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第1章 天文科技(1)

《崇祯历书》——古代天文基础理论的载体

《崇祯历书》,明末徐光启(1562—1633)主编,李天经(1579—1659)续成,从崇祯二年到七年(公元1629年到1634年)前后共用五年时间完成。它从多方面引进了欧洲古典天文学知识,内容包括天文学基本理论,三角学,几何学,天文仪器,日月和五大行星的运动、交食,全天星图,中西单位换算等。

采用第谷的太阳系结构系统,计算方法中翻译了哥白尼《天体运行论》中的许多章节,还有开普勒《论火星的运动》一书中的材料,历法计算中不用中国传统的代数学方法而改成几何学方法,这是中国天文学史和历法史上一个重要的转折。中国古代天文学体系开始向近代天文学转变。

《崇祯历书》包括46种,137卷,全书分节次六目和基本六目,前者是关于历法的,后者是关于天文学理论、天文数学、天文仪器的。书中大量引进了哥白尼的《天体运行论》,明确引入了“地球”的概念,在计算方法上,介绍了球面和平面三角学,在坐标系方面介绍了黄道坐标系。

(图)崇祯历书

《崇祯历书》包括天文学基本理论﹑天文表﹑必需的数学知识(主要是平面及球面三角学和几何学)﹑天文仪器以及传统方法与西法的度量单位换算表五类。由于主编徐光启强调把历法计算建立在了解天文现象原理的基础上﹐因此﹐理论部分共占全书三分之一篇幅。《崇祯历书》采用第谷创立的天体系统和几何学的计算方法。其优点是﹕引入了清晰的地球概念和地理经纬度概念﹐以及球面天文学﹑视差﹑大气折射等重要天文概念和有关的改正计算方法。它还采用了一些西方通行的度量单位﹕一周天分为360°﹔一昼夜分为96刻24小时﹔度﹑时以下采用60进位制等。

此书编就后,因反对派的干扰与明代晚期的战乱,并没有得到颁行,直到清代(公元1644年~公元1911年)早期汤若望对《崇祯历书》进行了删改、压缩,更名为《西洋新法历书》,并进呈清政府后,才被采用,并改名《时宪历》,正式颁行。

趣味连接:古人的时间概念

我国的祖先还生活在茹毛饮血的时代时,就已经懂得按照大自然安排的“作息时间表”,“日出而作,日入而息”。太阳周而复始的东升西落运动,使人类形成了最基本的时间概念——“日”,产生了“天”这个最基本的时间单位。大约在商代,古人已经有了黎明、清晨、中午、午后、下午、黄昏和夜晚这种粗略划分一天的时间概念。计时仪器漏壶发明后,人们通常采用将一天的时间划分为一百刻的做法,夏至前后,“昼长六十刻,夜短四十刻”;冬至前后,“昼短四十刻,夜长六十科”;春分、秋分前后,则昼夜各五十刻。尽管白天、黑夜的长短不一样,但昼夜的总长是不变的,都是每天一百刻。

风水罗盘——包罗万象作用多

罗盘,古称罗经、罗镜、经盘、罗经盘、子午盘、针盘、风水罗盘,是中国古代堪舆家从事堪舆活动必不可少的重要工具。主要由位于盘中央的磁针和一系列同心圆圈组成,每一个圆圈都代表着中国古人对于宇宙大系统中某一个层次信息的理解。罗盘是风水操作的重要工具,它的基本作用就是定向。在我们认识风水理气学问时,首先要学习以罗盘定向的基本方法。

罗盘盘面层次繁多,内容庞杂,原理玄奥,自五行八卦、干支甲子、节气方位,到天文历法、州国分野无所不包。正如《罗经解定》序言所说:“罗经者,以其收罗天地之蕴,上拨星辰之躔度,下察山水之峙流,以形应气,以数合理,无不森罗密布。而阴阳两宅由是叶吉,如制丝者之有经方能制锦而成章也,故日罗经。”其复杂与玄奥使人们对罗盘产生了一种神秘莫测的印象。

