吳國盛 科學與禮學：希臘與中國的天文學

希臘天文學也是數學學科，天文學家自稱數學家。這個狀況一直延續到近代早期。哥白尼就自認為是數學家。他在他的《天球運行論》一書序言中有一句名言：「數學的內容是為數學家寫的」，自稱數學家，把自己的著作看成是一本數學專著。天文學在什麼意義上是應用數學呢？我們可以注意一下普羅克洛前面的說法，他在說到那門應用幾何學或者運動幾何學的時候，並沒有使用「天文學」這個詞，而是用的「球面學」或者「球面幾何學」（spherics）一詞。當我們談到希臘天文學的時候，一定要記住「球面」這個詞，因為希臘天文學本質上是一門關於「球面」的幾何學。

「天文學」何以是「球面幾何學」？關鍵要理解「天球」的概念。根據直覺，人們很容易相信天是一個有形的圓頂，而大地及大地上的人類就居於這個圓的中心位置。比如，中國古詩歌里就有「天似穹廬，隆蓋四野」的說法。但是，從直觀的圓頂得出整個天是一個圓球的思想，還是想像力的一次大爆發。從現有文獻看，第一次擁有天球思想的，大概是泰勒斯的學生阿那克西曼德。阿氏認為地球是靜止的，因為它居於宇宙的中心。它居於宇宙的中心，所以與宇宙周邊各處距離相等；地球若運動就會打破這種相等性，使之不處在宇宙的中心；既然永遠處在宇宙的中心，那就是靜止的。在這個論證中，地心思想是關鍵，而地心思想已經蘊涵了宇宙是一個圓球面的思想。明確說出天球概念的是畢達哥拉斯及其學派。雖然有文獻表明他們中的有些人主張宇宙的中心是中心火而不是地球，但總的來看，地心思想在希臘時代是占支配地位的。

從邏輯上講，天球概念是與地球概念相配套的。阿那克西曼德雖然有了天球的思想，但還沒有地「球」的思想。他認為地球是柱狀的，像一個鼓一樣，上下兩面是平的，腰是圓的。最早提出地「球」思想的是畢達哥拉斯學派。經驗上的理由有許多。比如，航海的民族都知道海面其實是不平的，人們目送航船遠去時，在視野中最先消失的是甲板，然後才是桅杆，這說明海平面其實是彎的；再比如，月偏食時，食的邊緣明顯是一個圓周形，如果月食就是地球的投影的話，那就說明地球的確是一個球體。除了經驗上的理由，還有許多幾何學上的理由。比如，圓和球極具對稱性，很完美，是最適合宇宙的形狀；再比如，球體是最具有包容性的立體，同樣的表面積，以球體體積為最大。不過，說地球是一個球體，這的確是想像力的又一次超級大爆發。要知道，除了希臘人，這個世界上同時代的所有民族都不相信大地是一個球體。那怕是到了19世紀後期，許多中國知識分子也都不相信。事實上，兩千多年後，麥哲倫的船隊才真正表明大地的確是圓的，朝著西方一直往前走可以走回來；20世紀的宇航員從太空中拍到了地球的照片，這才從直觀上證明了地球的確是一個球體。那個時候，畢達哥拉斯學派就敢於宣稱大地是一個球體，不得不讓人佩服，理性科學的確擁有某些異乎尋常的直觀透視能力。

畢氏學派同時擁有了天球和地球的概念，於是就造出了兩球模型的宇宙論，即宇宙是一個天球包地球的架構。所有的天體都鑲嵌在天球上隨天球運動，因此，所謂天體運動都只能通過天球運動來理解。說宇宙由天球和地球組成，其實天球和地球還是不一樣的球：天球是一個空心的「球層」或球殼，只有地球才是一個實心的球體。天球因為只是球層或球殼，才可以是多重的，多重天球才可以一個套一個。

一個地球加一個天球不是很美滿嗎？為什麼需要多個天球呢？這是因為天體的運動並不是單調一致的，而是有多種不同的運動。「一個」天球只能帶著鑲嵌於其中的一個或多個天體做「一種」步調一致的運動，如果有多種不同的運動，就需要不同的天球來實現。發現天體有不同的運動，並且解釋這種種不同的運動，是希臘天文學的根本目標。

