中國古代天文成就

古人對天的看法)(中國古代觀測紀錄)(中國古代曆法成就)(天文儀器)(首頁

 

古人對天的看法

    一、古人觀天

 (一)何謂天地?天與地又是由什麼組成?古人對天的組成有三種說法:

 1、蓋天說

古代認為,天在上、地在下。於是春秋時期,有了「天圓地方」的蓋天說法。認為地像棋盤一樣是方的,天像圓蓋一樣蓋在上面,天和地形成半球殼一樣。

 

 

 

                                

                                                                                            《蓋天說示意圖》

 

2、渾天說

由於之前的蓋天說無法解釋日月星辰東昇西落的問題而產生。此說認為天是圓的,形狀像蛋殼,天上的星星是鑲嵌在蛋殼上,而地球則是蛋黃,人們在其上觀察天象。

 

 

 

 

                                                                                                                                          《渾天說示意圖》

3、宣夜說

不再是球殼天的概念。認為天上所有星體都飄浮著,而不是固定在球殼上,且宇宙是無窮盡,無硬殼式的天空。

 

(二)萬物的起源又從何而來呢?

 

1、五行說

古代先民對於無法理解和控制的自然現象,歸諸於主宰萬物的超自然力,此超自然力量,商代叫「上帝」,周代改為「天」,而所謂的「天子」是受天之命來統治人間。從商周交替之時起,有了金、木、水、火、土為自然界最基本物質的想法,各樣事物由此結合而成,「五行說」隨即成型。

 

 

 

 

                                               《五行相生、相剋》

 

2、精氣說

戰國中期,宋鈃、尹文提出「精氣」學說,以無法直接感受的精微原始物質「元氣」解釋世界。元氣可以小到看不見、摸不著,但存在於任何地方,聚集起來即可成萬物。到了三國,楊泉更進一步認為,天是元氣構成,恆星、銀河眾星也是元氣精華構成。

 

3、渾沌陰陽說

戰國時期,認為天和地是在渾沌中陰陽作用而誕生的見解已經存在。而最早明確論述天地和日月星辰起源和演化的,應推朔至西漢時代淮南王劉安等人寫成的《淮南子》,在《淮南子˙天文訓》中(白話的)說:「天地形成前,一片渾沌空洞,這一階段稱為太始。 在這種空霩的情況下,道就開始形成了。有了道,空霩才生成宇宙,宇宙生出元氣。元氣有一條界線,那清輕的相互摩蕩,向上成為天;那重濁的逐漸凝滯,向下成為地。清輕的容易團聚,重濁的不容易凝結。所以天先成,地後定。天地的精氣結合而分為陰陽,陰陽的精氣分立而成為四時,四時的精氣散佈出來就是萬物。陽氣積聚的熱氣變成火,火的精氣變成太陽。 陰氣積聚的冷氣變成水,水的精氣變成月亮。太陽和月亮過剩的精氣是星辰。」

 

二、中國古天文學的宿命

 

  天文學常被稱中國最古老的自然科學,也曾經有過輝煌的成就。但翻開現代的天文學教本,幾乎很難找到討論古中國天文學成就和發現的篇幅。

可能原因:

 

(一)       地理與政治環境

由於與西方世界地理環境上的隔閡,使得中國天文發現無法即時傳到西方。政治上,傳統的統治者樹立了最高的權威,專制的思想統治阻礙科學技術的發展,明代以後由於嚴厲的思想統治,禁止人民對天文學及自然界之探索,更以八股取士將讀書人束縛於科舉之中,使學術脫離實際,導致近代中國科學技術的衰敗。

 

(二)       世襲的天文官

擔任天文官職位的人,是父傳子的世襲制度而來,所以並非每一天文官皆對天象有興趣。常只限於記錄天象而無系統性的了解,更枉論對日月星辰運行的觀察,以及窮究宇宙的奧秘,世代傳襲的結果使得天文知識零散。

 

(三) 改朝換代的全盤否定-無法累積科技成就

古代的天文知識只限於世襲的天文官才能學習,阻礙了天文學的普及和生根,使得知識集中在少數菁英身上。一旦改朝換代,往往一把火燒了前朝的切,原有掌握知識的上層菁英,也消滅殆盡。全盤否定的情況下,經驗和知識無法累積,所有的科技又得從零開始。

 

(四) 天人感應-五星聯珠、熒惑守心

古人相信天象與人世間的事物相呼應,使得天文學與星占緊密結合,而具有濃厚的非科學色彩。皇室為了保衛政權,將天文異象的解讀 (或天文知識)視為機密。因政治的需要,而偽造和篡改天文記錄。特舉例為佐證:

 

