Astronomy 版 (精华区)

发信人: reise (旅行), 信区: Astronomy
标  题: 仰观苍穹五千年 ─我国古代天文科技成就(1)
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年05月26日12:48:59 星期一), 站内信件

公元1054年，也就是北宋仁宗至和元年 五月，有一天早晨，开封街头行人熙来攘
往 ，热热闹闹，可是忽然有一两个人站住了， 举手指天，说：看哪！那是什么？
大家都站 住了，抬头向天，白日当空，阳光普照，但 是天上竟然出现一颗亮星！
一开始的惊讶吵杂，逐渐被敬畏恐惧的心情取代，这颗忽然 出现天际的 "客星" ，
不知道主何吉凶 ..。 

这里是河南开封，九百多年以前，这里 是北宋的国都，也是当时全国的政治金融
中 心。也就是在这里，中国人做出了全世界第 一次，对超新星爆炸，最完整的观
测记录。 

这颗超新星就在我们银河里头，距离地 球只有六千光年，所以非常的明亮，连续
二 十几天白天都可以看得到。从它出现到消失 ，整个过程长达两年。宋朝的天官
仔细的记 录了它出现的时间、位置，以及两年中间亮 度的变化。 

当时，公元1054年，在欧洲，正是罗马 帝国崩溃，充满了瘟疫和战争的黑暗时期
来 临的时候。而在美洲，要到四百多年以后的 1492年，哥伦布才发现新大陆。 

因此宋朝天官对这颗 "客星" 所作的完 整观测，就成为当今世界上，对超新星爆
炸 ，最完整而可靠的古代记录。这颗超新星， 也就成为当今世界上天文学家所公
认的 "中国超新星" 。 

当然，这并不是唯一的一次重要的古代 天文观测成就。在黄河流域发源的先民，
从 很早的时候就有天文观测的记录，在河南郑 州黄河南岸大河村出土的遗物，证
明了在五 千零四十年前仰韶文化的晚期，中国人就已 经有了简单的太阳观测和月
相记录。
 
在河南省郑州北郊，大河村出土的先民 遗址，代表着六千八百年前到三千五百年
前 的中国古文明。这个时期涵盖着新石器时代 中期的仰韶文化，晚期的龙山文化，
以及夏 文化跟商文化四个阶段。 

当时的人们呢，不仅已经能够使用木骨 整塑的方法来修建坚固的窑舍，更已经对
天 上的天文气象作了简单的观测跟记录。 

在此地出土的彩陶片上面，清楚地显示 了当时的人们对天上日月星辰跟气象作的
一 些记录。彩陶片上可以看到像太阳纹、新月 状的月亮纹、星座纹，以及日晕的
形状。这 是中国古时候，对天象描绘所发现的最早的 记录之一。 

接下来在三千五百年前的商代甲骨上， 我们看到了更多日食、日珥、和月食的记
录 。 

不过真正有系统的日食记录，出现在我 国第一部编年史书「春秋」里。「春秋」
涵 盖的时间，是从周平王东迁，到鲁哀公西狩 获麟之间的两百四十年；也就是公
元前的七 百二十年到公元前四百八十年。在这段时间 里，「春秋」一共记录了三
十七次的日食。 

到了公元前一百年左右的西汉，天象观 测和记录发展的更为完备。不单单是由史
官 按年按月的记录观测结果，在民间的一般大 众，对天象的认识和描述，更是丰
富而又活 泼。具体的表现之一，就是在西汉的古墓里 头，所发现的画像石及壁画
里的天文图像。 

汉武帝罢黜百家，独尊儒术。儒家讲的 是「孝悌忠信」，而「孝」的实践，在长
辈 在世的时候，是加意的奉养；而在长辈去世 时，则是豪华的厚葬。这也就是为
什么出土 的两汉古墓，多半都有雕工精美、色彩亮丽 的画像石和壁画的原因之一。
图像中除了日 常生活里的舞乐百戏之外，还有相当数量的 天文星象与神话图。
 
在河南省洛阳古墓博物馆的陈列室中， 我们看到了两千年前的先民眼中的宇宙。
 
解：「这个天象图呢，出土在一个距今两千 多年前，西汉时期的空心砖上，它是
绘制在 十二块空心砖上，一块砖就代表一个时辰。 第一块砖上绘制的是一个太阳，
太阳里面有 金乌。其它的五块砖上都绘制着彩云，彩云 中间还有一个一个的红
点，表示是一个星座 ，在第七块砖上是一个月亮，月亮里面有桂 树和蟾蜍。这幅
天象图可以说是我们国家目 前发现的，年代最早的一幅天象图，非常完 整。」 