按照亞里士多德後來的總結，希臘人一直有天尊地卑的思想，而且天尊就尊在天體都是不運動的，地之卑也表現在地上的事物時刻處在運動變化之中。可是，我們明明見到日月交替、斗轉星移，怎能說天體是不動的呢？這就是引入天球的妙處。所有的天體都是鑲嵌在天球上的，就像是釘在天球上一樣（英文中所謂恆星，就是fixed star，被釘著的星），它們在天球上是不運動的，它之所以看起來運動，是因為隨著天球運動而已。天球的運動，總歸是圍繞著球心的圓周運動，而圓周運動，特別是勻速圓周運動，乃是一切運動中最完美的運動：根本上它並沒有移動自己的位置，只是原地轉動，而且是勻速轉動，因此，它是最不像運動的運動。天體是神聖的，神聖就神聖在它是不動的；但因為它加入了天球運動，它就不是最神聖的，而是次神聖的。最神聖者乃是永恆不變的理性秩序。不過，通過觀測和研究天球運動這種次神聖的東西，有助於我們接近最神聖的理性秩序，這就是柏拉圖為學習天文學所給出的理由。

根據這種神聖的理念，希臘人把天際搞得很純粹、很乾凈。天體的數目不增不減，永恆如此，因此希臘人以及受其影響的歐洲人從未想過恆星還會變化。天體個個冰心玉潔，白璧無瑕。那些表面看來的瑕疵都以這樣那樣的理由給解釋過去了。比如月亮似乎表面不太乾淨，希臘人認為是雲層造成的；太陽黑子從未出現在希臘人直至歐洲近代的天象記載中，也是因為相信太陽不可能出現黑子這樣的「噪音」，因而視而不見，或懷疑眼睛視覺出了問題；彗星這種最明顯的異常天象，是不可能歸罪於眼睛視覺的，因此，希臘人稱彗星、流星之類為大氣現象，不算天際現象。英文氣象學一詞是meteorology，其詞根meteor卻是流星的意思。為什麼「流星學」竟然是氣象學？原因就在於希臘人一直相信流星根本上屬於大氣現象。亞里士多德有一本書就叫Meteorology，裡面講了許多關於銀河、彗星的事情，以致於中文譯者無論是吳壽彭，還是苗力田老先生，都把它譯成《天象學》，以求名符其實。其實，譯成「天象學」反而曲解了亞里士多德本人的意思。包括亞里士多德在內的希臘人，都相信天際單純、乾淨，那些亂七八糟的東西都屬於地界的大氣現象。

雖然通過這樣那樣的措施把除天球運動之外的任何變化之象都從天際剔除了，但希臘人很清楚的一件事情是，天際絕不只有一種單調運動。從埃及和美索不達米亞學習和繼承過來的天文觀測表明，天體有兩類絕然不同的運動。一類是諸恆星的運動，它們步調一致，一天繞地球旋轉一周。這類恆星運動通過單一一個天球就可以實現，這個天球就被稱為恆星天球。另一類運動就是行星的運動。什麼是行星？希臘文的行星是planētēs，其意思是「漫遊者」，指的是那些雖然也參與恆星一日一圈的西向運動，但自己還有自己額外運動的那些天體。希臘的行星有7個：太陽、月亮、水星、金星、火星、木星、土星。這七個行星，都在黃道帶上東向運動，周期各各不同。其中太陽的周期是一年，月亮的周期是一月，水星和金星跟在太陽附近前後晃動，在黃道上的平均循環周期也是一年，火星的周期是687天，木星和土星分別是12年、29年。

由於諸行星的東向黃道運動各各不同，因此只能每個行星單獨賦予一個天球，這樣一來，直到柏拉圖的希臘天文學就形成了8天球+1地球的層層相套的宇宙結構。其中最外層是恆星天，周日旋轉，內層依次是土星天、木星天、火星天，再往內次序有點不太好定，因為太陽、金星和水星的黃道平均周期相同，所以有不同版本的排序。最後是月亮天。月亮天球層是天地的分界，月上天是天界，月下天是地界。行星天球既有自己的東向運動，也參與恆星天球的周日西向運動。