五星聯珠

    五星聯珠在古書中稱為「五星聚舍」,它是指水星、金星、火星、木星、和土星,在夜空上幾乎連成一直線的天象。「星占學」將此種天象解讀為「明君出現」和將「改朝換代」的預兆。沛公登基的天象:我國史上記載最早的一次五星聯珠出現在西元前206年,古籍《馬王堆帛書》記載「 (漢高祖)元年冬十月,五星聚於東井,沛公至霸上」,當時五大行星就在東井(二十八宿之一)附近,劉邦推翻秦二世胡亥建立漢朝。但根據考證,當時漢高祖自立為王時,五星連珠尚未出現,實際上於西元前205年7月才發生,約比劉邦登基晚了10個月,乃有心人士藉此傳達「真命天子的天意」。

 


 

 

                                  五星聯珠,資料來源:TAS台灣天文網》

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中國古代觀測紀錄

    一、超新星

宋史˙仁宗本紀》上寫著:「嘉祐元年三月辛未(1054 4 5 日),司天監言:自至和元年五月(105474日),客星晨出東方,守天關,至是沒。」 意思是人們看到這顆超新星爆發於105474日,位置在金牛座ξ星附近,最亮時有 23 天在白天就可見,直到 1056 4 5 日,肉眼才無法看到它。根據這些記錄,畫出來的光度變化曲線,和近代天文學中所得的超新星光度變化曲線相當一致。而且在這顆超新星出現的位置上,目前觀測到 蟹狀星雲 」。 1968年,在此蟹狀星雲中心發現了一顆短周期的波霎(高速旋轉而兩極強烈輻射的中子星)。 所以我國對於此顆超新星的記載,成了近代驗證「恆星演化理論」在晚期成為中子星的有力佐證。因此在九百多年以前的開封,中國人做出了全世界第一次,對超新星爆炸最完整的觀測記錄。

這顆超新星就距離地球只有六千光年,所以非常的明亮,連續二十幾天白天都可以看得到。從它出現到消失,整個過程長達兩年。宋朝的天官仔細的記錄了它出現的時間、位置,以及兩年中間亮度的變化。因此宋朝天官對這顆 "客星" 所作的完整觀測就成為當今世界上對超新星爆炸最完整而可靠的古代記錄。這顆超新星,也就成為當今世界上天文學家所公認的 "中國超新星"

 

 

 

 

 

 

 

二、日月食象

 

《仰韶文化彩陶上的太陽紋圖案。1972年在

河南鄭州出土,距今約5000年的仰韶文化

遺物,圖案表達出當時人們對太陽的觀察

認知(取材自南京大學宣煥燦天文學史)》

 

 我們祖先遠在三千多年前,即對日食作了文字記載。夏代仲康元年的一次日食是最早的記載,出現於《書經•胤征篇》:「乃季秋月朔,辰弗集於房,…瞽奏鼓,嗇夫馳,遮人走……」其實在更早的年代已有待考證的記載,例如可從出土的殷代甲骨文中發現約在公元前1214世紀間已有大量的日食、月食等紀錄。到了漢代,已對日食時的太陽位置、初窺、食甚、復圓和食分的方位與時刻有詳細的描述,如《漢書.五行志》所記:「征和四年八月辛酉晦(公元前89928日),日有食之,不盡如溝,在亢二度,晡時(下午3~5點)從西北;日下晡時,復」說明當時食分很大,光亮的太陽面只剩下一個溝形,食起於西北方位,當時太陽位於二十八星宿的亢宿二度等情景。至於當時是如何看得清楚的呢?原來在公元前一世紀,天文學家京房,即已採用避免直視強光傷眼的「水盆照映」(後來為加強反光能力而改用油盆照映,稱之為「烏盆觀日」)方法。

 此外,我國古代對於日月食的成因也早有正確的認識,例如在公元二世紀時,天文學家張衡在《靈憲》中就指出:「月光生於日之所照,魄生於日之所蔽。當日則光盈,就日則光盡也……當日之沖,光常不合者,蔽於地也,是謂『闇虛』。在星則星微,遇月則月食。」 從漢代起,我國便已用科學的方式來推算日月食,把日月食的計算做為曆法工作的重要項目。總計在歷史上有紀錄的日食次數,約有1100次左右。對這些紀錄的詳細研究,將有助於對地球自轉速度的變化、月球繞地球轉動的速度變化、日地月間萬有引力有否變化的探討。

 

三、太陽黑子

《太陽黑子是由於太陽表面強大磁場的影響所形成的現象之一。位於黑子處的粒子密度會比周圍的密度來得低,所以溫度(平均約攝氏4000度)就會比周圍(平均約攝氏6000度)低,而呈較暗的情景。從黑子的觀測可得知太陽表面活動和太陽自轉的狀況(取材自NASA)。》

  

 

 

 

