自制发动机教程:中国国学网--中国古代天文学-- 由鼎盛到衰落（从宋初到明末）

发布时间： 2009-12-1 11:02:28 被阅览数： 次 来源： 牧夫天文网
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唐末的藩镇割据和五代十国的混乱局面，以来的统一而告结束。中国的封建经济在宋代(公元960～1279年)得到进一步的发展。生产的发展又大大地推动了科学的前进，被马克思誉为“最伟大的发明”的火药、印刷术和指南针，就是中国人在末代完成的。作为自然科学之一的天文学在这一时期也取得许多重要成就。
关于1006年和1054年的超新星的出现，特别是1054年的超新星记录，成为当代天文学研究中极受重视的资料。在这颗超新星出现的位置上，现在遗留有一个蟹状星云，这是当代最感兴趣的研究对象之一。
这一时期先后进行过五次恒星位置测量：第一次在大中祥符三年(公元1010年)，第二次在景枯年间(公元1034～1038年)，第三次在皇枯年间(公元1049～1053年)，第四次在元丰年间(公元1078～1085年)，第五次在崇宁年间(公元1102～1106年)。其中元丰年间的观测结果被绘成星图，刻在石碑上保存下来，这就是著名的苏州石刻天文图。
元丰年间的观测结果，同时也以星图的形式保存在苏颂著的《新仪象法要》中。《新仪象法要》是为元枯七年(公元1092年)制造的水运仪象台而写的说明书，它不但叙述了150多种机械零件，而且还有60多幅图，是研究古代仪器的极好资料。
苏颂和韩公廉在完成水运仪象台以后，又制造了一架浑天象，其天球直径大于人的身高，人可以进入内部观看。在球面上按照各恒星的位置穿了一个个小孔，人在里面看到点点光亮，仿佛天上的星辰一般。今人把这种仪器也称为假天仪，它是现代天文馆中星空演示的先驱。
与苏颂同时代的沈括在天文学上也有重要贡献。熙宁七年(公元1074年)他在制造浑仪时省去了白道环，改用计算来求月亮的白道坐标，这是中国浑仪由复杂走向简化的开始。沈括还用缩小窥管下端孔径的办法来限制人目挪动的范围，以减少照准误差；又用观测北极星位置的方法来校正浑仪极轴的安装方向。他在漏壶方面也有改进，并且从理论上研究了漏壶在不同季节水流速度不等的问题，提出一个相当于真太阳日和平太阳日(见日)长度之差的问题。更重要的是沈括在历法上独树一帜，提出十二气历，“直以立春之一日为孟春之一日，惊蛰为仲春之一日，大尽三十一日，小尽三十日；岁岁齐尽，永无闰月。”(《梦溪笔谈·补笔谈卷二》)这实际上是一种阳历，由于传统习惯，这个历法未能实行。
在宋代三百多年间实行过的历法有18种，其中比较有创造性的是北宋姚舜辅的《纪元》(1107年)和南末杨忠辅的《统天历》(1199年)。《纪元历》首创利用观测金星来定太阳位置的方法；《统天历》确定的回归年数值为365.2425日，和现行公历的平均历年完全一样，但比公历(1582年)的颁行早383年。《统天历》还提出的回归年的长度在变化，它的数值古大今小。
宋代的思想家对自然现象有较多的讨论。在天文学方面讨论得较多的是天体的运行和天体的形成问题。其中较有代表性的人物是张载和朱熹。
张载提出，一年中间昼夜长短的变化，是阴阳二气的升降使大地升降所致；一日中间天体的东升西落，是大地乘气左旋的结果。张载并且认为空间和时间是物质存在的形式，宇宙到处充满了气。“气不能不聚而为万物，万物不能不散入大虚，循是出入，是皆不得已而然也。”
朱熹虽然主张宇宙循环论，但对于具体天地(相当于太阳系)的形成过程则有完整的见解。他从旋涡水流把物体卷入旋涡中心的现象出发，认为“天地初间只是阴阳之气。这一个气运行，磨来磨去。磨得急了，便拶许多渣滓，里面无处出，便结成个地在中央。气之清者便为天，为日月，为星辰，只在外，常周环运转；地便只在中央不动，不是在下”(《朱子语类》卷一)。在今天看来，这个学说自然有很多错误，但比起朱熹以前的天体演化思想来却前进了一步。