中国古人认为,人的气场受宇宙的气场控制,人与宇宙和谐就是吉,人与宇宙不和谐就是凶。于是,他们凭着经验把宇宙中各个层次的信息,如天上的星宿、地上以五行为代表的万事万物、天干地支等,全部放在罗盘上。风水师则通过磁针的转动,寻找最适合特定人或特定事的方位或时间,这个特定的点就是相对于某个人最吉祥的坐标。

古代尽管风水学中没有提到“磁场”的概念,但是罗盘上各圈层之间所讲究的方向、方位、间隔的配合,却暗含了“磁场”的规律。

罗盘学名为罗经,创自轩辕黄帝时代,后经过历代前贤,按易经及河洛原理,参以日月五星七政及天象星宿运行原则,再察地球上山川河流,平原波浪起伏形态,加以修正改良制造而成,用于测定方位和勘察地形,堪舆地师及海员大都称它为“罗盘”或“罗庚”,很少称为“罗经”。

罗盘是风水师的工具,可以说是风水师的饭碗。每个师父都会在临终前才会把最重要的衣钵及秘诀,传于喜爱的得力弟子门生。罗盘也是上师传承法物之一。师父传法与弟子衣钵,就证明把毕生的心血及期望与满盘托负交给了弟子,通常在江湖业界中称为将饭碗交给了弟子,希望能继续遗志及发扬光大。

如果一个风水从业人员,不管是名师也好,亦或是新入道风水学徒,如果没有上师之衣钵,就不具备师承之关键技术秘术,也就是我们现在所说的非正宗传人。当然,这都是风水学中所说,毕竟那是在天文萌芽状态的产物,人们还没有挣脱掉神话传说的束缚。

罗盘的发明和应用是人类对宇宙、社会和人生的奥秘不断探索的结果。罗盘上逐渐增多的圈层和日益复杂的指针系统,代表了人类不断积累的实践经验。当然,这些经验是否全面和正确还有待于进一步研究,但是罗盘上所标示的信息却蕴含了大量古老的中国智慧。

趣味连接:罗盘的雏形

在指南针发明以前,古人是用天星来辨别方位的,晚上通过观察北极星定方位,白天通过日影来分辩方位。很早的时候,我们的祖先就发明了指南车和日圭用来分辨地平方位。日圭就是最早的罗盘。日圭定位则将地平面均分为十二个等份,用十二地支:子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥来表示方位。

《乾象历》——中国古代探月的功劳簿

对于月球的探索在我国的东汉就有可靠的文献《乾象历》。其作者刘洪是东汉的王室子弟,从小对天文历法特别感兴趣。刘洪自幼勤奋好学,具有渊博的知识。由于他是鲁王宗室,所以,年轻时就成为宫廷内臣。这对于施展他的政治抱负和潜心研究天文历算有着得天独厚的条件。他对中国传统历法最杰出的贡献就是编制了《乾象历》。

《乾象历》最主要的成就在月亮运动的研究上。早在刘洪之前,天文学家就认识到月亮的运动并不均匀,而是时快时慢,并且月亮轨道离地球最近点的位置也在不停的向前移动。虽然在东汉时期,天文学家就开始讨论这个问题,但只有刘洪提出了近点月的概念和计算它的长度的方法。刘洪还创立了中国古代计算月亮不均匀性改正值的传统方法,后世所有的历算家都沿袭了刘洪的方法。月亮在白道上运行,白道与黄道的交点叫做黄白交点。刘洪不但首先发现黄白交点在沿黄道退行,并且给出了具体数值。

