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中国古代的天文学成就

(2008年03月11日 02:23:00)
来源:《百科知识》 2008年第3期

□作者: 孟祥伟

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  中国是世界上最早进行天文观测和记录的国家之一。中国古代帝王自称为天子,并且在历代王朝中都设有专门的官员进行天文观测,由此可见古代天文学在我国政治和社会生活中的重要作用。在秦代,负责天文学研究的官员被称为太史令,以后历代多沿袭这一称呼并稍有变化,到明清时期,天文观测主要由钦天监这一专门机构负责。
  天文学和数学、农学、医学被公认为中国古代最发达的四门自然科学。中国古代天文学的很多成就不仅在当时处在世界前列,即使在现代,许多观测数据仍然具有十分重要的研究意义,有些数据更是我国所独有。相比中国古代天文学,西方天文学在16世纪以前发展较缓慢,只是在近几百年随着其他自然科学的发展才取得突破性进展。
  中国古代天文学早在新石器时代已经开始有所萌芽,在中国出土的彩陶中,有不少上面已经绘有太阳和月亮的图案,代表了古人原始的天文学观念。中国进入奴隶社会以后,在夏商周三代,天文学更是有了飞跃式的发展。在河南安阳殷墟出土的甲骨中,我们可以看到大量关于商代天文观测的记录。根据当地出土的甲骨,我们知道商代将一年分为十二个月,闰年十三个月。同时甲骨上已经有了关于日食、月食和星辰的记载,这可能是世界上最早的有文字可考的天文学资料了。商代的历法被称为阴阳历,是迄今为止已知的较为完整的一部最早的历法。同时,商代用干支记日,数字记月,每一个月又被分为三旬。由此可知,早在商代,我国已经建立起一套较为完善的天文历法系统。战国秦汉时期百家争鸣,也是我国天文学取得巨大进展的一个辉煌时期。战国时编著的《甘石星经》,是世界上最早的天文学著作。西汉时期,出现了许多新的天文观测的仪器,并在天文学理论方面提出了“浑天说”。隋唐时期,我国进行了世界上最早的子午线长度实测。宋元时期我国创制了《授时历》,并制作了简仪等新的天文观测仪器。明清时期我国天文学处于衰落阶段,西方天文学兴起,这一时期主要是翻译国外天文学著作。
  在我国古代天文学研究中,星象观测一直是一项重要内容。中国古代的正史中有专门记载天文资料的部分叫做天文志,其中就包括星象观测的方法、观测的仪器和星象观测的记录。在星象观测中,天文仪器一直发挥着重要的作用。中国古代的天文仪器种类繁多,各个功用也不相同,主要有用来计时的工具、用来观测星象的工具、用来制定历法等几种,具有代表性的有圭表、浑仪和简仪等。
  除此以外,古代中国人还设计了地平经纬仪,赤道经纬仪,黄道经纬仪等许多仪器进行天文观测。在我国天文学发展的历程中,天文仪器的不断革新,极大地推动了天文观测的发展,也为我国天文学历法的发展提供了可靠的依据。
  我国古代天文历法起源得非常早,从最早的成文历法《四分历》开始,后又经多次历法改革,其不断得到完善和发展。据统计,我国从古至今使用过的历法有一百多种,不管有多少种历法,都可以分别归到阴历、阳历、阴阳合历三大系统当中。阳历是以地球绕太阳公转的周期为计算基础的;阴历则以月亮绕地球的公转周期为计算的基础;阴阳合历是调和太阳、地球、月亮的运转周期制定的历法。其中,《太初历》是中国有完整资料的第一部传世历法,与《四分历》相比,其进步之处主要表现在以正月为岁首,将我国独创的二十四节气分配于十二个月中,并以没有中气的月份为闰月,从而使月份与季节配合得更合理;同时行星的会合周期测得也较准确。到东汉末年,刘洪制定了《乾象历》,第一次将月球运行有快慢变化引入历法。在天文历法方面,有三位科学家做出过非常杰出的贡献,他们是祖冲之、僧一行、郭守敬,他们极大地推动了中国历法的改革和发展。
