天文学一大成就 中国历书的突破(图)

2020-09-20 10:52 作者: 允嘉徽

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在邢台的郭守敬纪念馆。
在邢台的郭守敬纪念馆。(图片来源:Fanghong/wiki/CC BY-SA 3.0)

在西历使用之前,家家有本历书;大众化的历书不是民俗产物,实是中国古代天文学上大成就的展现与研究的积淀,把宇宙与人生会通为一。“史称帝王治天下以律历为先”,可以看到历书在治天下中的地位。

历书的重要性

说历书是农业社会的“农民历”,好像习以为常,然而,历代帝王治天下为何以校准历书为先呢?校准历书被各朝代视为大事,可见这不是一件小儿科的事呀!它呈现年的交替、月的望朔和四时节气,其中包含了对周天中日月星象的位置、运行的观测,也包含日月星象、天体黄道、赤道、白道和星宿之间的距离、角度和日食、月食、彗星的发生……等等的计算。一岁之历中浓缩了“天道”轨迹,天子也把历书当作顺乎天地、化育生民万物的指引。因此圣人视历书为宝物,蕴含天人合一的思想。

《崇祯十四年,礼部侍郎蒋德璟疏略》提到古今治历之家很多,“其最精者,汉洛下闳太初历以钟历,唐一行大衍历以蓍策,元郭守敬授时历以晷景,皆称推验之精,而晷景为近。”(清代《钦天监》录)郭守敬等所作的《授时历》(历也作“历”)推陈出新,全根据晷影实测,开后世新法之源,推验精准,在汉代以来的历书中达到最高标的位置。

《授时历》浓缩元代天文学成就

元世祖至元十三年,国境一统而无事,世祖忽必烈下诏改治新历;受命者有前中书左丞许衡、太子赞善王恂、都水少监郭守敬,还有文谦与枢密张易负责向上裁奏。王恂与郭守敬都是算术的佼佼者,他们率领南北各地日官,分掌国境内的实地测验推步,许衡深明历书之理,还有杨恭懿也参预其事。最后郭守敬总其成。

在制作新历书的过程,他们遍考历代的历书四十余家,昼夜实地测验,参古制创立新算法,推算极为精密。直到元世祖至元十七年《授时历》定稿,次年(西元1281年)冬至颁布。癸亥年,太史院又上奏《授时历经》、《历议》,说明其道理。

《授时历》是以天文测量学和数学为坚实的基础作成的,同时加上精良仪器的辅助,它改变了历代历书的推算方法,准确度领先历代。

一、计年准度领先世界300年

《授时历》制作时,发现南宋《统天历》测得的回归年长度在逐渐缩短。这个数字虽然很小,但是在岁岁年年经年累月之下,就会影响历书的准确度。郭守敬进一步精算后,得出一回归年的长度为365.2425日,这比西历所采用的《格里历》(1582年颁用)的发现早了300年。

二、历朝最优秀的历法

《授时历》废除了沿用了上千年的上元积年(也称积年日法)的计算方法,改采晷景实测,不仅大大减少积年累月的数据计算量,减少了错误率,也提高了计算精度。《授时历》“上推春秋以来冬至,往往皆合”(《元史》);《天府广记・卷二十九・钦天监》赞赏《授时历》“上考往古,自春秋献公以来二千一百六十余年,类皆吻合,不可谓不密矣。”

《授时历》被后代赞为中国古代最优秀的历法,使用时间也最长,从元代至元十八年颁布后,历经明代、到清初顺治帝时,360多年中行用的历法基本上是《授时历》,明朝建立后改用《大统历》只是改了月亮(太阴)的行度。同时,在元、明之际,《授时历》也对东亚的中华古文化圈的朝鲜和日本产生很大的影响。

三、创用新的计算方法测量更精准

对于天文现象测量,《授时历》运用新法计算(类似球面三角法),求得每天日长的伸缩变化、月行的迟疾、天体黄赤道间差距、天体黄赤道倾斜的内外度数、白道(月亮运行轨道)在天体黄道上的每月交会点位置等,都比旧的历书更精确。在此基础上编成了中国历史上最为优秀的历书《授时历》和星表。

四、四海观测达到古人未及的广度

天文观测,离不开天文仪器。郭守敬天赋异禀、巧思绝人,他改良、制作的仪器种类繁多,用途多元。世祖至元十六年,他任同知太史院事,奏进仪表式,并向皇上解释使用方法及其原理,说到天都晚了,世祖还觉得津津有味。于是,郭守敬随而进言敦请世祖造设天文台,派人实施全国性的测量。

于是,元世祖在大都造了一个宏大的天文台,同时,设置了十四个监候官、测验站二十七处。使得元朝在观察天象的范围达到古人未及的广度——东极高丽,西至滇池,南逾朱崖,北尽铁勒,而且精确度极高,“余分纤微皆有可考”。从此,八十年间,元朝一代的司天官都遵用郭守敬发明的天象观测仪器,都没有发生误差。

元世祖至元十三年(西元1276年),郭守敬已经将河南登封的周公观星台遗址重建成一个巨大的天文台,即今登封观星台,它邻近告成县,也称告成天文台。

研制精良的观测仪器

元世祖下令修历书时,郭守敬首先建言:“历之本在于测验,而测验之器莫先仪表。”他考核宋朝皇佑中汴京所造的司天浑仪和大都的天度不相符,两地测量南北二极约差了四度;刻画的表石,因为年代久了,也因为侵蚀不正确了。郭守敬都尽力考订失误而更正重制。

他新创和改良的测量仪器还很多,比如,他新创了简仪(简化浑天仪)、仰仪便于观察天象,改良圭表成高表又创作景符,以便测得清晰的日影长度,作窥几以观察月景,这些优秀的天文仪器“皆臻于精妙,卓见绝识”。

他又作候极仪,用来观测北斗七星、北极星所在以正天体位置,还作仰仪,“以圆求圆”,展现圆形的天空天象图,精确标示星官及相对位置,还改作立运仪让经纬线可以活动,又制“日月食仪”用来验正日月交食的时辰、“星晷定时仪”用来观测恒星位置以定时。另外还有正方案、丸表、悬正仪、座正仪,都是方便四方出行测量使用。此外,他又制作《仰规覆矩图》、《异方浑盖图》、《日出入永短图》,与上诸仪互相参考。他的将近二十种的发明大大提高了元代星象观测的准确度。那时共事的历书家许衡赞叹郭守敬是千年难得一见的人才,“度越千古矣”!

结语

天地间日月星宿的运行、日月蚀、彗星流星的发生昭示着天子治民之道的顺逆,四时阴阳的变化告诉人们一年中耕耘收藏的准据,还有日之出入、月之望朔,许许多多的人间事都仰仗正确的历书的指导。李谦《授时历议》说:“历法之作,所以步日月之躔离(运行距离),候气朔之盈虚,不揆(揣测、审度)其端,无以测知天道,而与之吻合。”

《授时历》的作者之一的郭守敬和东汉天文学奇葩张衡一样在太空中都留下了他们的名字,他们天纵英明、一生专精致志,宛然是衔负天命而来,把天道的密码留给人间!

 

参考资料

《元史》

《古今律历考》

《授时历议》

《授时历经》

《律历融通》

《天府广记・钦天监》

《崇祯十四年,礼部侍郎蒋德璟疏略》



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