(图)刘洪

在刘洪以前,人们对于朔望月和回归年长度值已经进行了长期的测算工作,取得过较好的数据。但刘洪发现:依据前人所取用的这两个数值推得的朔望弦晦以及节气的平均时刻,长期以来普遍存在滞后于实际的朔望等时刻的现象。经过数十年的潜心里索,刘洪大胆地提出前人所取用的朔望月和回归年长度值均偏大的正确结论,给上述历法后天的现象以合理的解释。在《乾象历》中,刘洪取一个朔望月的长度是29530542日,误差从东汉四分历的20秒降到4秒左右;回归年长度365246180日,误差从660秒降到330秒。在刘洪以前的约600年中,这两个资料的精度要么和颛顼历的精度差不多,要么比颛顼历还差。

月亮的运动有迟有疾,月亮的近地点在不断向前移动,这两个重要的天文现象在东汉早期就引起了人们的热烈讨论。对此,刘洪在《乾象历》中作了十分出色的总结,给出了独特的定量描述的方法。刘洪对月亮运动研究的另一重大成就是:关于月亮运行轨道——白道概念的建立,它标志着自战国时期以来对月亮运动轨迹的含混不清的定性描述局面的结束。

《乾象历》使传统历法的基本内容更加完备,它标志着中国古代历法体系已经形成。在天文学上有重要的地位。

趣味链接:“算圣”刘洪

珠算是中国五大发明之一。珠算,是用算盘进行运算的工具。珠算的发明,使人们的计算能力产生了一次飞跃,“珠算”这个名词,最早见于东汉魏人徐岳所著的《数术记遗》一书。徐岳在书中说:“刘会稽,博学多闻,偏于数学……隶首注术,仍有多种,其一珠算。”徐岳所说的刘会稽就是刘洪。 有人说,蒙阴是珠算的故乡,刘洪是珠算之父,被尊为“算圣”。

古代历法——天文学对时间记录的发展成果

什么叫历法?简单说来,就是人们为了社会生产实践的需要而创立的长时间的纪时系统。具体说,就是年月日时的安排。时间的计量单位也和长度、重量等计量单位一样,是人为规定的。但是,人们的实践告诉我们,利用和生产实践密切有关的自然现象的变化规律作为天然计量时间的尺度,给人们计量时间的工作,带来了极大方便。

中国古历采用阴阳合历,即以太阳的运动周期作为年,以月亮圆缺周期作为月,以闰月来协调年和月的关系。古人根据太阳一年内的位置变化以及由此引起的地面气候的演变次序,把一年又分成24段,分列在十二个月中,以反映四季、气温、物候等情况。

二十四节气是我国劳动人民的独创,从这点也可看出我国古代的生产和科学的发展水平是高的。世界上也有很多国家使用过阴阳历,但是他们最多也只知道有二分二至。这是我国古代历法优越的地方。我国古代的历法所使用的数据都是很精密的,太阳月和阳历年之间关系的调节也达到了比较好的程度,我国古代的历法成就是巨大的,是值得进行总结和发扬的。

古人常用天象来预测人事,把天象与人间的吉凶祸福联系起来。如彗星是绕太阳运行的天体,拖有长长的尾巴,它的出现就被古人认为是预兆兵灾的凶象。《唐雎不辱使命》中说“夫专诸之刺王僚也,彗星袭月”,因为月亮是诸侯的象征,所以这种天象是诸侯有灾的凶兆。通过对月亮的观测,如“露从今夜白,月是故乡明”,“海上生明月,天涯共此时”等。

古代占星家为了用天象变化来占卜人间的吉凶祸福,还将天上星空区域与地上的州国互相对应,称作“分野”。具体说就是把某星宿当作某封国的分野,某星宿当作某州的分野,或反过来把某国当作某星宿的分野,某州当作某星宿的的分野。这样,天地联为一体,天上某一区域的某些天象变化,就直接预示着地上相应区域的吉凶祸福了。

由于我国古代历法的起源很早,由于当时文化记载的限制,早期的历法现在只留下片言只语的传说,难以深入考究。成文的历法从周末到汉初的《古四分历》开始,经过多次的历法改革,在改革和斗争中不断进步和完善,达到了相当高的科学水平,取得了一个又一个成就。我国古代的历法大都使用传统的阴阳历,但是所包含的内容却不仅仅是年月日时的安排,还包括日月五星位置的推算、日月食的预报、节气的安排等。历法的改革,包括了新的理论的提出,精密天文数据的测定,计算方法的改进等。我国古代的历法成就,在世界天文学史上占有相当重要的地位。

