中国天文学成就对世界天文学的影响—《4000年中国天文史》读后感

《4000年中国天文史》是法国人让-马克•博奈-比多(Jean-Marc Bonnet-Bidaud)所著,他是法国原子能和替代能源委员会(简称CEA)天体物理学家、天文学家,作者在平时的天文学研究中,多次引用了中国古代对于星空的记录和观测数据,并且他也是敦煌星图的研究者,对于中国古代天文学有很深的了解。《4000年中国天文史》可以让我们从外国人的角度审视我国古代天文学成就,更好的了解我国璀璨的文化。

 

中国古代天文学成就一直被中国人所忽视,在一般人的印象里,中国古代的天文观测只是为了占卜和制定历法所用,由于中国皇帝认为天象对于国运以及自身命运具有预兆和启示作用,所以中国历朝历代十分重视天象的观测。观测天象的官员如果玩忽职守甚至有杀头之罪,我国天象观测的记录从商代就已经开始,天文官详细记录了每年的天象变化,我国是欧洲文艺复兴以前天文现象最精确的观测者和记录的最好保存者。

 

一、中国古代天文学成就:

 

1.文字记录

 

在我国河南安阳出土的殷墟甲骨文中,已有丰富的天文现象的记载。这表明远在公元前14世纪时,我们祖先的天文学已很发达了。

 

在《春秋》一书中,至少有37次日食被记录下来,这使其成为世界上已知最古老的日食典。

 

《史记·秦始皇本纪》记载的秦始皇七年(公元前240年)的彗星,各国学者认为这是世界上最早的哈雷彗星记录。从那时起到1986年,哈雷彗星共回归了30次,我国都有记录。早在2000多年前的先秦时期,我们的祖先就已经对各种形态的彗星进行了认真的观测,不仅画出了三尾彗、四尾彗,还似乎窥视到今天用大望远镜也很难见到的彗核,这足以说明中国古代的天象观测是何等的精细入微。

 

司马迁的《史记》中包含了《历书》和《天官书》两篇天文学专著,司马迁作为一位伟大的天文学家(担任太史令之职),也参与了当时的历法改革。其中《历书》定义了传统节气,《天官书》划分了恒星。

 

我国考古工作者在湖南长沙马王堆的一座汉朝古墓内发现了一幅精致的彗星图,图上除彗星之外,还绘有云、气、月掩星和恒星。天文史学家对这幅古图做了考释研究后,称之为《天文气象杂占》,认为这是迄今发现的世界上最古老的彗星图。

 

我国还有不少太阳黑子记录,如公元前约140年成书的《淮南子》中说:“日中有踆乌。”公元前165年的一次记载中说:“日中有王字。”战国时期的一次记录描述为“日中有立人之像”。更早的观察和记录,可以上溯到甲骨文字中有关太阳黑子的记载,已有3000多年。从公元前28年到明代末年的1600多年当中,我国共有100多次翔实可靠的太阳黑子记录,这些记录不仅有确切日期,而且对黑子的形状、大小、位置乃至分裂、变化等,也都有很详细和认真的描述。这是我国和世界人民一份十分宝贵的科学遗产,对研究太阳物理和太阳的活动规律,以及地球上的气候变迁等,是极为珍贵的历史资料,有着重要的参考价值。

 

敦煌星图已知现存的最古老的全天星图。该星图中绘有超过1300颗星,它们被分成257个星官。

 

《乙巳占》10卷,是唐朝李淳风的一部重要的星占学著作。《乙巳占》中除去星占方法和应验情况外,还保留许多科学史料。如天象的记录,天象的描述,当时分至点的位置,浑仪的部件及结构,岁差的计算值,等等。除了天文占之外,《乙巳占》中的气象占和候风法还记下了重要的气象现象。《乙巳占》中还保留了重要的历法数据,已有学者据此考证出李淳风早年撰写的另一部历法《乙巳元历》和《历象志》。

 

宋朝1054年7月4日-1056年,开封司天监的观象台上,天文学家杨维德完整记录了客星的产生与消失。

 

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这些完整而详实的天文记录,自然不是单靠中国古代天文学家的肉眼观测所得,为了更好的观测恒星的位置,我国古代的天文学家也发明了各种精密的观测仪器。