這樣就完美了嗎？遠遠沒有。宇宙的大局確實就這樣定了，但細節問題才剛剛開始。只要稍微認真觀察一下諸行星的運動就會發現，它們的東向周期運動並不均勻。太陽在不同的季節，在黃道上的運動速度是不一樣的。月亮也是如此。更麻煩的是其它五個行星，它們不僅運動速度不均勻，而且經常發生運動方向的改變，即本來是東向運動，可是突然，它會改為西向運動，這個天文學上稱為逆行。逆行一段，然後又回歸順行的道路。

按照希臘人對於天體的設想，它們應該被鑲嵌在天球上做勻速圓周運動，這才是天際唯一應該具有的高貴運動形式。現在觀察到的天際運動如此混亂，叫希臘人情何以堪。雖然天際作為可觀察的世界，仍然只是理念世界的模仿者，不是理念世界本身，但希臘人堅信它應該是最完美的模仿者，即天球按照勻速圓周運動的方式運動。現在行星如此顛三倒四的漫遊，無疑引發了一場堪與無理數發現相似的宇宙學危機。柏拉圖痛心疾首地向學園弟子們發出了「拯救現象」的指令：「假定行星作什麼樣的均勻而有序的運動，才能說明它們的視運動？」被觀察到的行星表面的運動與行星內在的品質不符合，因而是一個問題，解決這個問題就是「拯救現象」。

所幸的是，這場危機很快被化解，並且把希臘天文學引向了一條康庄大道，最後結出了豐碩的果實。化解這場宇宙學危機的是柏拉圖派弟子歐多克斯（Eudoxus, 408-355BC）。歐多克斯的基本方案被稱為同心球模型。他讓行星同時參與兩個同心但不同軸的天球運動，這兩種運動可以疊加出一個環形的軌跡，這就可以解釋行星的逆行了。行星還可以參與更多的同心球運動，這些附加的同心球通過調整其軸向和轉動速度，可以模擬出速度不均勻以及軌跡偏離黃道等反常現象。歐多克斯為太陽和月亮各使用了3個同心球，為其餘五大行星各使用了4個，這樣加上恆星天球，一共是27個球。

同心球模型的確非常天才。它把行星的「不規則」運動「分解」成「規則」運動的「疊加」，這幾乎就是後世一切數學化的標準動作。伽利略的運動分解，牛頓的力分解，以及後來的傅里葉變換，本質上都是如此。「分解」加「疊加」就是「拯救現象」。這種還原論模式，一直統治著西方科學。不懂得以這種方法來「拯救現象」，就不配談什麼科學研究。

然而，同心球模型雖然開科學方法論之先河，但並沒有持續多久，因為它有一個致命的缺陷。這個缺陷就是，它讓行星與地球始終保持距離不變，因而不能解釋行星亮度的變化。之後阿波羅尼引入的本輪-均輪技術解決了這一問題。這項技術讓行星位於本輪上，讓本輪的中心位於均輪上，讓均輪的中心位於地球上。當本輪和均輪同時運動時，既可以產生逆行，也可以產生行星-地球距離的變化。經過幾代人的努力，本輪-均輪技術進一步得到優化和擴展，終於在公元二世紀的托勒密那裡修成正果。他的集大成之作《數學彙編》（Mathematical Syntaxis）建立了希臘數理天文學的一座豐碑。這本書運用包括本輪-均輪、偏心圓、偏心勻速圓等天球層疊的幾何技巧，模擬行星複雜多變的不規則運動，為精確預測行星路徑奠定了方法論基礎，建立了一個基於數學理性謀劃的宇宙體系。幾百年後這部書流傳到阿拉伯世界，阿拉伯天文學家深為其博大精深而嘆服，故稱其為「偉大之至」（Almagest），後世遂把書名改為《至大論》。明朝末年，傳教士來華也帶來了這部著作。由於運用托勒密理論常常能夠精確預言日月食等重要天文現象，有著深厚天文學傳統的中國天文學家們亦對此非常佩服。托勒密天文學是少數很快被中國文化所吸納的西方理論。近半個多世紀，由於人們不恰當地賦予地心體系和日心體系以意識形態含義，極大的貶低了托勒密在科學思想史上的偉大意義。在中文出版物里，經常出現「托勒密與反動的封建教會勢力勾結，用地心謬說麻醉毒害人民」之類荒唐可笑的言論，讓許多中國青年學生覺得托勒密根本上是一個壞人。的確，哥白尼對以托勒密體系為代表的希臘數理天文學做出了一個偉大的修正，但畢竟只是一個修正，他本人仍然活躍在以托勒密為傑出代表的希臘數理天文學傳統之中。我們甚至不好說，在人類歷史上，哥白尼和托勒密究竟哪個更偉大。

