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歷法天文學

所謂歷法,簡單來說就是根據天文變化的自然規律,測算壹個較長的時間間隔,判斷氣候的變化,預測季節的來臨的規律。中國古代天文學的歷史,從某種意義上說,就是壹部歷法改革的歷史。

時間的長河是無限的。只有確定每壹天在其中的確切位置,我們才能記錄歷史,安排我們的生活。我們每天使用的日歷對每壹天的“日期”都有非常詳細的規定,這其實是日歷在我們生活中最直觀的表現。

年、月和日是日歷的三個要素。理論上,歷法中的年、月、日應該近似等於自然時間單位——回歸年、新月和真太陽日,稱為歷日、歷月和歷年。為什麽只能“約等於”?

原因很簡單。月亮和回歸年不是壹天的整數倍,回歸年也不是月亮的整數倍。但是如果壹整天都屬於連續兩個月或者連續兩年,我們就會覺得不舒服,所以日歷中的每壹年、每壹個月都必須包含整數的“天”。為了生活方便,學術和理論必須退後,沒有辦法只能近似!

歷法,隨著人類社會的不斷發展,會不斷改革。如何在準確性和便捷性之間找到更好的結合,過去是,將來也是日歷改革的方向和目標。

壹個理想的日歷應該易於使用和記憶。壹個日歷年的平均長度等於回歸年,壹個日歷月的平均長度等於月亮。其實這些要求是不能同時滿足的。在很長壹段時間內,平均歷年或平均歷月不可能完全等於回歸年或農歷月,總要有壹些零。所以,其實世界上通行的歷法,沒有壹個可以稱得上是最完美的。

任何特定的歷法都要先指定起點,即開始計算的年齡,稱為“紀元”;並規定壹年的開始,稱為“年初”。此外,還需要規定每年的天數,月份如何劃分,每個月有多少天等等。由於日、月、年之間沒有最大公約數,這些看似簡單的問題其實非常復雜,不僅需要長期連續的天文觀測作為知識庫,還需要相當的智慧。

人們盡力安排太陽、月亮和壹年的關系。歷史上,世界各地有許多不同的歷法,但就其基本原理而言,不外乎三種:農歷(陰歷)、陽歷(陽歷)和陰陽歷。這三種歷法各有利弊。國際上通行的“公歷”其實是陽歷,而中國的傳統歷法農歷屬於陰陽歷。我們沒有統計過古今中外有多少種歷法。總之,壹個民族有壹個國歷,壹個時代有壹個時代歷。時代越近,科學越發達,測試手段越先進,歷法越科學。中國自古以來使用的歷法有100多種。但無論歷法有多少種,都可以歸為以下三種體系:陽歷、陰歷、陰陽歷。這是因為時間的計算要麽基於地球繞太陽公轉的周期,要麽基於月球繞地球公轉的周期,或者兩個周期調和。前者屬於陽歷系統,後者屬於陰歷系統,調和者屬於陰陽歷系統。

1.陽歷

陽歷,簡稱太陽歷,是以地球繞太陽公轉的周期為基準,要求公歷年與回歸年(地球繞太陽公轉)基本壹致。其要點是將壹個陽歷年定為365天,機械地劃分為12個月,每個月30天或31天(在現代公歷中,壹個月有29或28天,例如每年2月)。這種“月”與月亮的周期無關。但回歸年的長度不是365天,而是365,438+099天,即365天5: 48: 46。太陽年365天,比回歸年少0.245438+099天。為了彌補這個差異,歷法規定每四年增加1天,也就是366天,稱為閏年,其實是閏日。即便如此,與現實還是有差距的,因為0.242199天不等於1/4天,每隔4年,1天的閏就比回歸年多0.0078天左右。這麽少的數量,壹兩年內看不出有什麽問題。如果100年過去,大約比回歸年多19個小時,比400年多近75個小時,相當於三個整天多壹點。因此,陽歷增加了每400年從65,438+000個閏日中減去3個閏日。這樣,400年公歷閏第97天,* * *得到146097天,只比回歸年400年的146096.8796天的總長度多2小時53分22.5秒,大體壹致。這種歷法的好處是地球上的季節固定,冬夏分明,便於人們安排生活和生產。缺點是歷月與月亮運行規律無關。月中的夜晚可以是漆黑壹片,繁星點點,二月之交的天空中常常是滿月,這對於沿海人計算潮汐是非常不方便的。我們今天使用的公歷就是這種陽歷。

