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第11章 天文科学知识(2)

中世纪伊斯兰教国家所使用的历法,以其中的两种最为有名,并且一直沿用至今。一种是以黑蚩拉为纪元的回历,另一种是以伊嗣侯为纪元的波斯历。伊在伊斯兰历法中一年只有354天,比西方通用的格利高里历法少11天。

波斯历

波斯历为太阳历。波斯王伊嗣侯三世于继承王位之时改历,所以历元从这一年算起。波斯历伊嗣侯纪元元年的1月1日相当于公元632年6月16日。公元840年左右所编撰的历数书卷首就记录了波斯历。波斯历除第8月为35天外,其余各月均为30天,而且波斯历中的每月和每日都有专名。

阿拉伯人特有的仪器——星盘

星盘是一种测量天体高度的仪器,其主体是个圆形铜盘,盘的背面安装有一个可绕中心旋转的窥管。它可以应用在教学,航海和测量等领域,在欧洲和伊斯兰国家曾长期使用,直到18世纪中叶才被六分仪所代替。

中国天文学

中国是世界上天文学起步最早、发展最快的国家之一,几千年来积累了大量宝贵的天文资料,为各国天文学家所瞩目。就文献数量而言,天文学仅次于农学和神学,可与数学并列,是中国古代最发达的自然科学之一。

中国古代天文学的萌芽

从远古到西周末期是中国古代天文学的萌芽时期。《尧典》中就记载了中国历法的基本内容,早在公元前24世纪中国就设立了专职的天文官,专门从事“观象授时”。而且,从这一时期出土的甲骨文可以得知,夏朝和商朝的天文历法在人们的日常生活中发挥了很大的作用,那时已有日食、月食的记载。西周时期,天文学得到了更大发展,《诗经》上就记载了许多天文知识。到了西周末期,中国的天文学已经发展得初具规模。

体系形成时期

从春秋到秦汉,是中国天文学体系的形成时期。春秋时,中国天文学已经处于从一般观测到数量化观测的过渡阶段。战国时期已有天文学的专门着作,如《甘石星经》。战国后期,二十四节气也逐步形成,它们被记载于《淮南子》中。汉武帝时开始使用的《太初历》是中国第一部有完整文字记载的历法。东汉科学家张衡发明了地动仪,他是浑天说的代表人物。总之,到汉代为止,中国古代天文学的各项内容已大体完备,一个富有特色的体系建立起来了。

中国古代的日食观测

一般认为,世界上最早的日食记录是中国《尚书》中记载的夏朝仲康王时代的一次日食。其实,从春秋时期开始,中国就有完整的日食记录,而且被妥善地保存了下来。古代的日食记录有重要的科学价值,利用它们可以解决上古年代学和古代历法中一些悬而未决的问题。

北京古观象台

北京古观象台位于北京市建国门立交桥西南角,它始建于明正统七年,是世界上最古老的天文台之一,为明清两代的皇家天文台。从明朝正统年间,到1929年止,北京古观象台连续从事天文观测达五百年之久,在世界上现存的古现象台中,保持着连续观测时间最长的历史记录,而且,它还以建筑完整和仪器配套齐全在国际上久负盛名。

登封观象台

登封观象台是中国古代的天文观测台之一,位于河南省登封市东南15千米处。现存的观象台始建于元朝初年,具有测影、观星和记时等功能,是一座具有重要科学研究价值的古代科学遗产。

繁荣发展时期

从三国到五代是中国天文学繁荣发展的时期,在历法、仪器、宇宙理论等方面都有不少创新。三国时的杨伟创制了《景初历》。东晋的虞喜发现岁差,南朝的祖冲之把它引进历法,将恒星年与回归年区别开来,他测定出一个交点月的日数为27.21223°何承天测算出了更精确的朔望月数值。隋朝首先使用《开皇历》,后改用张胄玄的《大业历》。唐朝和五代时期,天文学更加发达,在历法、仪器和宇宙理论方面都取得了不少成就。

有鼎盛到衰落

从宋初到明末,是中国古代天文学从鼎盛走向衰落的时期。宋代人发明了指南针,并且观测记录了超新星,绘制了恒星星图,制作了水运仪象台和浑天象。元代忽必烈时组建了一支天文队伍,由王恂、郭守敬主持,从事制造天文观测仪器、测量和编制新历的工作,取得了极大成就,将中国古代天文学推向了新的高峰。虽然明代的天文学家也进行了天象观测,但很少发明创造,是中国天文学发展史上的一个低潮。

中西天文学的融合

从明末到1840年鸦片战争爆发,是中国天文学和西方天文学相融合的时期。明朝末年,欧洲耶稣会传教士来到中国,他们带来了较为先进的天文学知识,在当时出版了许多有关欧洲天文学的着作。清代编着了一些大型天文学专着,并且整理了经书和史书中的天文资料,还组织过两次大规模的天文测量,这些都推动了天文学的发展,

