“登月”的中国古代天文学家

  “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。