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中国古代在天体测量方面的成就

[2007/8/3]
天体测量是研究怎样测定天体的位置和天体到达某个位置的时间(包括使用的仪器、工具和方法)来为各种实用的和科学的目的服务的一门科学。它是天文学中最古老、也是最基本的一个分支。恩格斯(1820—1895)在《自然辩证法》一书中指出,自然科学中最先发展的天文学起源于游牧民族和农业民族定季节的需要①。而决定季节的科学方法,最早就是从观测天体的位置和到达某个位置的时间开始的。在我国,在很古很古的时候设有“火正”这样的专门人员,他的任务是观测“大火”星(就是心宿二)的出没来向人们颁告时令。

我国古代在天体测量方面的成就是极其辉煌的。

世界最古老的星表之一——石氏星表

星表是把测量出的若干恒星的坐标(常常还连同其他特性)汇编而成的。它是天文学上一种很重要的工具。我国古代曾经多次测编过星表。其中最早的一次是在战国时期。它的观测者叫石申,是魏国人。他的活动年代大约在公元前四世纪。

石申编过一部书,叫《天文》,共八卷。因为这部书有很高的价值,所以被后人尊称为《石氏星经》。《石氏星经》这部书已经在宋代以后失传,今天我们只能从一部唐代的天文学书籍《开元占经》里见到《石氏星经》的一些片断摘录。从这些片断中我们可以辑录出一份石氏星表来。其中有二十八宿距星(每一宿中取作定位置的标志星叫做这一宿的距星)和其他一些恒星共一百十五颗的赤道坐标位置①。

石氏星表的赤道坐标有两种表达方式。一种是二十八宿距星的,叫做距度和去极度。距度就是本宿距星和下宿距星之间的赤经差;去极度就是距星赤纬的余角。还有一种是二十八宿之外的其他星,叫做入宿度和去极度。所谓入宿度就是这颗星离本宿距星的赤经差。不论哪一种方式,它的实质和现代天文学上广泛使用的赤道坐标系是一致的。而在欧洲,赤道坐标系的广泛使用却是在十六世纪开始的。

恒星的赤道坐标会作缓慢的变动,这种变动的绝大部分是岁差造成的。因此,按照岁差规律,比较一颗恒星古今坐标的变化,可以推求出这个古赤道坐标的测定年代。

运用这个方法对石氏星表的数据进行推算,结果表明:其中有一部分的确是公元前四世纪测定的,而另一部分却是在东汉大约公元二世纪重新测定的。
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古希腊最早的星表是希腊天文学家依巴谷(约前190—前125)在公元前二世纪测编的。依巴谷之前还有两位希腊天文学家也测量过一些恒星的位置,但是那也是在公元前三世纪。他们都比石申的工作要晚。

《开元占经》中辑出的石氏星表里,在二十八宿部分还附有二十五个“古度”的数据。它们都是距度方面的量。

1977年在安徽阜阳出土了一件汉初的器物,是两块中心相通、叠在一起的圆盘。稍小的上盘,边缘均匀分布三百六十五个小孔。下盘边缘写有二十八宿名称和距度数,彼此间距和距度数相当。这些距度数和《开元占经》所列古度大体一致。上述圆盘的出土,证实了中国古代确实曾用过古度数据。

据王建民同志研究,古度数据和石氏星表距度的不同,是由于两者所取的距星不相同。古度的距星以亮星为主,这个体系的确定比石氏二十八宿距星体系原始。潘鼐同志认为古度的测定时代下限在公元前六世纪初。

古度数据只有赤经方面的量。因此,严格说来,这还不是一份完整的星表。但是,它的存在说明了中国古代天文学的发达,有力地证明了石氏星表的出现并不是偶然的。
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石氏星表是后世许多天体测量工作的基础。诸如测量日、月、行星的位置和运动,都要用到其中二十八宿距度的数据。这是我国天文历法中一项重要的基本数据。

从这个意义上讲,石氏星表也是战国到秦汉时期天文历法发展的一个重要基础。

星图的绘制

星图是恒星观测的一种形象记录,又是天文学上用来认星和指示位置的一种重要工具。它的意义就好像地理学上的地图。

在星图的绘制上,我国古代有悠久的传统。不算那些示意性的星图或仅仅画出个别星组的图形,作为恒星位置记录的科学性星图,大约可以追溯到秦汉以前。
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我国的星图起源于古代盖天说的一种示范仪器,这个仪器叫盖图。它有点类似今天天文教学上用的活动星图。盖图的底图就是一张全天星图。西汉后期(公元前一世纪)成书的讲“盖天之学”的《周髀算经》上有所谓“七衡图”,这个图上有七个等间距的同心圆,圆心就是天北极。最小的圆相当于今天所说的夏至圈,最中间的圆就是天赤道,最大的圆相当于冬至圈。盖图的底图也就是七衡图,在夏至圈和冬至圈之间有一个和它们相内切的圆,那就是黄道。黄道附近画上了二十八宿等恒星。如果在这张图上蒙一块薄丝绢,绢上画一个表示人目所见的范围的圆圈,那么把底图绕着天极反时针方向旋转,就可反映出一天内和一年内夜晚所见星空的大概情况。

盖图随着盖天说的过时,到两汉以后也逐渐消失。但是它的底图作为星图却逐渐发展起来,成为一种独立的重要的天文学工具。

一个发展是图上星数的增多。

从《汉书·天文志》的记载可以知道,东汉初年的星图上所载的恒星有一百一十八组,每组一个名称,中间包含一颗或一颗以上的星,一共有七百八十三颗星。

星数最多的是三国时期吴太史令陈卓所画的星图。陈卓把当时天文学界存在的石申、甘德、巫咸三家学派所命名的恒星,并同存异,合画成一张全天星图。图上一共有星二百八十三组,一千四百六十四颗。陈卓的工作一直被后世的天文学家奉为圭臬。

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