公元前140年左右的《淮南子》記載:「日中有踆鳥」;稍後的《漢書.五行志》記:「漢元帝永光元年(公元前43年)四月,……日黑居仄,大如彈丸」,又記:「漢成帝河平元年(公元前28年)乙未,日出黃,有黑氣大如錢,居日中央」。這些紀錄對太陽黑子出現日期、時間、黑子的形狀、大小和位置都有詳述,是世界公認最早的黑子詳實紀錄。從漢代至明代的一千六百多年中,有關黑子的位置與大小、出現時間、形狀變化等記載,從西漢一直到清末,我國史書上總共記錄了兩百七十多次的黑子現象(在二十四史中就多達一百多次),由這些記錄的日期和間隔,可以算出太陽表面活動的周期大約是十一年,這和現代天文學對太陽周期的觀測完全符合。這些珍貴的黑子記錄,對於研究太陽物理、日地關係,以及氣候變遷都有重要的參考價值。在歐洲,關於黑子的最早記錄,出現在西元 807年,比中國晚了八百多年,且被誤認為是「水星凌日現象」的時間。

 四、極光

《南北極光是由於逃逸出太陽表面的帶電粒子(俗稱之為太陽  

風)路經地球附近,太陽風會和地球磁層內的帶電粒子產生

游離氣體的作用,這些游離氣體所激發放出的電磁波(光波) 

將會多彩多姿地呈現。》

  

 除了太陽黑子的記載,與太陽活動、黑子活動有關的極光現象也有大量的紀錄。古時候並沒有「極光」這個名稱,而常記為「天裂」、「赤氣」、「白氣」、「黃氣」等。在公元前11世紀的西周初期,就有了極光現象的文字記載,直到清代約有三百餘次的詳細記載,其中大多有日期、觀測地點、極光的形態和變化的描述。就以公元937214日在開封觀測到的一次極光紀錄為例,《五代會要》記:「五代晉高祖天福二年正月乙卯,夜初,北方有赤氣,西至戊亥地,東北至丑地,南北闊三丈餘,狀如火光,赤氣內見紫微官及北斗諸星,至三點后,內見白氣數條,次行至西,夜半子時方散。」這些豐富的黑子和極光現象資料,可以應用於瞭解太陽活動的規律、地球磁場的變化,以及日地關係等問題的探討。

 

五、彗星、流星、隕石

 

 

  

  《1976年的威思特(West)彗星(左上)、1986

年的哈雷彗星核(左下)、1996年的百武彗

星(右下)、1997年的海爾•鮑普彗星(右 

上)等外觀雄姿(取材自NASA)》

 

 

 

 

19981118  Modra天文台所攝 得剛從獅子座蹦裂四散的流星群。》

  我國古時將彗星、流星、隕星合稱為「彗孛流隕」,也有蓬星、長星等稱呼。我國有世界上最早最豐富的彗星紀錄,殷末(公元前11世紀)武王伐紂時所見的彗星,記載在《淮南子•兵略訓》:「武王伐紂,……彗星出而授殷人其柄。」

  早在公元前2世紀,古人就開始對彗星進行分類。到了戰國時期,對於彗星的觀測已累積了豐富的經驗,這可從長沙馬王堆三號漢墓帛書中29幅彗星圖中看出古人對彗星觀測的仔細,它真實地反映了彗星結構,不但畫出不同形狀的彗尾,似乎也畫出了彗核結構,是相當科學的描述。在《晉書•天文志》記:「史臣案,彗體無光,傅日而為光,故夕見則東指,晨見則西指,皆隨日光而指。」明確地指出:「彗星本身不發光,因受太陽照耀而發光,尾巴永遠背著太陽。」這些認知比歐洲早了約9個世紀。

  中國歷史上約有二千次的彗星紀錄,是近代研究彗星運動週期、軌道變化、冥王星外有沒有行星等重要問題的參考。以哈雷彗星為例,最早出現在《春秋》對於魯文公14年(公元前613年)的記載:「秋七月,有星孛入於北斗。」比西歐公元66年的最早紀錄早了六百多年。從魯文公至今,週期為76年的哈雷彗星出現過32次,每次我國都有詳細完整的記載。

  此外,歷史上還有幾次彗星分裂現象的記載。如《新唐書•天文志》記:「乾寧三年(公元896年)十月有客星(此處指的是彗星)三:一大,二小,在虛、危間(今寶瓶座),乍合乍離,相隨東行,狀如。經三日,而二小星沒。其大星後沒。」和彗星相關的流星雨,我國也有大量的紀錄。最早的可推《竹書紀年》中記載夏末(公元前16世紀)的一次流星雨:「(桀)帝癸十年夜中星隕如雨」。古人對於流星雨的描述也非常詳盡,包括出現和消逝的時刻、方位、數目、顏色、亮度、持續時間等。例如發生於公元1002年的獅子座流星雨,《宋史•天文志》記載:「咸平五年九月丙申(1012日),有星出東方,西南行,大如斗,有聲若牛吼,小星數十隨之而隕。戊戍(1014日)又有星數十,入與鬼(二十八宿之一) ,至中台,凡一大星偕小星數十隨之。其間兩星如升器,一至狼,一至南斗滅。」