2.農歷

農歷,簡稱陰歷,是根據月亮繞地球公轉壹周的周期,要求公歷月份與王朔月(月亮繞地球公轉壹周)基本重合。農歷正月的長度是29日12小時44分2.8秒,即29.530587天。兩個正月相當於地球自轉59周,所以農歷規定大月30日,小月29日,12個月為壹年,* * 354天。因為兩個太陰月大約比兩個太陰月長0.061天(約88分鐘),所以壹年有8個多小時,三年有26個多小時,也就是壹天多壹點。為了彌補這個差距,規定每三年壹年有7個大月和5個小月。這樣,每隔三年,農歷就有19個大月和17個小月,***1063天,與正月36天相差僅2小時25分9.1秒左右。太陰年與地球繞太陽公轉無關。因為它的壹年只有354天或355天,比回歸年或10天短10天,農歷新年有時是冰天雪地的寒冬,有時是酷暑。現在壹些阿拉伯國家使用的回歷就是這種純陰歷。

3.陰陽歷

陰陽合歷,即陰陽歷,是壹種調和太陽、地球、月亮周期的歷法。它要求歷月和太陰月基本壹致,歷年和回歸年基本壹致。它是壹種綜合了陰陽歷優點,調和了陰陽歷矛盾的歷法,所以被稱為陰陽歷。中國古代的各種歷法和現在使用的農歷都是這種陰陽歷。

公歷和農歷

1.格列高利歷

世界各地使用的歷法稱為公歷,本質上是陽歷。

最初的陽歷是由古埃及人創立的。最初,壹年被認為是365天。為了協調日歷年和回歸年的長度,羅馬統治者朱利葉斯·凱撒於公元前46年修改了陽歷,制定了儒略歷。公元前8年,凱撒的侄子奧古斯都對儒略歷進行了調整。儒略歷壹年分為十二個月,平均壹年365天;能被4整除的壹年是閏年,***366天。這樣儒略歷歷年平均長度為365.25天,與北回歸線365.2422天的長度相差0.7078天,400年相差3天左右。從儒略歷實施到16世紀末,累計相差約10天。為了消除這種差異,教皇格列高利十三世將儒略歷1582 10 10月4日的第二天定為15,中間消除了10天;同時修改了儒略歷的閏年規則:被4整除的年份仍然是閏年,但對於世紀年(如1600,1700,...),只有能被400整除的年份才是閏年。這樣400年只有97個閏年,比原來少了3個,使得歷年的平均長度為365.2425天,更接近回歸年的長度。經過這樣的修改,儒略歷被稱為公歷,也稱為公歷。公歷最早在天主教國家使用,二十世紀初在世界各地廣泛采用,所以也叫公歷。這種歷法最大的特點是完全忽略了太陽年中月亮周期的復合運動周期,而是根據人的主觀數學分割將壹年分為12個月。然後為了調整太陽運行日與每四年出現壹次的數學分段日的差異,將壹年分為1,3,5,7,8,10,12個月為31天,4月,6月,9月,11個月為30天,2月為28天,2月為四年。人們使用的西歷,也就是我們使用的公歷,基本上沒有天地人合壹的科學內涵,只是主觀的數學分割。即使是西方歷法中使用的七天周和周日休息日,雖然借用了東方歷法中七星像是天文區間的天文理論,但其內涵卻被改成了基督教的崇拜時間序列,與天象無關。因此,雖然人們使用的西歷在世界各地都很普遍,但存在許多不合理、不科學的問題,不符合計算機時代計數的需要。它的數學功能比甲子的計年法差多了,甲子的計年法在中國歷中可以從65438旋轉到080。

中國在1912年開始采用公歷,但仍使用民國年。1949中華人民共和國成立後,采用公歷。

2.農歷

農歷是我國采用的傳統歷法,又稱夏歷、中歷、舊歷,在民間也稱為陰歷(其實並不是純陰歷,而是陰陽合歷)。它用嚴格的太陰周期來確定月份,用設置閏月的方法使壹年的平均長度接近回歸年,具有太陰月和太陽年的屬性,所以本質上是壹種陰陽合歷。農歷以日月相遇的日期(日月黃道相等)為月初壹,即初壹。農歷正月的平均長度約為29.53059天,所以有些月份是30日。叫月亮大;有些月份是29號,叫做小月。月初的日期是根據太陽和月亮的位置計算出來的,並不是機械安排的。農歷以12月為壹年,***354或355天,與回歸年相差約11天。為此,通過增加閏月來協調(閏的周期約為19年7個閏月)。有閏月的年份是13個月,全年約384天。閏月的安排是由二十四節氣決定的。農歷月份以12“中氣”命名。缺點是平年的天數和閏年相差太大。在我國,相傳黃帝時代就有了歷法,但還不夠。帝堯時代有壹個粗略歷法的傳說,可能略有根據。據春秋時期的古書《尚書·堯典》記載,堯帝曾組織壹批天文官員觀測東、南、西、北四面的星象,用於編歷和預測季節,但至今未發現有關歷法的資料。