趣味链接:二十四节气

“二十四节气”是中国古代历法的重要组成部分。古人根据太阳一年内的位置变化以及所引起的地面气候的演变次序,把一年三百六十五又四分之一的天数分成二十四段,分列在十二个月中,以反映四季、气温、物候等情况,这就是二十四节气。每月分为两段,月首叫“节气”,月中叫“中气”。为了便于记忆,人们编出了歌谣:“春雨惊春清谷天,夏满芒夏暑相连,秋处露秋寒霜降,冬雪雪冬小大寒。”古诗文中常用二十四节气来纪日,如《扬州慢》:“淳熙丙申至日,予过维扬。”夏至白天最长,冬至白天最短,因而古人称夏至、冬至为至日,这里指冬至。

候风地动仪——地球震动的感应器

据《后汉书·张衡传》记载,候风地动仪“以精铜铸成,圆径八尺”,“形似酒樽”,上有隆起的圆盖,仪器的外表刻有篆文以及山、龟、鸟、兽等图形。仪器的内部中央有一根铜质“都柱”,柱旁有八条通道,称为“八道,还有巧妙的机、关。樽体外部周围有八个龙头,按东、南、西、北、东南、东北、西南、西北八个方向布列。龙头和内部通道中的发动机关相连,每个龙头嘴里都衔有一个铜球。对着龙头,八个蟾蜍蹲在地上,个个昂头张嘴,准备承接铜球。当某个地方发生地震时,樽体随之运动,触动机关,使发生地震方向的龙头张开嘴,吐出铜球,落到铜蟾蜍的嘴里,发生很大的声响。所以人们就可以知道地震发生的方向。

(图)地动仪

候风地动仪的发明者是东汉的张衡。东汉时,地震比较频繁。自公元92年到公元125年的三十多年间,共发生了二十六次大的地震。地震区有时大到几十个郡,引起地裂山崩、江河泛滥、房屋倒塌,造成了巨大的损失。张衡对地震有不少亲身体验。为了掌握全国地震动态,他经过长年研究,终于在公元132年发明了候风地动仪──世界上第一架地震仪。在通信不发达的古代,地震后,为人们及时知道发生地震和确定地震大体位置有一定的作用。

现在中国所见到的地动仪,并不是张衡发明的地动仪,而是后人复原的。张衡发明的地动仪早就毁于战火了。关于地动仪的结构,目前流行的有两个版本: 王振铎模型(1951年),即“都柱”是一个类似倒置酒瓶状的圆柱体,控制龙口的机关在“都柱”周围。不过,王振铎复原的地动仪多次在公开场合大出洋像,它要么不能动,要么就是跺脚也会被当成地震,这一种模型最近已被基本否定。不过,王振铎在地动仪外型上的复原,还是卓有建树的,这点应该肯定。 另一种模型由地震局冯锐(2005年)提出,即“都柱”是悬垂摆,摆下方有一个小球,球位于“米”字形滑道交汇处,地震时,“都柱”拨动小球,小球击发控制龙口的机关,使龙口张开。另外,冯锐模型还把蛤蟆由面向樽体改为背向樽体并充当仪器的脚。该模型经模拟测试,结果与历史记载吻合。

张衡的地动仪在地震科学上的杰出贡献震烁古今。据学者们考证,张衡在当时已经利用了力学上的惯性原理,“都柱”实际上起到的正是惯性摆的作用。同时张衡对地震波的传播和方向性也一定有所了解,这些成就在当时来说是十分了不起的,而欧洲直到1880年,才制成与此类似的仪器,比起张衡的发明足足晚了一千七百多年。

趣味链接:你知道第一台精确的地震仪吗?

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