  至於流星墜落到地面,便成為隕石(《左傳》解釋為「隕星」);戰國時期就知道隕石是天上落下來。隕石的成份記載也頗逼真,如宋代沈括在《夢溪筆談》卷二十中,對公元1064年落在宜興的一塊鐵隕石描述道:「其大如掌,一頭微銳,色如鐵,重亦如之。」對於鐵隕石的應用,古人也有獨到之處,在商代中期,已知用於鍛製鉞等兵器的刃和援之部位。我國古代至今已有五千條以上的流星、四百多次流星雨紀錄,約五百次的隕石史料,對於這些紀錄進行分析、研究,將有助於查明流星群和彗星間的關係,提供流星群的軌道、週期等變遷的豐富資料依據。

 

六、石刻紀錄

        中國在殷商時期就有天文觀測的紀錄,從古代的甲骨文出土就看到有關太陽月亮等的圖騰,因此在歷史上由文字和圖形記載的天文紀錄當然也不計其數。

  古星象圖大致可依性質區分為具示意性或科學性兩類,一類是為裝飾或宗教目的製作的示意性星象圖,如漢唐以來的墓室頂部,經常發現有彩繪的或石刻的星象圖,這類星圖顯然繪製得比較粗糙,且象徵意義遠比精確性來得凸顯,內容往往也不完整,有的只繪出單一的星宿(可能和當事人生前的官位相關);另一類是常出現在書籍、畫卷、石刻儀器等上面具科學性的星圖,是古代天文觀測者為認知教學和記錄天空星星位置而繪製的,其內容除了受肉眼能見度而侷限於個數較少的甯P,無法和現代望遠鏡能觀測到的眾多甯P個數和星座數目相比較外,星圖內容較準確、記載的天象也比較完整,有助於我們瞭解古代人對甯P的觀測,和研究地球自轉和公轉運行的變遷,如「歲差」規律的探研。可惜這類星圖流傳下來的不多,依文獻記載所提及的戰國時代的甘、石、巫三家星圖、三國時期陳卓編製的星圖等都早已失傳。現存的星圖有唐代的敦煌星圖、宋代蘇頌《新儀象法要》中的星圖及蘇州石刻《天文圖》等較具科學價值。

  歷史上有非常多具有高科學研究價值的古星圖都已經失傳,得以流傳至今的大多是以石刻記載的方式留下:

 (一)蘇州石刻

  三千年以前的殷商時代就有了關於天文星象的文字記載,繪畫和雕刻天文星象也有悠久的歷史。南宋時在蘇州雕刻的天文圖碑,是中國現存較早且較有系統的一塊天文圖石刻。此圖不僅是重要的科學史料及文化遺產,也是世界著明的天文文物,引起了世界各國學者的重視和研究。

 

  蘇州石刻天文圖是南宋淳祐七年(即公元1247年)所刻的,原圖是黃裳所獻。由王致遠負責書文和刻碑的工作。所依據的素材主要是北宋元豐年間(公元1078至公元1085年)的觀測結果。

 碑石高216公分、寬108公分,碑額題『天文圖』三字,故俗稱『天文碑』。碑石上部是一幅圓形全天星圖,星圖外圈直徑約91.5公分,星圖本身直徑約85公分。畫法是按古法,以天球北極為圓心,用三個同心圓加宿度線來表示的。整個天文圖 共刻甯P1434顆,星圖下方有兩千多字的說明,概括地敘述當時所知的一些天文知識。它保存了我國在十一世紀甯P觀測的部份資料,提供了古代星宿位置的重要訊息,具極高的科學研究價值。中圖是用現代星座盤觀測的方式參閱蘇州石刻天文圖製作的星圖。

(二)山東嘉祥武梁寺石刻北斗星

  山東嘉祥武梁祠石刻畫像北斗星圖說明以北斗七星作為車子的框架,意表《天官書》所說:「斗為帝車,運於中央」。

 