在其它的天象图中，我们看到了中国古 老的星空划分方法。东方苍龙、南方朱雀、 
西方白虎、北方玄武，配合了神话的造型， 生动的表现了当时人们对夜空星象
的诠释。 

即使是结合了神话传说和造型的天象记 录，在科学上也有相当的价值。河南省南
阳 市汉画馆，收藏了大量的两汉画像石，其中 有些以神话图案作成的天象记录，
就相当具 有科学价值。 旁：在这些画像石上我们看到了北斗七星， 牛郎织女，
也看到了代表太阳的金乌背负着 日轮，代表月亮的月轮中间有蟾蜍。但是最 具有
科学意义的，要算是 "日月合璧" 了。 

在这幅图中金乌原来应该背负着日轮， 但是却背负着带有蟾蜍的月轮。我们相信， 
这是古人对日蚀的描述；带着蟾蜍的月轮遮 掩了日轮。这说明了，在公元一百
年左右的 汉朝，中国人就已经了解了日蚀的成因。 

古人常用 "金乌" 来代表太阳，这是因 为古人在观测太阳的时候，认为 "日中有
金 乌" ，所以在 "后羿射日" 的神话里，我们 看到了天上的金乌一个个中箭落地。 
这个 "金乌" 呢，我们现在认为，应该 就是 "太阳黑子" ，是太阳表面磁场活动
剧 烈的地方。磁场的活动限制了从太阳内部传 送到表面的能量，所以黑子区域的
温度比周 遭来的低，颜色来的暗。 

我国先民对于太阳黑子的观测，最早呢 可以追溯到三千多年前的殷商时代。不过
世 界上公认的最早的关于太阳黑子的记录，出 现在公元前28年，也就是西汉成帝
的河平元 年：「日出黄，有黑气，大如钱，居日中央 」。从西汉一直到清末，我
国史书上，总共 记录了两百七十多次的黑子现象。由这些记 录的日期和间隔，可
以算出太阳表面活动的 周期大约是十一年，这和现代天文学对太阳 周期的观测完
全符合。 

这些珍贵的黑子记录，对于研究太阳物 理、日地关系，以及气候变迁都有重要的
参 考价值。 

在欧洲，关于黑子的最早记录，出现在 公元 807年，比中国晚了八百多年。 主：
春秋时代留下了另一项古代先民重要的 观测记录。鲁文公十四年，也就是公元前
六 百一十三年，先民记录了一颗明亮的彗星， 「秋七月，有星孛，入于北斗」。
这颗明亮 的彗星就是我们现在所熟知的，每七十六年 来拜访一次的哈雷彗星。而
中国上古的这次 记录，也就是世界上最早的一次对哈雷彗星 所作的观测。 

那各位或许会奇怪，为什么我们不叫它 「春秋彗星」呢？毕竟它是中国人第一个
观 察到的。但是在这儿，我们不能怪别人，因 为哈雷彗星是一颗周期性的彗星，
这个七十 六年的周期一直到了十七世纪末期，才由英 国天文学家哈雷所确认。因
此我们在哈雷彗 星的观测上没有办法占尽光荣。 

这些上古中国重要而珍贵的天文观测， 并不是单单靠肉眼就能作出来的，上古先
民 们制作天文仪器的巧思和技术，是另一项让 我们惊讶赞叹的成就。 

相传三千年前，周公营建东都雒邑的时 候，为了要正日影，就在当时的阳城，也
就 是现在的河南省登封县告成镇，兴建了一座 土圭，用来测量日影跟四季的变化。
唐玄宗 开元十一年，也就是公元七百二十三年，仿 土圭旧制，用石表石圭代替。
这也就是我们 今天看到的，「周公测景台」的旧址。 

「表」，就是垂直竖立的一根长竿。立 竿见影，测量日影的长短变化，可以帮助
我 们分辨四季。夏天的中午，因为太阳的位置 较高，所以影子较短；冬天的时候，
太阳位 置较低，影子也就比较长。 

为了精确地测量日影长短，古人使用「 圭」。「圭」，就是一把用来度量日影的
玉 尺，又叫「量天尺」。南北平放，与「表」 垂直，就组成了「圭表」。 

「圭表」的用途很广，可以决定方位， 确立四季，校正历法，推定节气。对农渔
牧 业都有深远的影响。历朝历代都使用「圭表 」观测日影，但是一直到了元朝，
才由郭守 敬把「圭表」的应用发展到了极致。也就是 在元朝，中国古代天文观测
的成就达到了世 界的顶峰。 

