中国古代天文知识

文学网 时间:2018-09-11 12:54:17

  历法与天文学的发展是紧密相联的,中国是世界上产生天文学最早的国家之一,也是最早有历法的国家之一。远在5000多年前,中国就有了《历》,每年366天。商代(公元前1600年~公元前1066年)时期,已有专门的官员负责天文历法,当时采用的是《合历》,将闰月放在岁末,称为“十三月”。西周(公元前1066年~公元前771年)时期,天文学家用圭、表测量日影,确定冬至、夏至和一年的二十四个节气,来指导农牧业生产。

  西汉(公元前206年~公元23年)汉武帝时,命令官员在古历的基础上重新制定了新的历法——《太初历》(公元前104年成书),沿用200余年。东汉(公元25年~公元220年)初年,国家又制定了《四分历》。魏晋南北朝(公元220年~公元518年)时期,祖冲之制定《大明历》,首次将岁差计算入内,每年365.2428天,与现在的精确测量值仅相差52秒。

  唐代(公元618年~907年)著名天文学家僧一行经过数年的测量后制定了中国历史上最全面最详尽的历书——《大衍历》。该书共七部分,包括:计算朔月,望月的方法,计算二十四节气及昼夜长短的方法,计算太阳,月亮运动,计算五大的运动,七十二侯,六十四卦,以及预测日食,月食等。这个历法对中国历法史影响很大,在明末采用西欧方法编历之前,历次修订历法都是仿照它的结构进行的。

  北宋时期(公元960年~公元1127年)沈括制订了依据时令气节而定的《十二气节历》,撤销闰月,与现行的公历主张一致。元朝(公元1279年~公元1368年)郭守敬在实际观测的基础上,吸取了前人的经验,加上自己的创见,编订了中国最优秀的历法《授时历》。废除了上元积年的日法,创立了招差法,孤矢割圆术,精确而地解决了古历中定朔、闺月安排,二十四节气安排,预推日、月食日期、时刻和见食情的四个主要问题。从明朝(公元1368年~公元1644年)万历年间开始,中国历法引入,清代(公元1644年~公元1911年)初期顺治时,传教士汤若望等人编制《时宪历》。公元1912年,中国开始使用公历,但同时使用农历,其实质上仍是《时宪历》。古代天文学常识上古人们认为有一位至高无上的,称为“帝”或“”。在上古文献里,天和帝常常成为同义词。自然现象各有它的人格化的主持者,如风师谓之飞廉,雨师谓之屏翳,云师谓之丰隆,日御谓之羲和,月御谓之望舒。这些名字,主要用作古诗赋中的辞藻。

  出于农耕民族掌握四季变化的需要,古人观测是很勤的,殷商时代的甲骨文就有了某些星名和日食、月食的记载,《尚书》、《诗经》、《春秋》、《左传》、《国语》、《尔雅》等书有许多关于星宿的叙述和丰富的记录,史记有《天官书》,《汉书》有《天文志》。

  “三代以上,人人皆知天文。“七月流火”,农夫之辞也。“三星在户”,妇人之语也。“月离于毕”,戍卒之作也。“龙尾伏辰”,儿童之谣也。后世文人学士,有问之而茫然不知者矣。”

  古称明星,又名太白,这是因为它光色银白,亮度特强。《诗经》的“子兴视夜,明星有灿”(《郑风·女曰鸡鸣》),“昏以为期,明星煌煌”(《陈风·东门之杨》)都是指说的。黎明见于东方叫“启明”,黄昏见于叫“长庚”。

  需要注意的是,先秦古籍中谈到时所说的水并不是指中的水星,而是指恒星中的定星(营室),即室宿,在则为飞马坐的αβ两星。如《左传庄公十九年》“水昏而正栽”。先秦古籍中谈到时所说的火也不是指中的火星,而是恒星中的大火,特指心宿二,在则天蝎座的α星,如《诗经》中的“七月流火”。

  古人观测日月五星的运行是以恒星为背景的,因为恒星相互间的相对稳定不变,可以用它们来做日月五星运行所到的。古人选取黄道赤道附近的十十八星宿作为坐标。下面先介绍一下黄道、赤道。

