中國古代的天文學名著簡介

一 天文學

中國古代的天文學名著簡介

自然科學史研究所 劉金沂

具有輝煌成就的中國古代天文學孕育了豐富的天文典籍，古代天文學家以他們飽蘸知識的筆墨寫下了許多著名的篇章，給我們留下了十分珍貴的天文學遺產。

曆法著作

曆法是中國古代天文學的重要內容，它不僅包括年、月、日、時、節氣的安排，還包括日、月、行星運動，交食，晷影，漏刻，恆星出沒，天空分區，等等。因此，中國古代曆法有現今天文年曆的性質。

現在保留下來最古老的典籍之一《夏小正》相傳是夏代（約公元前二十一世紀到公元前十六世紀）的曆書。其中記載有人們由觀察天象和物候決定農時季節的知識。它原是《大戴禮記》中的一篇，後來單獨成冊流傳。據考證，正文只有四百多字。就天文知識來說，它按十二個月的順序記述了每月的星象，如早晨和黃昏出現在南方的星星，北斗柄的指向，銀河在天空的位置，太陽到了恆星間什麼地方等。此外還有每月的氣象、物候以及應該做的農事和政治活動。例如：「正月，啟蟄，……鞠則見，初昏參中，斗柄懸在下，……」這裡「鞠」和「參」都是星名，「斗柄」就是北斗七星組成勺子形的把子。這部書是否夏代的曆書，學術界還沒有定論，但它至遲在春秋時期（公元前770年到公元前476年）已經成書，而且根據書中反映的天象等情況，說明確有更早時代的資料。

自漢代（公元前205年到公元後220年）起，就有完整系統的曆法著作留傳到現在，包括在各歷史朝代中頒行過的和沒有頒行過的曆法共約一百種，絕大部分收集在《二十四史》的《律曆志》中，這是研究中國曆法的資料寶庫。現擇要略作介紹。

《三統曆》，西漢劉歆（？-23）作，一般認為是根據漢武帝太初元年（公元前104年）鄧平、落下閎等人創作的《太初曆》稍加修改而成。這是現存最早的一部完整曆法，後世曆法的基本內容這時大體都已具備。《三統曆》共有七節：統母，紀母，五步，統術，紀術，歲術，世經。統母和統術講日月運動的基本常數和推算方法，包括回歸年、朔望月長度、一年的月數、交食周期、計算朔日和節氣的方法等；紀母、紀術和五步講行星的基本常數和推算方法，包括五大行星的會合周期、運行動態、出沒規律、預告行星位置等；歲術講星歲紀年的推算方法；世經講考古年代學。《三統曆》還明確規定，以無中氣的月份置閏，並選取一個「上元」作為曆法的起算點。《三統曆》的這些內容，對後代曆法影響極大，有的沿用至今。清代學者錢大昕（1728—1804）、李銳（1773—1817）、董佑誠（1791—1823）等人都曾對《三統曆》做過詳細研究，日本、法國學者還把它譯成日文和西方文字。

《乾象曆》，漢獻帝建安十一乍（公元206年）劉洪（約135—210）作。它對月亮運動的研究有了新進展，首次提出月亮近地點的移動（過周分），從而算出近點月長度，並在一近點月里逐日編出月離表，又首次提出黃白交角是六度（兼數），首次提出交食計算中推算食限的方法，這些都對後代曆法影響很大。

《皇極曆》，隋文帝仁壽四年（公元604年）劉焯（544—610）作，未頒行。《皇極曆》考慮太陽和月亮視運動不均勻來計算日月合朔的3 時刻，創立了等間距二次差內插法①。為了求得任意時刻的定朔改正值，又創立了任意間隔二次差內插法的公式。這在中國天文學史和數學史上都有重要地位，後代曆法計算日月五星運動使用的內插法多繼承《皇極曆》的方法並繼續發展。