代表著希臘古典時代正宗科學精神的歐幾里得《幾何原本》並不涉及經驗觀測，因此它並不能預示近代以來數學演繹加實驗觀察的新科學範式，而托勒密的《至大論》相反，本身就是數學演繹加現象觀察的一個成功範本。近代科學革命自繼承了托勒密的哥白尼那裡開始算起，不是偶然的。《至大論》為古代科學和近代科學搭起了橋樑。

整個希臘天文學的根本問題是行星問題，因而本質上只是行星天文學，而且是行星方位天文學。恆星根本不是問題，行星本身除了天球的幾何學外，本身也沒有物理問題。對希臘人而言，行星為什麼是一個問題呢？因為他們恪守一個根深蒂固的教條：天界永恆不變，只有天球勻速旋轉。這個教條來自希臘人的理性世界觀：世界是按照理念世界的永恆邏輯運作的，而天界，最生動最直觀地呈現了這個邏輯。

希臘數學四科中，幾何與天文成就最大，各有《原本》和《至大論》煌煌巨作傳世。幾何學在中國傳統文化中基本缺失，無法比較，但中國卻有傳統極為深厚、成就極為可觀的天文學與之媲美，因此特別值得進行比較。事實上，許多人正是通過強調我們有發達的天文學來強調中國古代也有科學，甚至遙遙領先。然而，中國天文學在什麼意義上是科學？這個問題促使我們來仔細比較一下希臘和中國傳統的天文學，看看它們在研究動機、主要問題、研究方法上有些什麼區別。經過比較，我們就能發現，中國天文學根本就不是希臘意義上的科學，而是特別屬於中國文化的禮學；經過比較，我們也更能理解中西文化的差異，理解禮學與科學的差異。

從遠古時代開始，各民族都有從事天象觀測和天象解釋的衝動。有實用的需要，比如辨別方位、確定農時等；也有面對浩瀚星空油然而生的那種原始的敬畏之情。這兩個方面幾乎是人類開化以來一切民族都具有的。但是，天文學的發展向來滿足實用需要的少，滿足原始敬畏之情的多，因為定時辯向實際上用不著這麼多天文學。偉大的文明都有發達的天文學，而促使他們發展天文學的動力更多的是一些文化意識形態的東西。不過，隨著文明成型，各民族走上了不同的文化發展道路，那種原始的敬畏之情也有了不同的文化表達方式。希臘人把天際諸象看成是理念世界的最好樣本，因為尊崇理念世界而尊崇天界視象，結果是，那種原始敬畏之情轉化為對理性的堅定信念。德國哲學家康德在他的《實踐理性批判》里說過一句名言：「有兩樣東西，我們越是持久和深沉地思考著，就越有新奇和強烈的讚歎與敬畏充溢我們的心靈：這就是我們頭頂的星空和我們內心的道德律。」康德所說的這兩樣東西，一個是他的純粹理性，一個是他的實踐理性。用頭頂的星空來代表純粹理性很好地說明了，自希臘以來，西方人一向是把浩瀚星空作為理念世界的代表，把對星空的著迷視為對理性執著的一種標誌。

