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重读郑州│第七篇

创新先河之引领

作者:阎铁成

寻梦奥妙之时空

当人们摆脱蒙昧,开始创造性的生产、生活的时候,适应自然、把握自然成为必须,对天体和时间的探索活动应运而生了。从世界范围看,人们对天象的观察和记录不晚于距今6000年前,古埃及人4700年前建造了金字塔,部分用于观测太阳和其他天体。4300年前,英国远古人建造的巨石阵可以精确了解太阳和月亮的12个方位,并观测和推算日月星辰在不同季节的起落。中国早在仰韶文化时期(公元前5000—公元前2500年)就有了天象观测记录,距今4100年前后,中国建造了面积达1740平方米,由三层台基、13根夯土柱组成的陶寺观象台。距今3100年前后,中国周代的姬公旦建立了由圭表组成的八尺高测景台,确立地中,并验证十二个节气。在对天象反复观察形成相对准确的规律性记录之后,人们开始形成时间概念,并由此开始了由年、月、日组成的历法的编制。公元前3000年,生活在两河流域的苏美尔人根据自然变换的规律,以月亮的阴晴圆缺作为计时标准,把一年分为12个月,共354天。公元前2000年左右古埃及人根据计算尼罗河气温周期,制定出了太阳历。中国在公元前3000年左右的黄帝时期就有了历法,到了公元前2100年,夏王朝制订了夏历,夏朝灭亡后,殷商王朝又制定了殷历。随后数千年的漫漫岁月中,中国先后制订和实施了一百多部历法,形成了独特的阴阳历法。在世界历史上,由于地区和时代的不同,也形成了许多历法,如伊斯兰历、佛历等等,但历法不外乎三种,一是以月亮为计时标准的阴历,二是以太阳为计时标准的阳历,三是二者结合的阴阳历。

推算中国历法的天干地支图

郑州是中国最早开始文明萌芽和形成的地区之一,所以也是中国人观察天象和研究历法的起始之地,早在6000年前的大河村时期,人们对天象的观测活动就很成熟,并且把天文现象记录并绘制在陶器之上。通过长期的观测,嵩山地区的人们又形成了原始的宇宙观,将这里确定为 “天地之中” ,并进而以这里为中心,立杆为表,研究一年四季之变化。黄帝立都郑州后,命大臣大挠 “深五行之情,占年纲所建,于是作甲乙以名日,谓之干;作子丑以名月,谓之支,干支相配以成六旬。” 形成了中国历法的基础。夏、商时期,以郑州为帝都,所订历法也大都以郑州地区郑州人观测研究成果为基础,形成的时节至今仍分毫不差地指导以郑州为核心的中原地区农业生产。

传说黄帝创制历法的郑州具茨山

西周初年,周公旦来到郑州阳城,建立测景台,测量日影,寻求地中校订四时。唐代(公元618—907年)著名天文学家僧一行和南宫说,依托周公测景台从事天文观测研究活动,编制的《大衍历》,分七篇,包括平朔望和平气、七十二候,日月每天的位置与运动,每天见到的星象和昼夜时刻,日食、月食和五大行星的位置,比较准确地反映了太阳运行的规律。这部历法,系统周密,标志中国古代历法体系的成熟,后世历家遂相沿袭用其格式来编历。元代(公元1279—1368年),遵照元世祖忽必烈的旨意,郭守敬与许衡等重修历法,郭守敬在郑州登封建立观星台,利用简便而实用的天文观测仪器,测验各地的夏至日影、北极星出地高度及昼夜时刻等。经观测与推算,制定了当时世界上最先进的历法《授时历》,此历法求得回归年周期为365.2425日5时49分12秒,与300年后世界上许多国家使用的阳历(格里高里历)一秒不差。与现代科学推算的回归年周期(365日5时48分46秒)相比,只差26秒。郑州文明的早熟,催育了这里的人们早早开始天文现象的探索,郑州地区的位 “中” ,又使依此产生的天文学成就在具有广泛的中国大地具有较强的科学性和适用性,成为天文学发展的演绎的不二平台。

