《人类科学技术史-100》中国秦汉时期的天文历法

中国秦汉时期的天文历法

秦汉时期是中国天文、历法大发展的历史年代。这一时代颛顼历、太初历(又名三统历）、四分历、乾象历的更替，使华夏民族的历法体系基本形成；盖天、浑天和宣夜之说的传播，表明中国的宇宙学说已趋向成熟；浑象、太史黄道铜仪等天文仪器的出现，有力地推进了中国天文学的进步；齐备、详尽、精细的天象观测和记录，也为天文学的发展奠定了坚实的基础；时代的骄子张衡，这位伟大科学家的一系列光辉成就，又将划时代的天文学研究推向了高峰。

1.秦汉历法

颛顼历在秦王朝时期被颁行全国，汉初仍继续沿用。但因该历中的岁实(即回归年）为365又1/4日，与实际岁实相差0.0078日；朔策(即月相周期），为29又499/940日，与实际相差0.000256日，大约300年朔差一日。这种差距到汉武帝时已很明显，而且在年终放置闰月的方法也不适应农业生产发展的需要。于是，汉武帝便命公孙卿、壶遂、司马迁、落下闳、邓平等人改历，通过辩论、比较和实测检验，制成"太初历"。西汉末年刘歆基本采用了"太初历"的数据，改成"三统历"。"三统历"已具备了气朔、闰法、五星、交食周期等内容，首次提出了以没有中气(雨水、春分、谷雨等12节气）的月份为闰月的原则，把季节和月份调整得更加合理，并在农历中沿用至今，该历还建立了一套推算五星位置的方法。这为后世立法奠定了模型。

西汉时已形成了月亮每日平均度值的概念，误差仅为17秒。东汉早期，天文学家李梵、苏统等人发现月亮视运动不均(即月行有快慢），并指出月行快慢因月道距地球的远近状况而定。这无疑是个很重要的发现。

东汉人李梵、贾逵等人编制而成的"四分历"，比之"太初历"有显著进步。该历增加了24节气昏旦中星、昼夜刻漏和晷影长度等内容，并使黄赤交角的数值更为精确，这些都为后世历法所遵循。

公元206年，刘洪制成"乾象历"，指出白道(月行轨道面）同黄道(地球赤道面无限延伸同天球的交线）之间有一个6度的夹角(这与实际相近）；黄白交点有退行现象，实际上已给出了交点月的长度值，这是天文学史上的首次发现。"乾象历"给出的一近点月长度为27.5533590日，与今天的推值相差约百秒，并将测得的一近点月内月亮每天的实行度数列成表，列有每天实行度数不及或超过平均速度的改正项，由此得到月亮的位置。这就大大提高了推算日月食的准确度，而且因为大体确定了月亮运动的速度变化，也为月离表的出现奠定了基础。两汉历法以对日月五星视运动的各种周期(朔望月、近点月、交点月、恒星月、回归年长度、交食周期、五星会合周期等）和有关天文常数(黄赤交角、黄白交角、二十八宿的距度、岁差值学）的测定，对月亮在一近点月内逐日运行的情况，太阳在一回归年内逐节的运行情况以及五星在一个会合周期内的动态的测定为基本框架；以某一特定历元到该时刻的长度，减去相应周期长度若干倍的余数为前提，采用代数的方法对月离、日躔或五星动态表作进一步地计算；从而推算出时刻日月五星的具体位置，并解决气、朔、交食等相应的问题。这些颇具东方文化特色的科学内容和基本方法，形成了一个独特的历法体系。这一体系又与中国古代特有的天文仪器、宇宙理论和系统齐备的天象观测融汇贯通，构成了中国古代特有的天文学体系。

2.天文仪器和天象记录

天文仪器的改进是秦汉时期天文学上的一大成就。汉武帝时的落下闳改进了浑仪，并重新测量了"二十八星宿"的距度；宣帝时的耿寿昌铸成浑象，用来演示天象。东汉和帝时出现了置有黄道环的浑仪(用以观测日、月行度）和太史黄道铜仪。张衡浑天仪的出现，代表了秦汉天文仪器发展的最高成就。

秦汉时期的天象记录较之以前更加齐备，详尽和精细。如记载太阳黑子时，天文学家对黑子出现的时间、形象、大小、位置等都作了明确的记述。据《汉书.天文志》记载："元光元年(公元前134年）月，客星见于房"，这是中外天文史上对新星的首次记载。显然，这是建立在日常观测记录基础之上的，这些记录，积累了大量有关黑子、日月食、流星雨、彗星、新星、极光等准确的材料，为天文学研究提供了不可替代的历史资料。

