我國古代如何進行天文觀測

【關(guān)鍵詞】“觀象授時” 天象 歷法 【中圖分類號】P1-092 【文獻標識碼】A

《尚書·堯典》與觀象授時傳統(tǒng)

《尚書·堯典》開篇即描寫了堯帝任命天文官員，觀測四方天象，指導(dǎo)民眾從事民事和人事活動的場景，開宗明義則曰：“欽若昊天，歷象日月星辰，敬授人時?！薄渡袝穼＜覄⑵疴D解釋其為：“把對日月星辰所作觀察活動得到的天象節(jié)令知識傳授給人民，以便于民間從事農(nóng)事的安排。”①學(xué)者們對這里究竟是“敬授人時”，還是“敬授民時”，存有爭議，進而引發(fā)了中國古代天文學(xué)是為農(nóng)業(yè)服務(wù)，還是為占星術(shù)服務(wù)的爭辯②。其實，無論是“民時”還是“人時”，都歸結(jié)于“時”上，本質(zhì)上是人類的一切活動都與時空關(guān)聯(lián)。天空和天體的運動喚起了人類對時空與宇宙秩序的感知，進而形成時空觀念與秩序感。

我國古代以農(nóng)為本，農(nóng)業(yè)以天時為準。自堯帝命官授時開始，歷朝歷代的治國理政者將“欽天授時”作為“立國之本”，“協(xié)時正日”視為“國政之大端”。他們在國都營建司天臺，建造大型天文儀器從事觀測，朝堂內(nèi)設(shè)置各級天文官，組織歷法的改革與修訂、歷書的編纂與頒布，這樣的傳統(tǒng)一直延續(xù)到清末。曾經(jīng)為明清兩代欽天監(jiān)的北京古觀象臺，其紫微殿內(nèi)依然懸掛著乾隆皇帝御筆親提“觀象授時”的匾額。因為有了官方的重視與支持，我國古代天文歷法才能綿延三千年而未中絕，保存了三千多年天象記錄，制定和頒布過上百部歷法，建造過水運儀象臺、渾儀、簡儀等大型天文儀器，提出和發(fā)展了“蓋天說”與“渾天說”、“左旋說”和“右旋說”的宇宙理論。

英國學(xué)者李約瑟認為《尚書·堯典》是“近三千年中國天文學(xué)的基本憲章”③。除了上述開創(chuàng)歷史傳統(tǒng)的意義之外，對于古代歷算學(xué)，它還具有思想和方法論意義。由“欽若昊天，敬授人時”簡化引申而來的“觀象授時”觀念是古代歷算學(xué)的“靈魂”，它“把歷法的制定與對天體的觀測直接聯(lián)系起來，是‘觀象授時’時代樸素的、鮮明的歷本觀念的體現(xiàn)”④。這一觀念貫穿于古代的天文歷法實踐活動中。

古人最容易觀測和掌握的天象是由太陽的東升西落而引起的白天黑夜的交替變化，由此形成“日”的概念；其次是月亮的晦朔弦望變化，由此掌握了29.5天的朔望月周期。長期觀測又使他們從星空背景中識別出了五顆行星，認識到它們的遲、疾、留、退視運動現(xiàn)象和相應(yīng)的周期。與農(nóng)業(yè)緊密相關(guān)的是地球上寒來暑往的季節(jié)變化，它是太陽公轉(zhuǎn)運動的直接結(jié)果，周期即為回歸年長。年、月、日構(gòu)成了歷法三要素，是最基本的常數(shù)（圖一）。古代歷法中所采用的天文數(shù)據(jù)總計不少于33種，包括日月五星周期、歷元、歷應(yīng)、歲差常數(shù)、黃赤交角等值，它們是歷法推算的基礎(chǔ)，取自于天且精度隨著天文觀測技術(shù)的進步而提高。

歷法誕生之前，古人把天空看作一架天鐘，通過直接觀測天象以確定季節(jié)。后世發(fā)明歷法與計時儀器模擬天鐘并可以方便地讀取時間，兩者之間必須保持同步，所以歷法需要校驗，計時儀器需要校準，這是古今天文授時遵循的基本原理。前輩學(xué)者正是在這個意義上強調(diào)：“觀天授時是中國古代最古老、最重要的科學(xué)活動”，“‘歷象日月星辰，敬授人時’，利用天象確定時間、歷法和地理位置，幾乎是中國古代天文學(xué)全部科學(xué)目標。”⑤

