中國(guó)宋元時(shí)期天文學(xué)

宋代是中國(guó)歷史上改歷最頻繁的一個(gè)時(shí)代，平均約20年即行修改一次。這種情況對(duì)歷法的精確性要求提高了，也提高了對(duì)天文觀測(cè)的要求。星占迷信也是宋代統(tǒng)治者重視天文觀測(cè)的一個(gè)動(dòng)機(jī)。尤其在北宋時(shí)代，由于經(jīng)常受到契丹和西夏的侵?jǐn)_，國(guó)勢(shì)較弱，又因?yàn)榭v容地主進(jìn)行土地兼并，致使階級(jí)矛盾尖銳，人民不時(shí)舉行起義。內(nèi)外交困下，統(tǒng)治者迷信于占星術(shù)，希望從觀測(cè)到的天象中獲得一些老天的"警告"和"意向"。北宋對(duì)中央天文機(jī)構(gòu)——司天監(jiān)的異常天象的監(jiān)視工作抓得很緊，甚至在皇城之內(nèi)還設(shè)立了天文機(jī)構(gòu)，以考驗(yàn)校核司天監(jiān)送來(lái)的報(bào)告。這種非常的勁頭，不能不影響到對(duì)天文觀測(cè)的重視。因此，宋代對(duì)恒星位置的觀測(cè)次數(shù)特別多，僅北宋100多年間進(jìn)行了5次左右的系統(tǒng)觀測(cè)。其中特別是為歷法服務(wù)的二十八宿距度的測(cè)定進(jìn)行得比較細(xì)致，精密度也是日益提高。宋代在行星和月亮的運(yùn)動(dòng)，日食和月食以及其他異常天象的記錄方面極為勤懇，留下了豐富的天象記錄。例如，關(guān)于1054年金牛座超新星的記錄，是現(xiàn)代天文學(xué)研究的極為寶貴的資料。

宋元時(shí)期在天文儀器上的制作發(fā)明，無(wú)論在數(shù)量上或質(zhì)量上，都大大超過(guò)以往任何一個(gè)時(shí)代。

其中，中國(guó)的渾儀制造在宋代達(dá)到高峰。渾儀是用來(lái)測(cè)量天體的位置和兩天體之間的角度的古代天文儀器，它的創(chuàng)制已有2000年的歷史。渾儀的結(jié)構(gòu)大體上有三部分，為了觀測(cè)天體用的照準(zhǔn)鏡，即望筒或窺衡。通過(guò)前后兩個(gè)小孔對(duì)準(zhǔn)要測(cè)的天體，照準(zhǔn)器在各種環(huán)圈(代表各種坐標(biāo)系統(tǒng)）中的位置就能用數(shù)字表示出來(lái)，這就是要測(cè)天體的坐標(biāo)。各種環(huán)圈中有代表赤道的、地平的、黃道的，就使渾儀有多種功用。渾儀還有一些支承結(jié)構(gòu)，雕鑄成蟠龍環(huán)繞，顯示出中華民族的藝術(shù)特色。人們所說(shuō)的四大渾儀(韓顯符、周琮和舒易簡(jiǎn)、沈括以及蘇頌等人的四個(gè)渾儀），都是在北宋時(shí)期(公元995-1092年）造成的。

在渾儀的發(fā)展過(guò)程中有這樣一個(gè)特點(diǎn)，即增加一個(gè)新的重要天文概念，就要在渾儀上增加一個(gè)環(huán)圈來(lái)表現(xiàn)這個(gè)概念。這樣，儀器上的環(huán)越來(lái)越多，相互交錯(cuò)的環(huán)圈遮掩了很大的天區(qū)，縮小了觀測(cè)范圍。北宋沈括大膽地取消了白道環(huán)，借助數(shù)學(xué)工具來(lái)求月亮的位置。到了元代郭守敬時(shí)，又進(jìn)行了大膽的革新。郭守敬不僅取消了白道環(huán)，而且又取消了黃道環(huán)，并且把地平坐標(biāo)和赤道坐標(biāo)分別安裝。雖然可以認(rèn)為它是"拆散了的渾儀"，實(shí)際上是一種赤道式裝置的先驅(qū)，稱為簡(jiǎn)儀。

郭守敬是赤道裝置的創(chuàng)始人。德雷爾在評(píng)價(jià)簡(jiǎn)儀的歷史重要性時(shí)說(shuō)："這里有兩個(gè)值得注意的例證，說(shuō)明中國(guó)人的偉大發(fā)明往往早于西方成就若干世。我們?cè)谶@里看到，中國(guó)在13世紀(jì)時(shí)已有第谷(1546-1601)式赤道渾儀，更驚人的是，他們還有同第谷用以觀測(cè)1585年的慧星以及觀測(cè)慧星和行星的大赤道渾儀相似的儀器"。約翰遜也認(rèn)為"無(wú)論是亞歷山大里亞城或馬拉加天文臺(tái)，都沒(méi)有一件儀器象郭守敬的簡(jiǎn)儀那樣完善、有效而又簡(jiǎn)單。實(shí)際上，我們今天的赤道裝置并沒(méi)有什么本質(zhì)上的改進(jìn)"。

