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中國古代天文學如何改編歷法?

從某種意義上說,中國古代天文學的歷史就是壹部歷法改革的歷史。

據春秋時期的古書《商舒窈典》記載,堯帝曾組織壹批天文官員觀測東、南、西、北四個方向的星星,用以編制歷法和預測季節。

最晚成書於春秋時期的《夏》,按照12個月的順序記錄了該月的星象、氣象、物候、農業等活動。

夏朝歷法的基本輪廓是壹年分為12個月。除了2月11月和12月以外,季節和氣候都是由每個月壹些顯著的恒星的暮光、天頂、晨光和日落來表示的。

雖然這不是科學歷法,但稱之為物候歷和天文歷的結合還是可以的,或者更準確的說,我們在觀察圖像和計時方面有過壹些經驗。

《尚書·堯典》也記載了古代利用突出的星象在黃昏時出現在南方天空來預測季節的方法,就是著名的“四中星”。即知道四季,準確劃分壹年的節氣,並應用於社會生產。

可見,最遲在商代晚期和周初,人們已經相當肯定用占星術來預測季節了。

幹支歷方面,夏朝就有天幹地支歷,即以a、B、C、D、E、J、G、辛、任、Q 10日反復記錄歷法。

商代在夏朝天幹地支的基礎上,發展為天幹地支,即甲、乙、丙、丁10天幹和子、醜、陰、毛12地支依次配對,形成甲醜、丙寅、丁卯60幹支,每周循環壹次,60天。

學者們對商代歷法的看法比較壹致:商代用幹支記日,用數字記月;有大月和小月,大月30,小月29;有閏月,甚至有大月;閏月放在壹年的末尾,稱為“三月”;季節和月份之間有固定的關系。

周朝在繼承和發展商代觀象計時成果的基礎上,推進了歷法的制作工作。周朝發明了用土規測量日影來確定冬季至日、夏季至日等重要節氣的方法,從而用計算來更準確地設定回歸年的長度。

周朝的天文學家已經掌握了計算滿月、太陽和月亮的方法,可以確定新月的日期,這壹點可以從《詩經》中得到證實,反映了周朝乃至周朝以前的數據。

《十月之交的瀟雅》壹書記載:

十月之交,新月高照,日日有食。

這是中國典籍中第壹次出現“朔月”壹詞,也是中國第壹次明確記錄到公元前776年的壹次日食。

到了春秋末期到戰國時期,回歸期已經定為365天,並發現了19設置七個閏月的方法。在這些成就的基礎上,歷史科學歷法“季歷”誕生了。從戰國到漢初,四季歷法被廣泛應用。

季歷的產生和應用標誌著中國歷法進入了壹個相當成熟的時期。它體現了古代中國人的智慧和天文歷法水平,在世界上具有非常珍貴的價值。

第壹次對季歷的改革是西漢武帝時期、羅等人提出的“八十壹分歷”。由於漢武帝在元豐七年,即公元前104年下令創制新歷法,將元豐七年改為太初元年,並規定12年底為太初元年底,每年從正月至12年底。

這種日歷被稱為太初日歷。這種歷法長達29天,所以被稱為“81分鐘法”或“81分鐘歷”。

《太初歷》是我國第壹部資料完整的傳世歷法。與季度日歷相比,其進步如下:

以正月為壹年的開始,我國原有的24個節氣分布在12個月中,沒有中性大氣的月份視為閏月,從而使月份和季節更加合理。

精確測量行星的會合周期。比如水星是115.87天,只比現在的實測值115.88天少了0.01天。

采用了135個月的交尾周期,即每年的月食為346.66天,與目前的實測值相比僅相差0.04天。

東漢末年,天文學家劉虹制定的“乾象歷”首次將回歸年的尾數減少到365462天。第壹次將月亮運動的快慢變化引入歷法,成為第壹部具有確定新月算法的歷法。

這種歷法還顯示了黃道與黃道的交角約為6度,並推斷只有當月亮與黃道的交角在15度以內才能發生月食,這實際上提出了“食限”的概念。

南北朝時天文學家祖沖之首次將東晉余發現的歲差引用到他的《大明歷》中,確定了45年的年差為11個月。雖然這個數字偏高,但是先鋒的表現很棒。

祖沖之測得的交點月長為27.21223天,僅為目前實測值的千分之壹。

到了隋代,天文學家劉卓計算皇帝的歷法時,采用的年齡差更準確,是75歲。劉卓的“皇帝的日歷”也考慮到了太陽和月亮的不壹致性。為了得到新月的準確時間,他創造了等間距二次差分插值公式。