(三)五代吳越文穆王前元瓘墓石刻星象圖

五代吳越文穆王前元瓘墓石刻星象圖是依「蓋天說」而繪製的「蓋圖」, 它類似於現今天文觀測使用的星座盤:觀測者坐北朝南(因我國位處於北半球, 長年見到的日月都出現於南方),仰天觀星, 以看起來似乎不動點(北極星附近)為 蓋頂 下方為南方,日月星辰將從「左」而右周期地「旋」轉運行。 到了漢代,出現了改進型的蓋圖,圖中有了三大小不等的同心圓:上規、內規、下規。 在上規內的星辰,一年四季不落地平,到夜晚即可看見,故上規內又稱之為「硠蒺憿v。 內規表示「天赤道」,上規和下規間的中圈其上的星宿會陸續路經頭頂上空。在下規外的星辰, 終年在地平以下,常隱不現,故稱之為「睋羺憿v。硠蒺撽M睋羺暺P中圈的距離相等。 這類星圖以五代吳越文穆王錢元瓘墓的石刻 二十八星宿圖和蘇州石刻天文圖 為代表。五代吳越文穆王前元瓘墓石刻星象圖是公元 941 960年間建造,刻星象用陰紋勾刻,星和星之間用線聯接,刻工細緻,星象位置也相當準確。比蘇州石刻天文圖早了三百多年,同時,尺寸約比蘇州天文圖直徑大一倍。

 (四)敦煌星圖中紫微垣

 

  

 

 

 

 

        1899年敦煌莫高石窟內發現藏經洞。1907年被英國人斯坦因和法國人伯希和盜走了九千種敦煌歷史文物及藝術品卷子,其中有一卷編號 MS3326 的星圖, 上繪有1350多顆星,這星圖約畫於公元八世紀初,是世上現存古星圖中星數最多、 最古老的重要星圖。現藏於英國圖書館中。這卷圖的畫法是以十二月開始,按照每月太陽位置的所在,分十二段把赤道附近的星座繪出,並文字說明;最後, 再把紫微垣畫在以北極為中心的圓形平面投影圖上。在此應該特別提出,國外使用類似的畫法要比敦煌星圖晚六百多年。上圖是現仍藏於英國圖書館中的敦煌星圖之一部分,星圖中繪的是北極附近的紫微垣。

 

 

 

 

 

 

 

(五)唐代敦煌星圖

下圖是現仍藏於英國圖書館中的敦煌星圖之一部分,星圖中繪的是二十八星宿中的畢宿、觜宿、昴宿、井宿。

 (六)洛陽西漢壁畫墓中的日、月、星象圖

洛陽西漢壁畫墓中的日、月、星象圖。12塊長方磚上的彩繪,由東而西,第1幅是太陽,第7幅是月亮,其餘10幅都是星象圖(取材自中國社會科學院考古研究所出版《中國古天文文物論集》)。

 (七)石氏星表

  星表者,乃是天文觀測者長期觀察後,將大量測得的甯P以座標系統性的彙編而成,它是天文學家們的重要參考工具。我國古代最早的星表編製人是戰國時代的魏人石申(約在公元前4世紀),他編的《天文》一書共八卷,被後人譽為《石氏星經》。可惜至宋代後失傳,還好在唐代《開元占經》中可看到《石氏星經》的一些片斷,並整理出一份《石氏星表》,其中明列28 宿距星和一百餘顆甯P的赤道座標位置。依據歲差規律推算證明,石氏星表中至少有一部分可以肯定是公元前4世紀測定的,遠比古希臘天文學家依巴谷在公元前2世紀編製的星表還早。可見石氏星表是現知世界上最古老的星表之一。

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中國古代曆法成就

曆法是人們創立的長時間計時系統,也就是年月日時的安排,藉由經驗告訴我們,利用和經驗密切相關的自然現象變化規律作為天然計時時間的尺度,對人們計量時間的工作將帶來極大的方便

 

一、曆法主要可分為三種

 (一)太陽曆:   採用太陽回歸年作為基本週期,以太陽的週年運動作為依據的曆法,簡稱陽曆,以地球繞日公轉的週期(一回歸年,每年約365.24422)為單位如現在世界通用的格里曆格里曆修改自儒略曆,每四年閏年一次(366) 每到閏年增加一天於2月底,百不潤,逢四百又潤,其餘為平年,因此一年平均長約365.2425日,與回歸年差0.0003均太陽日,約3300年差一天

(二)陰曆:    採用朔望月作為基本週期,因為古人稱月亮為「 太陰 」,所以又稱它為「 太陰曆 」。以月球繞地球一週的時間為單位稱為月(朔望月),等於29.5305912個月為一年,大月30天,小月29天,全年354天,但12個朔望月實際長度為354.3671個平均太陽日,爲了更接近平均曆年長度,每30年中置11個閏年(每年355) ,到閏年增加一天於12月底,曆年與回歸年相差11天,約33年循環一次,約17年則冬夏剛好相反,不符合農業所用回教人士採用的回曆就是這種純陰曆

 

