第十四章 天文曆法的演進

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中國是世界上天文學發達最早的國家之一。

    由于生産和生活的需要,人們從遠古時期開始就已經對天文現象進行觀察,經過世代連續不斷的努力,積累了越來越多的天文學知識,并逐漸形成了内容豐富且具有獨特風格的天文學體系。

    中國古代天文學在許多領域曾長期在世界上處于領先的地位,在世界天文學史和中華民族文化史上,都寫下了光輝的篇章。

     中國古代天文學的最主要組成部分是曆法,換一句話說,曆法是中國古代天文學的核心。

    中國古代曆法不單純是關于曆日制度的安排,它還包括對太陽、月亮和土、木、火、金、水五大行星的運動及位置的計算;恒星位置的測算;每日午中日影長度和晝夜時間長短的推算;日月交食的預報等等廣泛的課題。

    從某種意義上講,中國古代曆法的編算相當于近現代編算天文年曆的工作。

    為此,我國古代天文學家展開了一系列的觀測與研究活動:譬如對曆法諸課題的共同起算點——曆元的選定,對一個又一個天文學概念的闡述,對種種天文常數的測算、各種天文數表的編制,對具體推算方法、天體測量方法和數學方法的抉擇和改進等等。

    這些就構成了中國古代曆法的基本框架和主要内容。

     當然,中國古代天文學還包含更廣泛的内容,如中國古代特有的、精良的天文儀器的設計與制造,關于宇宙理論的探讨,以及對一系列天象特别是奇異天象的長期系統的觀測與記錄等,它們與曆法一起,組成了中國古代天文學的十分豐富多彩的體系。

     中國古代天文學體系經曆了發生、發展、完善、沒落,最終融入近現代天文學的漫長演變過程。

    下面我們拟分六個階段(即如下六節)簡要地加以介紹。

     第一節 西周及以前的天文學知識 這是一個天文學知識開始萌芽和初步積累的漫長曆史時期。

    由于生産和生活的需要,從對星辰出沒、日月運動的觀測中,人們逐漸形成了與這些需要密切相關的年、月、日等時間長度的概念,進而産生了初始的曆法系統。

    由于占蔔活動的需要,人們對天象變化、尤其是異常天象的出現,極為關注,這也刺激了人們對天象觀測的重視,并由此逐漸形成了天象記錄的傳統。

    這些都給後世的發展以深刻的影響。

     一、觀象授時時期 我們的祖先,生息在中國遼闊的土地上,人們在自己的生産和生活實踐中,逐漸發現日月星辰的升落隐現,自然界寒來暑往,獵物的出沒和植物的榮謝等自然現象,對于人類的生存有着密切的關系。

    所以有意識地觀察和認識這些自然現象,以期順乎自然,求得自身的發展,便成為先民們感興趣的問題之一,從中也就逐漸萌發出天文學知識的嫩芽。

     太陽對人們無疑是至關重要的。

    古人日出而作,日入而息,就是以太陽的出入作為作息時間的客觀依據。

    太陽出入造成的明暗交替出現的規律,必定給先民們以極深的感受,于是以太陽出入為周期的“日”,應是他們最早認識到的時間單位。

     自然,月亮的圓缺變化,是又一明顯的和意義重大的天象。

    說它意義重大,是因為月亮的亮光對于人們夜間活動的安排是關鍵的要素。

    經過長期的觀測和計數,人們逐漸發現月亮圓缺的周期約為30日,這便進而導緻一個較長的時間單位“月”的産生。

     對于更長一些的時間單位“年”的認識,要較“日”、“月”困難得多,但這是對于人們生産和生活的意義更為重大的一種周期,因為寒暑、雨旱,以及漁獵、采集乃至農業生産活動無一不與它有關。

    所以,人們對它進行了長期不懈的探索。

    由物候——草木枯榮、動物遷徙、出入等的觀察入手,大約是探索一年長度的最早方法,随後才是對某些星象的觀測。

    後者所得結果要較前者來得準确。

     據傳說,在颛顼帝時代,已設立“火正”[3]專司對大火星(心宿二,天蠍座&alpha星)進行觀測,以黃昏時分大火星正好從東方地平線上升起時,作為一年的開始,亦即這一年春天的來臨。

    由此不難推得一年的長度。

    這是我國古代觀象授時的早期形态。

    據研究,這大約是公元前2400年的事。

    [4] 又據《尚書·堯典》記載,在傳說中的堯帝時,“乃命羲和,欽若昊天,曆象日月星辰,敬授人時”。

    其具體的觀測方法與結果是:“日中星鳥,以殷仲春”,“日永星火,以正仲夏”,“宵中星虛,以殷仲秋”,“日短星昴,以正仲冬”,即以觀測鳥、火、虛、昴四顆恒星在黃昏時正處于南中天的日子,來定出春分、夏至、秋分和冬至,以作為劃分一年四季的标準。