《大衍曆》，唐玄宗開元十五年（公元727年）僧一行（683—727）作，後經張說（667—730）和陳玄景整理成文，開元十七年（公元729年）頒行，使用到天寶十年（公元751年）。開元二十一年（公元733年）傳入日本，在日本使用近百年。《大衍曆》結構嚴謹，條理分明，共有歷術七篇，講具體計算方法。另有歷議十二篇（其中略例三篇），講曆法的理論問題，是一行為《大衍曆》寫的論文，通稱《大衍曆議》。《大衍曆》的制定是從製造儀器開始的，經過實際觀測確定基本天文數據，這是科學的方法。經過《大衍曆》的制定，對太陽月亮運動不均勻現象有了正確全面的了解。通過實際觀測，破除了一千年來流傳的「寸差千里」的謬說。在計算方法上，《大衍曆》創不等間距二次差內插法的公式，比起《皇極曆》來又是一個進步。

《授時歷》，元世祖至元十七年（公元1280年）郭守敬（1231—1316）作，次年頒行。明代《大統歷》繼續用它的方法，前後共使用三百六十多年，是古曆法中行用最久的，也是在天文數據、計算方法各方面發展到高峰的一種曆法。中國古典系統的曆法到此為止，以後就有西方天文知識傳入並影響到曆法的編算。現存《元史·歷志》里的《授時歷經》上下篇是郭守敬在王恂（1225—1281）初稿基礎上重新編定的。當時《授時歷》雖已頒行，但各種數據用表、推步演算法沒有定稿。元至元十八年（公元1281年）王恂不幸去世，由郭守敬一人主持完成。他「比類編次，整齊分秒，裁為二卷」。《授時歷》共有七部分，內容相似於《大衍曆》；但採用等間距三次差內插法計算日月五星位置，又用弧矢割圓術和類似球面三角的方法根據太陽黃經求它的赤經赤緯，這兩種方法在天文學史和數學史上都具有重要地位。目前，有許多中外學者在對《授時歷》進行研究。

《崇禎曆書》，明末徐光啟（1562—1633）主編，李天經（1579—1659）續成，從崇禎二年到七年（公元1629年到1634年）前後共用五年時間完成。它從多方面引進了歐洲古典天文學知識，內容包括天文學基本理論，三角學，幾何學，天文儀器，日月和五大行星的運動、交食，全天星圖，中西單位換算等，共四十六種，一百三十七卷，採用第谷（1546—1601）的太陽繫結構系統，計算方法中翻譯了哥白尼（1473—1543）《天體運行論》中的許多章節，還有開普勒（1571—1630）《論火星的運動》一書中的材料，曆法計算中不用中國傳統的代數學方法而改成幾何學方法，這是中國天文學史和曆法史上一個重要的轉折。中國古代天文學體系開始向近代天文學轉變。

明末未能根據《崇禎曆書》來編算民用曆書，清代開始使用根據《崇禎曆書》編算的曆書——《時憲歷》，直到清末。在《四庫全書》中有一百卷本的《西洋新法算書》是傳教士湯若望（1591—1666）根據《崇禎曆書》刪改而成的。

天文星占著作

在中國古代天文學的發展過程中，星占術曾超過它獨有的作用。正是因為星占術的需要，古代許多星占家大量觀測記錄天空現象，編寫星象著作，其中包括許多天文知識。所以中國古代不少天文著作都同星占術結合在一起。

《石氏星經》是現在見到的最早的一本天文星占著作，戰國時期（公元前475年到公元前221年）魏國石申所著。書的原名叫《天文》，內容涉及太陽、月亮、行星、交食、恆星、古代天文名詞、宇宙概念等多方面，尤其是恆星部分價值更高。①

《五星占》是1973年在長沙馬王堆漢墓中出土的一份帛書，專講五大行星運動和一些天文知識，共有九部分，八千字。書大約寫於漢文帝前元年間（公元前179年到公元前164年），書中對五大行星運動有詳細的描述，成為後代曆法中「步五星」工作的先驅。書中對金星、土星的會合周期定得比較準確，對秦始皇元年（公元前246年）到漢文帝前元三年（公元前177年）七十年間木、土、金三星的動態有逐年的記載，這是研究古代行星問題的一份重要資料，受到了中外學者的廣泛注意。

