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“登月”的中国古代天文学家

2014-1-20 15:08| 发布者: 掌柜| 查看: 968| 评论: 0|原作者: 倪方六|来自: 北京晚报

摘要: “嫦娥三号”登月,引起了一股天文热。细心的读者或许已经发现,在“嫦娥三号”降落月球的电视直播中,月球地貌图上有不少古代中国名人的名字,其中石申、张衡、祖冲之、郭守敬最受关注。国际天文机构为何选中他们“ ...

  “嫦娥三号”登月,引起了一股天文热。细心的读者或许已经发现,在“嫦娥三号”降落月球的电视直播中,月球地貌图上有不少古代中国名人的名字,其中石申、张衡、祖冲之、郭守敬最受关注。国际天文机构为何选中他们“登月”?

  石申,编出世界上

  最早的古星表

  《石氏星表》比欧洲

  至少早一至两个世纪

  “嫦娥三号”能成功地飞上月球,降落月球,离不开“天体测量”这门天文学科。天体测量,即测定天体的位置和天体到达某个位置的时间,它是天文学中最古老、也是最基本的一个学科分支。

  春秋战国时期,中国的天体测量水平已遥遥领先世界。这一时期,诞生了一部重要的天文学著作《石氏星表》。

  星图是星空的形象表示,星表则是星空的数值表示,任何一颗星的位置都可用它的坐标表达。中国古代一般采用赤道式坐标,《石氏星表》对121颗恒星的位置就用去极度(赤纬的余角)和入宿度(赤经差)来表示,这是中国第一份古星表,也是目前世界上已知的最早的一份古星表。《石氏星表》的作者,就是中国战国中期魏国著名的天文学家石申。

  石申又名石申夫,其所著的《石氏星表》原名《天文》,8卷,这部天文大书的价值极高,后人因此尊称之为《石氏星经》。

  《石氏星表》在宋以后失传,今天我们仅能从唐代天文学书籍《开元占经》中看到《石氏星表》的一些片段。其中有二十八宿距星和其他一些恒星,可以找到其中115颗星的赤道坐标位置。

  “赤道坐标系”在欧洲的广泛使用,从十六世纪才开始。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。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。运用这种方法,对《石氏星表》的数据进行推算,结果证明,其中有一部分星座确是公元前四世纪测定的,而另一部分则是在东汉时期、大约公元二世纪重新测定的。

  古希腊最早的星表,是古希腊天文学家依巴谷在公元前二世纪测编的。在依巴谷之前,还有两位古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,至少比石申要晚一至两个世纪。

  有人怀疑《石氏星表》晚于公元前四世纪,但目前的考古发现已否定了这一质疑。在湖南长沙马王堆汉墓中出土的《五星占》中,已记载了公元前三世纪行星运行资料,表明那时已有测角工具。

  《石氏星表》是中国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,这是古代中国天文历法中的基本数据。可以说,石申测绘出的星表,是战国到秦汉时代天文历法发展的一个重要基础。值得一提的是,因为石申和同时代的楚国天文学家甘德(著有《天文星占》)太有名了,唐宋人还托他们二人大名,弄出了伪作《甘石星经》。

  张衡,创制世界首架

  观测天体的浑天仪

  科学解释“月光”“月蚀”现象

  揭示“四季”“昼夜”变化原因

  张衡,东汉时南阳西鄂(今河南南阳石桥镇)人,靠自学成为闻名乡里的学者,后被推荐到京师洛阳任职,从元初二年(公元115年)起两度任太史令。《后汉书·张衡传》记载,张衡在数学、天文、地理、绘画和文学等诸多领域,都表现出了非凡的才能和广博的学识,除了制造出世界上第一架地震仪,还著有科学、哲学和文学著作32篇,其中天文著作有《灵宪》和《灵宪图》等。所以《张衡传》中说,“衡善机巧,尤致思于天文、阴阳、历算。”

  张衡在天文学上取得的成就最卓越,可以说他是汉代天文界的代表人物,著有《灵宪》和《浑天仪图注》二书。在书中,张衡全面阐述了自己的天文学思想和浑天学说,可算是对汉代天文学的总结。

  张衡科学地解释了“月光”和“月蚀”两种月球现象,还有“四季”、“昼夜”变化的原因。张衡认为,月球本身并不发光,月光其实是日光的反射,即月光生于日之所照,魄生于日之所蔽(照不到),月相由于日光的“照”和“蔽”所引起。

