宋初到明末的天文学

宋初到明末的天文学

阅读一本不适合自己阅读的书，比不阅读还要坏。

——别林斯基

经过了唐末的藩镇割据和五代十国，中国的混乱以宋的建立而告结束，中国的封建经济在宋代得到进一步的发展。生产的发展又大大地推动了科学的前进，被马克思誉为“最伟大的发明”的火药、印刷术和指南针，就是中国人在宋末完成的。作为自然科学之一的天文学在这一时期也取得许多重要成就。

1006年和1054年超新星出现的记载，特别是1054年的超新星记录成为当代天文学研究中极受重视的资料。在这颗超新星出现的位置上，现在出现一个蟹状星云，这个蟹状星云是当代最感兴趣的研究对象之一。

指南针

宋初到明末这段时期先后进行过5次恒星位置测量：第一次在大中祥符三年，第二次在景祐年间，第三次在皇祐年间，第四次在元丰年间，第五次在崇宁年间。其中元丰年间的观测结果被绘成星图刻在石碑上保存下来，这就是著名的苏州石刻天文图，元丰年间的观测结果同时也以星图的形式保存在苏颂著的《新仪象法要》中。《新仪象法要》是为元祐七年制造的水运仪象台写的说明书，它不但叙述了150多种机械零件，而且还有60多幅图，是研究古代仪器的极好资料。

苏颂和韩公廉在完成水运仪象台以后又制造了一架大型浑天象，其天球直径大于人的身高，人可以走进内部观看。在球面上按照各恒星的位置穿了一个个小孔，人在里面可以看到点点光亮，仿佛观看天上的星辰一般。现在把这种仪器称为假天仪，它是现代天文馆中星空演示的先驱。

苏颂

沈括与苏颂处于同时代，他在天文学上也有重要贡献。熙宁七年，他在制造浑仪时省去了白道环，改用计算来求月亮的白道坐标，这是中国浑仪由复杂走向简化的开始。沈括还用缩小窥管下端孔径的办法来限制人目挪动的范围，以减少照准误差，他用观测北极星位置的方法来校正浑仪极轴的安装方向。沈括漏壶方面也有改进，并且从理论上研究了漏壶在不同季节水流速度不等的问题，提出一个相当于真太阳日和平太阳日长度之差的问题。沈括在历法上独树一帜，他提出十二气历，“直以立春之一日为孟春之一日，惊蛰为仲春之一日，大尽三十一日，小尽三十日；岁岁齐尽，永无闰月。”这实际上等同于现在的阳历，由于传统习惯，这个历法未能实行。

金星

在宋代短短300多年间实行过的历法就有18种，其中比较著名的是北宋姚舜辅的《纪元历》和南宋杨忠辅的《统天历》。《纪元历》首创利用观测金星来定太阳位置的方法。《统天历》确定的回归年数值为365．2425日，和现行公历的平均历年完全一样，但比1582年颁行的回归年数值早383年，《统天历》还提出的回归年的长度在变化，它的数值古大今小。

宋代的思想家非常关注自然现象，在天文学方面受关注最多的是天体的运行和天体的形成问题，这些思想家中较有代表性的人物是张载和朱熹。

张载认为，一年中间昼夜长短的变化是阴阳二气的升降使大地升降所致；一日中间天体的东升西落是大地乘气左旋的结果。张载还认为空间和时间是物质存在的形式，宇宙到处充满了气。

朱熹像

朱熹虽然主张宇宙循环论，但对于天地的形成过程则有自己独特的见解。他从漩涡水流把物体卷入漩涡中心的现象出发，认为“天地初间只是阴阳之气。这一个气运行，磨来磨去。磨得急了，便拶许多渣滓，里面无处出，便结成个地在中央。气之清者便为天，为日月，为星辰，只在外，常周环运转；地便只在中央不动，不是在下”。在今天看来，这个学说并非完全正确，但比起朱熹以前的天体演化思想来却前进了一步。