這壹創造不僅在古代系統史上具有重要意義,而且在中國數學史上也占有重要地位。

唐代值得介紹的歷法有大衍歷和玄冥歷。

在大規模天體測量的基礎上,唐代天文學家於727年撰寫了《大李巖》的初稿。他們死後,和陳把它編成了壹本書。

《大衍歷》編制了空氣不變的太陽運動表,壹個動作就完成了這個計算,發明了不等間隔二次差插值法。大衍歷還利用正弦函數性質的表格和三次差分的近似插值法來處理行星的不均勻運動。

大衍歷因其創新而被譽為“唐朝之冠”,因其條理清晰而成為後世歷法的典範。

公元822年,唐代官員徐昂編撰的《玄冥歷》問世,這是唐代繼《大衍歷》之後的又壹部優秀歷法。

它給出了近點月和交點月的天數,分別為27.55455天和27.25438+022天。尤其著名的是提出了日食的三差,即瞬差、氣差和刻差,提高了計算日食的精度。

到了宋代,300多年間共發行了18種歷法,其中以南宋天文學家楊仲甫制定的《統壹歷法》為最佳。

《統壹歷》以回歸年齡為365.2425天,這是當時世界上最準確的數值。歷法還指出,回歸年的長度是逐漸變化的,它的值在古代是大的,但在今天是小的。

宋代最具創新性的歷法是北宋著名科學家沈括提出的“十二齊歷”。

在中國歷代頒布的歷法中,12個月分布在春夏秋冬四季,每個季節有三個月。在閏月的情況下,閏月季節是四個月。天文學上有立春、長夏、立秋、立冬四個節氣,分別是立春、立夏、立秋、立冬。所以兩者的矛盾很難統壹在日歷上。

針對這壹缺點,沈括提出了以“十二氣”為年的歷法,後被稱為“十二氣歷”。它是壹種陽歷,既符合實際星象和季節,又更方便地服務於生產活動。不幸的是,傳統習慣太強大了,無法頒布和實施。

我國古代的歷法,經過歷代的改革,在元代的郭守敬、王詢等天文學家擬定紀年歷時達到頂峰。

郭守敬、王勛等人在制定授時歷法的過程中,不僅總結和借鑒了前人的經驗,還研制了大量的觀天儀器。

在此基礎上,郭守敬主持並參與了全國範圍的天文觀測。他在全國建立了27個觀測點,當時稱為“四海測”,分布範圍之廣前所未有。這些站點的觀測結果為制定優良的授時日歷奠定了基礎。

《授時歷》有許多創新之處,如摒棄了沿用已久的《上元紀年》;取消了用分數表示天文數據尾數的舊方法;用三次差分插值法求得太陽在黃道上的視速度和月亮繞地球的日速度。利用類似球面三角形的矢狀分圓法,可以從黃經上求出太陽的赤經和赤緯,計算出白赤緯的交角。

計時歷法制作於1280年,次年正式頒布實施,壹直沿用到1644年,歷經360余年,可見計時歷法之精密。

崇禎皇帝接受了禮部的建議,授權徐光啟組織歷局,修訂歷法。

除了自己選擇歷法外,徐光啟還聘請了耶穌會士鄧、賈科莫·羅、等人在起源局工作。經過5年的努力,編纂了46種137卷的《崇禎歷書》。

歷書介紹了歐洲的天文知識、計算方法和計量單位,如第谷的宇宙體系和幾何計算體系;介紹了圓形地球、地理經度和地理緯度的清晰概念。

介紹了球面三角和平面三角的精確公式。采用歐洲通用計量單位,周長360度,壹天96分鐘,24小時,度和小時以下為十六進制。

徐光啟的歷法編撰不僅是中國古代歷法編撰的壹次重大改革,而且為中國古代天文學的發展奠定了壹定的理論和思想基礎。

被雍正朝封為“光祿大夫”的清初意大利耶穌會傳教士湯若望,將該書修訂為103卷,更名為《西方新法歷書》,與他的新法歷書壹同呈獻給清廷,並頒布實施。

清初,新歷法原名《詩仙書》。《憲法》壹書成為秦官員和學生學習新法的基礎著作和計算當時民間歷書的理論依據。清初前後用了80多年。

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