《人類科學技術史-171》中國隋唐時期天文學

中國隋唐時期天文學

中國是世界上天文學發達較早的國家之一，在天文學的許多方面都曾處于領先地位。無論在天文儀器、歷法、天象觀測、宇宙理論方面都取得了不少成就，有一些至今還在研究工作中發揮作用，這是世界公認的。同時也涌現了一批天文學家，他們的許多科學發現至今還有現實意義。

中國古典天文學有人歸結成4個特點，不同于世界其他文明古國的天文學系統，具有鮮明的獨特性。

①整個天文學的發展以歷法的編纂為基礎。中國的歷書不僅包括歷日的安排，還有太陽、月亮和行星的運行，日月食推算，各節氣日影長短等，是一部天文年歷，內容比西方的歷書遠為豐富。中國天文學由國家官辦，頒歷權是皇權的象征。

②中國天文學家一般使用代數方法計算日月行星的位置，處理天文數據，而西方一般常用的是幾何方法。

③中國占星術的哲學觀點以陰陽五行、天人感應學說為基礎，大多占卜國家興衰、政治事變，掌握于皇室；西方占星術多占卜個人命運，流行于民間。

④中國古代天文學勤于觀測，詳細記錄，對異常天象尤其重視，使中國保存有最系統、最豐富的天象記錄。

這些特點有力地證明了中國古代天文學的獨立起源和發展。

中國天文學的理論淵源于中國古代的宇宙理論——蓋天說、宣夜說、渾天說。

蓋天說是中國最古老的一種探討天體結構的學說。最早的蓋天說主張天是圓的，象一只扣著的大鍋，地是方形的，象一張棋盤，也就是通常說的"天圓地方"。后來的蓋天說，把天比喻成一個斗笠，而把地比喻一個倒扣著的盤子，二者呈平行的拱形。

宣夜說是中國古代一種樸素的無限宇宙學說。這個學說可以上溯至戰國時代的《莊子》，認為根本不存在有形質的天，天色蒼蒼，是因為它"高遠無極"，不存在一個有形體、有顏色的亮層。日月眾星自然地飄浮在無限的太空之中，它們的速度各不相同。宣夜說進一步發展以后，認為日月星辰也是由氣組成的，只不過是發光的氣。這個學說的思想雖然很先進，但作為一個宇宙結構體系，沒有提出獨立的計算天體坐標及其運動的量度辦法，它的數據是借自渾天說。

渾天說的一些看法大約在戰國時期就已形成，對這個學說的詳細記述的最早著作是東漢時期的天文學家張衡的《渾天儀》。他認為天好象一個雞蛋殼，地好比雞蛋黃，天大地小，天地各乘氣而立，載水而浮。天有一個硬殼，但硬殼不是宇宙的邊界，它以外的宇宙在時空上是無限的。渾天說在中國流傳甚廣，天文學家和歷算家觀測和測量天體視運動時，都以它為基礎。所以它不僅是一種宇宙學說，而且是一種測量天體視運動的計算體系。

中世紀的中國天文學大致也可以分為隋唐和宋元兩個時期。

隋唐是兩個大一統的帝國。南北朝在天文歷法方面的許多創造，經隋唐兩代確立和鞏固下來；由于統一和疆域的擴大，給天文測量帶來許多方便；與周圍各國關系的加強，使古老的中國文化又吸收了一些新的營養。這些使得隋唐的天文歷法都比南北朝進一步發展了。

這一時期最著名的天文學家是僧一行(683-727)，俗名張遂，魏州昌樂縣(今河北省南樂縣）人，是唐朝開國名臣張公謹的重孫。他的主要貢獻是制訂了《大衍歷》。此外，他在天文測量如圭表測影技術和理論的改進、對地球子午線長度的首次測量方面都作出了卓越的貢獻。

圭表是發明得最早也是最簡單的儀器。它就是在地上直立的一根竿子(稱為表）和地面上南北方向平放著的尺(稱為圭）的總稱。根據表投下的日影長度，可以求得許多天文數據，有很多實用價值。圭表測影的功能主要有兩方面：1.由日影長短定二至、二分的所在，驗證歷法的精確性；2.在漢代和南北朝之前，人們曾由日影千里差一寸的原則，通過圭表量日影長短，計算天體大小。

唐朝建立后，疆域空前擴大，社會安定。于是，開元年間(713-714)，在僧一行的主持下進行了大規模的日影測量。結果表明日影與距離的關系隨地區而不同。南部變化小而北部變化大；而且隨季節不同而異，夏季變化小，冬季變化大。這就證明了用日影長短計算天體大小是不可能的。自唐以后，不再有人用日影長短測天大小，這在天文學理論和實踐上都是一個進步。

在普測天下日影的過程中，僧一行在世界上第一次測量了地球子午線的長度。他首先選擇4個觀測點：滑臺白馬(今河南滑臺縣）、浚儀岳臺(今河南開封西北）、扶溝(今河南扶溝）、上蔡武津(河南上蔡縣東），這四個觀測點幾乎在同一經度上。他歸算出南北兩地相距351里80步，兩地的北極出地高相差1度，這個數據就是地球子午線1度的長度。他的誤差雖然很大，但卻是世界上第一次的子午線長度實測。

