《人类科学技术史-101》中国魏晋南北朝的天文历法

中国魏晋南北朝的天文历法

魏晋南北朝时期，天文历法的研究异常活跃，涌现出大量的学术著作。根据实际观测，科学家们对前代的天体运动理论进行了修正，使之发展到一个新的水平。同时，发现了闰周的变化、岁差和日行迟疾，以及旧历中的种种重大进展等等，大大充实了我国古代天文学体系的内容。这些成绩的取得，有力地说明，魏晋南北朝时期是中国古代天文历法史上一个极为重要的历史时期。

1.天体结构理论的进一步发展

魏晋南北朝时期，是探索宇宙理论的一个活跃时期，围绕着盖天、浑天、昼夜之说，逐渐形成了安天论、穹天论、昕天论等理论。东晋虞喜针对"忧天坠"的思想，写成了"安天论"，在昼夜说的基础上提出了"安天论"。大意是说天极高，地极厚，天上地下，天地静止不动，日月星辰在其间运行，不全部附在天上，天地形状一致，方则同方，圆也同圆。这一学说与昼夜说基本相同，只是认为地极厚，与天形状相同。地极厚和天地静止的说法都是错误的。因此影响不大，但是它关于宇宙无限和天地万物皆有自身运动规律的思想，丰富和发展了古代朴素的唯物主义和辩证法思想。

虞喜的族祖虞耸在《穹天论》中提出了"穹天说"，认为：地在海中，海与天接，天穹像半个扣着的鸡蛋壳，中间充满元气，使天不沉没于海中。它基本上沿袭了"盖天说"。但又混合了"浑天说"；它采用盖天说的数值来修正浑天说日行水中的理论。说明他对气体的性质有着一定的认识。

孙吴时的姚信在《昕天论》中提出"昕天论"。主要内容是把人与天相比，认为人与天的结构大体相同，天南面低于地下，北面偏高。冬至时天南移则天冷，极降低，日行地中深，昼短夜长；夏至时天北移，日距人近，与南气相接而暖，北极上升使日行地中线。夜短天长。这一理论纯粹是唯心的谬说，毫无科学意义，因而得不到流传。

2.岁差和大气消光现象

由于太阳、月亮和行星对地球赤道部分的吸引，导致地球自转轴的方向发生变化，从而使冬至点在恒星间的位置逐年西移，每年的移动值就叫做岁差，即二至、二分点的移动而引起的每年长短之差。起初人们不知有岁差的存在，认为二至、二分点是固定的，但在制历的实际测量中，冬至点的移动是早已被测出，而且人们也在不断地改变着对冬至点位置的认识。直到东晋虞喜发现岁差之后，人们才从理论上认识了这个问题。

大约在公元330年，虞喜通过同一时节星辰出没时刻与古代记录的比较，发现恒星提前出没，这表明二至、二分点已向西移动。由此得出：太阳周年视运动一周天，并非就是冬至一周岁。即太阳一周天与二至一复的时间并不相同。他根据历史记录进行计算，提出每50年向西移动4度的岁差值＜较准确值应该是70.6年差一度＞，这是中国历史上首次对岁差规律揭示，无疑是天文学的重大发现和创新。虽然数值差距较大。但为后人的深入研究奠定了基础。南朝何承天对岁差也进行了研究，得出100年差1度的结论。刘宋的祖冲之首次将岁差的存在应用到历法的编制中，极大地提高了历法的推算精度，并形成常例，以后岁差值越来越精确。

东晋时的姜岌首先发现了蒙气差的存在。蒙气差主要是地球大气层对天体光线的折射所引发的视觉差，姜岌通过长期观测，认为天体视亮度的变化是由于"游气"的影响，在地平线附近时影响大，在天顶附近时影响小，这同现代大气消光的理论颇为相似，但他对为什么蒙气(即游气）会产生视差则不甚了解。虽然如此，这也算是人类认识的一大进步了，比西方早了1000多年。