歷法推算的基礎(chǔ)“數(shù)”，歷法推步的數(shù)學(xué)方法“法”，判斷歷法優(yōu)劣的標準或者真值“天”，三者形成的互動關(guān)系是推動古代天文歷法進步的內(nèi)在動力，是古代歷算家們執(zhí)著于“疏”“密”之辨，形成“歷本之驗在于天”“明歷興廢，以天為節(jié)”“當順天以求合，非為合以驗天”歷法思想的根本原因。北魏李業(yè)興說：“夫造歷者，節(jié)之與朔貫穿于千年之間，閏余、斗分推之于毫厘之內(nèi)。必使盈縮得衷，間限數(shù)合，周日小分，不殊錙銖，陽歷陰歷，纖芥無爽。”天文學(xué)史家陳美東先生認為這是古代造歷者追求的“最高境界”。這種遠超農(nóng)業(yè)、占星需求的精度追求，其原因在于天文歷算家對時間測量本質(zhì)的洞察，而農(nóng)業(yè)、占星的需求以及時代技術(shù)水平是影響其發(fā)展的外在因素。為了達到這種最高境界，“歷代歷法檢驗的手段日趨多樣化，先后出現(xiàn)了朔、氣、交食、五星等驗歷方法，綜合之驗是主要的方法”⑥。驗歷的標準也日趨嚴格，每遇新歷頒布，往往進行持續(xù)數(shù)年的校驗以判斷其優(yōu)劣。頻繁的驗歷活動和嚴格的標準促進了歷法精度的日益提高。

到了宋代，在沈括“深索物理”、朱熹“即物窮理”思想的影響下，興起了對天象背后所存在的“理”的討論。元太史院校書郎楊桓說：“時在于天，術(shù)何以得？制器求之，乃見天則?！碧煜笫菚r間的指示，“天則”是天體運動背后的“理”。明代朱載堉在《律歷融通》（卷四）中說：“夫有理而后有象，有象而后有數(shù)。理由象顯，數(shù)自理出。理數(shù)可相倚而不可相違。凡天地造化，莫能逃其數(shù)。”在明末清初興起的西學(xué)東漸風潮中，這些討論為中國學(xué)者接受和理解西方天文學(xué)奠定了一定的思想基礎(chǔ)。清代王錫闡的歷算學(xué)研究反映著一種“因數(shù)立法，以法溯理”的思想。王錫闡的代表作《曉庵新法》構(gòu)建了一個包含上百個數(shù)據(jù)的常數(shù)系統(tǒng)作為其歷法推算的基礎(chǔ)，創(chuàng)建了推算日月五星位置的統(tǒng)一的幾何模型；他的另一部著作《五星行度解》在第谷體系的基礎(chǔ)上，第一次完整地解釋了行星運動的視現(xiàn)象及其物理機制⑦。

“觀象授時”對古代天文歷法產(chǎn)生的影響，陳美東先生作了精辟的總結(jié)：“以觀測實踐為基礎(chǔ)，又不斷接受實際天象的檢驗，是貫穿始終的一條主線。這些實踐與檢驗，在廣度和深度兩個方面都隨著時間的推移而不停頓地擴展，這就給歷法提出了日趨嚴格的要求，使其數(shù)、法、理愈來愈充實與嚴密，這是促進歷法進步的重要動因?！?/p>

古人的天文觀測活動

《尚書·堯典》不僅開創(chuàng)了古代天文學(xué)“觀象授時”的傳統(tǒng)，而且保存了珍貴的“四仲中星”記錄，即“日中星鳥，以殷仲春；日永星火，以正仲夏；宵中星虛，以殷仲秋；日短星昴，以正仲冬”。這是我國最早的中星觀測記錄。近年來，山西襄汾陶寺遺址天文考古發(fā)現(xiàn)了陶寺遺址觀象臺，它可能是中國現(xiàn)存唯一的地平歷系統(tǒng)；還出土了據(jù)推測可能為圭表測影之圭尺的漆桿?！八闹僦行恰毖芯颗c陶寺遺址天文考古共同揭示了上古時期人們所進行的天文觀測活動，是人類進入歷法時代之前觀測天象以獲知時間的重要手段。

《尚書·堯典》“四仲中星”的記錄使得東晉虞喜發(fā)現(xiàn)了歲差現(xiàn)象，并且估算了比西方更為精確的歲差常數(shù)。清中葉以后，各國學(xué)者對“四仲中星”觀測年代進行了考證，盡管無法給出準確的年代，但是大致推算在公元前2000年前后。這在一定程度上佐證了堯命官授時的可能性。

“四仲中星”觀測方法，學(xué)者們大體認同是在黃昏時刻觀測某顆或者某幾顆恒星過南中天來確定冬至、夏至和春分、秋分時刻。這一方法后來發(fā)展成《禮記·月令》中的昏旦中星法，也擴展成其他時刻的中星觀測，它的廣泛使用產(chǎn)生了不少中星圖、中星表和中星譜。宋代蘇頌所繪制的《四時昏曉中星圖》是春秋分、冬夏至昏旦中星圖；明代《天文節(jié)侯躔次全圖》則是二十四節(jié)氣之夜，初更到五更的中星圖。中星觀測是中國古代天文觀測的創(chuàng)舉。近代天體測量的主要方法也是中星觀測，因為有了精良的中星儀和計時儀，中星觀測的優(yōu)勢得到了充分發(fā)揮。

除了“四仲中星”觀測，古人還通過觀測其他恒星組來獲知時間，沈括就注意到：“天事以辰名者為多?！边@里的“辰”被解釋為用以分辨季節(jié)的星象，古人據(jù)“辰”以觀象，憑象以定季節(jié)。隨著用以“觀象授時”的天象越多，“辰”字的使用也越頻繁，涵義也更廣泛。顧炎武在《日知錄》里說：“三代以上，人人皆知天文?！咴铝骰稹?，農(nóng)夫之辭也；‘三星在天’，婦人之語也；‘月離于畢’，戍卒之作也；‘龍尾伏辰’，兒童之謠也?！边@反映了三代以上普通人對星空的熟悉程度。

