中國(guó)隋唐時(shí)期天文學(xué)

中國(guó)是世界上天文學(xué)發(fā)達(dá)較早的國(guó)家之一，在天文學(xué)的許多方面都曾處于領(lǐng)先地位。無論在天文儀器、歷法、天象觀測(cè)、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(fā)揮作用，這是世界公認(rèn)的。同時(shí)也涌現(xiàn)了一批天文學(xué)家，他們的許多科學(xué)發(fā)現(xiàn)至今還有現(xiàn)實(shí)意義。

中國(guó)古典天文學(xué)有人歸結(jié)成4個(gè)特點(diǎn)，不同于世界其他文明古國(guó)的天文學(xué)系統(tǒng)，具有鮮明的獨(dú)特性。

①整個(gè)天文學(xué)的發(fā)展以歷法的編纂為基礎(chǔ)。中國(guó)的歷書不僅包括歷日的安排，還有太陽、月亮和行星的運(yùn)行，日月食推算，各節(jié)氣日影長(zhǎng)短等，是一部天文年歷，內(nèi)容比西方的歷書遠(yuǎn)為豐富。中國(guó)天文學(xué)由國(guó)家官辦，頒歷權(quán)是皇權(quán)的象征。

②中國(guó)天文學(xué)家一般使用代數(shù)方法計(jì)算日月行星的位置，處理天文數(shù)據(jù)，而西方一般常用的是幾何方法。

③中國(guó)占星術(shù)的哲學(xué)觀點(diǎn)以陰陽五行、天人感應(yīng)學(xué)說為基礎(chǔ)，大多占卜國(guó)家興衰、政治事變，掌握于皇室；西方占星術(shù)多占卜個(gè)人命運(yùn)，流行于民間。

④中國(guó)古代天文學(xué)勤于觀測(cè)，詳細(xì)記錄，對(duì)異常天象尤其重視，使中國(guó)保存有最系統(tǒng)、最豐富的天象記錄。

這些特點(diǎn)有力地證明了中國(guó)古代天文學(xué)的獨(dú)立起源和發(fā)展。

中國(guó)天文學(xué)的理論淵源于中國(guó)古代的宇宙理論——蓋天說、宣夜說、渾天說。

蓋天說是中國(guó)最古老的一種探討天體結(jié)構(gòu)的學(xué)說。最早的蓋天說主張?zhí)焓菆A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(gè)斗笠，而把地比喻一個(gè)倒扣著的盤子，二者呈平行的拱形。

宣夜說是中國(guó)古代一種樸素的無限宇宙學(xué)說。這個(gè)學(xué)說可以上溯至戰(zhàn)國(guó)時(shí)代的《莊子》，認(rèn)為根本不存在有形質(zhì)的天，天色蒼蒼，是因?yàn)樗?高遠(yuǎn)無極"，不存在一個(gè)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(jìn)一步發(fā)展以后，認(rèn)為日月星辰也是由氣組成的，只不過是發(fā)光的氣。這個(gè)學(xué)說的思想雖然很先進(jìn)，但作為一個(gè)宇宙結(jié)構(gòu)體系，沒有提出獨(dú)立的計(jì)算天體坐標(biāo)及其運(yùn)動(dòng)的量度辦法，它的數(shù)據(jù)是借自渾天說。

渾天說的一些看法大約在戰(zhàn)國(guó)時(shí)期就已形成，對(duì)這個(gè)學(xué)說的詳細(xì)記述的最早著作是東漢時(shí)期的天文學(xué)家張衡的《渾天儀》。他認(rèn)為天好象一個(gè)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(gè)硬殼，但硬殼不是宇宙的邊界，它以外的宇宙在時(shí)空上是無限的。渾天說在中國(guó)流傳甚廣，天文學(xué)家和歷算家觀測(cè)和測(cè)量天體視運(yùn)動(dòng)時(shí)，都以它為基礎(chǔ)。所以它不僅是一種宇宙學(xué)說，而且是一種測(cè)量天體視運(yùn)動(dòng)的計(jì)算體系。