  黄道是古人假想的太阳周年运行轨道。地球沿着自己的轨道国境线太阳公转,从地球轨道不同的上看太阳,则太阳在天球(为研究天文而假想的,通常是以地球为中心,无限长为半径的)上的投影的也不尽相同。这种视的移动叫做太阳的视运动,大阳周年的视运动轨迹就是黄道。

  星宿不是一颗星,而是邻近若干得的集合。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:

  (亢音kang4,氐音di1,箕音ji1,昴音mao3,觜音zi1,参shen1,轸zhen3)。苍龙、玄武、白虎和朱雀称为四象。玄武是一种龟蛇合体的动物。

  古人以二十八宿来观测日月和五个的运行。了解了这一点,古书上的一些内容就不难懂了。《尚书》“月离于毕”指的是月亮附于毕宿(离通丽,附着的意思);《论衡》“荧惑守心”指的是火星位于心宿;《诗经》“太白食昴”指遮蔽了昴宿。

  二十八宿不仅用于观测日月五星,有的还是古人测定岁时季节的观测对象。古人认为上古时代,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。另外,古人还按以上述二十八宿为主体,把黄道附近的一周天按照由西向东的方向分为28个不等分。所以在这个意义上说,二十八宿就意味着28个不等分的星空区域了。

  古人在黄河流域的北天上空,以北极星为标准,集合周围其它各星,合为一区,名曰紫微垣。在紫微垣外,在星张翼轸以北的星区是太微垣;在房心箕斗以北的星区是天市垣。

  北斗七星在古代天文也占有重要地位。北斗是由天枢、天璇、天玑、天权、玉衡、开阳、摇光七星组成的。古人把这七星联系起来想像成舀酒的斗形。天枢、天璇、天玑、天权为斗身,古曰魁;玉衡、开阳、摇光为斗柄,古曰杓。北斗七星属于大熊座。

  古人很重视北斗,因为可以利用它来辨方向,定季节。把天璇、天枢连成直线并延长五倍距离,就可以找到北极星,而北极星是北方的标志。北斗星在不同的季节和夜晚不同的时间,出现在于天空不同的方位。人们看起来它在围绕着北极星转动,所以古人又根据初昏时斗柄所指的方向来决定季节:斗柄指斗,天下皆春;斗柄指西,天下皆秋;斗柄指南,天下皆夏;斗柄指北,天下皆冬。

  古人为了说明日月五星的运行和节气的变换,黄道附近一周天按照由西向东的方向分为十二等分,称为十二次。每次中都有二十八宿中的某些星宿作为标志。由于十二次是等分的,而二十八宿广狭不一,所以十二次各次的起止界限不能宿与宿之间的界限一致,有些宿是跨属于相邻的两个次的。列表如下:

  枵音xiao1,诹訾音zou1zi1外国古代把黄道南北各八度以内的空间称为黄道带,也自西向东分为十二等分。起止界限与中国的十二次略有差异,大致对照如下:

  古人创立十二次主要有两个用途:第一:用来太阳所在的,以说明节气的变换,例如太阳在星纪中交冬至,在玄枵中交大寒。第二,用来说明岁星(木星)每年运行所到的,并拒以纪年,例如说某年“岁在星纪”,次年在“岁在玄枵”等。

  十二次的名称,多和各自所属的星宿有关。例如大火是次名,同时又是心宿的星名。鹑首、鹑火、鹑尾,其所以名鹑,显然又和南方朱雀有关,朱雀七宿也正属于这天宿内。

  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,这种看法,即是“分野”的概念。

  古人的建立分野的目的在观察,以占卜地上所配州国的吉凶。《论衡》中谈到荧惑守心时就说:“荧惑,天罚也;心,宋分野也。视当君。”对野有了了解,就可以知道古代作家在写到某地区时会连写到这个地区相配的星宿。如庚信《衷哀江南赋》:以鹑首而赐秦,天何为而此醉,王勃《滕王阁序》,“星分翼轸”,李白《蜀道难》“扪参历井”。指的就是所描绘的地方的星宿分野。