同樣，中國發達的天文學也不像通常教科書所說的那樣，只是為了滿足農業生產的需要。為了不誤農時，農業生產所需要的不外乎確定二十四節氣。可是，二十四節氣的確定完全可以依靠物候學，而不用天文學；況且農業生產所需要的節氣精確到天就夠了，天文學對太陽運動細節的孜孜以求，把節氣定到幾分幾秒，對農業生產來說毫無意義。讓中國的天文學家對日月星辰的運動細節如此在乎、如此著迷的動力又是什麼呢？實際上，中國天文學最強大的研究動機來自天人合一的觀念，以及由之衍生出來的種種文化觀念和文化制度。天人合一的思想影響了中國的政治文化，也影響了中國普通人的日常生活。中國的天文學有濃郁的政治含義和文化含義。

就政治層面而言，中國天文學獲得了在西方從不曾有過的高尚地位。歷朝歷代，朝廷都很重視設置皇家天文機構，國家天文台從未中斷。從秦漢的太史令、唐代的太史局、司天台、宋元的司天監，到明清兩朝的欽天監，天文台一直享有很高的地位。首席皇家天文學家的官職可以達到三品，相當於今天的副部級。李約瑟在他的《中國科學技術史》一書中的「天文學」一章開篇就說：「希臘的天文學家是純粹的私人，是哲學家，是真理的熱愛者（托勒密即如此稱呼希帕克斯），他們和本地的祭司一般沒有固定的關係。與之相反，中國的天文學家和至尊的天子有密切的關係，在政府機關的一個部門供職，依照禮儀供養在皇宮高牆之內。」（英文版第3卷第171頁）在同一頁，他還提到19世紀維也納一位名叫弗蘭茨·屈納特的人深有感觸地說：「中國人竟敢把他們的天文學家——西方人眼中最沒用的小人物——放在部長和國務卿一級的職位上。這該是多麼可怕的野蠻人啊！」這自然是正話反說，但中西天文學家社會地位之懸殊可見一斑。

中國的統治者為什麼這麼重視天文學家呢？原因很簡單，因為天文學家通天。中國的政治文化中有一個非常弔詭的潛規則，那就是一方面，皇帝是天下至尊、一言九鼎，人人山呼萬歲，但另一方面，皇帝的地位並不是不可挑戰，皇帝的位置並不是那麼一勞永逸。按照天人相感、天人相通的思想，皇帝作為人間主宰之所以是人主，是因為天授皇權，因為他順應天道。如若不然，無道昏君，人人都可以討伐，可以取而代之，那是替天行道，是正當的。因此做皇帝並不是那麼舒服容易，也需要如履薄冰、如臨深淵。皇帝自稱天子，每下詔書必說「奉天承運」，都是要強調自己的確是天降明君，強調自己的統治是合法的。問題在於，如何知道一個皇帝是順天應時，還是背天逆道呢？有一個非常簡明的判斷標準就是，若風調雨順、國泰民安，那就說明皇帝是真命天子，若天災人禍、民不聊生，那就說明皇帝有問題。在中國歷史上，像地震、洪水、乾旱、蝗災這些今天被認為是「自然災害」的現象，都被認為有強烈的政治學含義，都是對皇帝的一種嚴重警告。因此，歷朝歷代的政府都有或多或少隱瞞自然災害的傾向。其本意不一定是逃避救災責任，主要是防止發生政權合法性危機。直至現代，這種深層的文化意識仍然存在。比如1976年唐山地震的死亡人數一直秘而不宣，直到1979年才被記者公布，並引為重大新聞突破。2005年8月8日，中國國家保密局和民政部聯合宣布，因自然災害導致的死亡人數不再納入國家保密範圍。這就是說，在此之前自然災害的死亡人數都是國家機密。在自然災害問題上還要遮遮掩掩，這讓西方人特別不能理解。他們不懂的是，在中國天人合一的文化傳統中，沒有什麼純粹的天災，天災某種意義上就是人禍。像地震這種造成重大人員傷亡的災害，皇帝首當其衝，要負責任。

地面上的災是災，天上的災也是災。天上的災是所謂災異。天行有常，晝夜輪迴、斗換星移、天清氣朗、日月生輝，這是正常現象。但若彗星、流星大作，日面出現黑子，甚至日月被食而無光，那就是災異。尤其是日全食，被認為是非常嚴重的天災。本來天無二日、地無二主，太陽與人主是對應的。如今太陽竟然被天狗所食，那說明人主德性有虧，上天正在用日食這種方式對他發出嚴重的警告。