中世紀(jì)的中國(guó)天文學(xué)大致也可以分為隋唐和宋元兩個(gè)時(shí)期。

隋唐是兩個(gè)大一統(tǒng)的帝國(guó)。南北朝在天文歷法方面的許多創(chuàng)造，經(jīng)隋唐兩代確立和鞏固下來；由于統(tǒng)一和疆域的擴(kuò)大，給天文測(cè)量帶來許多方便；與周圍各國(guó)關(guān)系的加強(qiáng)，使古老的中國(guó)文化又吸收了一些新的營(yíng)養(yǎng)。這些使得隋唐的天文歷法都比南北朝進(jìn)一步發(fā)展了。

這一時(shí)期最著名的天文學(xué)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(guó)名臣張公謹(jǐn)?shù)闹貙O。他的主要貢獻(xiàn)是制訂了《大衍歷》。此外，他在天文測(cè)量如圭表測(cè)影技術(shù)和理論的改進(jìn)、對(duì)地球子午線長(zhǎng)度的首次測(cè)量方面都作出了卓越的貢獻(xiàn)。

圭表是發(fā)明得最早也是最簡(jiǎn)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(jù)表投下的日影長(zhǎng)度，可以求得許多天文數(shù)據(jù)，有很多實(shí)用價(jià)值。圭表測(cè)影的功能主要有兩方面：1.由日影長(zhǎng)短定二至、二分的所在，驗(yàn)證歷法的精確性；2.在漢代和南北朝之前，人們?cè)扇沼扒Ю锊钜淮绲脑瓌t，通過圭表量日影長(zhǎng)短，計(jì)算天體大小。

唐朝建立后，疆域空前擴(kuò)大，社會(huì)安定。于是，開元年間(713-714)，在僧一行的主持下進(jìn)行了大規(guī)模的日影測(cè)量。結(jié)果表明日影與距離的關(guān)系隨地區(qū)而不同。南部變化小而北部變化大；而且隨季節(jié)不同而異，夏季變化小，冬季變化大。這就證明了用日影長(zhǎng)短計(jì)算天體大小是不可能的。自唐以后，不再有人用日影長(zhǎng)短測(cè)天大小，這在天文學(xué)理論和實(shí)踐上都是一個(gè)進(jìn)步。

在普測(cè)天下日影的過程中，僧一行在世界上第一次測(cè)量了地球子午線的長(zhǎng)度。他首先選擇4個(gè)觀測(cè)點(diǎn)：滑臺(tái)白馬(今河南滑臺(tái)縣）、浚儀岳臺(tái)(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(gè)觀測(cè)點(diǎn)幾乎在同一經(jīng)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(gè)數(shù)據(jù)就是地球子午線1度的長(zhǎng)度。他的誤差雖然很大，但卻是世界上第一次的子午線長(zhǎng)度實(shí)測(cè)。

隋唐時(shí)期，天文儀器也得到了進(jìn)一步的發(fā)展與完善。如李淳風(fēng)于665年制造木渾天圖，用來測(cè)黃道；公元679年姚元按古法在陽城測(cè)景臺(tái)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(yùn)渾天俯視儀是歷史上的一項(xiàng)重要發(fā)明。水運(yùn)渾天俯視儀用水激輪，每晝夜自轉(zhuǎn)一周，一半在木柜內(nèi)，表示在地平線下。另立兩木人，每刻擊鼓，每辰敲鐘。水運(yùn)渾天俯視儀機(jī)械精巧，安裝在柜內(nèi)，已粗具近代自鳴鐘的規(guī)模。比歐洲于13世紀(jì)后半期發(fā)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(huán)，唐代的李淳風(fēng)又加上六合，形成三環(huán)；最外為六合儀，中為三辰儀，內(nèi)為四游儀。這樣就可以測(cè)定黃道坐標(biāo)、赤道坐標(biāo)和地平坐標(biāo)。至此，中國(guó)歷代傳統(tǒng)制造并使用的渾儀，就成了一架比較完備的天文觀測(cè)儀器了。