    其具體的年代,學界至今衆說紛纭,它大約是公元前2000年前後的天象。

    [5] 由上述記載,我們還可以推知,當時已有原始圭表的出現,否則人們就無從确定某星辰南中天的問題。

    這時的圭表還僅用于厘定方位,尚未用于測定日影的長度。

    觀測星辰南中天來确定季節,可以減少地平線上的折射和光滲等的影響,其精度自然要比觀測星辰出沒來得高。

    此外,從“日中”和“宵中”(指晝夜平分)、“日永”和“日短”(分别指白晝最長和最短的日子)等說法,可知其時已應用了某種測量時間的器具(這一點由下述《夏小正》的有關記載亦可證)。

    這些都說明,此時已進入觀象授時比較發達的時代。

    其标志是:所觀測的恒星已由一顆增加到多顆,由觀測恒星東升改為南中天,并已使用了某些器具。

     更值得注意的是,《堯典》還記述了這時人們已經采用了“朞三百有六旬有六日,以閏月定四時成歲”的初始曆法。

    這裡以一年為366日,大約是人們對恒星周年運動周期的測算得到的結果。

    由于一年的長度與月的長度不存在整數倍的關系,該初始曆法已采用了置閏月的方法予以調整,這顯然是一種陰陽曆,是我國古代長期使用的陰陽曆的最早記載。

     在《夏小正》一書中,則載有一年中各月份的物候、天象、氣象和農事等内容,它集物候曆、觀象授時法和初始曆法于一身,相傳它是夏代行用的曆日制度。

    就觀象授時法而言,它是以觀測黃昏時分若幹恒星(鞠、參、昴、南門、大火、織女、銀河等)的見、伏或南中天的時日,以及北鬥鬥柄的指向,作為一年中某一個月份起始的标準的,是一種分一年為12個月的恒星曆。

    也有人認為,《夏小正》乃是一種分一年為10個月,每月36日,另有5至6日為過年日的太陽曆。

    [6]看來,《夏小正》乃是一種不考慮月相變化的純陽曆的見解,當是可信的。

     《尚書·堯典》和《夏小正》的記載,都反映了觀象授時法的重要成果,同時又反映了夏代出現的兩種不同系統的曆法(陰陽曆和陽曆)的雛形。

    它們是由觀象授時向有一定規範的初始曆法過渡的兩種不同形态,都具有十分重要的意義。

     二、商周曆法 由甲骨文的有關蔔辭,我們可以知道殷商時期行用的曆法乃是陰陽曆。

     首先,年有平年、閏年之分,平年12個月,閏年13個月,閏月置于年終,稱13月,是為年終置閏法。

    這時的歲首已基本固定,季節和月名有了基本固定的關系。

    但在甲骨蔔辭中還偶有14月甚至15月的記載,這說明這時人們還不能較好地把握年月之間的長度關系,對于閏月設置的多少,還沒有一定之規,多半是由經常性的觀測來決定,當發現季節與月份名相悖時,便加進一個閏月加以調節,帶有較大的随意性。

    這種狀況一直延續到西周。

     在甲骨文中有“至日”、“南日”或“日南”的記載,它們指的都是冬至日(春秋時期人們還稱冬至為“日南至”)。

    其中有一塊蔔辭說:“壬午蔔:扶,奏丘,日南,雨?”[7](壬午這一天,貞人扶占蔔,舉行奏丘的祭儀,迎接太陽南至,會下雨嗎?)在《周禮·春官·大司樂》中則有這樣的記載:“冬至日,于地上之圜丘奏之”,以迎祭天神。

    二者說的是同一祭祀活動,可證“日南”即為“冬至”[8]。

    這說明殷商時期已使用圭表觀測日影長度的變化,并由之确定冬至日。

    已知冬至日,一回歸年長度的數值便不難算得。

     其次,殷商曆法是以新月為一月的開始,月有大月和小月,大月30日,小月29日。

    起初僅以大、小月相間安排曆日,這表明人們以為一朔望月長度等于29.5日。

    後來,更有連大月的出現,即在若幹個大、小月相間的月份後,安排兩個連續的大月,這證明人們已經知道,一朔望月的長度應略大于29.5日,這是對朔望月長度測算的一次重大進步,雖然此時對連大月的安置尚無一定的規則。

     再其次,殷商已将一天分為若幹不同的時段,甲骨文中可見的時段專名有:辳、旦(或朝、明、大采、大采日)、大食(或大食日、食日)、日中(或中日、晝、督)、昃(或昃日)、小食(或郭兮、郭)、莫(或昏、小采、小采日)與——以上依次為天明到天黑的時段;晻(或、鼓)、小夜(或寐人、卮人)、中(或、三鼓)、夙(或五鼓)——以上依次為天黑到天明的時段。