3.天体结构理论

天、地、日、月、星辰之间的关系如何？怎样运动？这些问题一直困扰着古人。到了汉代，"三家"谈天说地之说基本形成。这"三家"即"宣夜说"、"盖天说"、"浑天说"。它们的思想渊源都可以追溯到春秋战国时代。东汉前期，郗萌对宣夜说作了系统的总结和明确的表述。大意是：天什么也没有，空空的，极远极高，看上去郁郁苍苍，象是有颜色的；这正像是远处的黄山，看去满山碧绿，若俯视深谷，则又黝黑一片，但碧绿与黝黑都不是它的本色。日月星辰也是如此，它就在这个无边无际的虚空中飘浮着，互不相干，进退自然，无所限制。这一学说道出了宇宙的无限性，日月星辰飘于宇宙之中的道理。但它忽视了众星间的联系及其运行规律，因而受到怀疑，也就难为人们所接受。《周髀算经》是西汉盖天说的代表作，书中指出：半圆形的天，拱形的大地，日月星辰附着天而平转，因此不能转到地的下面去，等等。这一学说被越来越多的天文观测事实所否定，也难以持久。而浑天说在西汉时期得到了很大发展，落下闳、鲜于妄人、耿寿昌、扬雄等人都为其作出了贡献。浑天说认为：天体的基本结构是，天像鸡蛋壳，地像蛋黄，天大地小，地在天内；天表里都有水，天地都浮在水上，靠水而运动；天不下坠，是由于中间有气，地不下坠，是由于水的悬浮。浑天说的出现给盖天说以致命的打击。东汉杰出的科学家张衡则是浑天说的集大成者。

4.张衡的天文学成就

张衡(公元78-139年），中国东汉时期伟大的天文学家，字平之，南阳西鄂(今河南省南阳县石桥镇）人。年轻时他常到西汉故都长安及其附近地区考察历史古迹，调查民情风俗以及社会经济情况，随后又到过都城洛阳求学。公元100年，他开始担任南阳太守鲍德的主簿。在南阳的这段时间里，他写出了流传千古的《二京赋》，并对哲学、数学、天文进行了研究，一时间声名鹊起。汉安帝永初五年(公元111年），他被朝廷召到洛阳，担任郎中与尚书侍郎。自公元115年起，又两度担任太史令，时间长达14年。在此期间，他利用职务之便，进行了广泛地科学研究，取得了卓越的成就，尤其在天文学上功勋卓著。

张衡是浑天说的集大成者。他认为天像鸡蛋壳，地如鸡蛋黄，地在天中；天地乘气而立，因水而浮；天体每天绕地球旋转一周，总是半见于地平之上，半隐于地平之下，等等。这些论述，十分形象地说明了天与地的关系。他还认为，浑圆的天体并不是宇宙的边界，宇宙在时间和空间上都是无限的。在《灵宪》中，他用朴素的、变化发展的辩证思想来解答天、地的起源和演化问题。他认为；天地曾合一，未分时一片混沌，既分之后，轻者上升为天，重者下沉凝结为地；天为阳气，地为阴气，二者相互作用而创造万物；星辰则是由地溢出的气凝聚而成。他还用距离的远近变化来解释行星运行的快慢，提出五星视运动的重要理论，这些观点在当时具有相当重要的进步意义。

张衡不但在理论上倡导浑天说，而且注重实践。他在前人工作的基础上，亲自设计和制造了漏水转浑天仪(即水运浑象）。候风地动仪制成于公元132年，是世界最早测验地震的仪器。浑天仪为西汉耿寿昌发明，张衡对它进行了改进。他以一个直径约165厘米的空心铜球表示天球，上画二十八宿，中外星官及互成24度交角的黄、赤道等。紧附在球外所有地平圈和子午圈，天球半露在地平圈之上，半隐于地平圈之下，天轴则支架在子午圈上，天球可绕轴转动。他采用齿轮系统使浑象均匀地旋转，一天刚好转一周。这就自动地、近似准确地把天象演示出来。这项创造是唐、宋进一步改进水运浑象的先声。

张衡还对许多天象进行了观察和分析。他基本掌握了月食的原理，认为月食是由于地球的影子遮掩了月亮而引起的自然现象。他测出日、月的视直径为365.25/730度(约为0.5度）同日月平均角直径31'59"26和31'5"2相差不多。他还认为，早中晚的太阳都一样大，视觉上的大小只是光学作用而已；由暗处看明处太阳则显大。

张衡还批判了当时的《四分历》之争。他认为，历法的改革与否，不应以是否合乎图谶为标准，而应以天文观测的结果为依据。最终使妄图用唯心主义的图谶之学来附会历法的作法均以失败而告终，唯物论战胜了唯心论。

张衡不仅是著名的天文学家，还是优秀的地理学家、数学家、文学家和画家，一生著作颇丰，对中华民族的科学技术和历史文化的发展作出了卓越的贡献。