隋唐時(shí)期的歷法也有了長(zhǎng)足進(jìn)步。歷法是人們?yōu)榱松a(chǎn)實(shí)踐的需要而創(chuàng)立的長(zhǎng)時(shí)間的計(jì)時(shí)系統(tǒng)。具體地說，就是年、月、日、時(shí)的安排。中國(guó)最遲在殷商時(shí)代起采用于支紀(jì)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(gè)干支名號(hào)，日復(fù)一日，循環(huán)使用。中國(guó)的歷史很長(zhǎng)，但只要順著干支往上推，歷史時(shí)期就清清楚楚，這是中國(guó)古代創(chuàng)用干支法的功績(jī)。此外，中國(guó)歷法還有紀(jì)年、紀(jì)月、紀(jì)時(shí)的方法，并創(chuàng)造了24節(jié)氣和閏月。歷法是中國(guó)古代天文學(xué)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(guó)歷法史上發(fā)生重大變革時(shí)期，許多重要理論和實(shí)踐都是在這個(gè)時(shí)期提出和實(shí)現(xiàn)的。但是由于政治的分割與不穩(wěn)定，許多成果沒有固定下來。隋唐時(shí)期的統(tǒng)一和穩(wěn)定，為以往成就的鞏固提供了條件，出現(xiàn)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(qiáng)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(yōu)點(diǎn)是：①同時(shí)考慮了月球視運(yùn)動(dòng)和太陽視運(yùn)動(dòng)的不均勻性，創(chuàng)立二次差內(nèi)插公式來計(jì)算定朔校正數(shù)，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(dāng)食不食"和"不當(dāng)食而食"，實(shí)際上是涉及到視差對(duì)交食的影響問題；④首次提出用定氣來制歷的設(shè)想，他設(shè)想從冬至開始將周天分成24等分，太陽每到一個(gè)分點(diǎn)就是差一"氣"，以此代替把一年時(shí)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(shí)際運(yùn)動(dòng)和能更準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)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�！洞笱軞v》共有歷術(shù)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(yùn)動(dòng)，每天看到的星和晝夜時(shí)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�！洞笱軞v》采用平氣注民用歷譜，而以定氣來計(jì)算太陽視運(yùn)動(dòng)，推算交食。僧一行還在《大衍歷》中提出了"食差"的概念，并對(duì)不同地方、不同季節(jié)分別創(chuàng)立了被稱為"九服食差"的計(jì)算公式。這些經(jīng)驗(yàn)公式實(shí)際上是對(duì)周日視差影響交差的一種修正，使日月食的預(yù)報(bào)更精確了�！洞笱軞v》對(duì)日、月食的食分和虧起方位角都作了既簡(jiǎn)潔又具體的闡明。它還指出，日月交食時(shí)，由于月亮比太陽近，當(dāng)某地見到全食時(shí)，另一地只能見到偏食，這實(shí)際上是有關(guān)"食帶"問題的首次記載。

總之，歷法的許多重大理論開始產(chǎn)生于南北朝時(shí)期，然而到隋唐時(shí)才變成一種制度確定下來。自隋唐起，對(duì)歷法的貢獻(xiàn)主要是改進(jìn)算法，如參數(shù)的選擇、內(nèi)插法的使用和改進(jìn)等。因此有人認(rèn)為南北朝歷法的進(jìn)步是理論的，隋唐是方法的；南北朝是天文的，隋唐是數(shù)學(xué)的。這也間接表明，到隋唐時(shí)期舊歷已經(jīng)成熟。

盡管隋唐時(shí)期的天文歷法有了高度的發(fā)展，中國(guó)學(xué)者仍然對(duì)唐代傳入的印度天文歷法進(jìn)行了研究，吸取了其中一些可以借鑒的東西。中國(guó)對(duì)這一時(shí)期來華的印度天文工作者十分尊重。他們當(dāng)中許多人在當(dāng)時(shí)的中央天文機(jī)構(gòu)——司天臺(tái)任負(fù)責(zé)工作。唐代的歷法也傳入了朝鮮和日本，對(duì)朝鮮和日本兩國(guó)天文歷法的工作有著良好的影響。

隋唐天文學(xué)延續(xù)到五代十國(guó)，盡管處在分裂割據(jù)的狀態(tài)下，但天文學(xué)工作的廣泛傳播仍在繼續(xù)。例如在后晉、后周、蜀、南唐、閩等地區(qū)，都編制過各自的歷法。各地也涌現(xiàn)出一些民間天文歷法家，這為宋元時(shí)期天文學(xué)的高度發(fā)展奠定了群眾基礎(chǔ)。