 

 

 

2.仪器设备

 

在成书于周代的古代典籍《周礼》中就有关于使用土圭的记载,可见圭表的历史相当久远。

 

浑象。它用以表现恒星和星座位置,并能演示天体的周日运动,是我国古代一种用于演示天象的仪器。它可以用来直观、形象地了解日、月、星辰的相互位置和运动规律,是现代天球仪的直接祖先。东汉张衡,三国王蕃,刘宋时期的钱乐之都曾造过这种仪器。

 

在十七世纪发明望远镜以前,浑仪是中国古代天文学家用以测量天体位置的主要仪器。西汉洛下闳曾制作过浑仪,后又被我国天文学家张衡等人所改进,中国现存最早的浑仪铸造于明朝正统年间,有三重环圈组成,可测天体的赤道、黄道和地平坐标。环上旋刻有周天365又1/4及百刻刻度,这是中国古代天文学所特有的。古人为了便于观测太阳、行星和月球等天体,在浑仪内又添置了几个圆环,也就是说环内再套环,使浑仪成为多种用途的天文观测仪器。

 

公元721-725年,唐朝僧人一行通过用圭表对日影进行测量,这是一次规模空前的子午线测量。

 

唐朝天文学家李淳风在中国历史上第一次把浑仪分为六合仪、三辰仪、四游仪三重,其影响相当深远。

 

宋朝苏颂制作的天文钟(即水运仪象台),用水流驱动,计时并演示恒星运动。苏颂还著作《新仪象法要》解释天文钟的原理。天文钟把观测天象的浑仪、演示天象的浑象和报时装置巧妙地结合在一起,是我国古代一项卓越的创造。

 

元朝郭守敬1276年在登封建四丈高表,四丈高表能精确测量影长,通过计算影子最长和最短时刻的时间间隔,郭守敬计算出回归年的长度是365.2425天,这与现代结果相比仅有23秒误差,该回归年的长度与南宋统天历相同,也与现代通用的格里高利历相同。格里高利历是1582年罗马教皇格里高利十三世时制定的,比《授时历》晚了300年。郭守敬依据测量结果制定了新的历法《授时历》,郭守敬在给元世祖的奏报中说,《授时历》对天文数据重新测定七项,对天文计算改革五项,该历法于1281年颁布,使用了360多年。

 

随着历朝历代天文学家对浑仪的改进,使得浑仪的圆环过多,阻挡了观测视线,郭守敬就将浑仪简化制作了简仪。简仪的轴线上固定着一根叫“窥衡”的管子,它可以沿着圆周向各个方向转动,用以瞄准天体。由于环上皆有刻度,所以可以精确地读出在赤道经度和纬度向量上的角度。这台仪器的独创性在于,它的主体结构不是垂直的,而是非常精确地向北倾斜,即与地轴线的方向平行。主圆的转动正好补偿了观测期间地球的旋转,并可以测量天体在赤道经度上的坐标,次圆则使测量赤道纬度成为可能。简仪与现代望远镜的赤道座架有一致的结构。简仪的设计和制造水平,在世界上遥遥领先三百多年,直到公元1598 年丹麦天文学家第谷所发明的仪器才能和它相比。

 

中国的天文学家习惯使用赤道坐标系,以此来表示极点、天赤道和恒星的位置。而在古希腊的传统中,人们对行星尤为感兴趣,所以通常使用黄道坐标系。阿拉伯的天文学家主要须解决圣城麦加的方位问题,因此他们倾向于使用地平坐标系。在这三种坐标系中,赤道坐标系是迄今为止最简单的坐标系。由于赤道坐标系基于地球的绕轴运动,最适合在观测恒星时使用,因此它也是当今全世界的天文学家最常用的坐标系。

 

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二、天文学的国际交流与发展变化

 

天文学并不是由某一国独立发展的,各国的天文学家在进行观测时也经常运用其他民族和地区的知识和成果。不仅是中国,阿拉伯和欧洲的天文学也在蓬勃发展。

 

唐朝僧人一行,曾经与印度僧人交流,并获得了一些印度数学知识和数学家阿耶波多的工作成果。当一行用圭表对日影进行测量时,这些先进的数学知识发挥了重要作用。

 