此外，由蘇頌領(lǐng)導(dǎo)，韓公廉等人在太平渾儀的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了水運(yùn)儀象臺(tái)。它不僅是一個(gè)大型儀器，也是一個(gè)小型觀測(cè)臺(tái)。這個(gè)觀測(cè)臺(tái)可以自由摘脫，這可以說(shuō)是近代天文臺(tái)上赤道儀室活動(dòng)圓頂?shù)南嚷暋Ｓ^測(cè)臺(tái)內(nèi)裝有渾儀和機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置結(jié)合在一起，起了赤道儀裝置的轉(zhuǎn)儀鐘的作用。其中天關(guān)、天鎖等一套機(jī)構(gòu)是近代鐘表中關(guān)鍵零件擒縱器的先聲。這也是宋元時(shí)期在天文儀器方面的貢獻(xiàn)之一。宋代對(duì)于漏壺和圭表的測(cè)量精度也作了很大的努力。

宋元時(shí)期歷法頻更。宋代18位天子，歷法也有18種。宋代歷法頻頻更改的原因主要是由于不能與天象符合，而且皇帝大臣不關(guān)心歷法科學(xué)的進(jìn)步，而只把頒歷這件事看作他們行使權(quán)力的象征。所以古時(shí)易姓則易歷，宋代每個(gè)皇帝即位也要改歷，與歷法準(zhǔn)確與否無(wú)關(guān)，制歷僅是例行公事而已，所以在科學(xué)上也無(wú)大創(chuàng)新。

然而到了元代，郭守敬主持創(chuàng)制的《授時(shí)歷》是中國(guó)古歷中最精良的歷法。郭守敬(1231-1316)，字若思，順德邢臺(tái)(今河北邢臺(tái)）人，元代大天文學(xué)家、儀器制造家和水利專家。我們已提到他發(fā)明簡(jiǎn)儀，他在歷法方面也作出了卓越的貢獻(xiàn)。郭守敬作為13世紀(jì)一位杰出的科學(xué)家，在世界天文學(xué)史上有不可磨滅的地位。1977年7月，中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)把發(fā)現(xiàn)的一顆小行星命名為"郭守敬"?！妒跁r(shí)歷》采用的一些法數(shù)在當(dāng)時(shí)世界上幾乎是最精確、最先進(jìn)的。這一歷法因古語(yǔ)"敬授民時(shí)"而得名，于至元十八年(公元1281年）頒行。后來(lái)，明朝頒行的《大繞歷》基本上就是《授時(shí)歷》。如果把兩種歷法看成一種，可以說(shuō)是中國(guó)歷史上施行最久的歷法，歷時(shí)364年?！妒跁r(shí)歷》完全以實(shí)測(cè)為根據(jù)。

為配合編制，郭守敬制造了許多出色的天文儀器。1279年，在忽必烈的支持下，郭守敬等人在南起南海、北至北海，南北長(zhǎng)11000公里、東西寬6000公里的廣闊地帶上，建立了27個(gè)觀測(cè)站，測(cè)量夏至日和冬至日的日影長(zhǎng)度、晝夜長(zhǎng)短、北極出地高度等。這實(shí)際上是繼僧一行之后，中國(guó)更大規(guī)模的一次天文大地測(cè)量。通過(guò)這次測(cè)量，為制訂歷法積累了許多寶貴資料。郭守敬通過(guò)實(shí)測(cè)，求得一年為365.2425日，并將它用于《授時(shí)歷》中。

為編制《授時(shí)歷》，他還重新對(duì)黃赤夾角和二十八宿距度進(jìn)行了實(shí)測(cè)，精度都很高。此外，《授時(shí)歷》采取了許多措施(例如采用了百進(jìn)位制）來(lái)簡(jiǎn)化過(guò)去歷法中繁瑣的數(shù)學(xué)運(yùn)算，并提出了用三次差內(nèi)插法(招差術(shù)）來(lái)計(jì)算星體運(yùn)動(dòng)。這些方法的采用，保證了《授時(shí)歷》成為我國(guó)古代精度最高的一部歷法。

元代中國(guó)與中亞、西亞的阿拉伯國(guó)家來(lái)往頻繁，因此天文學(xué)的交流也十分發(fā)達(dá)。中國(guó)天文學(xué)家到過(guò)中亞和西亞。著名的《烏魯伯星表》和《伊兒漢表》中，都載有中國(guó)的天文歷法。同時(shí)，阿拉伯天文學(xué)家札馬魯丁等也為中國(guó)帶來(lái)了阿拉伯民族的天文儀器。札馬魯丁還撰萬(wàn)年歷，忽必烈曾命令頒行過(guò)。中國(guó)少數(shù)民族中有不少信奉伊斯蘭教，元朝政府為了滿足這些教徒的需要，設(shè)立了回回司天文臺(tái)，每年頒行回回歷書(shū)。

縱觀中世紀(jì)的中國(guó)天文歷法，成就斐然，在國(guó)際上處于領(lǐng)先?？上](méi)有持續(xù)下去，以至到明末時(shí)，中國(guó)的天文歷法已落后于歐洲了。