正因為天象具有如此強烈的政治含義，觀察、記錄以及解析天象的天文學家在皇權政治中就扮演了非常重要的角色。皇帝不僅重視天文學，在政府中設立穩定的觀天部門，給天文學家以高官厚祿，而且壟斷天文事業，禁止民間私習天文。皇帝要壟斷來自上天的信息，壟斷上天信息中包含著的各種秘密指令。推動天文學發展的那種原始的敬畏之情，在中國文化中，表現為對一種貫通天人的政治秩序和倫理秩序的忠實維護。從夏朝開始，「伐鼓救日」就是國家禮制的一個重要部分。「日有食之，天子不舉，伐鼓於社；諸侯用幣於社，伐鼓於朝。禮也。」（《左傳》）除了伐鼓救日禮儀外，皇帝要下罪己詔，向天下人檢討自己的過失。公元前178年有一次日全食，當時的漢文帝下罪已詔說：「朕聞之，天生民，為之置君以養治之。人主不德，布政不均，則天示之災以戒不治。乃十一月晦，日有食之，適見於天，災孰大焉！朕獲保宗廟，以微眇之身托於士民君王之上，天下治亂，在予一人，唯二三執政猶吾股肱也。朕下不能治育群生，上以累三光之明，其不德大矣。」（《漢書》卷4《文帝記》）除了下責已詔，皇帝在日食期間要素服齋戒，要進行天下大赦，大臣也可以在此期間乘機批評朝政，推行有利於民的政策。當然，也有的皇帝，利用異常天象乘機清除異已，讓手下當替罪羊。

不只是皇帝需要天文學，普通百姓也需要。中國人相信，一件事情的成敗取決於天時、地利、人和三要素，而所謂「天時」就是由天象所指示的恰當「時機」。傳統社會裡，老百姓「做禮」、做大事之前都要看一下老皇曆，看看哪天是黃道吉日，哪天流年不利。這些老皇曆就是由御用天文學家為「敬授民時」而編製的曆書。歷譜是單純的日曆，指由曆法推算出來的年月日節氣等。曆書是在歷譜的基礎上，添加各種判別吉凶禍福的歷注而成，充滿了宜和忌的規定。什麼婚嫁、喪葬，什麼動土、上樑，這些古代農耕社會的重大活動，都要事先透過曆書來確定時日。曆書實際上成了普通百姓的「日常生活倫理指南」。因此，中國傳統的天文學就其研究動機而言，是政治星占術，是日常倫理學，一言以蔽之，是禮學。

中國天文學的禮學性質，為政治服務、為倫理生活服務這種基本的研究動機，也規定了中國天文學的獨特任務和獨特內容。如果說行星這種天空漫遊者是希臘天文學亟待解決的問題，因而希臘天文學本質上是行星天文學的話，那麼我們可以說，中國天文學本質上就是天空博物學、星象解碼學、天文解釋學。