6000年前郑州人绘制的日月星辰图

大河村出土的天文图像彩陶片

早在6000年前,郑州人就开始观测天象,探寻寰宇。郑州大河村遗址出土的彩陶上绘制的精美太阳纹、月亮纹、星座纹、彗星纹、日晕纹等图像,表明早在那个遥远时代,先民们就已经翻开了观察探寻天空宇宙的最初一页。大河村描绘的天文图像也是我国发现的时代最早、种类最丰富的天文图录。

创制3000年前的天文建筑

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南宫说依照周公旦圭表旧制复建的告成周公侧影台

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公元前11世纪,西周周公旦在全国寻找天中地心,以此建立政治中心,加强西周王朝对全国的统治。他循着大禹的足迹来到夏王朝的第一个都城阳城(今郑州登封告成),在这里建立圭表,测天量地,确立这里就是天之中地之中。这是史籍中能够查到的中国人较早的天文观测记载。为了纪念周公这一重要事件,根据历史记载,唐代(公元618年—907年)著名天文学家南宫说在当年周公测量处以石材仿制了周公测天量地的土圭和木表,成为中国现存最早的天文仪器。

僧一行

僧一行,本名张遂(公元683-727年)是中国唐代的天文学家和比丘(佛教指和尚)。汉族,邢州巨鹿人(今河北省邢台市),青年时期出家当了和尚,一行是他的法名。

僧一行是唐代最著名的数学家、科学家、天文学家。僧是和尚,一行是法号,原名张遂,天赋聪敏、潜心窥测,717年他来到京城长安,为唐玄宗顾问。他把数学和天文学结合起来,创造了世界上最早的不等间距二次内插法公式;他组织并领导的在全国的12个点对北极高度和日影长短的测量,是世界上第一次对子午线的实测;他对历法科学作出了重要的贡献,推算出“开元大衍历”,后世有人称赞它 “历千古而无误差” ,可惜他的著作后来全部失散了。

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南宫

中国唐代天文学家。生卒年不详。活动于公元八世纪。神龙元年(公元705年)唐中宗复位后﹐南宫说当时担任太史丞﹐奏请改革《麟德历》﹐奉诏和其他历官一起编制《乙巳元历》。景龙年间(公元707~709年)历成﹐后因睿宗即位而未采用。该历用黄道而不用赤道,它的主要天文数据一律采用百进位制﹐在中国历法史上首次废除了复杂分数数据。开元十二年(公元724年)﹐根据一行制《大衍历》的要求担任太史监的南宫说被派往今河南省进行天文大地测量。后经一行归算﹐求出了相当地球子午线一度之长。

走向世界天文巅峰的观星台

被称为表的观星台台体

光孔与表

被称为圭的观星台北部的量天尺,太阳光通过光孔横梁投在量天尺上影子的变化标示四季的变化

元代(公元1279-1368年)建立以后,为了统一全国规制,元世祖忽必烈下旨重修历法。郭守敬等人在全国建立了27个观测站,郑州登封观星台为中心天文台,利用简便而实用的天文观测仪器,测验各地的夏至日影、北极星出地高度及昼夜时刻等。经观测与推算,制定了当时世界上最先进的历法《授时历》,此历法求得回归年周期为365日5时49分12秒,与300年后世界上许多国家使用的阳历(格里高利历)一秒不差。与现代科学推算的回归年周期(365日5时48分46秒)相比,只差26秒。700多年过去了,26座观测站都已无迹可寻,只有郑州登封观星台还巍然屹立,这个形如覆斗、体形高大、灰砖砌筑、伟岸挺拔的建筑,是中国现存最古老的天文台,也是世界上现存最早的观测天象的建筑之一。

郭守敬(授时历的编制者)