欧洲天文学着作的出版

在中国出版的有关欧洲天文学知识的着作有:《浑盖通宪图说》(1607年)、《简平仪说》(1611年)、《表度说》(1614年)、《天问略》(1615年)、《远镜说》(1626年)等。这些着作多数是介绍欧洲的天文仪器。如《天问略》一书就介绍了托勒密地心体系和伽利略用望远镜观测到的一些崭新结果。在这些着作中,除了《浑盖通宪图说》一书是天文学家李之藻自己所写之外,其他都是耶稣会士在中国学者的协助下写成的。

《崇桢历书》

明崇祯年问,政府命令徐光启在北京宣武门内组成百人历局,聘请耶稣会士邓玉函、罗雅谷、汤若望等参加编译历法着作。经过5年的努力,成书137卷,命名为《崇祯历书》。《崇祯历书》与中国古代天文学体系最为显着的差别在于,它采用了第谷的宇宙体系和几何学的计算系统;引入了地球和地理经纬度的概念;应用球面三角学,采用欧洲通行的度量单位,分圆周为360°,分一日为96刻,24小时,度和时以下采用60进位制。

向欧洲天文学学习

明末,中国学者向耶稣会士学习了欧洲天文学中的一些计算方法。万历三十八年(1611年),徐光启运用西方的天文计算方法预报了将要发生在这一年1月的日食。经过观测证明,这个预报,比较准确,这引起了当时人们对西方天之学的关注。

近现代天文学的发展

1543年,哥白尼《天体运行论》一书的出版,标志着近代天文学的开始。但是,这部书被传教士带到中国后,书中的重要内容却未向中国读者介绍。中国真正了解哥白尼学说的伟大意义和近代天文学的面貌,则是李善兰与英国人伟烈亚力于1859年合译《谈天》以后。所以,从鸦片战争到20世纪80年代初是中国近现代天文学的发展时期。

传教士来华

明朝末年,欧洲耶稣会传教士来到中国。早期来华的意大利人利玛窦,曾多次向外界传达中国人对天文知识的兴趣。在他的影响和请求下,后来来华的耶稣会士大都受过专门的训练。他们传授的天文学知识受到当时进步知识分子的欢迎。

天文台的建立

首先在中国设立近代天文机构的是西方列强。1873年,法国在上海建立徐家汇天文台,1894年日本在台北建立测候所,1900年德国在青岛设立气象天测所。这些机构都是列强侵华的工具,主要是为他们的军舰在中国沿海活动提供情报。新中国成立后,中国科学院接管了原有的各天文机构,并进行了调整和充实。

郑和与航海天文

1405~1432年,明朝人郑和奉命七下西洋,他能出色地完成任务,与其掌握了当时世界上最先进的航海技密切相关。在《郑和航海图》中,不但有许多天体定位数据,而且还有利用航行过程中观测天体高度的变化进行导航的《过洋牵星圈》。

中国古代历法

中国古代历法大多数为阴阳合历,主要研究的内容是日、月及五大行星的运动规律。史籍所载,中国古代历法前后有近一百部,其中由官方正式颁行的有五十余部。各部历法在具体内容和治历方法上有承袭也有变革。

中国古代历法的基本元素

日、气、朔是中国古代历法的基本元素。中国从殷商时期起就采用干支纪日。从甲子到癸亥,六十干支轮流循环使用。“气“是中国古历的阳历成分。从冬至点开始到下一个冬至点为一年(回归年),一年分成二十四个“气”,称为二十四节气。朔是中国古代历法的阴历成分,日月的黄道经度相同的时刻就叫做朔。

计算历法

中国古代历法的计算包括对日、月、五星的运动和位置的计算;对昏、旦中星和时刻的测定以及对日、月食的预报等等。就某种程度来说,中国古代的历法就是一种编算天文年历的工作。它包括中国古代天文学的许多重要内容,它的发展是中国天文学史的一条主线。

朔望

朔是指月球与太阳的地心黄经相同的时刻。望是指月球与太阳的地心黄经相差180°的时刻,这时地球处于太阳与月球之间。从朔到下一次朔或者从望到下一次望的时间间隔,称为一朔望月,约为29.53059日。

二十八宿创立的时代

关于二十八宿产生的时间,有殷末周初、公元前5世纪等说法。但是有人认为,二十八宿产生在距今约5000前,这是二十八宿体系创立时代的上限。

岁星纪年

中国古人很早就认识到木星约十二年运行一周天。于是人们把周天分为十二分,称为十二次,由于木星每年行经一次,所以人们就用木星所在的星次来纪年。因此,木星被称为岁星,这种纪年法被称为岁星纪年法。此法在春秋战国之交很盛行。汉太初以后,岁星纪年法与后世的干支纪年法相连接,东汉时又改用《四分历》,废止了岁星纪年法,沿用于支纪年法。

上元积年

古代历法中一般都设有历元,作为推算的起点。从历元往上推,求得一日、月的经纬度正好相同、五大行星又聚集在同一个方位的时刻,这个时刻称为上元。从上元到编历年份的年数叫做积年,通称上元积年。有了上元和上元积年,历法家计算日、月、五星的运动和位置时就较为方便。