  张衡分析了月蚀的成因,认为月蚀是因为地影(暗虚)遮蔽月光;且认识到宇宙的无限性和行星运动的快慢与距离地球远近的关系。这些在今天看来可能是“小儿科”,但在当时可是了不起的研究成果。

  张衡观测记录了2500颗恒星,创制了世界上第一架能比较准确地表演天象的漏水转浑天仪,还制造出了指南车、自动记里鼓车等。

  为了纪念张衡的贡献,国际天文学界遂将月球背面的一个环形山,命名为“张衡环形山”。

  祖冲之,在世界上第一个

  测量出冬至时刻

  《大明历》引用“岁差”打破了19年7闰旧历法

  祖冲之在数学领域的贡献广为人知,如他求出了圆周率值介于3.1415926和3.1415927之间,这一数据在当时的世界上是最先进最精确的。其所撰写的《缀术》一书,在唐代时被定为国子监的数学教材,且修业时间最长,很可惜,此书今已失传。

  其实,祖冲之还是魏晋南北朝时期著名的天文专家。祖冲之青年时代进入华林学省,从事科学研究,曾担任过南徐州(今江苏镇江)刺史,还做过娄县(今江苏昆山)县令,谒者仆射等官。到肖齐王朝,官至长水校尉。他博学多才,在音律、机械、文学、天文诸方面都有成就。在天文历法方面,编制了《大明历》,首次引进“岁差”算历,使天周同回归年长度分开,另外改革闰周,打破19年7闰的旧历法。

  今天是冬至日,祖冲之就是通过对冬至日时刻的研究,取得科学突破的。祖冲之仔细研究了每日影长的变化规律,利用冬至日前后影长对称的关系,提出了确定冬至日时刻的新方法,该方法不受阴云蔽日不能测量日影的影响,能求出冬至时刻,此法为后世长久沿用。

  在古代,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,古代天文学家已经习惯使用“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。祖冲之首先从观测技术上改进,提高观测精度,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,使用这种观测方法的,祖冲之是世界第一人。

  祖冲之制定的《大明历》的岁(一年),实取365.2428日,比元代郭守敬的《授时历》,仅差0.0002,这在当时来说是很精密的。一直到了南宋以后,才达到或超过祖冲之的观测水平。

  郭守敬,首创使用

  一年365.2426日

  《授时历》比欧洲的《格里历》早300多年

  张衡、祖冲之都是1970年第一批名字上月球的中国古代科学家,同是第一批的还有元代天文学家郭守敬。

  郭守敬是河北邢台人,生活在金末元初。从小在祖父的教育下,开始学习数学和水利,后来随当时有名的学者刘秉忠学习天文学和地理学。公元1262年郭守敬受到推荐,元世祖在多伦召见了郭守敬。但郭守敬全身心投入天文领域,是从1276年到1291年担任水利官员这15年间。

  这一时期,郭守敬创制和改进了简仪、高表、候极仪、浑天象、仰仪、立运仪、景符、窥几等十多种天文仪器;主持了中国历史上规模最大的一次天文大地测量,在全国各地共设立27个观测站,最北的观测点在西伯利亚,最南的在西沙群岛,此即“四海测量”。目前还有郭守敬当年观测的遗迹,河南登封的测景台就是当年郭守敬所造的巨大的砖石结构圭表。《元史·天文志》记载了郭守敬的恒星观测数据,本以为早已失传,但在1984年被发现了。当年从北京图书馆找到了明抄本《天文汇抄》,其中有《三垣列舍入宿去极集》一册。这是一部星图和星表合为一体的著作,在星图上某星的旁边注明该星的入宿度和去极度,总计有星官267座,1375星,给出坐标的星739颗。

  据专家研究,《天文汇抄》就是郭守敬等人编写的全天星表数据。这份星表的误差约15分,比宋代的精度大有提高,是古代星数最多的一张星表。

  郭守敬证实了一年365.2426日,是历史上最精密的数值。当时使用这个数值入历,在世界历法史上还是第一次。欧洲著名的格里历历法,也采用这个数值,但是比郭守敬晚了大约300多年。

  郭守敬与王恂、许衡等共同编制出古代中国最先进、施行最久的历法《授时历》,它代表了中国古代天文学发展的最高成就。
 


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