郭守敬(公元1231-1316年),中国元朝的天文学家、数学家、水利专家和仪器制造专家。字若思,汉族,顺德邢台(今河北邢台)人。生于元太宗三年,卒于元仁宗延祐二年。郭守敬曾担任都水监,负责修治元大都至通州的运河。1276年郭守敬修订新历法,经4年时间制订出《授时历》,通行360多年。是当时世界上最先进的一种历法。1981年,为纪念郭守敬诞辰750周年,国际天文学会以他的名字为月球上的一座环形山命名。

《授时历》

《授时历》,为元朝至元十八年(公元1281年)实施的历法名,因元世祖忽必烈封赐而得名,原著及史书均称其为《授时历经》。其法以365.2425日为一岁,距近代观测值365.2422仅差26秒,精度与公历 (指公元1582年罗马教皇格里高利十三世颁布实行的历法,称《格里高利历》, 在中国称公历或阳历) 相当,但比西方早采用了300多年。

简介

《授时历》,每月为29.530593日,以无中气之月为闰月。它正式废除了古代的上元积年,而截取近世任意一年为历元,打破了古代制历的习惯,是我国历法史上的第四次大改革。明初颁行的“大统历”基本上就是“授时历”,如把这两种历法看成一种,可以说是我国历史上施行最久的历法,达364年。《授时历》为元至元十三年(公元1276年)六月至至元十七年(公元1280年)二月间,许衡、王恂、郭守敬、杨恭懿等在东西6000余里,南北长11000里的广阔地带,建立了27个测验所,进行实测完成。元朝《元朝名臣事略》、《元文类》等史料均记载许衡为《授时历》主编,特别是许衡遗著《许文正公遗书》卷十二有《授时历》全文—《授时历经》。

历史修改

元朝统一中国以前,中国所用的历法是《大明历》。这部使用了七百多年的历法误差很大。元朝皇帝忽必烈决定修改历法,明初宋濂等撰《元史》记载,至元十三年(公元1276年)六月,元世祖命王恂与江南日官置局改历,以张易董其事,易恂奏宜得许衡明历理,遂诏命许衡赴京领改历事,至元十五年诏郭守敬,十六年诏杨恭懿改历。而且在《历志》中明确指出许衡为《授时历》主编,“今衡、恂、守敬等所撰《历经》及谦《历议》故存,皆可考据”。在清魏源撰《元史新编·历志》及其它诸多史书中均有同样记载。说明在明、清两朝同样记载许衡为《授时历》主编。

修《授时历》

郭守敬等人还接受了编制新历法的任务。1277年左右,郭守敬向政府建议,为编制新历法,组织一次全国范围的大规模的天文观测。元世祖接受了建议,派14名天文学家,到国内26个地点进行了几项重要的天文观测,历史上把这项活动称为“四海测验”,测定了夏至日的表影长度和昼、夜时间的长度,为编制新历提供了较为精确的数据。

元世祖至元十七年(1280年)春天,新历法完成。元世祖按照“敬授民时”的古语,取名为《授时历》。

意义

这部历法,反映了当时我国天文历法的新水平。它有不少革新创造,例如,定一回归年为365.2425日,比地球绕太阳公转一周的实际时间,仅差26秒,和现代世界通用的公历完全相同。在编制过程中,他们所创立的“三差内插公式”和“球面三角公式”,是具有世界意义的杰出成就。按照《授时历》的推断,大德三年(1299年)八月己酉朔巳时,应有日食,“日食二分有奇”。但到了那一天,“至期不食”。是否《授时历》错了?根据现代天文学推算,那天确实有日食发生,是一次路线经过西伯利亚极东部的日环食。只是食分太小,加之时近中午,阳光很亮,肉眼没能观察到罢了。《授时历》经受住了时间考验。它在我国沿用了三百多年,产生了重大影响。现行公历是意大利天文学家利里奥在1582年提出的,比《授时历》晚了整整三百年。朝鲜、越南都曾采用过《授时历》。

