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中国黄历

中国古代的历法成就

[作者:陈久金]  [2007/8/3]
什么叫历法?简单说来,就是人们为了社会生产实践的需要而创立的长时间的纪时系统。具体说,就是年月日时的安排。时间的计量单位也和长度、重量等计量单位一样,是人为规定的。但是,人们的实践告诉我们,利用和生产实践密切有关的自然现象的变化规律作为天然计量时间的尺度,这对人们计量时间的工作,将带来极大方便。于是,反映季节变化规律的“回归年”、反映月貌变化规律的“朔望月”和反映昼夜变化规律的“太阳日”,便组成三个大小合适的时间计量单位。这三种计量单位并用的历法,人们称作阴阳历(例如农历);只考虑回归年变化的称作阳历(例如现行的公历);固定十二个朔望月作为一年的称作阴历。
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我国古代历法的起源是很早的。有原始的农牧业就应该有原始的历法。早期的历法现在只留下片言只语的传说,难以深入考究。成文的历法从周末到汉初的《古四分历》开始,经过多次的历法改革,在改革和斗争中不断进步和完善,达到了相当高的科学水平,取得了一个又一个成就。我国古代的历法大都使用传统的阴阳历,但是所包含的内容却不仅仅是年月日时的安排,还包括日月五星位置的推算、日月食的预报、节气的安排等等。历法的改革,包括了新的理论的提出,精密天文数据的测定,计算方法的改进等等。我国古代的历法成就,在世界天文学史上占有相当重要的地位。下面只介绍几个主要方面。
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对太阳视运动的研究
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由于地球的自转轴并不和它的公转轨道平面垂直,黄道和赤道相交成二十三度半左右的夹角,这就使得同一地区太阳地平高度作规律性的变化,形成这一地区气候寒暖的更替。因此,对于太阳视运动的研究直接关系到历法的制定。研究太阳视运动的方法有两种:一种是测量中午时候日影的长度变化,来决定季节的变化和测定回归年的长度(古代称作“岁实”)。这种观测所使用的仪器是圭表。一种是测定太阳在恒星间的位置,研究太阳一年中运动的快慢变化和测定冬至点逐年变化的数值(称作“岁差”)。使用的仪器是浑仪等测角仪器。下面主要讲三项:

冬至时刻的测定和回归年长度的推求

冬至、夏至在战国时期以前称作“日南至”、“日北至”,表明冬至是一年中日在南天最低位置的一天,日影最长,夏至是日在南天最高位置的一天,日影最短。由于冬至影长,夏至影短,冬至的测定结果比夏至要精确一些。

只有准确测得冬至的时刻,才能准确地预报季节;有了几次准确的冬至时刻,就能得到岁实的数值。因此,测定准确的冬至时刻是我国古代历法工作者的重要课题。保留下来的我国最早的冬至时刻的观测记录是在春秋时期的鲁僖公五年(公元前655年)和鲁昭公二十年(公元前522年)。

从理论上说,测得相邻两次冬至时刻,就能求得回归年的长度。但是,由于用土圭简单地观测日影的变化所定出的冬至日期并不很准确,可能有一二日的误差;另一方面,每次到达冬至的时刻并不正好在日中,简单地用土圭观测,并不能得到冬至发生在某41                                                                                          一天中的确切时刻。古人为了弥补这一缺点,尽量利用相隔多年的冬至日的观测记录,以便减少观测误差给推求回归年长度带来的误差。

春秋时期末年(公元前五世纪),我国开始使用《古四分历》,它的岁实是三六五·二五日,这是当时世界上所使用的最精密的数值。希腊的《伽利泼斯历》和我国的《古四分历》相当,但是要比我国晚大约一百多年。《古四分历》规定十九年中置七个闰月,就是十九个回归年正好有二百三十五个朔望月,那么一个朔望月等于二九·五三○八五日,也比较精密。《古四分历》的创制是一项具有世界意义的伟大贡献。

随着社会的进步和科学的发展,人们对于历法提出了越来越精密的要求。《古四分历》使用了一个时期以后,人们就发现历法所推的气朔逐渐落后于实际天象。为了避免这一现象,必须改用新的历法,来纠正这一误差。西汉《太初历》和东汉《四分历》就是通过改元的办法来纠正误差的。但是,人们逐渐懂得,不断改元并不能从根本上解决问题。东汉末的刘洪认识到误差的产生是由于《四分历》的岁实太大,他第一次减小了岁实,这样就提高了历法的精度。

要进一步提高历法的精度,必须从冬至时刻的测量方法上改进。西汉以后,人们就已经习惯使用八尺高表来测定冬至的日期。但是,用八尺高表简单地进行测量,并不能得到理想的结果。于是人们曾想过好多改进的方法。南北朝时期的祖冲之(429—500),首先从观测技术的改进上达到了提高观测精度的目的。由于冬至前后的影长变化不太明显,这给冬至时刻的准确测定带来困难,更重要的是简单的测量只能得到冬至发生的日期,而不能得到一天中什么时刻是冬至。祖冲之想出一个新的方法,他不直接观测冬至那天日影的长度,而是观测冬至前后二十三四日的日影长度,再取它们的平均值,求出冬至发生的日期和时刻;又由于离开冬至日远些,日影的变化就快些,所以这一方法提高了冬至时刻的测定精度。祖冲之制定的《大明历》的岁实取三六五·二四二八日,这在当时来说是很精密的,只有到了南宋以后的几个历法,才能达到或超过他的水平。宋代《明天历》以后的历法,采用更多的观测点,并加大了两个冬至时刻年代的间隔,这样就减小了所求回归年数值的误差,才更加提高了精度。

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