漢代還有兩本重要的天文著作應該提到，這就是《天官書》和《周髀算經》。《天官書》是《史記》中的一篇，公元前一世紀司馬遷《前145或前135—？）著，可算是當時有關天文知識的總結。尤其是恆星部分記錄了當時所認識到的全天恆星，共九十多組名稱，五百多顆星，是關於全天恆星的最早一篇完整文獻。後來許多恆星的命名都受它影響。《天官書》內容除恆星外，還有行星、分野、日月占候、奇異天象、雲氣、歲星紀年、天象記錄和占驗等，是研究秦漢天文學乃至先秦天文學的一篇權威性文獻。《史記·天官書》開創了後代史書中撰寫天文志的傳統。《二十四史》中有十幾篇天文志，為研究中國天文學史提供了系統全面的資料。其中李淳風（602—670）所撰《晉書·天文志》，內容豐富全面，已被翻譯成英文，在巴黎出版。

《周髀算經》，成書於西漢後期公元前一世紀，作者不可考，是《算經十書》中的一部，名曰算書，實際上主要是一部天文學著作。書有上下兩卷，重點講述當時的一種宇宙結構學說——蓋天說，詳細闡述蓋天說計算天地結構、太陽視軌道大小、周天里數、北極璇璣的方法，還有圓形蓋天式星圖的製作等等，是有關蓋天說的一本系統詳盡的典籍。

《步天歌》是一本以詩歌形式介紹全天恆星名稱、數目、位置的天文學著作，相傳是唐代王希明撰，丹元子是他的號，所以有時也稱《丹元子步天歌》①。詩文七字一句，有韻，把全天恆星按三垣二十八宿的分區法編在詩句中，讀著詩句就好像漫步在點點繁星之間。「句中有圖，言下見象」，便於辨認和記憶全天恆星，是古人學習天文學的必讀書。在宋代重修的《靈台秘苑》一書中又把步天歌配上星圖，星空景象更加清晰明了。

《靈台秘苑》原是北周庾季才撰，據《隋書·經籍志》載，共有一百二十卷，現在見到的只有二十卷，北宋王安禮等人重修。書中有三百四十五顆恆星的赤道坐標值，是我國現存第二份星表，它的觀測年代是北宋仁宗皇祐年間（公元1049年到1053年），這對研究宋代的恆星觀測很有幫助。

《開元占經》，一百二十卷，唐代瞿曇悉達撰，成書於唐玄宗開元六年到十四年（公元718年到726年），所以又稱《大唐開元占經》。唐以後失傳，明神宗萬曆四十四年（公元1616年），安徽歙縣人程明善在古佛像腹中偶然發現，始得再次流傳至今。它是一本唐以前天文星占著作大全，把當時能見到的古代七十多種天文星占書按內容分別摘錄編撰，內容涉及天文星象、氣候、奇異現象等各方面。天文方面有名詞解釋，宇宙理論，日月行星運動，二十八宿距度，甘德、石申、巫咸三家對全天恆星名稱、星數、位置的描述和占驗，包括有石氏的恆星星表。此外還有當時使用的《麟德歷》、作者翻譯的印度《九執歷》和其他十六種古代著名曆法的基本數據。這一著作為我們提供了唐代以前天文學史的重要資料。由於《開元占經》的輯錄，許多古代失傳了的天文星占著作的內容得以保存下來，就憑這一點，《開元占經》也是一本極有價值的書。

唐代另一本天文星占著作《乙巳占》是李淳風所著，也摘編了許多現已失傳的古代星占著作的片斷，包括天文、氣象、星占，內容也很廣泛。明代還有一本《觀象玩占》，作者不可考，也是天文星占書中一本有價值的著作。

天文星占著作有一些迷信的成分夾雜在中間，作為糟粕固然應當揚棄，但透過大量的天文現象和奇異天象的記載，使我們可以了解歷史上許多有價值的天文事件，如新星超新星的爆發，彗星的出現和分裂，流星雨的變遷，變星的光變，日食景象，黑子日珥日冕在歷史年代中的變化，行星運動，地月系的變遷等，這對現代天文學的理論研究有很大的價值。在《二十四史》天文志和其他天文星占書中保留了大量古代天象記錄，為現代天文學研究提供了不可代替的古代信息，全世界的天文學家都非常珍視它，由於這些古代資料的現代利用而形成了一門新的天文學分支——歷史天文學。這也是中國古代天文學現在特別受到全世界科學界重視的原因之一。