隋唐時期，天文儀器也得到了進一步的發展與完善。如李淳風于665年制造木渾天圖，用來測黃道；公元679年姚元按古法在陽城測景臺立8尺的表；公元723年，僧一行和梁令瓚造黃道銅渾儀等儀器。唐代梁令瓚制造的水運渾天俯視儀是歷史上的一項重要發明。水運渾天俯視儀用水激輪，每晝夜自轉一周，一半在木柜內，表示在地平線下。另立兩木人，每刻擊鼓，每辰敲鐘。水運渾天俯視儀機械精巧，安裝在柜內，已粗具近代自鳴鐘的規模。比歐洲于13世紀后半期發明的自鳴鐘要早500多年。

另外，唐代以前的渾儀只有三辰、四游兩種重環，唐代的李淳風又加上六合，形成三環；最外為六合儀，中為三辰儀，內為四游儀。這樣就可以測定黃道坐標、赤道坐標和地平坐標。至此，中國歷代傳統制造并使用的渾儀，就成了一架比較完備的天文觀測儀器了。

隋唐時期的歷法也有了長足進步。歷法是人們為了生產實踐的需要而創立的長時間的計時系統。具體地說，就是年、月、日、時的安排。中國最遲在殷商時代起采用于支紀日。它以十天干即甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸，和十二地支即子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥順序而成。從甲子、乙丑……直至癸亥，一日一個干支名號，日復一日，循環使用。中國的歷史很長，但只要順著干支往上推，歷史時期就清清楚楚，這是中國古代創用干支法的功績。此外，中國歷法還有紀年、紀月、紀時的方法，并創造了24節氣和閏月。歷法是中國古代天文學的主要部分，在二十四史中有專門的篇章，記載歷代歷法的資料，稱為"歷志"或"律歷志"。南北朝是中國歷法史上發生重大變革時期，許多重要理論和實踐都是在這個時期提出和實現的。但是由于政治的分割與不穩定，許多成果沒有固定下來。隋唐時期的統一和穩定，為以往成就的鞏固提供了條件，出現了兩部能集南北朝歷法理論之大成的歷法：隋代劉焯的《皇極歷》，唐代僧一行的《大衍歷》。

劉焯(544-610)，字士元，信都昌亭(今河北武強縣西南）人。隋開皇二十年(公元600年），他制定了《皇極歷》。這一歷法的優點是：①同時考慮了月球視運動和太陽視運動的不均勻性，創立二次差內插公式來計算定朔校正數，用定朔代替平朔；②改歲差為75年相差1古度，這比虞喜和祖沖之的推算更接近真值；③首次提出了"當食不食"和"不當食而食"，實際上是涉及到視差對交食的影響問題；④首次提出用定氣來制歷的設想，他設想從冬至開始將周天分成24等分，太陽每到一個分點就是差一"氣"，以此代替把一年時間等間隔地分成二十四"氣"的平均方法，這就更符合太陽的實際運動和能更準確地預報交食。

僧一行從開元九年(公元721年）開始《大衍歷》的制訂工作，到727年編成，嘔盡了他全部的心血。書成的同年，他不幸去世。《大衍歷》共有歷術7篇，略例3篇，分別包括了平朔望和平氣、七十二候、太陽和月亮每日的位置和運動，每天看到的星和晝夜時刻，日食、月食和五大行星的位置等，這種編排方式成了后世歷法家的典范。《大衍歷》采用平氣注民用歷譜，而以定氣來計算太陽視運動，推算交食。僧一行還在《大衍歷》中提出了"食差"的概念，并對不同地方、不同季節分別創立了被稱為"九服食差"的計算公式。這些經驗公式實際上是對周日視差影響交差的一種修正，使日月食的預報更精確了。《大衍歷》對日、月食的食分和虧起方位角都作了既簡潔又具體的闡明。它還指出，日月交食時，由于月亮比太陽近，當某地見到全食時，另一地只能見到偏食，這實際上是有關"食帶"問題的首次記載。

總之，歷法的許多重大理論開始產生于南北朝時期，然而到隋唐時才變成一種制度確定下來。自隋唐起，對歷法的貢獻主要是改進算法，如參數的選擇、內插法的使用和改進等。因此有人認為南北朝歷法的進步是理論的，隋唐是方法的；南北朝是天文的，隋唐是數學的。這也間接表明，到隋唐時期舊歷已經成熟。

盡管隋唐時期的天文歷法有了高度的發展，中國學者仍然對唐代傳入的印度天文歷法進行了研究，吸取了其中一些可以借鑒的東西。中國對這一時期來華的印度天文工作者十分尊重。他們當中許多人在當時的中央天文機構——司天臺任負責工作。唐代的歷法也傳入了朝鮮和日本，對朝鮮和日本兩國天文歷法的工作有著良好的影響。

隋唐天文學延續到五代十國，盡管處在分裂割據的狀態下，但天文學工作的廣泛傳播仍在繼續。例如在后晉、后周、蜀、南唐、閩等地區，都編制過各自的歷法。各地也涌現出一些民間天文歷法家，這為宋元時期天文學的高度發展奠定了群眾基礎。