《尚書·堯典》記載的是堯帝的事跡，而堯都平陽據(jù)考證就是現(xiàn)在襄汾陶寺遺址所在地。在這個王都遺址的東南角有一片祭祀?yún)^(qū)，考古學(xué)家在那里發(fā)掘出了一座呈多半圓形的大型夯土建筑。半圓弧長約19.5米，由13個夯土柱地基排列而成，相鄰柱間留有狹縫，縫寬平均為15—20厘米。在距離圓周10.5米處的中心，考古還發(fā)現(xiàn)了一個圓形夯土基礎(chǔ)，可以看作觀測點。學(xué)者們認為，這一夯土建筑兼具觀象和祭祀雙重功能，是一座利用觀測日出地平方位來判斷季節(jié)的觀象臺⑧。觀測點、柱縫、當時可能存在的建筑以及遠處山巒上的標志點構(gòu)成了一套龐大的天文觀測系統(tǒng)——地平歷系統(tǒng)。經(jīng)過精確測量和多次模擬觀測證實，如果考慮到黃赤交角4000多年的變化，在堯時通過觀測太陽落入2號和12號柱縫，可以精確判斷夏至和冬至?xí)r刻⑨。太陽落入其他柱縫可以用來觀測和判斷其他時節(jié)。陶寺遺址觀象臺存在的時間與英國巨石陣相差不遠，兩者功能相近，都是遠古時期人們祭祀和觀測太陽確定季節(jié)的場所。

在陶寺城址中期王墓中還出土了一根長173厘米，被黑、綠、粉色漆相間涂成不同長度色段的漆木桿。學(xué)者們將該漆桿與《周髀算經(jīng)》記載的冬至和夏至影長聯(lián)系在一起，推測漆桿是測量影長的圭尺，時代為陶寺文化中期（公元前2100—公元前2000年）⑩。圭表測影用途廣泛，可以定方位、定時辰、定節(jié)氣、測量回歸年長和冬至點位置與時刻，它是古代最普遍的天文測量方法，圭表也是古代最重要的天文觀測儀器。元代郭守敬創(chuàng)制四丈高表，發(fā)明景符進行日影觀測，建造與高表合而為一的登封觀象臺，編制出了代表古代天文歷法最高成就的《授時歷》。

《尚書·堯典》“四仲中星”觀測、陶寺遺址觀象臺與太陽方位觀測、陶寺遺址漆桿與圭表測影，三者不約而同指向公元前2100年堯帝生活的時期，揭示了在堯都平陽古人所進行的天文觀測活動。中星觀測、圭表測影后來成為古代天文學(xué)的重要觀測方法，影響深遠。

作為中國古代天文學(xué)“基本憲章”的《尚書·堯典》，它建立了歷朝歷代“觀象授時”的歷史傳統(tǒng)，奠定了古代天文歷法的思想基礎(chǔ)和方法論?！渡袝虻洹贰八闹僦行恰庇涗?、陶寺遺址天文考古依稀展示了上古時期人們“觀天授時”的場景，從這里可以探尋古代歷法進步的內(nèi)在動力，追溯古代中星觀測、圭表測影的源頭。

（作者為中國科學(xué)院大學(xué)人文學(xué)院教授）

【注釋】

①顧頡剛、劉起釪著：《尚書校釋譯論》，北京：中華書局， 2005年，第 34頁、36—37頁。

②宣煥燦：《從〈尚書·堯典〉看中國早期歷法的功能：與〈天學(xué)真原〉一書的一點商榷》，《中國科學(xué)院上海天文臺年刊》，1999年第20 期。

③徐鳳先：《從大汶口符號文字和陶寺觀象臺探尋中國天文學(xué)起源的傳說時代》，《中國科技史雜志》，2010年第4期。

④陳美東：《中國古代天文學(xué)思想》，北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社， 2007年，第533頁。

⑤劉次沅、馬莉萍：《中國古代天象記錄文獻統(tǒng)計與?？薄罚靼玻喝爻霭嫔?，2021年，第96頁、83頁。

⑥陳美東：《觀測實踐與我國古代歷法的演進》，《歷史研究》，1983年第4期。

⑦寧曉玉：《王錫闡與第谷體系》，《自然辯證法通訊》，2013年第3期。

⑧劉次沅：《陶寺觀象臺遺址的天文學(xué)分析》，《天文學(xué)報》，2009年第1期。

⑨武家璧、陳美東、劉次沅：《陶寺觀象臺遺址的天文功能與年代》，《中國科學(xué)（G輯：物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué)）》，2008年第9期。

⑩何駑：《山西襄汾陶寺城址中期王級大墓ⅡM22出土漆桿“圭尺”功能試探》，《自然科學(xué)史研究》，2009年第3期。

責編/銀冰瑤 美編/楊玲玲