(三)陰陽合曆:    我國有史以來就採用陰陽曆,兼具陰曆與陽曆兩者特點並列回歸年與朔望月為基本週期,為我國固有的曆法,習慣上稱陰曆,也因農民喜歡依據此曆進行農事,又稱農曆陰陽曆以月相變化的週期作為一月的長度,同時使曆年的長度接近回歸年,如此一來,每個月都能與月亮盈虧週期相符,每年也都和四季交替相似陰陽曆每月平均29.53日,與太陰曆相似,為了處理整數問題,定大月30天,小月29。另外,12個月的農曆平均354天,與回歸年相差11天,爲解決此問題,我國春秋時代有「十九年七閏法」,使曆法更接近回歸年長度,。達到逢閏年則那年就有13個月合計384天。也就是19個平年(19 X12 = 228個朔望月),另有7個「閏月」,共有235個朔望月,相當於6939.75( 365.25 X 19 = 6939.75),此數值僅比 19 個回歸年約多 3.5 小時因為農民曆可以兼顧陰曆和陽曆的優點,且簡單、易懂、好記,再加上它配合著我國舊有規律周期地紀年、紀月、紀日、紀時之「干支紀法」,所以仍受民間各行各式各業的歡迎與習慣使用。

 

二、中國古代治曆方法

     中國古代以干支紀年:干支是天干和地支的總稱。甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸叫天干子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥叫地支。把干支順序相配正好六十為一周,這就是俗稱的六十甲子。古人常用干支紀法來紀年、紀月、紀日、紀時。一般認為從東漢建成三十年(公元54年)開始,我國使用干支紀年,延續至今從未間斷。下為六十甲子循環表:

 

中國古代治曆注重天象的觀察,圭表和日晷都是以太陽為觀測目標的計時儀器,結構簡單,是中國流傳於世最古老的天文儀器。由於其創制年代久遠,已不可考。現在一般人所言的圭表是由表發展而來,而日晷則是再由圭表演變而來。所謂的表,最初就是一根直立於平地上的竿子或石柱,,遠古人們在生活中就發現太陽照射下的物體影子之方向和長短會隨著太陽所在位置而有規律性變化。逐漸地,就有人想到用竹竿或石柱來專門作為觀測影子變化的工具,於是產生了最古老的天文儀器表。表的結構雖然簡單,但用途卻很多,譬如可依據影子的方向和長短定出方向、節氣、時刻、地域等。圭表是由直立於平地的表和一個正南北方向平放的尺(圭)所組成。大約最晚在春秋中葉,利用圭表測量日影,已經是制定曆法的重要方法了,利用此法測定出回歸年長度為365.25日。

中國古代所定曆法,以夜半作為一日的開始,朔旦作為一月的開始,冬至作為一年的開始,所以規定冬至至次年冬至為一年,依此類推先民治曆注重曆元,一定要以甲子那天恰好是夜半朔旦冬至,為起算的開始於曆元之外,還要求日月合璧(日月同昇或對照),五星聯珠(金木水火土五星同於一方),還要推算七政(日月五星)的週期,使它同時發生於曆元,作為出發的起點,起算的開端,因此中國的曆法實際上可說是上元的演算史。由於後來的人一直努力於週期的測驗與星象的觀測,促使天文學的進展,最顯著的有以下三項:

(一)因為推算冬至朔旦同在一天,所以白天觀測太陽影子,晚上觀測中星,遂把周天分為12次,來決定節氣的早晚,又把星空分為28宿,來決定日月五星的行度。

(二)因為推算日月合璧,知道日月相交在朔則發生日食,相交在望則發生月食。後世都憑藉著交食,來測定曆法的疏密。

(三)因為推算五星聯珠,知道五星運行的順逆見伏(由西向東就是順,見與不見叫做見伏)。中國古代稱東有啟明(早上金星在東),西有長庚(夕晚金星在西)就是注意五星運行而發現的。

 

三、中西曆法比較

(一)我國從殷代開始,已經為農耕社會,早已閏月的方法來定四時成歲我國

在戰國時期所測的陽曆年長短已經非常有把握;西洋到了我國西漢末年,曆法還是非常雜亂

(二)我國祖先知道十九年七閏月的方法比希臘早約兩百年。

(三)西方所謂改曆只是就年月日的配合加以改革而已,其他部分不作為改革的標準,中國古代的改曆除了改變年月日推算所必須的天文常數外,同時還要深入到日月食和行星運行的問題,不只是明示氣朔的位置,通常還要網羅日月五星的各項問題

因此,中國古代天文學的發展在曆法方面受到很大的重視,就屬曆法貢獻最大,這是中國古代天文學的特質

 

