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2024年6月17日 星期一

科学探索宇宙時空

新三才精華回顧:中國古代天文學的輝煌成就

姜啟明

2018年5月7日

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姜啟明

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姜啟明

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姜啟明

【新三才精華回顧】中國是世界上天文學起步最早、發展最快的國家之一,天文學也是中國古代最發達的四門學問之一,其他包括農學、醫學和數學,天文學方面屢有革新的優良曆法、令人驚羨的發明創造、卓有見識的宇宙觀等,在世界天文學發展史上,無不佔據重要的地位。

中國古代天文學從原始社會就開始萌芽了。公元前24世紀的帝堯時代,就設立了專職的天文官,專門從事「觀象授時」。早在仰韶文化時期,人們就描繪了光芒四射的太陽形象,進而對太陽上的變化也屢有記載,描繪出太陽邊緣有大小如同彈丸、成傾斜形狀的太陽黑子。

公元16世紀前,天文學在歐洲的發展一直很緩慢,在從2世紀到16世紀的1,000多年中,更是幾乎處於停滯狀態。在此期間,中國天文學得到了穩步的發展,取得了輝煌的成就。中國古代天文學的成就大體可歸納為三個方面,即:天象觀察、儀器製作和編訂曆法。

甲骨文干支表

中國最早的天象觀察,可以追溯到好幾千年以前。無論是對太陽、月亮、行星、彗星、新星、恆星,以及日食和月食、太陽黑子、日珥、流星雨等罕見天象,都有着悠久而豐富的記載,觀察仔細、記錄精確、描述詳盡、其水平之高,達到使今人驚訝的程度,這些記載至今仍具有很高的科學價值。在中國河南安陽出土的殷墟甲骨文中,已有豐富的天文象現的記載。這表明遠在公元前14世紀時,我們祖先的天文學已很發達了。舉世公認,中國有世界上最早最完整的天象記載。中國是歐洲文藝復興以前天文現象最精確的觀測者和記錄的最好保存者。

中國古代在創製天文儀器方面,也做出了傑出的貢獻,創造性地設計和製造了許多種精巧的觀察和測量儀器。中國最古老、最簡單的天文儀器是土圭,也叫圭表。它是用來度量日影長短的,它最初是從什麼時候開始有的,已無從考證。

此外,西漢的落下閎改制了渾儀,這種中國古代測量天體位置的主要儀器,幾乎歷代都有改進。東漢的張衡創製了世界上第一架利用水利作為動力的渾象。元代的郭守敬先後創製和改進了10多種天文儀器,如簡儀、高表、仰儀等。

世界天文史學界公認,中國對哈雷彗星觀測記錄久遠、詳盡,無哪個國家可比。中國公元前240年的彗星記載,被認為是世界上最早的哈雷彗星記錄從那時起到 1986年,哈雷彗星共回歸了30次,中國都有記錄。1973年,中國考古工作者在湖南長沙馬王堆的一座漢朝古墓內發現了一幅精緻的彗星圖,圖上除彗星之外,還繪有雲、氣、月掩星和恆星。天文史學家對這幅古圖做了考釋研究後,稱之為《天文氣象雜占》,認為這是迄今發現的世界上最古老的彗星圖。早在2000 多年前的先秦時期,我們的祖先就已經對各種形態的彗星進行了認真的觀測,不僅畫出了三尾彗、四尾彗,還似乎窺視到今天用大望遠鏡也很難見到的彗核,這足以說明中國古代的天象觀測是何等的精細入微。

古人勤奮觀察日月星辰的位置及其變化,主要目的是通過觀察這類天象,掌握他們的規律性,用來確定四季,編製曆法,為生產和生活服務。中國古代曆法不僅包括節氣的推算、每月的日數的分配、月和閏月的安排等,還包括許多天文學的內容,如日月食發生時刻和可見情況的計算和預報,五大行星位置的推算和預報等。一方面說明中國古代對天文學和天文現象的重視,同時,這類天文現象也是用來驗證曆法準確性的重要手段之一。測定回歸年的長度是曆法的基礎。中國古代曆法特別重視冬至這個節氣,準確測定連續兩次冬至的時刻,它們之間的時間間隔,就是一個回歸年。