作為天空博物學，中國天文學的首先任務是詳盡、忠實地觀察和記錄天象。對中國天文學家來說，天空中出現的每一個現象都以天人相感相通的方式對人事有影響，因而都很重要，都值得認真細緻地觀察並忠實地記錄下來，不可忽視、遺漏。像日食這樣的超級天象尤其不能忽視，否則是殺頭之罪。《尚書》中記載，歷史上最早的皇家天文學家羲和，由於醉酒昏睡而錯失了對日食的觀測和預報，結果丟了性命。來華耶穌會士李明（Louis le Comte, 1655-1728）在其《中國近事報道》中對中國皇家天文學家的活動有生動的記錄：「五位數學家每個晚上都守在塔樓上，觀察經過頭頂的一切。他們中一人注視天頂，其餘四人分別守望東西南北四個方位。這樣，世界上四個角落所發生的事，都逃不過他們的辛勤觀測。」（轉自李約瑟英文版第3卷第443頁）正是中國歷代天文學家幾千年來從未間斷的持續觀察和記載，中國人貢獻了世界上最豐富、最系統的天象記錄。尤其在異常天象的記錄方面，中國天文學更是獨領風騷，讓西方天文學界望塵莫及、自嘆弗如。希臘天文學家把天空打掃得過於乾淨，作繭自縛，搞得兩千多年來從未對彗星有系統記錄，更沒有關於太陽黑子、新星超新星的記錄。與之相反，從公元前214年（秦始皇七年）到1910年（宣統二年）哈雷彗星共29次回歸，中國史書一次不拉都有記錄。從漢初到公元1785年，中國天文學家共記錄有日食925次，月食574次；從公元前28年到明代末年，共有100多次太陽黑子記錄。這些都是毫無懸念的世界之最。特別值得提出的是，中國古代關於新星超新星的記載對於現代射電天文學具有特殊的重要性。由於這些記錄是中國獨家擁有，西方天文學家不得不徵引中國天文學史家的工作。科學史界的老前輩席澤宗（1927-2008）先生關於中國古代新星和超新星記錄的考訂論文「古新星新表」，被認為是整個20世紀中國天文學最有影響的一篇論文。他因此被選為中國科學院院士，也是中國科學史家中僅有的院士。

作為星象解碼學和天文解釋學，中國天文學更高階的工作是對如此系統記錄的豐富天象進行解碼。欽天監里那些級別較低的工作人員如果發現了異常天象，自己不能擅自破解，而要報告級別較高的官員，因為破解天象乃是中國天文更正統更要緊的任務。《易經》中說：「觀乎天文，以察時變，觀乎人文，以化成天下。」 「天文」即「天象」，觀天文即觀天象，目的是「察時變」。什麼是「察時變」？不是單純的確定物理時間。在中國文化中，時間負載著濃郁的文化意義和倫理意義。「時」首先是「時機」，「察時變」要害在道出「時機」。每一種「天象」代表著一種特定的「時」，其中包含著豐富的含義。天文學家的任務就是破譯這些含義。比如「五星聚舍」即五大行星同時出現在一個星宿中，被認為是「明君將出」的徵兆，寓意是要「改朝換代」；比如「熒惑守心」即火星在心宿逆行，被認為代表著非常兇險的徵兆，君主應格外小心。所有這些在今天看來奇奇怪怪的說法，卻構成了中國古代幾千年天文學的主要內容。利瑪竇在他的《中國札記》中說：「他們把注意力全都集中於我們的科學家稱之為占星學的那種天文學方面；他們相信我們地球上所發生的一切事情都取決於星象。」（中華書局1983年版第22頁）今天有許多人總是試圖對中國天文學進行糟粕與精華的分離工作，認為其推算預報部分是科學、是精華，其星占部分是迷信、是糟粕，這完全是在犯時代誤置病（anachronism）。中國天文學的基本動機是星占，雖然運用了精巧的計算技術，但目標並不是尋求「自然規律」，而是「察時變」。因此，它是星象解碼學、天文解釋學、政治占星術、日常倫理學，是禮學，但從來不是希臘意義上的科學。江曉原教授在其《天學真原》中深刻地認識到中西天文學這一根本的區別，始終不使用中國「天文學」這一術語而稱中國「天學」，以免與西方天文學相混同。事實上，正是這種混同，讓許多人提出「中國古代天文學一直領先於世界，直至哥白尼之後才落後」的說法。他們沒有想過，中國古代從未有過希臘那種科學意義上的天文學，如何比較，談何領先，談何落後。