成書時間不晚於春秋時期(公元前8世紀至公元前5世紀)的《夏鄭瀟》,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。例如,該書記載:

正月,見弓,昏初參,鬥柄懸於下。

三月,人參將落。

四月長見,初暈南門。

五月,火了就見。

六月,第壹個昏桶柄開了。

七月,漢家第壹個昏織女是東鄉人,鬥柄掛在下。

八月,陳是降,參是丹。

九月,內部失火,陳就在這天。

十月初南門見,織女北鄉。

從《夏鄭瀟》中的記載可以推斷,夏朝歷法的基本輪廓是壹年分為十二個月。除了二月、十壹月和十二月,每個月都由壹些顯著的占星現象的暗光、中天、早晚來代表。雖然這不是科學歷法,但是叫它物候歷和天文歷的結合還是可以的,或者更準確的說是觀測。《尚書·堯典》也記載了古人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“四星”。書上說:“太陽裏的星鳥是殷仲春;太陽永遠火花四射,為的是仲夏;夜中星辰,與陰;白晝短,星在隆冬。”可以推斷,“四星”最遲是商代晚期和周初的實際天文現象。可見,最遲在商代晚期和周初,人們已經相當肯定地用星象來預測季節。

夏朝已經有了用天幹觀測太陽的方法,即用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、任、桂等名字反復記錄太陽,夏朝末代幾個皇帝的尹嘉、名字就是明證。商代在夏朝天幹歷的基礎上發展為天幹地支歷,即甲、乙、丙、丁十個天幹和子、醜、陰、卯十二個地支依次配對,形成甲戌、醜、丙寅、丁卯六十個地支,循環六十天。商代武義出土的壹塊牛肩骨,刻有完整性。還發現有壹組甲骨蔔辭記兩個月* * * 59天,證明商代已分大小月,即大月30,小月29。此外,甲骨文中有很多記載壹年是13個月,證明商朝已經用閏月來調整節氣和歷法的關系。從商代歷法的大量材料分析,學者們有壹個比較壹致的觀點:商代用幹支紀年,用數字記錄日、月;有大有小,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。

“我國歷法的發生,據說是從《堯》開始的,即基於《詩經·堯典》中‘歷如日月星辰’的語言。在同壹本書《石幹》中,它說:“威脅五行,忽視三項整頓。”(即夏征、尹正、周政)在《大戴李記》中還有壹篇《夏鄭瀟》。孔子經常稱之為“去夏之時”。據此,也有論者說歷法始於夏。其實歷法的出現應該有壹個大前提,那就是必須是在世界農業普遍繁榮之後。這證明了世界上古代國家的歷史,比如埃及和巴比倫。夏人普遍過著漁獵畜牧的生活,怎麽會有歷法呢?經典之書,虞書,夏樹都是後人的偽作(註21),提到的歷法也不可信...孔子改革古制,說必須稱三代,於是遊歷,取殷之利,並肩侍奉周之勉,卻不知殷周雖有冠,卻無'夏。“三義”說可能始於戰國時期人們對歷法改革的宣傳...因此,歷法的發生並不是始於畜牧業時代的夏天,而是始於農業的繁榮。”(摘自黃顯範《中國殷代社會史》4月1950,黃顯範《古籍解讀初探——黃顯範學術論文選》286-359頁,廣西師範大學出版社,2004年7月)四季歷第壹次改革是在西方。由於漢武帝在元豐七年(公元前104年)下令創制新歷法,將元豐七年改為太初元年,並規定十二月末為太初元末,即孟春正月至十二月末。這種日歷被稱為太初日歷。這種歷法的長度是29 43/81天,所以叫做八十壹分,或者叫八十壹分歷。

《太初歷》是中國第壹部資料完整的古代傳世歷法。與季歷相比,它有三個改進:以正月為壹年的開始,將中國創造的二十四節氣分布在十二個月中,將沒有中性大氣的月份作為閏月,使月份和季節更加合理;行星的交會周期測量比較精確,比如水星是115.87天,只比目前測量值115.88天少0.01天;采用135個月的交配周期,即全年飼養期為346.66天,僅比今天的實測值大0.04天。

