Astronomy 版 (精华区)

发信人: reise (璀璨星河), 信区: Astronomy
标  题: 由鼎盛到衰落:从宋初到明末  
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年04月22日19:09:51 星期二), 站内信件

(公元960~1600年)

  唐末的藩镇割据和五代十国的混乱局面,以宋的统一而告结束。中国的封建经
济在宋代(公元 960~1279年)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
在宋代完成的。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。  
关于1006年和1054年的超新星的出现,特别是1054年(宋仁宗至和元年)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,现在遗
留有一个蟹状星云。这是当代最感兴趣的研究对象之一。

  这一时期先后进行过五次恒星位置测量:第一次在大中祥符三年(公元1010年
),第二次在景祐年间(公元1034~1038年),第三次在皇祐年间(公元1049~
1053年),第四次在元丰年间(公元1078~1085年),第五次在崇宁年间(公元
1102~1106年)。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(公元1092年)制造的水运仪象台而写的说明书,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,又制造了一架浑天象,其天球直径大于
人的身高,人可以进入内部观看。在球面上按照各恒星的位置穿了一个个小孔,人
在里面看到点点光亮,仿佛天上的星辰一般。今人把这种仪器也称为假天仪,它是
现代天文馆中星空演示的先驱。
  与苏颂同时代的沈括在天文学上也有重要贡献。熙宁七年(公元1074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;又用观测北极星位置的方法来校正浑仪极轴的安装方向。他在漏壶方面也
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。更重要的是沈括在历法上独树一帜,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。”(《梦溪笔谈·补笔谈卷二》)这实际上是一
种阳历,由于传统习惯,这个历法未能实行。
  在宋代三百多年间实行过的历法有18种,其中比较有创造性的是北宋姚舜辅的
《纪元历》(1107年)和南宋杨忠辅的《统天历》(1199年)。《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,但比公历(1582年)的颁行早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。
  宋代的思想家对自然现象有较多的讨论。在天文学方面讨论得较多的是天体的
运行和天体的形成问题。其中较有代表性的人物是张载和朱熹。
  张载提出,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。张载并且认为空间和时间是物质
在的形式,宇宙到处充满了气。“气不能不聚而为万物,万物不能不散入大虚,循
是出入,是皆不得已而然也。”(《正蒙·太和篇》)
  朱熹虽然主张宇宙循环论,但对于具体天地(相当于太阳系)的形成过程则有
完整的见解。他从旋涡水流把物体卷入旋涡中心的现象出发,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(za)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。”(《朱子语类》卷一)在今天看来,这个学说自然有
很多错误,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,组成了一支强大的天文队伍。
这支队伍在王恂、郭守敬主持下,从事制造仪器,进行测量和编制新历,在短短的
五年时间(1276~1280年)中取得了极大的成就,将中国古代天文学推向新的高峰。

  第一,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在世界上
领先三百多年,直至1598年著名天文学家第谷发明的仪器才能与之相比。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四丈,使得在同样的量度精度下,误差减少到原来的五分
之一。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(见登封观星台)。正方案是在一块四尺见方的木板上画19个同心
圆,圆心立一根表,当表的影端落到某个圆上时就记下来,从早到晚记完后把同一
个圆上的两点联接起来,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。1281年以
后,郭守敬还创制了不少新仪器,其中大明殿灯漏是最突出的一项。它是一个外形像
灯笼球、用水力推动的机械报时器。上面还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是一样性质的。
  第二,进行了一次空前规模的观测工作。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(北纬15度),北至北海(北纬65度),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。
  第三,对一系列天文数据进行实测,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》(1199年),朔望月、近点月和交点
月的数值取自金赵知微重修的《大明历》(1181年)和元初耶律楚材《西征庚午元
历》。对于二十八宿距度的测量,其平均误差不到5′,精确度较宋代提高一倍。
新测黄赤交角值,误差只有1′多。
  第四,在大量观测和研究的基础上,于至元十七年(公元1280年)编成《授时历
》,并于次年起实行。《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,由太阳的黄经
求它的赤经赤纬,求白赤交角,以及求白赤交点与黄赤交点的距离。这两种方法在
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(公元1644年)。在明代把它改名为《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
(公元1384年)为历元,省去了回归年百年消长之法等,其他都无改变。
  元明两代除通用的《授时历》以外,在中国少数民族中间还流行一种从阿拉伯
国家传来的《回历》。至元四年(公元1267年),西域天文学家札马鲁丁进呈《万
年历》,忽必烈曾颁行过。同年,札马鲁丁负责制造七件阿拉伯天文仪器,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(公元1271年)设立
回回司天台于上都(今内蒙古自治区正蓝旗境内),每年颁行回回历书。元亡明兴
,将回回司天监人员迁至京师,在钦天监内设回回科,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,政府令吴伯宗、李(羽中)和海达尔、阿答兀丁、马沙亦黑、马
哈麻等合译波斯人阔识牙耳的《天文宝书》四卷,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(公元1470~1477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工作。《七政推步》中的历法部分,后经梅文鼎摘要编入
《明史·历志》中,成为中国古代天文学的一个组成部分,在几个兄弟民族中一直
沿用到今天。

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