重读郑州•创新先河之引领

小贴士

农历

左:黄帝历 中:夏历 右:授时历

农历,又称夏历、阴历、旧历,是东亚传统历法之一。农历属于一种阴阳历,平均历月等于一个朔望月,但设置闰月以使平均历年为一个回归年,设置二十四节气以反映季节(太阳直射点的周年运动)的变化特征,所以又有阳历的成分。至今几乎全世界所有华人及朝鲜、韩国和越南及早期的日本等国家,仍使用农历来推算传统节日如春节、中秋节、端午节等节日。因为这种历法相传创始于夏代,所以称为夏历。

夏历有个辅助部分——节气。节气如果也算历法的话,就是完全的太阳历。节气和地球在绕太阳运动的轨道的位置有关,和月球无关。节气是从立春开始的,一个太阳年是两个立春之间的时间,约365.2422天。根据太阳的位置,把一个太阳年分成二十四个节气,以利于农业种植等活动。

夏历的纪年用天干地支搭配,六十年周而复始。年份分为平年和闰年。平年十二个月;闰年十二个月普通月份加一个闰月,总共十三个月。月份分为大月和小月,大月三十天,小月二十九天。一年中哪个月大,哪个月小,年年不同,由计算决定。平年全年354~355天,闰年全年383~384天。由于每平年的天数比太阳年约差十一天,所以采用设置闰年(即十二个普通月份加上一个闰月)的方法使这几年的平均日数尽量的接近365.2422日。由于1回归年为12.368个朔望月,368/1000=46/125,所以在一百二十五年中应设置四十六个闰年。但因为这样设闰太过复杂,经推算,7/19最接近0.368。故一般的,在19年里中设置7个闰月,有闰月的年份全年383天或384天。

人们因为二十四节气对于农业生产有重要意义,因而常把夏历称为“农历”,但二十四节气应根据太阳在黄道上的位置而决定,应该属于太阳历部分。因此把夏历称为阴历是不恰当的。

夏历是世界上广泛使用的历法中,唯一既照顾到太阳历,又照顾到阴历的历法。因此,有人说西方的历法比中国科学,这显然是错误的。比如,公历中,一个“月”的概念首先就已经违背了“月”这个初始的概念。夏历既符合了月(朔望月),又符合了年(回归年),可以说是人类历史上最科学的历法之一。

夏历、殷历和周历的分别

夏历、殷历和周历的主要区别是以不同的月份作为一年之始:夏历以寅月为正月(今农历1月)、殷历以丑月(今农历12月)为正月、周历以子月(今农历11月)为正月,所以又叫三正(zhēng)。由于岁首不同,这三者的春夏秋冬四季的定义也不同。

秦始皇统一中国后,“改正朔”,以建亥之月(夏历十月)为岁首,但不改正月,四季完全和夏正相同。汉初沿秦制,武帝元封七年改用太初历,以建寅之月为岁首。此后两千多年一般都是用夏正。

夏小正

简介

《夏小正》为中国现存最早的科学文献之一,也是中国现存最早的一部农事历书,原为《大戴礼记》中的第47篇。

夏小正原文收入《大戴礼记》中,在唐宋时期散佚(而大戴礼记亦有一半同时散佚)。现存的《夏小正》为宋朝傅嵩卿著《夏小正传》把当时所藏之两个版本《夏小正》文稿汇集而成。但因经文与传文(以自己的文字解释)在篇章中混集而没有说明之关系,《夏小正传》中不尽是原来之全部篇章。

因原稿散佚与成形之问题,成稿年代争论很大,但一般认为最迟成书在春秋时期;据《史记‧夏本纪》载:“太史公曰:孔子正夏时,学者多传《夏小正》云”。故人们认为是孔子及其门生考察后所记载下的农事历书,所收录之有关夏朝的也多是物候等文化讯息。