四、中國古代天文學的特殊成就:節氣

根據太陽在春夏秋冬時在黃道上的不同位置,近一步區分成24種不同位置,謂之 節氣,先民將冬至到次年冬至整個回歸年時間平分成12等分,每個分點稱為「中氣」,再將中氣間長均分為二,其分點叫作「節氣」。這十二中氣和十二節氣的統稱為「二十四節氣」西洋的曆法中,只分春分、夏至秋分與冬至四個節氣,對應太陽在黃道上,兩次穿越赤道與最北與最南的四個時刻,作為四季的中心。而我國農曆裡則把節氣分得很細,定出了二十四節氣,相鄰兩節氣對應太陽在黃道上運行15度。節氣的名稱大都反應物候、農時或季節的起點與中點,明顯是以方便農耕為考量,可說是太陽位置的反映,也是氣候寒暖的反映最遲在春秋時代就產生這樣的概念

 

地球繞橢圓軌道公轉,在近日點附近(冬至)的運行速度較快,而在遠日點(夏至)附近運行速度較慢,所以以地球的觀點,太陽在黃道上運行的速度也是冬快夏慢,運行15度所須的時間自然有別,因此兩節氣之間所經歷的時間長短也不同。冬天的節氣較密,而夏季的節氣較疏。二十四節氣的劃分完全按回歸年的長度。

為了調合迴歸年(陽曆)與朔望月(陰曆)之間的差異,農曆把二十四節氣中,雙數的叫中氣,單數的叫節氣,而且規定每一個中氣標定在一個農曆的月份中,例如雨水必定在正月,春分必定在二月,穀雨必定在三月,其餘依此類推。另月名也必須和相對應的中氣相合。

朔望月一般比太陽在黃道上運行30度的時間短,故經過數月後,按朔望月排出來的月份,就有一個輪不上任何中氣,而這個月在農曆裡就定為「閏月」,由於它沒有月名,所以仍沿用上一個月的月名,而稱為閏某月, 1998年農曆5月份之後的一個月內 (624日到722) 只有「小暑」一個節氣,於是就成為「閏五月」 。以下為二十四節氣圖

  二十四節氣的名稱與其物候如下:

 

 

 

 

 

 

 

二十四節氣中以立春、春分、立夏,夏至、立秋、秋分、立冬與冬至等八節氣最為重要。它們之間大約相隔46天。一年分為四季,「立」表示四季中每一個季節的開始,而「分」與「至」表示正處於這季節的中間。

象徵氣溫變化的有:小暑、大暑、處暑、小寒、大寒。反映降雨量的有:雨水、穀雨、白露、寒露、霜降、小雪、大雪。標示農事活動的有:驚蟄、清明、小滿、芒種。爲了方便記憶,簡記為以下:

春雨驚春清穀天,夏滿芒夏暑相連;秋暑白秋寒霜降,冬雪雪冬小大寒。

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天文儀器

一、圭表

「圭」、「表」和日晷是我國流傳於世的最古老的天文儀器,以太陽為觀測目標。它們的創制年代已經不可考,一般人所言的「圭表」是由「表」發展而來,之後再發展出日晷。

 

所謂的「表」,指的是一根直立於平地上的竿子或是石柱,古代的人們發現,當太陽照射地面物體時,物體的影子會隨著太陽所在位置而有規律的變化,因此有了以竹竿或石柱來專門作為觀測影子變化的工具,這就產生了最古老的天文儀器─「表」。

表的結構簡單,但是用途很廣,可以作為測量方向、節氣、時刻、地域等的方法。「圭表」就是根據正午影長的變化來制定節氣以及年長,並利用表影的方向變化來定出時刻的專用儀器。「圭表」是由直立於平地的「表」和一個正南北方向平放的「尺圭」所組成,關於圭表的使用,早在春秋中葉,就利用圭表來測量日影,成為制定立法的重要方法,利用這種方法測出來的回歸年長度為365.2422日。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

二、日晷

        日晷和圭表一樣,都是利用太陽為觀測目標的計時儀器。日晷由一「表」(晷針)以及刻有時刻的晷面組成,由於地球繞著太陽公轉,使得每天正午時分的表影有長短的變化,古人利用這樣的變化定出了節氣與年長;地球自轉讓我們可以定出每天的時刻。日晷依據晷面所放位置與方式的不同,可分為下列四種:

(一)       地平日晷:晷面水平放置,晷針指向北極,晷面與晷針所夾的角即為當地緯度

(二)       赤道日晷:晷針平行地軸,晷面呈現北低南高狀擺放,晷面與晷針垂直

(三)       立晷

(四)       斜晷

                             

文字方塊: 《赤道日晷》
文字方塊: 《地平日晷》

 

 

 

三、渾儀

        在日常生活中,我們常常可以聽見「儀象」這個用語,事實上,「儀」和「象」應該是兩個不同的名詞,分別代表不同的意義。所謂的「儀」,指的是用來觀測天體位置的儀器,而「象」則是指模擬所有目視天體運動的儀器,在中國古代所使用的天文儀器中,便有「渾儀」和「渾象」兩種不同用途的儀器。