3.星图与浑仪、浑象

魏晋南北朝时期，有关天文仪器和天象图径的著作纷纷问世，先后有许多人制造浑仪和绘制星图。其中的孙吴时陈卓所绘的星图和北魏时铸造的铁浑仪最为著名。星图起源于盖天说的演示仪器——盖图。盖图是由两块丝绢构成，上面画有7个等间距的同心圆，分别表示夏至圈、赤道、冬至圈等，圆心为北天极，还有和冬、夏至圈相切的圆(表示黄道），附近画有二十八宿等。若把底层绢按逆时针方向环绕天极转动，即可显示一天内和一年内所见星空的大致情况。这种圆型盖天式星图是我国古代星图的主要形式。孙吴、西晋的太史令陈卓在前人的基础上，使这类星图定型化，圆中收有283官，1，464星。这一成果，历来为后人所沿用。中国历史上唯一的一台铁制浑仪，铸成于北魏时期。它的底座上设有"十字水平"，以校准仪器安装，这是中国科技史上利用水准仪的开端。这架铁仪一直沿用到唐代，长达300多年。此外，孙吴人葛衡制造的浑象也很有名。该仪器是一个空心球，球面上穿孔代表星宿，当人在空心球内时，可从孔看到阳光，如同看到天上的星星一般。这是近代天文馆中天象仪的原始模型。

4.历法理论的创新

从东汉末刘洪制定乾象历到隋统一全国，中国历法的改变颇为频繁，仅正史记载的就有20余次。而且此时的历法理论也有很多创新，这些成就将这一时期的历法学推向繁荣。代表这一时期历法繁荣的主要成就表现在4个方面。

（1）岁差理论在历法中的应用

公元462年，祖冲之将岁差理论用于《大明历》中，这在中国尚属首例，标志着中国古代历法科学的一大进步。

（2）由平朔向定朔的改变

中国古代历法以日月交会时刻所在日为朔日(农历每月初一日）。在以前的历法中，往往以朔策(计算月朔时须用的参数采用月行周期的平均值，约为29.5306日）为依据。但是，由于月球运行有快有慢，使每月的实际日数并不相等，所以用平均月数求得的朔日与实际日数往往不符，有时差距还很大，竟将月底或初二定为朔日。这种情形显然违背了天文理论的基本原则，因此用朔策的平均值来推算朔日的平朔法必然要有所改进，方能适应实际需要。

南朝宋人何承天在制定《元嘉历》时正式废去了平朔法，而采用定朔法即由月行的实际速度来推算朔日。严格说，日月交会的时刻不但受月行速度的影响，还要受日行速度的影响，固此只用月行迟缓快慢的定朔法来推算朔日仍是近似值，还要计入日行快慢差才能准确合理；只是太阳运行速度的变化极小，因此定朔值也就与真朔大致吻合了。这是中国天文史上的一大进步。

虽然，这部历法并未得到实行，但它基本廓清了采用定朔的道路，为隋唐时实行定朔法奠定了基础。

（3）闰周数值的精确化

随着回归年和朔望月长度测定的进步，沿用了近千年的19年7闰法已动摇。公元412年，北凉制成《玄始历》，第一次打破了旧闰法，提出了600年中有221个闰月的新闰周，使回归年和朔望月之间的关系得到调整。

此后祖冲之造《大明历》，采用391年中有144个闰月的闰周，从而得到更为精密的结果。如当时的回归年值为365.2428148日，比今值差46秒；第一次提出的交点月长度为27.21223日，误差仅1秒。这一时期还有许多闰周法，如《正光历》取505年186闰，《天保历》取676年249闰，《大象历》取448年165闰等。这其中，以祖冲之391年144闰法最为精确。

（4）日行迟疾的发现

战国时人们发现"五星"运行时快时慢，汉代时人们又发现月亮运行也有快慢变化，并知道月行迟疾与距黄道远近以及出入黄道，即向背近地点有关。东汉末刘洪在制《乾象历》时设损益率(每天月行实际度数比平均值多出或减少的度数）和盈缩积(以近地点为起点，月亮每日多行或少行度数的总和），以修正月行的度数。这种计算月行迟疾的方法到南北朝时已被广泛运用，并流传到今天。

北魏张子信经过30多年的观察，发现日月出入黄白交点时都有迟疾变化，"五星"的运行速度也因向背太阳而不同，即太阳在春分后运行较慢，秋分后加快；朔日，月亮只有在黄道里才会发生日食，在黄道外则不会，而月食则不分内外；月亮向着金木火土四星时速度增大，背着"四星"时速度减小；"五星"的运行受他星影响，遇到某些星时速度放慢，出现较早；而遇另外一些星时又会加速，出现较晚；水星的运行很特殊，在雨水和立夏间早晨不见，处暑霜降间夜晚不见，在惊蜇、立夏、立秋、霜降之中，晨、晚在太阳前36度内，后18度外，遇"四星"中的一星时方出现。这些发现在天文历法史上占有极为重要的地位，对后世天文历法的研究产生了深远的影响。