内容

书中除二月、十一与十二月外,每月载有确定季节的星象(主要是拱极星象与黄道星象)以指导务农生产,另外亦有记载当月植物之生长形态、动物之活动习性与祭祀。

由于内容涉及星象与农业赖以使用之历法的关系,对古代天象与先秦历法研究也有相当重要之参考价值。

最早的天文历法著作《夏小正》

农业生产与季节、天象有着极为密切的关系,我国古代的天文历法知识,就是在农业生产的实践中不断积累起来、又直接为农业生产服务的。在尧舜时期,就有关于羲和、羲仲在河洛地区观察日月星辰以定四时的传说,说明我国很早就有了熟悉天文、制定历法的专职人员,天文学和历法早就很发达。

夏代的历法是我国最早的历法,当时已经依据北斗星斗柄所指的方位来确定月份。保存在《大戴礼记》中的《夏小正》,就是现存的有关“夏历”的重要文献,是我国最早的天文历法著作。而这一伟大贡献是在洛阳完成的。

《夏小正》按夏代十二个月的顺序,分别记述每个月的星象、气象、物象以及所应从事的农事和政事。其星象包括昏中星(黄昏时南方天空所见的恒星)、旦中星(黎明时南方天空所见的恒星)、晨见夕伏的恒星、北斗的斗柄指向、河汉(银河)的位置以及太阳在星空中所处的位置等等。

综观《夏小正》所记星象,不仅北斗柄指向受到重视,还记有天空明亮的织女、南门以及最显眼的天河“汉案户”,二十八星宿还没有形成概念,只出现了参、辰、昴这几颗亮星。可见《夏小正》时代之古。日本学者能田忠亮将《夏小正》星象分类作分析、计算和比较,得出结果是极大部分天象属于公元前2000年左右;国内学者潘鼐先生认为,有关夏代的文献与考古,经碳14测定,夏文化年代即在公元前2070年至公元前1600年,正同《夏小正》星象的大部分记事从天文学测算所得的年代相吻合。在二十八星宿尚未完备之前,先民观星象并不全是取南天昏中星等为依据,而是以明亮大星的中、流、伏、内移动态势为准的。明确了星宿的中、流、伏、内,《诗经》“七月流火”之“流火”,就不是泠泠的“西流”,而是具体指火宿西移三十度的态势。

由于长期流传的缘故,这一文献本身可能有残缺和其它的错误,也可能混杂有后人或其它的附会成分,但在一定程度上反映了夏代农业生产的发展水平,保存了我国最古老的比较珍贵的天文历法知识,这是毋庸置疑的。

司马迁在《史记·夏本纪》中说:“孔子正夏时,学者多传《夏小正》。”《夏小正》按十二月的时序详细记载上古先民所观察体验到的天象、气象、物象,形象地反映出上古先民对时令气候的朴素认识,实是华夏民族数千年天文学史的初始阶段——观象授时的结集,是我国现存的一部最古老的天文历法著作。

▲图片说明:

民国精写刻本<夏小正传笺>一册全 归安沈秉成笺

作者:归安沈秉成

出版社:不详

出版时间: 1912年

开本:16开

装订:线装

详细描述:沈秉成,字仲复,浙江归安人。咸丰丙辰进士,官至安徽巡抚。此书成於同治癸亥(公元1863年),

正其官翰林时。集诸家之说,为戴传作笺。近人孙曜称其书:“大约皆取证於《尔雅》、《礼记》,义蕴深厚,吐词闲雅,绝无武断附会之弊”云云。

大衍历

▲一行將大規模天文測量所得的數據用以編制大衍曆

▲唐一行山河分野图

大衍历亦称“开元大衍历”。唐开元十七年(公元729年)起施行二十九年的历法。一行撰。因立法依据《易》象大衍之数而得名。一行测各地纬度,南至交州北尽铁勒,并步九服日晷,定各地见食分数,复测见恒星移动。十五年而历成。共分七篇,包括平朔望和平气、七十二候,日月每天的位置与运动、每天见到的星象和昼夜时刻、日食、月食和五大行星的位置。