東漢末年,劉虹(公元158-167年)制定了幹象歷,首次將回歸年的尾數縮小到1/4以下,成為365.2462天。他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。這種歷法還給出黃道與黃道交點的數值約為六度,並由此推斷,只有當月亮距離黃道與黃道交點在十五度以內時,才能發生月食,這實際上提出了“食限”的概念。氣與十二個月的對應關系1月2月3月4月5月6月春分的氣在谷雨小滿夏至日和大暑黃經330 0 60 90 120 7月8月9月10月11月12月秋分的氣在初霜小雪冬至日和大寒黃經。150 180 210 240 270 300隋朝的統壹有利於中國天文學的繼續發展。人才和物資都集中在朝廷,國家財力雄厚。天文學家可以利用三國兩晉南北朝的天文新發現來推動歷法的進步。他們還利用所掌握的大量資料,系統地編纂了古代天文資料集,撰寫了許多新的天文著作。另壹方面,手工藝技術的進步幫助天文學家在總結前人經驗的基礎上,開發出功能空前完善的新型大型天文儀器,促進了天文觀測的發展。繼承和發展了中國古代樸素唯物主義的宇宙觀和自然觀。隋代天文學的發展進壹步加強了東方天文學的體系,顯示了中國古代天文學的成熟。

晉代以前,中國天文學家不知道歲差的存在。晉稱帝後,首次提出將50年的冬令時西移壹次。南北朝時,祖沖之首先考慮的是歷法中的歲差,但他認為45年11個月的歲差為1度。在隋朝,劉卓使用的歲差值在歷史上相差75年。這非常接近精確的進動值。當時西方仍使用100年的數值,可見劉卓的“皇歷”在當時是最先進的。唐代值得介紹的歷法有大衍歷和玄冥歷。

《大李巖》初稿在唐代大規模天體測量的基礎上,於開元十五年(公元727年)寫成。這條線死後,被和陳編輯成書。

《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。

徐昂的《玄冥歷》發行於長青二年(公元822年),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叉點月的天數分別為27.55455天(今天實測值為27.5545503天)和27.2122天(今天實測值為27.27)。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,其中以南宋楊仲甫制定的《統壹歷》為最佳。通天裏的回歸年齡為365.2425天,是當時世界上最準確的數值。歐洲著名的公歷,當今世界通行的公歷,也取了365.2425天的回歸年齡(1582年發行),但比通天歷晚了383年。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沈括提出的十二氣歷。在中國歷代頒布的歷法中,十二個月分布在春夏秋冬,每個季節三個月。如果是閏月,閏月的季節是四個月。天文學上把立春、長夏、立秋、立冬四個節氣作為春夏秋冬的開始。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”。沈括在其代表作《孟茜談》中寫道:“以立春之日為孟春之日,驚蟄之日為仲春之日,大則31日,小則30日;每壹年都結束了,永遠不會有閏月。十二氣往往是壹大壹小,即使有兩個小相,但壹年壹次。”十二氣歷是陽歷的壹種,它不僅符合實際的星象和季節,而且更方便地為生產活動服務。不幸的是,傳統習慣太強大了,無法頒布和實施。

幹支歷:它的形成有壹個過程,始於日期。早在商代,幹支之日就出現了。春秋戰國時期采用十二日期,最遲在西漢時期采用十二日期的加班制。從西漢末年到現在,我們壹直用幹樹枝來記錄歲月。唐以後,五代歷法的名稱開始用幹支標註,到了北宋,10幹支12辰與紀合。至此,幹支和支的歷法都標上了幹支,幹支和支的歷法也越來越完備。從2000年開始,中國的幹支年表和歷數年表相互配合,自成體系。事實上,中國歷法的編年系統是中國特有的陽歷系統。也被稱為陽歷。它以立春作為壹年的開始,以節日作為壹個月的開始。老歲意為歸年,壹節為壹月。在陽歷中,年、月、日都是由太陽的視運動決定的,與月相無關。但與通常的陽歷(如公歷)不同,陽歷中月份的長短是人為規定的,與天象無關。所以這是壹個具有中國特色的陽歷。幹支歷至今仍流行於大多數萬年歷和歷書中,用於占星、風水和命理。到了元代,由郭守敬和王詢編撰的編年史達到了頂峰。郭守敬、王勛等人在制定計時歷法的過程中,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,它們的分布範圍是前所未有的,從南方的北緯15到北方的北緯65。東起東經138,西至東經102。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》吸取了許多家的長處,如朔、近月、交月等數值,采用了晉代趙誌偉《重修大明歷》的數據;如果回到舊時代,則取“統歷”之值。《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。

《授時歷》制作於至元十七年(公元1280年),次年正式頒布實施。壹直持續到明朝(公元1644年)363年,可見授時歷的精密。1911年辛亥革命後,規定從1912 1年開始實行世界通用的公歷年,同時也保留了傳統的公歷年。1949年中華人民共和國成立,規定實行公元紀年。

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