基本上是一致的，前後的相差不會超過一兩天。有興趣記這些節氣的人，可用下列的速記調(每節氣取一個字) ，或許有幫助。 春雨驚春清穀天，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、數學圓周率3.162和地震學候風地動儀方面都有傑出的貢獻，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)是我國歷史上偉大的科學家，在數字、機械製造、樂律等方面都有研究，天文曆法也是他研究的主要內容之一，大明曆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學方面取得了卓越的成就，在天文學方面更有創新。張遂(一行和尚)(683 - 727 AD)唐玄宗時任太史令掌管天文曆法、氣象、地震等工作，支持渾天說。製黃道游儀、水運渾儀等精巧天文儀器，以進行我國古代第一次大規模的天文測量，所得之數據後用以編成大衍曆。 郭守敬(1231 - 1316 AD) 是我國古代偉大的科學家之一。他不但是個傑出的天文學家，而且還是個水利學家和機械製造專家。元朝至元十三年(1276 AD)任工部郎中，借調至太史局主持曆法改制工作，簡化複雜難用的舊式渾儀，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，以實測所得之數據編成授時曆，為我國古曆法的最高成就。 徐光啟(1562 - 1633 AD)引進、翻譯許多西方天文學與數學書籍。 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，吸收中西曆法之精華，更經二十多年的天象觀測後撰寫成曉菴新法。 王真儀(1768 - 1797 AD）清代女天文學家。精通天文、地理、數學、醫學、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，