    [10] 這些便是商代曆法對于年、月、日、時刻安排的大體情況,西周曆法與之大同小異。

    在金文中,亦有不少13月的記載,并以“朏”(新月)為一月的開始,均為明證。

    但《詩·小雅·十月之交》有:“十月之交,朔月辛卯,日有食之”的記載,據研究,這當指公元前735年11月30日發生的一次食分很大的日偏食,[11]是我國典籍中關于朔日的最早記述。

    由此看來,大約在西周後期已有以朔代替朏為月首的嘗試。

    由于朔并無具體的天象與之對應,它必須在測知比較準确的朔望月長度後,以推算的方法求得,所以朔的概念的建立和應用,乃是曆法史上的一大進步。

     此外,金文中經常出現初吉、既生霸、既望和既死霸四種名稱,對此,古今衆說紛纭。

    一為定點月相說,認為它們分别代表每月特定的某一天或某二、三天,近兩千年來人們多宗此說。

    一為四分月相說,認為西周時是将一個月均分為四份,每份約為七天,初吉等依次為各份的專有名稱,此說起于近代王國維,[12]一度廣為史學界接受。

    20世紀四五十年代以後,新說又起。

    現在有一種比較合理的解釋是:初吉與月相無關,大約指一個月的上半月;既生霸對應于新月初見到滿月的時段;既望對應于滿月到月亮出現虧缺的時段;既死霸對應于月亮出現虧缺到新月初見的時段。

    [13]這些解釋孰是孰非尚有待進一步論證。

     三、對天象的觀測與記錄 從遠古時期開始,人們就已經注意對天象特别是奇異天象的觀測。

    在殷商時期的甲骨文中,我們看到了古人對有關天象的真切記錄,這些記錄往往是與預蔔人事兇吉等占蔔活動聯系在一起的,它們涉及日月食、日珥、新星等異常天象。

     “癸酉貞:日夕又食”[14]等,這是關于日食的記錄。

    “六日〔甲〕午夕,月有食”[15];“旬壬申夕,月有食”[16]等,這是關于月食的記錄。

    它們都是發生在公元前12世紀前後的交食現象的記述。

    [17] “乙卯允明,,三舀食日,大星”[18],有人認為,這是指在一次日全食時,人們不但看到了明亮的星星,還看到了在黑暗的太陽邊緣上有三條火焰升騰而起,當是關于日珥現象的記錄。

    [19]也有人認為,此說并不可信。

    [20] 此外,有人認為在甲骨文中還有太陽黑子、彗星等的記事,這還有待進一步的研究與認證。

     總之,甲骨文中已經有相當豐富的天象記錄,說明我國古代重視天象的觀測與記錄的傳統,至遲在殷商時期就已見雛形,這對後世的發展産生了巨大的影響。

     第二節 春秋戰國時期天文曆法體系的奠基 春秋戰國時期是我國古代社會大變革的一個時代,這時生産力得到很大的發展,促使包括科學技術在内的古代文化得到長足的進步。

    就天文曆法而言,前進的步伐亦明晰可見,這主要表現在對天文現象的觀測與描述由定性向定量的轉變,陰陽曆的定型,和關于宇宙的理論的湧現等等,這些都為我國古代特有的天文曆法體系奠定了基礎。

    随着周室衰微和諸侯蜂起,打破了由周王朝少數天文學家壟斷天文曆法的局面。

    各諸侯國由于發展農業生産以及政治上的需要,都極其重視天文曆法的研究,這給流散四方的疇人子弟以施展才能的良好機會。

    這一時期出現了一批著名的天文學家,“魯有梓慎(活動于公元前550年前後),晉有蔔偃(活動于公元前650年前後),鄭有裨竈(活動于公元前500年左右),宋有子韋(活動于公元前480年左右),齊有甘德,楚有唐昧,趙有尹臯,魏有石申夫(亦名石申,後四人皆活動于公元前4世紀),皆掌著天文,各論圖驗”[21]。

    他們或者前後相繼,或者同時并立,在天文曆法界内形成了各樹一幟、百家争鳴的局面,更促進了天文曆法的發展。

     一、天文觀測的定量化與系統化 1.二十八宿系統的形成和距度的測定 2.恒星區劃命名的系統化與《石氏星經》 将天上的恒星按一定的方法進行區劃和命名的工作,在戰國時期取得了重大的進展,其中尤以石申夫和甘德的工作最為顯著,他們對恒星的區劃都自成系統。