  古代是把的变化和人事的吉凶联系到一起的。如日食是对者的,彗星的出现象征关兵灾。岁星正常运行到某某星宿,则地上与之相配的州国就会五谷丰登,而荧惑运行到某一星配,这个地区就会有等。古人还认为,一些的变化还是水旱、饥馑、疾疫、盗贼等自然、社会现象的预兆。

  ◇角宿:室女座α即角宿一,史记天官书『左角李,右角将。』星经:『角二星为天门。』又云:『左角为天田,右角为天门,中间名天关。』观星玩占:『角二星为天关,苍龙角也,一曰:维首,天陈,天相,天田,也』

  冬之月,旦,氐中。』尔雅释天:『天根氐也』注:『角亢下系於氐,若木之有根』星经:『氐四星为天宿宫,二名天府,木星。』

  ◇房宿:有星四,即天蝎座之π,ρ,α,β,房宿叁西名为Iclarkrau,晋书天文志『房四星为明堂,天子布政之宫也。』

  ◇心宿:有星叁,即天蝎座σ,α,τ,。又名叁星,诗唐风绸缪:『叁星在天』朱传:『叁星,心也,在天昏始见於东方,建辰之月也。』刘瑾曰:『心宿之象,叁星鼎立,故因谓之叁星,然凡叁星者,非止心之一宿,而知此诗为指心宿者,盖春秋之初,辰月末,日在毕,昏时,日沦地之酉位,而心宿始见於地之东方,此诗,男女既过仲春之月而得成婚,故适见心宿也。』心宿二亦名天王,西名Antares,一等星色赤,诗豳风七月:『七月流火』即指此星.礼月令:『季夏之月昏,火中』左传襄公九年『心为大火』星经:『心叁星,中天王,前为太子,後为庶子,火星也,一名大火,二名大辰,叁名鹑火。』心宿又名商星,左传昭公元年『迁阏伯于商丘,主辰商人是因,故辰为商星。』注:『辰大火也。』◇尾宿:有星九,均属天蝎座,礼月令:『孟春之月,旦,尾中。』左传僖公五年:『龙尾伏辰』注:『龙尾,尾星也』观象玩占:『尾九星苍龙尾,一曰析木。』

  ◇箕宿:有星四,均属人马座,亦名南箕,诗小雅大东:『维南有箕,不可以簸扬。』疏:『二十八宿连四方为名者,惟箕斗井壁四星而已,箕斗并在南方之时,箕在南而斗在北,故言南箕北斗。』史记天官书:『箕为敖客,曰口舌.』

  ◇奎宿:有星十六,九属仙女座,七属双鱼座。礼月令:『季夏之月,旦,奎中。』孝经援神契『奎主文章』注:『奎星屈曲相钩,似文字之画。』史记天官书:『奎曰封豕,为沟渎。』:『奎,天之府库,一曰天豕,亦曰封豕,主沟渎,西南大星,所谓天豕目。』

  ◇娄宿:有星叁,即白羊座β,γ,α。礼月令:『季冬之月,昏,娄中。』史记天官书:『娄为聚众。』晋书天文志:『娄叁星为天狱,主苑牧,,供给,郊祀,亦为兴

  ◇胃宿:有星叁,属白羊座,史记天官书:『胃有天仓』观象玩占: 『胃叁星曰大粱。』◇昴宿:有星七,六属金牛座,七姊妹星团即此宿也,即著名的昴星团,书尧典:『日短星昴,以正仲冬。』尔雅释天:『大梁昴也,西陆昴也。』史记天官书:『昴曰髦头,胡星也,为白衣会。』光度最强者为昴宿六。有关它的传说特别多,昴宿内有卷舌、天谗之星,似乎是祸从口出的意思。