三正

三正指三种不同岁首的历法。“正”是指正月。三正是夏正、殷正、周正。古人大都认为夏朝用夏正、商朝用殷正、周朝用周正。《史记·历书》中认为,三种历法是轮流交替使用的。近代,有科学家提出,三正交替之说,只是春秋战国时宣传改变历法的托词,未必真有其事。科学史专家钱宝琮更认为,所谓夏、殷、周三种历法,实际上只是春秋时代夏、殷、周三个民族地区的历法,而不是三个王朝的历法。

藏历

藏历是中国藏族的历法,它已有一千多年的历史。在拉萨大昭寺前的唐蕃会盟碑上还有藏历与唐历的对照。藏历是阴阳合历,将一年分为四季,以冬、春、夏、秋为序。12个月以寅月为岁首,一个闰月,用来调整月份和季节的关系。由于受到汉历的影响,从公元9世纪以来,藏历也一直采用干支纪年法,它的不同之处是以五行代替十干。

岁实和朔策

清朝的历法称以日为单位的回归年长度为“岁实”,朔望月长度为“朔策”。近代人在历法史研究中也大都沿用这些名称。但是,这两个名称的含义有一个演变过程。唐《崇玄历》中开始用岁实、朔实等名称和数值,但这些数值还必须除以分母“通法”,才得到以日为单位的回归年长度和朔望月长度。宋朝历法中开始有朔策的名称,意义也和朔望月一致。金朝《大明历》中的“岁实”的意义和《崇玄历》相同。由此可以看出,岁实和朔策经历了多次变化。

斗建

斗建指农历的月建,它的意义是《史记·历书》中所说的“随斗杓所指建十二月”。在中国古代,人们发现在不同季节的黄昏,北斗斗柄的指向是不同的。因此,人们把斗柄的指向作为确定季节的标准。春秋战国时期,为使斗柄指示的方向与月份密切配合,人们将地面分成十二个方位,分别以十二地支来表示,如:正北为子,东北为丑、寅,正东为卯等等。

干支

干支是以六十为周期,用以纪日、纪年的方法。它以十天干:甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸和十二地支:子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、成、亥相配组成。干支在中国历法史上占重要地位,早在殷商时代就使用干支纪日。

闰周

闰周是设置闰月的周期。在阴阳历中,12个朔望月比一回归年少11天,需要设置闰月来调整季节。但是,闰周的名称古人很少使用。后人把章岁和章闰合称为闰周。西汉制定《太初历》时,规定以无中气之月为闰月,此后都采用这种置闰方法,新的闰周是更精密地测定回归年和朔望月之后的自然结果。它对于安排闰月的意义不大。从唐代的《麟德历》起,就不再设定闰周。

历元

为了推算每年的历谱,首先要确定一个计算起点,这就叫做历元。某年十一月甲子日的夜半,就常常被当做历元。

十二星辰

十二星辰是中国古代对周天的一种划分法,大抵是沿天赤道从东向西将周天等分为十二个部分,用地平方位中的十二支名称来表示,即:子、丑、寅、卯,辰、巳、午、未、申、酉、成、亥。它与二十八宿星座有一定的对应关系。

十二次

中国古代为了观测日、月,五星的位置和运动,把黄赤道带自西向东划分为十二个部分,称为十二次。十二次的名称依次是:星纪、玄枵、娵訾降娄、大梁、实沈、鹑首、鹑尾、寿星、大火,析木。一般认为,十二次的创立是起源于对木星的观测。这样就可以用木星所在的次来纪年。

近代天文学

从16世纪哥白尼引发天文革命开始,天文学的发展进入了全新阶段。近代天文学大致可以划分成三个时期。16~17世纪:天文学在摆脱宗教束缚的同时,逐步形成一门近代科学。18~19世纪:经典天体力学达到了鼎盛时期。20世纪:科学物理学和现代技术的发展使天体物理学成了天文学的主流。

天体物理学的诞生

150年前,照相技术和光谱技术开始应用在天文观测中,单纯以肉眼作为天文探测器的时代结束了,天体物理学诞生并发展成为现代天文学的主流。

近代天文学的兴起

中世纪之后,天文学在欧洲重新兴起,这应该归功于生产力的发展。商品经济的发展导致远洋航行的发达,为此,人们迫切需要天文仪器,需要恒星、行星的运动星表,当然也需要能够测定经纬度的方法。这就为天文学的发展提供了巨大的推动力。而冶金、机械制造等生产部门的兴起,加上印刷术的传播,进一步为天文学的发展提供了物质条件。文艺复兴作为思想解放运动为打破地心体系提供了思想动力和精神基础。天文学也由此首先进入近代科学的大门。

近代天文学的发展

18~19世纪是近代天文学的发展时期。由于科学技术的发展,天文望远镜及其终端设备、附属配件的性能越来越好,这就使天体测量的精确度日益提高,从而引发了一系列重大发现,如恒星自行、光行差等。而天体测量学的进步,又推动了天体力学的发展。另一方面,技术的进步使人们所认识的宇宙范围越来越广阔。19世纪中叶,天体物理学诞生。从此,人们得以逐步认识天体的物理本质。

天体力学的发展

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