    據《開元占經》記載,包括二十八宿在内,屬于石申夫區劃的星官有120個,計星815顆,屬于甘德區劃的星官有146個,計星687顆。

    他們的工作為我國古代傳統星官的區劃和命名奠定了良好的基礎。

     石申夫還定出了120個星官的标準星具體坐标值,這樣各星官的位置和該星官中非标準星的位置都相對準确地确定了。

    此中,最主要的是對121個标準星(北鬥星座選取2個标準星)具體坐标值的測定,它們構成了一個完全數量化的成熟的星表,這就是著名的《石氏星經》。

    這一成果亦載于《開元占經》之中。

    對這121顆恒星坐标值的研究表明,許多恒星的坐标值确與石申夫所處時代的理論值相吻合,但另有一些卻與東漢前期的理論值相一緻,[24]這說明《石氏星經》并不全是石申夫當年的測量結果,而是石申夫創始的天文學派在數百年間長期觀測的總彙。

    另一種觀點認為,《石氏星經》的觀測年代應在西漢時期(公元前70年前後)。

    [25]即便如此,《石氏星經》亦不愧為世界上最早的星表之一,石申夫也無愧為恒星坐标測量工作的先驅。

     3.五星觀測的數量化 春秋戰國時期,人們對五大行星運動的觀測與研究有了重要的進步,這主要表現在以下兩個方面: 一是對五星運動周期的測量。

    人們已經把行星的恒星周期(行星運行一周天所需的時間)和會合周期(行星兩次晨見東方的時間間隔)區别開來。

    石申夫和甘德都指出木星的恒星周期為12年(應為11.86年),其實,這一認識的産生當不遲于春秋時期。

    石申夫還指出火星的恒星周期為1.9年(應為1.88年)。

    而甘德又測得木、金、水三星的會合期分别為400日(應為398.9日),587.25日(應為583.9日)和136日(應為115.9日)。

    在長沙馬王堆出土的帛書《五星占》中,也載有木、土和金三星的會合周期,依次為395.44日、377日(應為378.1日)和584.8日,此當為戰國末年的觀測結果,與甘德當年所測的精度互有短長。

     二是對五星動态的定量描述。

    石申夫和甘德已發現火星和金星的逆行現象,他們都曾形象地用“巳”字形來描述其運行的視軌迹。

    在《五星占》中則更具體地對木、土、金三星在一個會合周期内的動态作了定量描述,如把金星的動态分為:晨出東方—順行—伏—夕出西方—順行—伏—晨出東方六大階段,每個階段則定出所經時日與每日運行的速度,其中對兩次順行還定出二或三個不同的速率。

    這就是後世得到進一步發展的行星動态表的雛形。

    行星會合周期的測定和動态表的編制,已使得對行星位置的預報成為可能。

     二十八宿距度的測定、《石氏星經》的出現,以及初始的行星動态度的編制等等,都證明春秋戰國時期業已有相應的測量儀器的出現,有些研究者稱之為“先秦渾儀”[26]。

    雖然我們還說不清這種渾儀的具體結構,但它應是漢代以後日益完備的渾儀的直接祖先,則是毋庸置疑的。

     4.二十四節氣的完備 二十四節氣是我國古代天文學家的一大創造。

    它曾經曆了一個十分漫長的發展過程,起初大約僅有二至(冬至、夏至)和二分(春分、秋分),一直到戰國時期才逐漸形成完備的二十四節氣系統:由冬至起算,每經一年的1/24日交一個節氣,其名稱分别為冬至、小寒、大寒、立春、雨水、驚蟄、春分、清明、谷雨、立夏、小滿、芒種、夏至、小暑、大暑、立秋、處暑、白露、秋分、寒露、霜降、立冬、小雪、大雪。

    此中奇數統稱為中氣,偶數統稱做節氣。

    二十四節氣分别标志着太陽在一周年運動中的24個大體固定的位置,是對太陽周年運動位置的一種特殊的描述形式,它們又能較好地反映一年中寒暑、雨旱、日照長短等變化的規律。

    所以,它們不但具有重要的天文意義,而且對于農業生産有着重大的指導作用。

    二十四節氣自戰國時期得以完備之後,一直成為我國傳統曆法的重要内容之一,至今在廣大農村仍有旺盛的生命力。

     5.天象觀測與記錄的多樣化和系統化 自春秋始,對于異常天象的觀測與記錄,呈現多樣化的明顯趨向,如彗星、流星雨、隕石等的明确記錄均首見于此時。

    《春秋》莊公七年(前687)“夏四月辛卯夜,恒星不見,夜中星隕如雨”,這是世界上關于天琴座流星雨的最早記載。

    僖公十六年(前644)“春王正月戊申朔,隕石于宋,五”,這是最早的隕星記事;文公十四年(前613)“秋七月,有星孛入于北鬥”,這些關于哈雷彗星的最早記錄,等等。

     二、古四分曆法 春秋後期,産生了一種取回歸年長度為日,并采用19年7閏為閏周的曆法,它因回歸年長度的奇零部分為日而得名為四分曆,又有别于東漢時期的四分曆,故通稱古四分曆。

    該曆的朔望月長度可由回歸
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