天文儀器著作

天文儀器是進行觀測的工具，在古代天文學的發展中起了重要作用。中國古代創製了多種精巧的天文儀器，如圭表、漏壺、渾儀、渾象等，不僅有實物保留到今天，還有一些專門著作，描寫它們的結構和原理。這不僅在天文學上，而且在機械設計技術上，都有重要價值。

漢代大科學家張衡（78—139）是水運渾象的製造者。他的《渾天儀注》既是渾天說的重要著作，也是製作渾象的一本說明書。清代洪頤煊輯錄的《經典集林》卷二十七中輯有全文，並附漏壺部分的結構說明。它提供了渾天說的基本觀點、渾象的製作、多級漏壺的結構等古代資料。

《新儀象法要》是宋代蘇頌（1020—1101）為水運儀象台所作的設計說明書，成書於宋哲宗紹聖元年到三年（公元1094年到1096年）間，是有關水力運轉天文儀器的一本專著。書中共有圖六十種，詳細介紹北宋水運儀象台的總體和各部結構、尺寸。卷首有《進儀象狀》，說明這種儀器的建造緣起、經過和它的特點。卷上介紹渾儀，卷中介紹渾象，卷下介紹儀象台總體、台內各原動和傳動機械、報時系統，最後還有一段介紹整個儀象台動作起來的過程，是中國現存最古的機械設計圖紙。根據這部書的描述，中國歷史博物館在王振鐸（1912—1992）的主持下復原了水運儀象台。在復原研究過程中證明，書中一點一線都有根據，尺寸大小準確無誤，反映了公元十一世紀中國天文學和機械製造技術的成就。《新儀象法要》還記述了永運儀象台的三項重要發明：活動屋頂，自動轉儀裝置，鐘錶擒縱器。這幾項都比歐洲同類發明早幾百年。此外，書中還有星圖兩套五幅，是兩種全天星圖的表示法。一種是北極圓圖加赤道帶橫圖，共三幅；一種是以赤道為界、以兩極為圓心的半天球圓圖，共二幅，南極附近天區在中國看不到，圖中是空白，這種星圖畫法在中國還是首創。

有關中國古代的幾種重要天文儀器，在《宋史·天文志》中可以看到沈括（1031—1095）的三篇論文，是他在宋神宗熙寧七年（公9 元1074年）寫的《渾儀議》、《浮漏議》和《景表議》。這三篇論文可算是有關儀器的專門著作。《渾儀議》講到了渾儀和渾象的製造歷史，指出渾儀和渾象是兩類不同的儀器，接著講到各代所制渾議的結構，他對製作渾儀的心得體會。《浮漏儀》講到了在他之前的燕肅對平水壺的最新發明，詳細記錄漏壺的結構和尺寸、漏壺用水的選擇等等。《景表議》講述了多表測景的的方法和景表安裝製造問題，討論了大氣能見度的影響。這些使我們對古代天文儀器的認識提高了一步。

郭守敬對天文儀器的重要發明都記載在《元史·天文志》中，他對簡儀、仰儀、正方案、景符、窺幾等都有詳細介紹，包括它們的結構、尺寸和用法。這些儀器都在天文儀器史上有重要地位，元代之後沒有專文給以介紹，因而《元史·天文志》的有關部分實在是天文儀器的又一篇名著。

《靈台儀象志》是清代初年為觀象台製造六件大型天文儀器的設計使用說明書，由比利時來華的耶穌會士南懷仁（1623—1688）主編，完成於清聖祖康熙十三年（公元1674年）。這六件天文儀器現仍保存在北京建國門古觀象台上，它們是天體儀（渾象）、黃道經緯儀、赤道經緯儀、地平經儀、地平緯儀（象限儀）、紀限儀（距度儀）。

除了上述介紹的天文學名著，中國古代還有許多有價值的天文著作，這裡特別應該提到《疇人傳》，這是一本天文、數學家的傳記集，收集了幾百位天文、數學家的生平和科學業績，是研究中國天文學史的重要資料集。它同其他許多著作一起系統全面地反映了中國古代天文學的成就，它的本身也是這成就的一部分。