  ◇毕宿:有星八,七属金牛座,毕宿五即金牛座α,距地七十光年,一月十日下午九时中天,中天高度70度,诗小雅大东:『有天毕,载施之行。』朱传:『天毕,毕星也,状如掩兔之毕。』礼月令『孟秋之月,旦,毕中。』尔雅释天:『浊谓之毕』注:『掩兔之毕,或呼为浊,因星形以

  ◇觜宿:有星叁,属金牛座,礼月令:『仲秋之月,旦,觜携中。』史记天官书:『参为白虎,小叁星隅置曰觜,为虎首,主葆旅事』◇参宿:有星七均属猎户座,有七星,中间三星排成一排,两侧各有两颗星,七颗星均很亮,在天空中非常显眼,它与大火星正好相对。参宿五即γ,二等星,礼月令:『孟春之月,昏,参中。』尚书旋玑钤:『参为大辰,主斩刈。』史书天官书:『参为白虎』广雅:『紫宫参伐谓之大辰,参谓之实沈。』观象玩占:『参七星伐叁星曰参伐。』

  ◇井宿:有星八属双子座,史记天官书:『南宫朱鸟权衡,东井为水事。』博雅:『东井谓之鹑首。』晋书天文志:『南方东井八星,天之南门。』

  ◇鬼宿:有星四,属巨蟹座,星光昏暗,中有一星团,晦夜可见,称曰积尸气,史记天官书:『舆鬼鬼祠事』博雅:『舆鬼谓之天庙。』晋书天文志:『舆鬼五星,天目也。』观象玩占:『鬼四星曰舆鬼,为朱雀头眼,鬼中央白色如粉絮者,谓之积尸,一曰天尸,如云非云,如星非星,见气而已。』

  ◇柳宿:有星八,均属长蛇座,礼月令:『季秋之月,旦,柳中。』尔雅释天:『谓之柳,柳鹑火也。』汉书天文志:『柳为乌啄,主草木。』晋书天文志:『柳八星天之厨宰也。』

  ◇星宿:有星七,六属长蛇座,星宿一即此座α,孑然独照光度列为二等,礼月令:『季春之月,昏,七星中。』又:『孟冬之月,旦,七星中。』史记天官书:『七星主急事。』观象玩占『周礼:「鸟号七旒以象鹑火」谓七星也。』

  ◇张宿:有星六,均属长蛇座。史记天官书:『张素为厨,主觞客。』汉书天文志:『张嗉为厨,主觞客』广雅:『张谓之鹑尾。』观象玩占:『张六星为天府,一曰御府,一曰天昌,实为朱鸟之嗉,火星也。』

  ◇翼宿:有星二十二,第一至第十一属巨爵座,十二至十四属长蛇座,外二星,又六星皆不明,为二十八宿中星数最多者,礼月令:『孟夏之月,昏,翼中。』史记天官书:『翼为羽翮主远客。』晋书天文志:『翼二十二星,天之乐府,主俳倡戏乐。』◇轸宿:有星四,即乌鸦座γ,ε,δ,β,δ为美丽双星,其色一黄一紫。礼月令:『仲冬之月,旦,轸中。』史记天官书:『轸为车,主风。』

  ◇斗宿:有星六,均属人马座,亦称北斗又名南斗,诗小雅大东:『维北有斗,不可以挹酒浆晋书天文志:『北方南斗六星,天庙也,一曰。』考古质疑:『四方列宿,随时迭运,故以春言之,井,鬼,柳,星,见於南方,则斗,牛,女,虚,为北方之宿尔,以其正当北斗之衡,故彼既曰北斗,则此曰南斗,所以别也。』

  ◇牛宿:有星六,均属摩羯座,礼月令:『季春之月,旦,牵牛中,又仲秋之月,昏,牵牛中。』史记天官书:『牵牛为。』按古时多谓牛宿为牵牛,今则均以河鼓为牵牛。』

  ◇女宿:有星四,叁属宝瓶座,礼月令:『孟夏之月,旦,婺女中。』史记官书:『婺女』索隐:『尔雅云:「须女谓之务女。」或作婺字。』博雅:『女谓之婺女。』

  ◇虚宿:有星二,虚宿一即宝瓶座β,系美丽双星,虚宿二即小马座α。礼月令:『季秋之月,昏,虚中。』尔雅释天:『玄枵虚也,颛顼之虚,虚也,北陆虚也。』

  ◇危宿:有星叁,第一星即宝瓶座α,几在天球赤道,第二星与第叁星即飞马座θ,ε。礼月令:『仲夏之月,旦,危中;』又:『孟冬之月,昏,危中;』史记天官书:『北宫玄武虚危,危为盖星。』晋书天文志:『危叁星主天府,天市架屋。』