西班牙的伯人宰尔嘎里(1029~1087)于1080年编成著名的《托莱多天文表》,对托勒密体系作了修正,以一个椭圆形的均轮代替水星的本轮,并提出一个旋涡运动理论,认为行星的轨道呈螺旋形,从此兴起了反托勒密的思潮。

 

1258年蒙古军灭掉阿拔斯王朝,建立伊尔汗国。1272年,伊尔汗国建立马拉盖天文台(在今伊朗西北部大不里士城南)。这个天文台拥有来自中国和西班牙的学者,他们通力合作用了十二年时间,完成了一部《伊尔汗历数书》。它与印度的悉檀多(历数书)相当。《伊尔汗历数书》中测定岁差常数为每年51″,相当准确。

 

元朝郭守敬在登封建的四丈高表,其台身形似覆斗,高9.46米。郭守敬之所以要制作如此高大的天文仪器,就是因为受到阿拉伯人“仪器越巨大测量越准确”的观念的影响。

 

元至元十七年(1280年),郭守敬继承传统历法并参考了阿拉伯历法编成新历,命名为《授时历》。

 

之后,帖木儿的孙子乌鲁伯格在撒马尔罕建立了一座天文台,天文台的象限仪,半径长达40米。乌鲁伯格对一千多颗恒星进行了长时间的位置观测,据此编成了《新古拉干历数书》,这是托勒密以后第一种独立的星表,它达到了十六世纪以前的最高水平。

 

中亚一带的天文学家比鲁尼曾提出地球绕太阳旋转的学说,他在写给著名医学家、天文爱好者阿维森纳的信中,甚至说到行星的轨道可能是椭圆形而不是圆形。

 

由于望远镜的发明,欧洲在17世纪恢复了天文学的发展,并将在这一双重遗产的基础上建立自己的天文学。阿拉伯天文学家们处在托勒密和哥白尼之间,起了承前启后的作用。波兰天文学家哥白尼从欧洲的图书印刷品中汲取了马拉盖学派的丰硕成果,科学史家乔治·萨利巴(Georges Saliba)最近的研究表明,哥白尼的巨著《天体运行论》中就有不少内容源自以波斯天文学家图西的作品为代表的各种著作。图西在书中解释了如何将线性运动转变为圆周运动,其描绘的图形与此后哥白尼著作中的图形也完全相同。由于受到阿拉伯天文学家的影响,哥白尼开始明确地对托勒密的体系提出疑问,并由此发展出了他的日心说。

 

欧洲早期的天文记录只有模糊的记载,对于重要天象的出现时间以及天体的外貌、运行轨迹只有模糊的描述,丹麦的第谷·布拉赫受到了来自北京耶稣会传教士的书信的影响,信中描述了中国天文官员如何严谨精确的测量天象。第谷·布拉赫从中知道了要认识行星运动的规律,积累高度精确测量数据的重要性。得益于中国和阿拉伯天文台的早期实践,第谷·布拉赫成功地制作出了一批大型天文仪器,并身体力行地测出了大量的原始精确的数据,因此留下了极赋价值的观测手稿,成为了近代天文学的奠基人。

 

到13世纪末,欧洲天文学飞速发展,而中国人只是在停滞中简单地重复前人的成果,到了明清时期,传教士进入中国,利用欧洲天文学知识获得皇帝的信任,渐渐取代了中国天文学家的位置,成为了皇帝观测天象和制定历法的主要负责人。

 

 

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三、中国天文学在世界天文学发展中的地位和作用

 

1.中国是近代科学的先驱

 

中国古代发明的马镫、瓷器、冶铁术、火药、造纸术、印刷术、纸币、天文钟、赤道装置、活塞式风箱、转轴舵、司南等,对世界历史产生了重大影响。

 

例如,马镫可以让骑手在马背上更好地保持身体平衡,使人在马背上使用长矛和弓箭成为可能,它在大约7世纪传入了欧洲,欧洲的骑士阶层由此出现,维系着欧洲封建统治直到14世纪。

 

此后,中国发明了火药,公元1300年左右火药传入了欧洲,火药使得摧毁城堡成为可能,为商业资产阶级夺取政权发动大革命,提供了火力支持,为现代欧洲列强扩张埋下了伏笔。