       

說到渾儀,可能很多人會把它和「渾天儀」聯想在一起,然而,渾儀並不是渾天儀!漢代張衡所造的渾天儀事實上是一種模擬天體運動的儀器,也就是所謂的「渾象」。

 

據信渾儀發明於戰國時代,西漢武帝時,則有洛下閎造渾儀的紀錄,之後歷經各朝代不斷的修改而複雜化,繁複的環圈縮小了可觀測的天區面積,宋代沈括為此做了三辰儀的改革,到元代更出現了簡化渾儀的革新產物─簡儀。

 

渾儀為三重輪之組合,第一重為六合儀,由天經環(子午圈)、地渾環(地平圈)和天常環(赤道圈組成),分別刻有周天度(365.25度)、二十四方位、百刻時刻,用於確定天體空間和時間的固定環圈。第二重為三辰儀,在六合儀之內,由黃道環和赤道環相交而成, 赤道環上刻有二十八宿距度和二十四節氣,配合模擬太陽運行的黃道環,以演示天體運行,推演節氣變化。三辰儀之內為四游儀,主要功能為觀測天體運行以及紀錄星體座標。在利用四游儀望筒觀測某一星體時,可由赤道環上讀出該星體的「入宿度」(中國在制到座標中對經度的表示方法),並由天經環和地渾環計算出「去極度」(被測星體與北天極的緯度差),並且由天常環得知觀測當時的時刻,如此,既可紀錄該星體所在位置,亦可觀測星宿得知時刻與四季。

 由渾儀的配置中,我們可看出當時天文觀測知識與技術已相當可觀,不但已略知日月星辰東升西落的變化情形(地球斜傾角度),並已會運用「經度」和「緯度」的座標概念。

 

 

 

 

 

 

 

 

四、渾象

文字方塊: 《渾象》

     渾象是古代中國人根據天文觀測的結果而製造出來模擬天體運行的儀器,它是一種教學、表演天體視運動的儀器,為公元前70 ~ 50 年間 耿壽昌創製,公元132年,張衡用水的力量發動齒輪系統,穩定帶動渾象轉動,創製「水運渾天儀(象)」。它將太陽、月亮、二十八宿等天體以及赤道、黃道都繪製在一個圓球上,讓人們不受日夜時間的限制,隨時了解當時的天象,白天可以知道當時無法以肉眼看到的猩猩與月球的所在方位,因雨天和夜晚也能曉得太陽與月亮的精確位置。它不僅補足肉眼無法觀測的空白,並且能幫助人們了解日、月、五星運行的運動規律。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

文字方塊: 《渾象》

 

五、簡儀

元代郭守敬對於在使用傳統的渾儀觀測時, 感到渾儀的環圈過於繁複,相互遮擋了不少天區且妨礙觀測等缺失, 因而產的生了要簡化渾儀的想法。至元十三年(公元 1276 ),郭守敬毅然進行革命性改革,去掉不必要圓環,取消了原渾儀中的白、黃道環;並把保留的圓環從層層套圈中分離出來,組成為兩個互相獨立、結構簡單的赤道裝置 (赤道經緯儀) 和地平裝置,另外增加立運儀,創立了「簡儀」。

 

文字方塊:  
簡儀的赤道裝置是由極軸以及圍繞著極軸旋轉的四游雙環所組成,四游雙環兩面刻著周天度數,中間夾著可以繞四游杯中心旋轉的窺管 (鏡筒)。窺管兩端安有十字架,這是後世望遠鏡中十字絲的始祖,大大提高了觀測之準確度。為了校正儀器的極軸,簡儀上安裝了一「候極儀」,其由定極環 (安裝於北支架上,環中斜放一個十字交叉,交叉中心有一小孔) 和一塊銅板(安裝於南支架上,板中央有一小孔) 組成。銅板和定極環小孔聯線與儀器轉動軸線平行。校正時就從銅板孔觀測北極星周日視運動軌跡中心在定極環內的中心位置。

為了校正儀器安裝的方向,簡儀的底座上安裝了「正方案」,其不僅能如同圭表般測日影,而且可以當量角器使用。簡儀的地平裝置是「立運儀」,它包括一固定的地平環 (陰緯環) 和一直立可旋轉的「立運環」。這立運儀在我國儀器史上尚屬首創,其可同時量測天體的地平方位及地平高度;其結構與近代測量上實用的經緯儀、航空導航羅盤同類型。

        簡儀的創制是我國儀器製造史上的一大創舉,不但是世界科學發展史上的重要例證,亦為現代天文望遠鏡的先驅。它獨立的赤道裝置,是近代許多測量儀器的鼻祖。

 

 

 

 

 

 

 

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