  在祖冲之以前,人们使用的历法是天文学家何承天编制的《元嘉历》。祖冲之通过自己多年的观测,发现了《元嘉历》中存在的许多错误,并编制了新的《大明历》。在新历法中,他首次将岁差引进到历法中,区分出了回归年和恒星年,并且通过多年的观测,得出了木星每84年超辰一次的结论。僧一行修订的《大衍历》是一部具有创新精神的历法,它继承了中国古代天文学的优点和长处,对不足之处和缺点作了修正,因此,取得了巨大成就。它比较正确地掌握了太阳在黄道上运动的速度和变化规律。此外,僧一行还组织在全国13个点的天文测量,并在观测的数据中得到了北极高度相差一度,南北距离就相差351里80步(约合131.3千米)的结论,这个数据在当时世界上是非常领先的。郭守敬的主要贡献也是在历法编著方面,他编著了中国一部很精良的历法《授时历》,为了编撰这部历法,他分析研究了以前的几十部立法,并设计和建造了许多新的天文仪器。
  在天文理论方面,我国古代人民也取得了辉煌的成就。特别是在两汉时期,人们对宇宙的认识不断深化,提出了“浑天说”,认为“浑天如鸡子,天体圆如弹丸,地如鸡子中黄,孤居于内”。进而又有人提出了“宣夜说”,认为天没有固定的边际,无边无际,模糊地提出了宇宙的无限性。著名的中国科技史学家李约瑟先生在其所著的《中国科学技术史》天文学卷中,曾为“宣夜说”专设一节,盛赞这种宇宙模型,认为这种宇宙观非常进步,与同时期的希腊任何学说相比都毫不逊色。虽然如此,但是我们必须承认“宣夜说”并不是一种正确的宇宙模型,而且对古代中国产生的作用也远没有“浑天说”大。在我国古籍《周髀算经》中,古代中国人还建立了“盖天说”的宇宙模型。这种模型提出了大地与天相距80,000里;大地中央有高大的柱形物;日月星辰在天上环绕北极作平面圆周运动等 9个观点。特别值得一提的是,这种宇宙模型与古代印度的宇宙模型具有惊人的相似性。在中国古代,人们为了弄清楚人与宇宙的关系,还提出了各种假说,每种假说都不乏支持者。从公元前100年开始直到唐代,人们为了探究宇宙奥秘,围绕这些假说进行了持续的争论,其中有不少我们所熟悉的古代科学家为自己支持的观点著书立说。同时,人们还探讨了日食,月食,太阳和地球的距离等很多问题。如我们熟知的“两小儿辩日”的故事,其中就表达了古代人对太阳与地球关系的思考。由于“浑天说”不能很好地解释月食的现象,所以历代很多天文学家都去努力思考,试图解决这个问题,并提出了许多猜想,其中以张衡在《灵宪》和朱熹在《朱子全书》中的猜想最具代表性。
  在中国古代,天文学与星象具有非常密切的关系,并以天人感应为哲学基础,形成了中国古代很具特色的占星学。占星学在古代的主要功能是昭示天命及其变化,为当权者的统治提供理论基础。天命如果有所改变,就会通过天象昭示天下。所以古代帝王非常重视天象的变化,尧帝“历象日月,敬授人时”(《尚书·尧典》),舜帝“在璇玑玉衡,以齐七政”(《尚书·舜典》)都被作为重大事件记录在册。
  中国古代天文学不仅在当时取得了巨大的成就,而且为我们留下了许多宝贵的资料。如在20世纪四十年代初,金牛座蟹状星云被天体物理学家认出是公元1054年超新星爆发的痕迹,而在我国古籍中已经找到了关于这次爆发详细的记载。我国古代文献中保留了大量世界独有的天文记录,但是在20世纪以前,对我国古代天文学资料的研究并不充分。
  对于中国古代天文资料的研究,早期主要由一批海外归来的学者进行,他们做了许多开创性的工作,创办了许多介绍中外天文学的期刊,使中国天文学资料的研究逐步专业化,并形成了天文史学这一新的研究学科。新中国成立后,中国天文史学的研究终于走上正轨,出现了一批国际知名的天文史学家,他们著书立说,考证许多中国古人杰出的天文学贡献,所以我们现在才可以看到我国古代如此辉煌的天文学成就。
  
  责任编辑 林 京

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