格式编历

后世历家遂相沿袭用其格式来编历。《新唐书.历志一》:“唐终始二百九十馀年,而历八改。初曰戊寅元历,曰麟德甲子元历,曰开元大衍历。”又《历志三上》:“开元九年,麟德历署日蚀不效,诏僧一行作新历,推大衍数立术以应之,较经史所书气朔、日名,宿度可考者皆合。十五年,草成而一行卒,诏特进张说与历官陈玄景等次为《历术》七篇、《略例》一篇、《历议》十篇,玄宗顾访者则称制旨。”陈遵妫《中国天文学史》第六编第二章五:“一行在梁令瓒和南宫说观测资料的基础上,编撰了大衍历;当时很少经过这样充分准备而后编造的历法,因而大衍历被称为唐历之冠,列为好历,可以说是理所当然的。”

历法系统

该历法系统周密,比较准确地反映了太阳运行的规律,系统周密,表明中国古代历法体系的成熟。一行还是世界上用科学方法实测地球子午线长度的创始人。

一行从实测中意识到,在小范围有限的空间里得到的认识,不能任意向大范围甚至无际的空间推演,这是我国科学思想史上的一大进步。

团正大衍历

在《乾坤谱》中,团正大衍历,是以八年为一个编制周期。根据“大衍之数五十,其用四十有九”推导而来。

编制周期

“大衍之数50+其用49=99(阴历月)=8个回归年。

团正大衍历:三岁一闰,五岁二闰,八岁三闰。 阴历年354天×8年+30天×3闰=2922天。

现 行 阳 历:四年一闰,八年二闰。 阳历年365天×8年+ 1天×2闰=2922天。

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《大衍历》,唐玄宗开元十五年(公元727年)僧一行(683—727)作,后经张说(667—730)和陈玄景整理成文,开元十七年(公元729年)颁行,使用到天宝十年(公元751年)。开元二十一年(公元733年)传入日本,在日本使用近百年。《大衍历》结构严谨,条理分明,共有历术七篇,讲具体计算方法。另有历议十二篇(其中略例三篇),讲历法的理论问题,是一行为《大衍历》写的论文,通称《大衍历议》。《大衍历》的制定是从制造仪器开始的,经过实际观测确定基本天文数据,这是科学的方法。经过《大衍历》的制定,对太阳月亮运动不均匀现象有了正确全面的了解。通过实际观测,破除了一千年来流传的“寸差千里”的谬说。在计算方法上,《大衍历》创不等间距二次差内插法的公式,比起《皇极历》来又是一个进步。

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《大衍历》是唐代的一部先进的历法。由一行发起编订。编订工作于玄宗开元十三年,即公元725年开始,到开元十五年完成初稿。不幸的是,一行在初稿刚完成的就因病离开了人世。一行去世后,他的继承人中书令张悦和历官陈玄景继承遣志,继续审定《大衍历》,并于开元十七年颁布实行,共实行了32年。

《大衍历》是一部系统性很强的历书,全书共有历术7篇,另有总结历史的经验,发表个人观点的略例一篇和历议10篇。历术7篇内容包括平朔望和平气、七十二候,太阳和月亮每天的位置与运动,每天观察到的星象和昼夜时刻,日食、月食和五大行星位置。编排的结构严谨,条理分明,是后来人们重新编排历法的一个典范。

《大衍历》中首次提出了“定气”的概念,并用它编制太阳运动表,即以太阳在一个回归年内所行的度数,平分24等分,太阳每到一个分点为一个节气,两个节气之间的时间不等的。为了处理这个问题,一行还发明不等间距二次差内插法。在对五大行星运动不均匀性的改正计算上,又使用具有正弦函数性质的表格和含有三次差的近似内插公式。历法中的许多数据既有当时的观测结果,又吸取前人成果,因此比唐代已有的其他历法都更精密,是一部比较先进的历法。

第六篇

古代建筑之源流22 : 现存最完好的古代天文台---告成观星台

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