1276年，元军攻下南宋都城临安（今杭州）以后，忽必烈把金、宋两个司天监的人员集中到大都（今北京），再加上新选拔的一些人才，组成了一支庞大的天文队伍。这支队伍在王恂、郭守敬主持下，从事制造仪器、测量和编制新历的工作，在短短的5年时间中取得了极大的成就，将中国古代天文学推向新的高峰，他们取得的成就主要表现在以下4个方面：

简仪

1．制造了多种新仪器，其中简仪、仰仪、高表、景符、正方案和玲珑仪等都具有新意。简仪是对浑仪进行革命性改革而成的，它的设计和制造水平领先世界300多年。仰仪是用针孔成像原理，把太阳投影在半球形的仪面上，以直接读出它的球面坐标值。高表是把传统的八尺表加高到4丈，使得在同样的量度精度下，误差减少到原来的1／5。景符是高表的辅助仪器，它利用针孔成像的原理来消除高表影端模糊的缺点，提高观测精度。正方案是在一块4尺见方的木板上画19个同心圆，圆心立一根表，当表的影落到某个圆上时就记下来，从早到晚记完后把同一个圆上的两点连接起来，它们的中点和圆心的联线就是正南北方向；如果把它侧立过来，还可以测量北极出地高度，这是一种便于携带到野外工作的仪器。玲珑仪和苏颂、韩公廉所造的浑天象相似，是一种可容人在内部观看的表演仪器。

郭守敬像

1281年以后，郭守敬还创制了不少新仪器，其中大明殿灯漏就是最具代表性的一项。灯漏是一个外形像灯笼、用水力推动的机械报时器，上面布置有能按时跳跃的动物模型，这同欧洲在机械钟表上附加的种种表演机械性质相同。

2．进行了一次规模空前的观测工作。在全国27个地方设立观测所，测量当地的地理纬度，并在南起南海、北至北海之间，每隔10度设立一个观测站，测量夏至日影的长度和当天昼夜的长短。

3．对一系列天文数据再度进行实测，并对旧的数据进行检核，选用其中精密的数据。例如，回归年数值取自南宋《统天历》，朔望月、近点月和交点月的数值取自金代赵知微重修的《大明历》和元初耶律楚材《西征庚午元历》。

4．在进行了大量观测和研究之后，于至元十七年编成《授时历》，并于至元十八年起实行。《授时历》用三次差内插法来求太阳每日在黄道上的视运行速度和月亮每日绕地球运行的速度，用类似球面三角的弧矢割圆术和太阳的黄经求太阳的赤经赤纬、白赤交角以及白赤交点与黄赤交点的距离。这两种计算方法在天文学史和数学史上都具有重要地位。

《授时历》从元代一直用到明亡，在明代时，《授时历》改名为《大统历》，但方法上只是把北京所见的日出日没时刻改为南京所见的时刻，以洪武十七年为历元，省去了回归年百年消长之法等，其他都无改变。

地球仪

元明两代除了有通用的《授时历》以外，还有一种在中国少数民族中间流行的《回历》。至元四年，西域天文学家札马鲁丁进呈《万年历》，忽必烈阅读了《万年历》并颁发诏令予以实行。同年，札马鲁丁负责制造7件阿拉伯天文仪器，其中包括托勒密式的黄道浑仪、长尺以及地球仪和星盘。至元八年在上都设立回回司天文台，每年颁行回回历书。元亡明兴，明朝政府将回回司天监人员迁至京师，在钦天监内设回回科，用来计算天象，颁布历书，与《大统历》进行比较，同时还翻译了一些天文书籍。

明洪武十五年，政府下令让吴伯宗、海达尔、阿答兀丁、马沙亦黑、马哈麻等人合译波斯人阔识牙耳的《天文宝书》四卷，此书于次年二月译成。书中说星分六体，这是星等概念在中国的初次出现，列有12个星座共30颗星的星等和黄经。成化六年至十三年，贝琳将元统翻译的《七政推步》整理出版，这是一部系统介绍阿拉伯天文学的著作，其中包括277颗星的黄经、黄纬和星等的恒星表，这是中西星名第一次对译。《七政推步》中的历法部分后来通过梅文鼎摘要编入《明史·历志》中，成为中国古代天文学的一个重要组成部分。