把中國天文學與希臘天文學相混同、從而視之為「科學」的最強大的理由是，中國天文學把「推算預報」日月行星的位置作為自己的重要內容，並且形成了一套獨特的推算方法，相當成功地完成了推算預報的任務。這套推算方法，被稱為中國的數理天文學，以與希臘數理天文學相對應。表面看起來，中國的曆法和希臘的天文學都發展了各自的方法，致力於預測日月和五大行星的方位，並且把預測結果訴諸實際觀測進行檢驗，而且根據檢驗的結果對推算方法進行改進，所不同者只是希臘人採用的是天球層疊的幾何模型方法，而中國人採用內插等數值方法。因此，表面看起來，中國天文學和希臘一樣，都有一套完整的「工具理性」探究程序。然而，我們必須意識到，希臘數理天文學的「工具理性」源自希臘哲學的純粹理性，也就是說，希臘數理天文學之所以用「幾何建模」的方法去追究行星，是因為他們相信，天界「本來」就是「幾何的」，行星對幾何的表面上的「偏離」應該解釋為實質性的「遵循」。中國天文學的「工具理性」卻沒有這樣的純粹理性作為後盾。相反，中國天文學家眼中的「天」是一個有意志、有情感的人格化存在，因此天界是人格化上天顯靈的場所，而不是秩序和定律的場所。雖說「天行有常」，但這個「常」不能絕對化。有兩件事情表現了這種「常」的相對化。

第一是天文學與宇宙論的脫節。庫恩曾經說過，埃及和巴比倫雖然有發達的天文學，也有宇宙論，但天文學與宇宙論之間各自獨立，並不構成相互支撐的關係；天文學的經驗積累並不會引起宇宙論方面的變革。中國的情況也是如此。中國的天文學家們積累了這麼多的天文觀測資料，也發展了推算預報日月行星方位的計算方法，但他們的工作對宇宙論卻沒有判決性的選擇作用。天文學的積累性進步沒有幫助淘汰和選擇宇宙模型，宇宙模型也沒有幫助約束天文學理論並使之更加嚴密。中國歷史上出現過兩種比較有影響的宇宙結構理論，一個是蓋天說，一個是渾天說，但兩種截然不同的宇宙論居然能夠與天文學相安無事，長期並行於世。比起「觀乎天文，以察時變」這樣更加神聖高尚的事業，宇宙結構理論也許並不是那麼重要。何以故？宇宙模型意味著宇宙有一個穩定的本體，可是中國的文化精神並不支持這種確定性的觀念。也許在蓋天和渾天之外的第三種宇宙論宣夜說更能說明問題。這種學說乾脆宣布「天了無質」、日月星辰「或順或逆、伏見無常」，沒有什麼規律可循。這恰恰表現了中國傳統思想中的另一個極端，那就是天行未必有常。天行有常？或許有常，或許無常；姑妄言之、姑妄聽之。

第二是驗測有誤，並不必然證偽推算理論。推測的日食並沒有在指定時間和指定地點出現，被稱為「當食不食」。發生了這樣的現象，是否要責怪天文學家推算錯誤呢？不一定。按照天人合一的占星傳統，日食意味著帝王德行有虧，反之，當食不食也可以意味著帝王有德，感動了上天，原計劃的日食不食了。歷史上的確發生過這樣的事情。唐代張九齡在其《賀太陽不虧狀》中說：「今朔之辰，應蝕不蝕。陛下聞日有變，齋戒精誠，外寬政刑，內廣仁惠，聖德日慎，災祥自弭。」今天聽起來是一派文過飾非、欺上瞞下之語，但當時的人卻完全有可能信以為真。由於天人合一、天人相感相通，中國天文學家的研究對象並不完全是獨立的客觀規律。對此，同時代的僧一行評論說：「使日蝕皆不可以常數求，則無以稽曆數之疏密；若皆可以常數求，則無以知政教之休咎。」（《新唐書·歷志三下》）天行固然有常，但這個「常」是相對的，不是絕對的。

正因為「常」是相對的，中國天文學中的推算預報技術只能是一種不乏計算天才的「歷算術」，而不是像希臘天文學那樣的「科學」。從長時段看，這種推算技術的優化因為缺乏內在原動力也行之不遠。明末清初來華的傳教士正是憑藉他們掌握的西方行星天文學的知識，在多次日月食預報中擊敗中國天文學家，贏得了中國皇帝的信任，並最終使中國曆算在有清一代率先告別了傳統。然而，歷算雖然全面引入了西法，天文仍然還是服務於皇權政治和日常倫理生活的「禮學」，中國天文學仍然沒有加入西方科學革命的洪流。科學意義上的中國天文學直到皇權政治解體、新文化運動之後才有可能興起。
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