 

中国的司南被欧洲人用于航海之中,确立了欧洲在全球的统治地位。

 

公元105年,中国的蔡伦发明了纸张,到公元751年的怛罗斯之战后,造纸术才得以向阿拉伯传播。之后中国的印刷术也在15世纪传入欧洲,使得知识被广泛传播,成为了科学革命的重要基础。

 

 

2.中国是现代观测天文学的奠基者

 

中国在天文学领域的许多重要发现领先于欧洲。比如,在对偶发和异常天象的观测方面,中国人在两千多年前就已了解了太阳黑子,对于彗星和超新星,中国人的观测活动也多得多,欧洲很晚才发现这些天象的重要性。

 

中国的天文学家还测算出了各种天文规律和周期,很早就得出了月食发生的时间周期,并且通过发现极点的运动计算出了岁差。坚持不懈的时间计量工作使得他们制作出了一系列的历法,这些历法的精确性长期以来无出其右。

 

我们很早就形成了各种不同的宇宙观,即便这些宇宙观被认为是对现实世界的不同补充,而不是某种理想化的模型。

 

此外,我们也是现代观测天文学的奠基者,我们通过不断的努力,将简单的恒星星表升级为有系统方法的星图,这些星图的投影方法惊人地具有现代元素,赤道坐标系也被此后的望远镜普遍采用。

 

对自然现象敏锐而完全的观察是科学中不可或缺的组成部分。中国的科学已经在很多个世纪之前就具备了现代科学的这种因素,这使中国古人对现实世界有了惊人的洞察力,从而发现了在太阳上并不起眼的太阳黑子,以及磁匙会因某种隐藏的力量(即磁力)朝着特定的方向运动。与其他文化不同,中国古代的天文学家是唯一较为系统和完整地记载天象的人,这些记录在许多个世纪之后的今天仍然有用。

 

3.中国的思想为科学研究提供了另一种思想框架

 

如果你将西方思想与中国思想进行比较,你会看到一方倾向于细节分析,另一方注重从整体把握。显然,中国的思想可以提供另一种更加整体化的思维框架。理论从来不具有绝对的规律,而只是作为不同的观点就同一现实进行讨论。因此,在中国人看来,把地球想象成既是平的又是圆的,这是稀松平常的事。因为这取决于我们需要解决的具体问题,是要在地面上建造房屋,还是要把地球当作一个天体。另外,中国人使用代数拟合的方法,而不是几何学的方法来计算行星的运动。有机的而非分析的,实用的而非理论的,代数的而非几何的,这就是中国科学思想不同于欧洲古典科学思想之处。然而,令人惊讶的是,它的一些理念似乎为现代科学指引了潜在的发展方向。

 

4.中国的天文学史料对现代天文学研究具有重要的现实意义

 

中国古代对日食和月食的记载都达到了一千次以上,这些内容对研究地球自转速度的变化很有价值。历史上关于彗星、新星、超新星及太阳黑子等天象的记载,对现代天文学的研究也都有着不可替代的作用。作为重要的天文资料,中国古代星图历史悠久,种类众多,绘制精美细致,是中国古代科学文明的一项重要成就,这在世界历史上也是不多见的。

 

著名科技史学家李约瑟在其《中国科学技术史》天文卷中就曾征引萨顿等科学史家的观点:“直到十四世纪末,除了中国的星图,再也举不出别的星图了。”中国古代的星图曾被传播至日本和朝鲜半岛等地区,这些星图构筑了整个东亚地区共有的独特星象体系,也是古代科学与文化传播的重要纽带之一。这些珍贵的史料不但为我们了解天文发展的历史提供了大量资料,有些对现代天文学的研究也具有重要的现实意义,是全人类最为珍贵的科学遗产之一。

 

中国古代天文学成就不应被忽视。中国古代发明为现代科技发展打下了基础,中国古代天文学观测方法、思想以及仪器,为现代天文学发展提供了基础和启示,中国古代天文学观测记录对于现代天文学研究依然是重要的参考文献。在物质和技术匮乏的古代,中国天文学尚能有此成就,当今中国的天文学发展也已经世界领先,这一切都值得每个中国人感到骄傲。

THE END
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