  ◇室宿:有星二,即飞马座α,β。礼月令:『孟春之月,日在营室。』诗风:『定之方中,作于楚宫。』朱传:『定,北方之宿,营室星也。』广雅:『营室谓之豕韦。』观象玩占:『室二星曰营室,一曰定星。』

  ◇壁宿:有星二,即飞马座γ,另外即仙女座α,属二等星,礼月令:『仲冬之月,昏,东壁中。』观象玩占:『壁二星曰东壁,图书之府。』

  ◇紫微垣:一名紫宫垣或简称紫垣,(紫微宫,紫宫)。位北斗东北,有星十五,东西列,以北极为中枢,成屏藩之状,东蕃八星,由南起曰:左枢,上宰,少宰,上弼,少弼,上卫,少卫,少丞。西蕃七星,由南起曰:右枢,少尉,上辅,少辅,上卫,少卫,上丞。左右枢之间如开闭之象者曰闾阖门,史记天官书:『中宫天极星,环之匡卫十二星,藩臣,皆曰紫宫。』晋书天文志:『北极五星,钩陈六星,皆在紫宫中,紫宫垣十五星,其西蕃七,东蕃八,在北斗北,一曰紫微,大帝之座也,天子之常居也,主命度也,一曰长垣,一曰天营,一曰旗星,为蕃卫备蕃臣也。』宋史天文志:『微垣在北斗北,左右环列,翊卫之象也。』

  ◇天市垣:位於房心东北,有星二十二,以帝座为中枢,成屏藩之状,东蕃十一星,由南起曰:宋,南海,燕,东海,徐,吴越,齐,中山,九河,赵,魏。西蕃十一星,由南起曰:韩楚,梁,巴,蜀,秦,周,郑,晋,河间,河中。史记天官书:『房心东北曲十二星曰旗,旗中四星曰天市,中六星曰市楼。』曰:『天市垣二十二星,在房心东北,主国市聚交易之所,一曰天旗。』观象玩占:『天市垣,一曰天府,一曰长城,一曰天旗庭。』中。史记天官书:『房心东北曲十二星曰旗,旗中四星曰天市,中六星曰市楼。』曰:『天市垣二十二星,在房心东北,主国市聚交易之所,一曰天旗。』观象玩占:『天市垣,一曰天府,一曰长城,一曰天旗庭。』

  ◇太微垣:位北斗之南,轸翼之北,有星十,以五帝座为中枢,成屏藩之状,东蕃四星由南起曰:上相,次相,次将,上将,西蕃四星由南起曰:上将,次将,次相,上相,南蕃二星东曰左执法,西曰右执法,其间曰端门,右执西为右掖门,左执法东间为左掖门。史记天官书:『南宫,朱鸟,权衡,衡,太虚,叁光之庭。』宋均云:『太微,天帝南宫也。』广雅:『太微房谓之明堂。』晋书天文志:『太微,天子庭也,五帝座也,十二诸侯府也,其外蕃九卿也。』

  

  落下闳(公元前140-前87年)中国西汉时期天文学家,以历算和天文学的杰出成就著称于世,为我国最早的历算学家。汉武帝元封年间为了历法,征聘天文学家,他与他人合作创制新历法,优于其他历法,被汉武帝采用,称《太初历》,共施行189年,是中国历史上有文字可考的第一部优良历法, 《太初历》采用的岁首和科学的置闰法,我国的阴历一直沿用至今。落下闳是浑天说的创始人之一,经他改进的赤道式浑天仪,在中国用了2000年。在天文学史上首次准确推算出135月的日、月食周期,即11年应发生23次日食。根据这个周期,人类可以对日、月食进行预报,并可校正阴历。