元世祖忽必烈雄才大略，入主中原以后 ，看到百姓流离，民不聊生。他知道，要
达 到社会安定，必须先有良好的农渔牧业，而 这个关键就在于「按天授时，以利
耕作」， 所以大力发展天文观测，重编历法，确定节 气。这整体发展天文的工作，
是由郭守敬来 总其成的。 

中国天文学史上，有一位伟大的天文学 家，是元朝的郭守敬。他不但修改跟创新
了 观测仪器，还在周公测景台的旧址上，亲自 建造了中国有史以来，第一座精密
观测用的 天文台。这座天文台包含了观星台跟量天尺 。观星台上有栏杆环绕，可
以架设仪器，进 行观测。 

台下的量天尺，也就是「卧圭」，是由 三十六方青石组成，全长一百二十八尺，
用 来测量日中的时候，日影的长度。石圭和表 槽的横梁上，都有水槽，用来测定
水平。 

历代所用的「表」，大多是八尺高。八 尺的表，一年的日影误差几毫米，而换算
成 时间上的误差，就是一两个小时。但是郭守 敬建造的这座观星台，把八尺的表，
增高为 四丈，也就是四十尺，大大的增进了测量的 精确度。 

「为了把这个时间搞的更准确，八尺表 扩大为四十尺，顶上搞了个大的横梁，底
下 搞了个大型的量天尺。在这地方，当时测了 一个回归年的长度为365.2425日，
即 365日 5小时49分12秒，可是呢，现代化仪器测一 个回归年长度为365天5小时
48分46秒，年差 26秒钟。」 

一年有三千一百万秒，而测量误差仅仅 26秒，这准确到百万分之一的精度，在公
元 1273年的世界上，的确无人能出其右。欧洲 所使用的历法，要到四百多年以后，
才达到 同样的精度。 

在欧洲，加利略在16世纪末，使用望远 镜，获得了好几项重大成就，其中之一就
是 有系统的研究了木星的四大主要卫星，这是 为什么今天木星的四大卫星我们统
称为 "加 利略卫星"。 

但事实上，在我们的战国时代，甘德就 曾经藉助 "窥管" ，观测到了木星的卫星。
 这 "窥管" 是什么东西呢？ 

"窥管" 又叫 "望筒" ，是一根两端口 径相等的中空竹管或金属管，它可以减少背
 景的光害，同时缩小了观测者的视野，再加 上适当刻度的辅助，就可以用来记录
星星的 位置，以及追踪行星的运动。 

古人进一步的使用 "窥管" ，把它装在 "浑仪" 的上面，借着 "浑仪" 的旋转，可
 以很方便地观测天上不同区域的星体。这也 就是现代赤道仪望远镜的前身。 
那浑仪，又是什么呢？浑仪是一种观测 天体，并记录天体坐标的仪器。我们现在
看 到的，就是珍藏在南京紫金山天文台，一架 明朝所造的浑仪，它除了中央的窥
管之外呢 ，还包括了描述地平的地平圈，通过天顶南 北的子午环，描述太阳跟行
星运动的黄道圈 ，跟平行于地球赤道的赤道圈，在中央的窥 管找到了星星以后，
由各个圆圈的刻划，就 可以决定这个天体的坐标。 

整个浑仪，坐在一个四方台上，上圆下 方，代表中国人天圆地方的观念。四角有
四 座铜山，代表天地山风的乾坤艮巽四座山， 山上原有铁链，拴住四只顽皮的龙，
好让他 们共同与中央的驼龙背负天球。 

最早发明 "浑仪" 的人，已经无从查考 ，史书上记载最早使用浑仪的人，是西汉
的 "落下闳" ，他曾经使用自制的浑仪，观察 过五大行星和天球的运动。 

当时所用的浑仪，结构可能相当简单， 但是后代历经东汉，魏晋，隋唐的不断改
革 增进，仪器愈做愈大，整个结构变得无比复 杂，所以后人就想法改进。 

元代的著名天文学家郭守敬，他把浑仪 整个拆散，加以简化，制成简仪，我们现
在 看到的，就是珍藏在南京紫金山天文台的一 件简仪的明代复制品。它包含有独
立的赤道 装置跟地平装置，上面还有窥管。郭守敬对 窥管做了革命性的改变，他
去掉了窥管的管 身，只在两端留下两个小圆洞，这样的装置 ，称做「窥衡」。整
个简仪的结构简单，但 是刻度精密，是近代中国，在天文望 远镜传入之前，最重
要的观测仪器。而同样 类型的赤道型望远镜，在欧洲，要到三百多 年以后的
1598年，才由第谷创造发明出来， 因此，郭守敬他所制作出来的简仪，可以说 是
近代天文学上赤道型望远镜的前驱。 

--
※ 来源:·哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn·[FROM: 202.118.239.188]