中国古代天象研究

中国古代天体研究 主讲人 季飞 一 古代天文基础 1 七政 五纬 古人把日月和金木水火土称七政 也叫七曜 其中金木水火土合起来又称五纬 金星古称明星 又名太白 金星黎明见于东方叫 启明 黄昏见于西方叫 长庚 木星常称为岁星 简称岁水星又叫辰星 火星古名荧惑 土星又叫镇星或填星 中国古代天文学中的星区划分使用的是 星官 系统 把若干颗恒星组成一组 每组用地上的一种事物命名 这一组就称为一个星官 简称一官 唐宋后组成一个283官 共1464颗星的星官系统 为后代天文学家所沿用 2 星官 古人选取黄道赤道附近的二十八星宿作为坐标 古人把比较靠近的几颗恒星联系起来 东西南北各有七宿 每七宿 想象成一种动物 称为二十八宿 东方苍龙 角亢氐房心尾箕北方玄武 斗扣女虚危室壁西方白虎 奎娄胃昴毕觜参南方朱雀 井鬼柳星张翼轸苍龙 玄武 白虎和朱雀称为四象 3 二十八宿 四象 古人是把天上的星宿和地上的州域联系起来看的 在春秋战国时代 人们根据地上的区域来划分天上的星宿 把天上的星宿分别指配于地上的州图 使它们相互对应 说某星是某国的分星 某某星宿是某某州国的分野 古人的建立分野的目的在观察天象 以占卜地上所配州国的吉凶 4 分野 天象是古人测定岁时季节的观测对象 上古时代 人们认为初昏时参宿在南方就是春季正月 心宿在正南方就是夏季五月等 古代是把天象的变化和人事的吉凶联系到一起的 如 日食是上天对当政者的警告 彗星的出现象征关兵灾 荧惑运行到某一星配 这个地区就会有灾祸等 古人还认为 一些天象的变化还是水旱 饥馑 疾疫 盗贼等自然 社会现象的预兆 是我国古代关于宇宙结构学说的三个主要流派 合称论天三家 它们都在汉代形成了成熟的学说 1 盖天说 代表著作 周髀算经 天象盖笠 地法覆盘 认为天和地均为拱形 天在上 地在下 天比地高出八万里 日月星辰均附着在天上 绕北天极平转 不会转到地下面去 太阳的出没与离人的远近相关 太阳离人远时 人的目力不及 表现为日没 近时 为人所见 表现为日出 太阳位置的四季变化 则是由于太阳运行的轨道四季不同而造成的 要点 2 浑天说 代表著作 浑天仪注 天和地都是圆球形的 天在外 地在内 天比地大得多 天包裹着地 犹如鸡蛋壳包裹着蛋黄一般 日月星辰附丽于天球之上 天球以南北极为轴 每天自东向西绕轴旋转一周 天可以绕到地下面去 北极出地平的高度为36度 太阳沿黄道运行 黄道与天球赤道交成24度角 要点 3 宣夜说 代表人物 东汉郄萌 宣夜说认为 天是无形无体 无色无质 无边无际的广袤空间 人目所见的浑圆的蓝天 仅是视觉上的错觉造成的 这如同 旁望远道之黄山而皆青 俯察千仞之谷而窈黑 是一个道理 宣夜说还认为 天体在广阔无垠的空间中的分布与运动是随其自然的 并不受想象中的天壳的约束 它们各具特性 并在气的作用下悬浮不动或运动不息 要点 二 古代天文现象 我国最早的天象观察 可以追溯到好几千年以前 无论是对太阳 月亮 行星 彗星 新星 恒星 以及日食和月食 太阳黑子 流星雨等罕见天象 举世公认 我国有世界上最早最完整的天象记载 我国是欧洲文艺复兴以前天文现象最精确的观测者和记录的最好保存者 牛 当日食发生时的奇特景象 是一件惊天动地的大事 为中国先民们重点观测的天象 早在3000多年前 殷墟甲骨文中就有关于日食记载 诗歌的形式记载着发生的日食 十月之交 朔日辛卯 日有食之 从我国春秋时期到清代同治十一年 有记载的日食共985次 日食的发生具有一定的周期性 我国是世界上较早发现日食周期的国家之一 西汉末年 刘歆总结出一种周期 认为135个月中要发生23次日食 大约从公元三世纪起我国就能预报日食初亏和复圆的方向 到了唐代对于日食的预报已经比较准确了 1 日食 中国对彗星的观测和研究已有4000多年的历史 拥有世界上最早 最完整的彗星记录 春秋 上记录了公元前613年 秋七月 有星孛入于北斗 被认为是世界上最早的哈雷彗星记录 从那时起 哈雷彗星基本每次回归 我国都有记录 早在2000多年前的先秦时期 对各种形态的彗星进行观测 画出了三尾彗 四尾彗 关于彗尾的成因 晋书 