  张衡(公元78—139年),我国东汉时期伟大的科学家、文学家、发明家和家,界科学文化史上树起了一座巍巍。在天文学方面,他发明创造了“浑天仪”(公元117年),是世界上第一台用水力推动的大型观察星象的天文仪器,著有《浑天仪图注》和《灵宪》等书,画出了完备的星象图,提出了“月光生于日之所照”科学论断。

  张衡在太史令任内,积极从事理论研究工作,系统观测运行,著《灵宪》等书,创制浑天仪,且在历法方面也有所研究。 《灵宪》是张衡积多年的实践与理论研究写成的一部天文巨著,也是世界天文史上的不朽名作。该书全面阐述了天地的生成、的演化、天地的结构、日月星辰的本质及其运动等诸多重大课题,将我国古代的天文学水平提升到了一个前所未有的新阶段,使我国当时的天文学研究居世界领先水平,并对后世产生了深远的影响。

  郭守敬(1231-1316),中国古代杰出的八大科学家一。为了精确汇集天文数据,以备制定新的历法,郭守敬花了两年时间,精心设计制造了一整套天文仪器,共13年,其中最有创造性的有3件:高表及其辅助仪器,简仪和仰仪。郭守敬根据观测的结果,于公元1280年3月,制订了一部准确精密的新历法《授时历》。这部新历法设定一年为365.2425天,比地球绕太阳一周的实际运行时间只差26秒。欧洲的著名历法《格里历》也一年为365.2425天,但是《格里历》是公元1582年开始使用的,比郭守敬的《授时历》晚了整整300年。郭守敬在天文历法方面的著作有14种,共计105卷。直到很晚,世界的科学界才逐渐了解他。

  甘德,战国时楚国人。经过长期的观测,甘德与石申各自写出一部天文学著作。后人把这两部著作结合起来,称为《甘石星经》,是现存世界上最早的天文学著作。书里记录了八百颗恒星的名字,其中一百二十一颗恒星的已被测定,是世界最早的恒星表。书里还记录了木、火、土、金、水等五大的运行情况,并指出了它们出没的规律。

  石申,战国时代魏国天文学、占星学家,著有《天文》八卷、《浑天图》等。石申曾系统地观察了金、木、水、火、土五大的运行,发现其出没的规律,记录名字,测定一百二十一颗恒星方位,数据被后世天文学家所用。《甘石星经》在宋代失传,今天只能从唐代《开元占经》里见到它的片断摘录。它比希腊天文学家伊巴谷测编的欧洲第一个恒星表早二百年,《甘石星经》在我国和世界天文学史上都占有重要地位。

  

  张遂(一行)(683年-727年),唐朝高僧,著名的天文学家。主要成就是主持编制《大衍历》,制造天文仪器、观测和主持天文大地测量等方面均有重要的贡献。 纠正了我国古天文算学著作——《周髀算经》关于子午线“王畿千里,影差一寸”的错误计算公式,对人们正确认识地球做出了重大贡献。他设计制造了黄道游仪、浑仪、复矩等天文测量仪器。

  

  祖冲之,南北朝天文学家祖冲之除了研究数学外,祖冲之还非常注重天文学的研究。他发现前代的历法不够精确,采用历法推算出来的有时与实际不符。于是,祖冲之博览古历,在吸取前代历法精华的基础上,根据自己长期观测的结果,于33岁时创制了《大明历》。在《大明历》中,祖冲之首次引入了岁差,还采用了391年设置144个闰月的精密的新闰周。这些做法,都是对前代历法的重大。他在《大明历》中所采用的一个回归年的,跟现代科学测定的只相差50多秒;采用的一个交点月的,跟现代科学测定的相差不到1秒;在制历过程中,他发明了用圭表测量冬至前后正午时日影长度以定冬至时刻的方法,这个方法为后世长期采用。