1276年元军攻下南宋都城临安(今杭州)以后，忽必烈把金、宋两个司天监的人员集中到大都(今北京)，再加上新选拔的一些人才，组成了一支强大的天文队伍。这支队伍在王恂、郭守敬主持下，从事制造仪器，进行测量和编制新历，在短短的五年时间(1276～1280年)中取得了极大的成就，将中国古代天文学推向新的高峰。
第一，制造了多种新仪器，其中简仪、仰仪、高表、景符、正方案和玲珑仪等都具有新意。简仪是对浑仪进行革命性改革而成的，它的设计和制造水平在世界上领先三百多年，直至1598年著名天文学家第谷发明的仪器才能与之相比。仰仪是用针孔成像原理，把太阳投影在半球形的仪面上，以直接读出它的球面坐标值。高表是把传统的八尺表加高到四丈，使得在同样的量度精度下，误差减少到原来的五分之一。景符是高表的辅助仪器，它利用针孔成像的原理来消除高表影端模糊的缺点，提高观测精度。正方案是在一块四尺见方的木板上画19个同心圆，圆心立一根表，当表的影端方的木板上画19个同心圆，圆心立一根表，当表的影端落到某个圆上时就记下来，从早到晚记完后把同一个圆上的两点联接起来，它们的中点和圆心的联线就是正南北方向；如果把它侧立过来，还可以测量北极出地高度，这是一种便于携带到野外工作的仪器。玲珑仪和苏颂、韩公廉所造的浑天象相似，是一种可容人在内部观看的表演仪器。
1281年以后，郭守敬还创制了不少新仪器，其中大明殿灯漏是最突出的一项。它是一个外形像灯笼球用水力推动的机械报时器。上面还布置有能按时跳跃的动物模型，这同欧洲在机械钟表上附加的种种表演机械是一样性质的。
第二，进行了一次空前规模的观测工作。在全国27个地方设立观测所，测量当地的地理纬度，并在南起南海(北纬15度)，北至北海(北纬65度)，每隔10度设立一个观测站，测量夏至日影的长度和当天昼夜的长短。
第三，对一系列天文数据进行实测，并对旧的数据进行检核，选用其中精密的数据。例如，回归年数值取自南宋《统天历》，朔望月、近点月和交点月的数值取自金赵知微重修的《大明历》(1181年)和元初耶律楚材《西征庚午元历》。对于二十八宿距度的测量，其平均误差不到5’，精确度较宋代提高一倍。新测黄赤交角值，误差只有1’多。
第四，在大量观测和研究的基础上，于至元十七年(公元1280年)编成《授时历》，并于次年起实行。《授时历》用三次差内插法来求太阳每日在黄道上的视运行速度，和月亮每日绕地球运行的速度，用类似球面三角的弧矢割圆术，由太阳的黄经求它的赤经赤纬，求白赤交角，以及求白赤交点与黄赤交点的距离。这两种方法在天文学史和数学史上都具有重要地位。
《授时历》从元代一直用到明亡(公元1644年)。在明代把它改名为《大统历》，但方法上只是把北京所见的日出日没时刻改为南京所见的时刻，以洪武十七年(公元1384年)为历元，省去了回归年百年消长之法等，其他都无改变。
元明两代除通用的《授时历》以外，在中国少数民族中间还流行一种从阿拉伯传来的《回历》。至元四年(公元1267年)，西域天文学家札马鲁丁进呈《万年历》，忽必烈曾颁行过。同年，札马鲁丁负责制造七件阿拉伯天文仪器，其中包括托勒密式的黄道浑仪、长尺，以及地球仪和星盘。至元八年(公元1271年)设立回回司天台于上都(今内蒙古自治区正蓝旗境内)，每年颁行回回历书。元亡明兴，将回回司天监人员迁至京师，在钦天监内设回回科，计算天象，颁布历书，与《大统历》进行比较，同时还翻译了一些天文书籍。
明洪武十五年，政府令吴伯宗、李肿和海达尔、阿答兀丁、马沙亦黑、马哈麻等合译波斯人阔识牙耳的《天文宝书》四卷，次年二月译成。书中说星分六体，这是星等概念在中国的初次出现，列有12个星座共30颗星的星等和黄经。成化六年至十三年(公元1470～1477年)贝琳将元统翻译的《七政推步》整理出版，这是一部系统介绍阿拉伯天文学的著作，其中包括277颗星的黄经、黄纬和星等的恒星表，这是中西星名第一次对译工作。《七政推步》中的历法部分，后经梅文鼎摘要编入《明史·历志》中，成为中国古代天文学的一个组成部分，在几个兄弟民族中一直沿用到今天。