天文志 记载 彗体无光 傅日而为光 故夕见则东指 晨见则西指 在日南北 皆随日光而指 顿挫其芒 或长或短 而欧洲直到十六世纪以前一直误认为彗星是大气中的一种燃烧现象 2 彗星 宋史 仁宗本紀 上寫著 司天監言 自至和元年五月 客星晨出東方 守天关 至是沒 意思是人們看到這顆超新星爆發於1054年7月4日 最亮時有23天在白天就可見 直到1056年4月5日 肉眼才無法看到它 根據這些記錄 畫出來的光度變化曲線 和近代天文學中所得的超新星光度變化曲線相當一致 开封 中國人做出了全世界第一次 對超新星爆炸最完整的觀測記錄 這顆超新星距近 所以非常的明亮 連續二十幾天白天都可以看得到 宋朝的天官仔細的記錄了它出現的時間 位置 以及兩年中間亮度的變化 完整觀測就成為當今世界上對超新星爆炸最完整而可靠的古代記錄 3 超新星 公元前约140年成书的 淮南子 中说 日中有踆乌 公元前165年的一次记载中说 日中有王字 战国时期的一次记录描述为 日中有立人之像 欧洲关于太阳黑子纪事的最早时间是公元807年8月 当时还被误认为是水星凌日的现象 直到意大利天文学家伽利略1660年发明天文望远镜后 才确认黑子是确实存在的 从公元前28年到明代末年的1600多年当中 我国共有100多次翔实可靠的太阳黑子记录 这些记录不仅有确切日期 而且对黑子的形状 大小 位置乃至分裂 变化等 也都有很详细和认真的描述 4 太阳黑子 5 流星雨 古书 竹书纪年 中就有关于流星的记录 夏帝癸十五年 夜中星陨如雨 左传 记载 鲁庄公七年 夏四月辛卯夜 恒星不见 夜中星陨如雨 是世界上最早的天琴座流星雨记录 我国古代的流星雨记录达180次之多 中国人不仅记录流星 而且能准确地指出陨石的来历 星坠至地 则石也 而在欧洲 公元1768年曾发现3块陨石 对此巴黎科学院推举拉瓦锡做研究 他得出的结论却是 石在地面 没入土中 电击雷鸣 破土而出 非自天降 一直到公元1803年欧洲人才知道陨石的由来 三 古代天文仪器 1 圭表公元前7世纪人们发现影子的变化有一定的规律 于是便在平地上直立一根竿子或石柱来观察影子的变化 这根立竿或立柱就叫做 表 用一把尺子测量表影的长度和方向 则可知道时辰 后来 发现正午时的表影总是投向正北方向 就把石板制成的尺子平铺在地面上 与立表垂直 尺子的一头连着表基 另一头则伸向正北方向 这把用石板制成的尺子叫 圭 正午时表影投在石板上 古人就能直接读出表影的长度值 原理 假设地理纬度为 指时针的高度为H 要刻划的时间与正午的差值为T 时间线与指时针的夹角为A 距离为D 则各形日晷的计算式如下 1 地平式日晷 2 赤道式日晷 等分圆盘 每小时相当与十五度 正午线垂直朝下 2 浑仪古人认为天是圆的 形状像蛋壳 出现在天上的星星是镶嵌在蛋壳上的弹丸 地球则是蛋黄 人们在这个蛋黄上测量日月星辰的位置 因此 把这种观测天体位置的仪器叫做 浑仪 浑仪用来测量天体坐标和两天体间角距离的主要仪器 浑仪的关键部位是窥管 这是一根中空的管子 人眼在管的一端 通过空管看见天上一个小的部分 将窥管放置于不同方向就能看到天上不同的区域 用来支撑这个窥管 使它能指向天上任何一个方位的是四游仪 3浑象西汉耿寿昌创制 浑象的基本构成是一个可以旋转的中空圆球 上面按观测到的实际天象布列星辰 转动圆球 即可演示天体的运动 其作用相当于近代的天球仪 堪称天球仪的始祖 4 简仪主要装置是由两个互相垂直的大圆环组成 其中的一个环面平行于地球赤道面 叫做 赤道环 另一个是直立在赤道环中心的双环 能绕一根金属轴转动 叫做 赤经双环 双环中间夹着一根装有十字丝装置的窥管 相当于单镜筒望远镜 能绕赤经双环的中心转动 要比欧洲人使用赤道装置早500年左右 请欣赏中国古代天文科技成果 天体仪 四 突出人物 1 张衡 张衡是东汉中期浑天说的代表人物之一 他指出月球本身并不发光 月光其实是日光的反射 他还正确地解释了月食的成因 并且认识到宇宙的无限性和行星运动的快慢与距离地球远近的关系 张衡观测记录了两千五百颗恒星 创制了世界上第一架能比较准确地表演天象的漏水转浑天仪 2 郭