  沈括是北宋时期一位多才多艺的科学家,他不仅精通地理,而且对天文、数学、医学、农业等学科也颇有研究。30多岁时,他在参中编校昭文馆书籍的工作中,开始学习和研究天文学。他注重实际观测,通过学习和实践,他认识到岁差现象引起的变化是一种自然规律;他解释月亮是因为受太阳光照射发光而产生圆缺变化;他科学而生动地描述了常州的坠落过程,并准确地判断出其成分是铁;他还注意到的视运动有往复现象。

  后来,沈括在主管司天监工作期间,致力于整顿机构,强调实际观测,添置了新的天文仪器。在制造新浑仪时,他对传统的浑仪结构进行改进,简化浑仪的方向。为了测定北极星与北天极之间的距离,沈括亲自参加观测,每天上半夜、午夜和下半夜各观测一次,连续了三个月,画了二百多张图,断定出北极星离北天极“三度有余”。

  徐光启(1562—1633)是我国明末著名的科学家,是第一个把欧洲先进的科学知识介绍到中国的人。崇祯帝授权徐光启组织历局,重新编历。徐光启力主在研究中国古代历法的同时,参用西历,吸收先进的科学知识,请了三位传教士参与此工作,编译成了《崇祯历书》。这本系统介绍欧洲天文学知识的巨著,包括了欧洲古典天文学理论、仪器、计算和测量方法等。在编历中,他还注重欧洲天文学知识的介绍和观测仪器的引进等工作。他所主持的编历工作,为中国天文学古代向现代发展奠定了一定的基础。

  李善兰(1811—1882年),清代天文学家、数学家。在天文学方面,他翻译了赫歇耳的《天文学纲要》一书,名为《谈天》,于1859年出版。书中介绍了哥白尼的学说,李善兰在序言中阐述了自己的观点,说明日心体系和运动中的椭圆定律等是客观存在,他还了前人对哥白尼日心说的。他对椭圆轨道运动等的解算进行过研究,提出了自己独特的解算法,其中最主要的是他第一次在中国使用了无穷级数的概念来求解开普勒方程。他的著译甚多,他曾将自己主要的天文、算学著作汇编成《则古昔斋算学》一书

  很早以前,人们发现房屋、树木等物在太阳光照射下会投出影子,这些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。

  经过长期观测,古人不仅了解到一天中表影在正午最短,而且得出一年内夏至日的正午,烈日高照,表影最短;冬至日的正午,煦阳斜射,表影则最长。于是,古人就以正午时的表影长度来确定节气和一年的长度。譬如,连续两次测得表影的最长值,这两次最长值相隔的,就是一年的时间长度,难怪我国古人早就知道一年等于365天多的数值。

  

  日晷又称“日规”,是我国古代利用日影测得时刻的一种计时仪器。通常由铜制的指针和石制的圆盘组成。铜制的指针叫做“晷针”,垂直地穿过圆盘中心,起着圭表中立竿的作用,因此,晷针又叫“表”,石制的圆盘叫做“晷面”,安放在石台上,呈南高北低,使晷面平行于天赤道面,这样,姓氲纳隙苏弥赶虮碧旒露苏弥赶蚰咸旒T陉忻娴恼戳矫婵袒?2个大格,每个大格代表两个小时。当太阳光照在日晷上时,晷针的影子就会投向晷面,太阳由东向西移动,投向晷面的晷针影子也慢慢地由西向东移动。于是,移动着的晷针影子好像是现代钟表的指针,晷面则是钟表的表面,以此来显示时刻。

  由于从春分到秋分期间,太阳总是在天赤道的北侧运行,因此,晷针的影子投向晷面上方;从秋分到春分期间,太阳在天赤道的南侧运行,因此,晷针的影子投向晷面的下方。所以在观察日晷时,首先要了解两个不同时期晷针的投影。

  