根據觀測結果,中國古代上百次地改進了曆法。郭守敬於公元1280年編訂的《授時歷》來說,通過三年多的兩百次測量,經過計算,採用365.2425日作為一個回歸年的長度。這個數值與現今世界上通用的公曆值相同,而在六七百年前,郭守敬能夠測算得那麼精密,實在是很了不起,比歐洲的格里高列歷早了300年。

中國的祖先還生活在茹毛飲血的時代時,就已經懂得按照大自然安排的「作息時間表」,「日出而作,日入而息」。太陽周而復始的東升西落運動,使人類形成了最基本的時間概念——「日」,產生了「天」這個最基本的時間單位。大約在商代,古人已經有了黎明、清晨、中午、午後、下午、黃昏和夜晚這種粗略劃分一天的時間概念。計時儀器漏壺發明後,人們通常採用將一天的時間劃分為一百刻的做法,夏至前後,「晝長六十刻,夜短四十刻」;冬至前後,「晝短四十刻,夜長六十科」;春分、秋分前後,則晝夜各五十刻。儘管白天、黑夜的長短不一樣,但晝夜的總長是不變的,都是每天一百刻。

包括天文學在內的現代自然科學的極大發展,最早是從歐洲的文藝復興時期開始的。文藝復興時期大致從14 世紀到 16世紀,大體相當於中國明初到萬曆年間。中國天文史學家認為,這200年間,中國天文學的主要進展至少可以列舉以下幾項:翻譯阿拉伯和歐洲的天文學事記;從公元1405-1432年的20多年間,鄭和率領艦隊幾次出國,船隻在遠洋航行中利用「牽星術」定向定位,為發展航海天文學做出了貢獻;對一些特殊天象做了比較仔細的觀察,譬如,1572年的「閣道客星」和1604年的「尾分客星」,這是兩顆難得的超新星。

中國古代觀測天象的台址名稱很多,如靈台、瞻星台、司天台、觀星台和觀象台等。現今保存最完好的就是河南登封觀星台和北京古觀象台。

中國還有不少太陽黑子記錄,如公元前約140年成書的《淮南子》中說:「日中有踆烏。」公元前165年的一次記載中說:「日中有王字。」戰國時期的一次記錄描述為「日中有立人之像」。更早的觀察和記錄,可以上溯到甲骨文字中有關太陽黑子的記載,離現在已有3,000多年。從公元前28年到明代末年的1,600 多年當中,中國共有100多次翔實可靠的太陽黑子記錄,這些記錄不僅有確切日期,而且對黑子的形狀、大小、位置乃至分裂、變化等,也都有很詳細和認真的描述。這是中國和世界人民一份十分寶貴的科學遺產,對研究太陽物理和太陽的活動規律,以及地球上的氣候變遷等,是極為珍貴的歷史資料,有着重要的參考價值。

世界天文史學界公認,中國對哈雷彗星觀測記錄久遠、詳盡,無哪個國家可比。《史記·秦始皇本紀》記載的秦始皇七年(公元前240年)的彗星,各國學者認為這是世界上最早的哈雷彗星記錄。從那時起到1986年,哈雷彗星共回歸了30次,中國史籍和地方志中都有記錄。

實際上,中國還有更早的哈雷彗星記錄。中國已故著名天文學家張鈺哲在晚年考證了《淮南子·兵略訓》中「武王伐紂,東面而迎歲,……彗星出而授殷人其柄」這段文字,認為當時出現的這顆彗星也是哈雷彗星。他計算了近四千年哈雷彗星的軌道,並從其他相互印證的史料中肯定了武五伐紂的確切年代應為公元前1056年,這樣又把中國哈雷彗星的最早記錄的年代往前推了800多年。

中國古代對著名的流星雨,如天琴座、英仙座、獅子座等流星雨,各有好多次記錄,光是天琴座流星雨至少就有10次,英仙座的至少也有12次。獅子座流星雨由於1833年的盛大 「表演」而特別出名。從公元902~1833年,中國以及歐洲和阿拉伯等國家,總共記錄了13次獅子座流星雨的出現,其中中國佔7次,最早的一次是在公元 931年10月2 1日,是世界上的第二次紀事。從公元前7世紀算起,中國古代至少有180次以上的這類流星雨紀事。

作者:香香

責任編輯:姜啟明

文章來源:新三才

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