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天学体系的标志:理论、仪器、历法

[2007/8/10]
天文科学在先秦时期奠定基础之后,秦汉时期进入了整个体系的形成时期。这是一个极其重要的时期,是一个轰轰烈烈的大建树、大收获时期。

一、天学理论

汉代的天体结构理论,主要有宣夜说、盖天说、浑天说三家。

1.宣夜说
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这是一个很有特色、很有见地的学说。

这个学说的创始人是谁,已经不得而知了。传下这个学说的,是这位创始人的学生棗担任秘书郎的郄萌。

据《晋书·天文志》记载,郄萌曾听他的老师说:天空是一个没有任何物质的空间,高远得无边无际。人们眼望上天一片苍茫,似乎是有颜色的。这就像是很远处的黄色山峦,可人们远望时看到的却是一片苍翠;又像是俯视千仞的深谷,一片黝黑。但苍翠与黝黑都并非它们的本色。日月星辰这些天体在无边无际的天空中自由地飘浮,没有任何的牵系,一切运动都由“气”来决定。
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这个学说的出色之处,在于阐述了宇宙的无限性,否定了虚构“天壳”的存在,这是很了不起的。但它对日月星辰等天体的运行规律没有具体的阐述,更没有可供天文学家们使用的数学模式。于是,天体的运动就根本无序可言,这个学说也就失去了实用的价值。

所以,尽管这个学说充满了光彩,但这光彩被它的不足掩盖了,在当时难为世人赏识。

2.盖天说

产生于春秋战国时期的“天圆地方”的盖天说,后来又有许多的变化。特别是对于“天壳”的形状,产生了三种不同的说法:一说天如车盖;一说天形如笠;一说天如倚车盖。但这些都是次要的,关键是完善了一整套的数学模式。
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盖天说的数学模式记载在《周髀算经》一书中,它描述的太阳运动轨迹,集中体现为七衡六间图。

盖天说的天体结构与数学模式,其实并不怎么样。它只是早期的一个学说,尽管汉代还有人为之修修补补,但毕竟已经衰落了。特别是西汉末年著名学者扬雄提出了难盖天八事以后,信从盖天说的人就更少了。

3.浑天说

种种的迹象显示,浑天说也应该是一种较早的学说。汉代是浑天说迅速崛起并取得主导地位的时代。在这个时代里,主张浑天说的人和文献很多,但现在能流传下来的却已经很少。学术界公推的代表说法,是张衡的《浑天仪图注》。虽然这本书是否真是张衡所作还有争议,但书中所阐述的确实可以作为汉代浑天说的代表性见解。
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《浑天仪图注》中所说的浑天说是这样一派景象:

宇宙就像一个鸡蛋,天壳浑圆而包裹在外,大地如同蛋黄而在这内中,天大而地小。天与地都浮在水上。天凭着气而不坠落,地浮在水上而不坠落。

这是一个早期的浑天说,到了后来,又有学者把天壳内半是气半是水改为全是气,形成了晚期的浑天说。

浑天说在天文学界受人注目的是它的数学模式:

周天365□度,大地182□度浮在水上,182□度沉于水下。北极高出地36度,南极入地36度。赤道是与极轴垂直,横截天球为两半,黄、赤道的交角为24度。黄道上的夏至点去极67□度,冬至点去极115□度。这些数值与现代的准确值非常接近(现代周天度数为360度,两相折算,各项数值都与现代值极其接近),这就使浑天说在古代确立起了独尊的地位。

无论是宣夜说、盖天说,还是浑天说,从本质上来说都是思辨性的,而不是实证性的,这是由于古代时期的客观条件所决定的。但就在这思辨之中,依然体现出了古代学者们的实际观测成果与高度智慧的思辨能力。

二、浑天仪器

汉代天文科学的丰硕成果,既得益于天文仪器的进步,同时也包含这些天文仪器在内。

西汉初年,为了制订太初历,由落下闳对原有的浑天仪作了改进,并用它重新测量了二十八宿的距度。

汉宣帝时,耿寿昌创制出了第一架浑象仪器。

东汉永元四年(公元92年),民间天文学家傅安在传统的浑仪上增加了一道黄道环。这一改进引起了著名学者贾逵的重视,他在永元十五年(公元103年)主持制造浑仪时,吸取了这个成果,并特地命名为“太史黄道铜仪”。这时期天文仪器制造的最高峰,是张衡所制的水运浑象。

这些天文仪器,可分为浑仪与浑象两类。

1.浑仪

浑仪是根据浑天说理论制造的、用于观测天体的仪器。最基本的浑仪,具有固定不动的赤道环与能绕极轴旋转的赤径环(因为能绕极轴旋转,故习惯称之为“四游环”),赤径环上装置有窥管。

使用时,先将浑仪的赤道环的位置与大地的赤道圈对准,然后再将窥管对准所要观测的天体,在赤道环上就能读出具体的数值(古代中国习惯使用“去极度”、“入宿度”为基本数值)。

以赤道环为观测的基准,是建立在古代中国天文科学以赤道坐标为基准坐标的基础之上的(参见第一章第四部分)。但中国古代天文科学并不排斥其他坐标体系,所以后来会增加黄道环、白道环、地平环、子午环以及二分二至环、百刻环等。每增加一道环,就能使一次观测多读出一个数值,也就使观测的精度更加提高。

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