  漏刻是古代的一种计时工具,不仅古代中国用,而且古埃及、古巴比伦等文明古国都使用过。漏是指计时用的漏壶,刻是指划分一天的时间单位,它通过漏壶的浮箭来计量一昼夜的时刻。最初,人们发现陶器中的水会从裂缝中一滴一滴地漏出来,于是专门制造出一种留有小孔的漏壶,把水注入漏壶内,水便从壶孔中流出来,另外再用一个容器收集漏下来的水,在这个容器内有一根刻有标记的箭杆,相当于现代钟表上显示时刻的钟面,用一个竹片或木块托着箭杆浮在水面上,容器盖的中心开一个小孔,箭杆从盖孔中穿出,这个容器叫做“箭壶”。随着箭壶内收集的水逐渐增多,木块托着箭杆也慢慢地往上浮,古人从盖孔处看箭杆上的标记,就能知道具体的时刻。漏刻的计时方法可分为两类:泄水型和受水型。漏刻是一种的计时系统,只借助水的运动。后来古人发现漏壶内的水多时,流水较快,水少时流水就慢,显然会影响计量时间的精度。于是在漏壶上再加一只漏壶,水从下面漏壶流出去的同时,漏壶的水即源源不断地补充给下面的漏壶,使下面漏壶内的水均匀地流人箭壶,从而取得比较精确的时刻。

  现存于故宫博物院的铜壶漏刻是公元1745年制造的,最漏壶的水从雕刻精致的龙口流出,依次流向下壶,箭壶盖上有个铜人仿佛报着箭杆,箭杆上刻有96格,每格为15分钟,人们根据铜人手握箭杆处的标志来报告时间。

  

  浑仪是我国古代的一种天文观测仪器。在古代,“浑”字含有圆球的意义。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。因此,把这种观测的仪器叫做“浑仪”。

  最初,浑仪的结构很简单,只有三个圆环和一根金属轴。最外面的那个圆环固定在正南北方向上,叫做“子午环”;中间固定着的圆环平行于地球赤道面,叫做“赤道环”;最里面的圆环可以绕金属轴旋转,叫做“赤经环”;赤经环与金属轴相交于两点,一点指向北天极,另一点指向南天极。在赤经环面上装着一根望筒,可以绕赤经环中心转动,用望筒对准某颗星星,然后,根据赤道环和赤经环上的刻度来确定该星在天空中的。

  后来,古人为了便于观测太阳、和月球等,在浑仪内又添置了几个圆环,也就是说环内再套环,使浑仪成为多种用途的天文观测仪器。

  

  仪,古称“浑象”,是我国古代一种用于演示的仪器。我国古人很早就会制造这种仪器,它可以用来直观、形象地了解日、月、星辰的相互和运动规律,可以说仪是现代天球仪的直接祖先。古观象台上安置的仪,是我国现存最早的仪,制于清康熙年间,重3850公斤。仪的主要组成部分是一个空心铜球,球面上刻有纵横交错的网格,用于量度的具体;球面上凸出的小圆点代表天上的亮星,它们严格地按星之间的相互标刻。整个铜球可以绕一根金属轴转动,转动一周代表一个昼夜,球面与金属轴相交于两点:北天极和南天极。两个极点的指尖,固定在一个南北正立着的大圆环上,大圆环垂直地嵌入水平大圈的两个缺口内,下面四根雕有龙头的立柱支撑着水平大圈,托着整个仪。利用浑象,无论是白天还是阴天的夜晚,人们都可以随时了解当时应该出现在天空的星空图案。

  

  水运仪象台是宋代苏颂、韩公廉等人设计制造的一座大型天文仪器,它把观测的浑仪、演示的浑象和报时装置巧妙地结合在一起,是我国古代一项卓越的创造。水运仪象台高约12米,宽约7米,呈下宽上窄的正方台形,全部为木建筑结构。全台分为三部分,最上层是一个可以开闭屋顶的木屋,里面放置一架铜制浑仪,用来观测;中间部分是一间密室,放置浑象,可以随时演示;最为有趣的是下面的报时装置,在台的南面可以看到五层木阁,每一层木阁里都有报时的小木人,他们各司其职,根据不同的时刻,轮流出来报时。它的一套动力装置“可能是欧洲中世纪天文钟的直接祖先”。

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