“千門萬戶曈曈日,總把新桃換舊符。”農歷辛丑年進入歲尾,中華大地即將迎來虎虎有生氣的壬寅新年。百節年為首,一歲數春先。每當春節來臨,華夏子孫的民族認同感、文化歸屬感和國家自豪感油然而生,山河同慶,喜氣祥和。農歷新年是中華民族最隆重的傳統佳節,在中國節日文化系統中具有標志性意義。
2017年9月1日實施的《中華人民共和國國家標準GB/T33661—2017〈農歷的編算和頒行〉》,首次明確了農歷的編排規則、計算模型和精度及表示方法等,為農歷日歷編算提供了科學的規范依據。同時,該國標的頒行也說明歷史悠久的干支紀年法,不僅體現了中國古天文學與歷法的發達,而且富有鮮明的數理學智慧。
觀天象 授四時
人類生活在天地之間,晝夜更替,寒暑變遷;日月星辰,東升西落。通過觀測日、月、星辰在天空中的位置變化,“觀象授時”就成為人類祖先感受和認識時間的重要手段。《尚書·堯典》記載:“乃命羲和,欽若昊天,歷象日月星辰,敬授民時。”
“觀象授時”推動了二十四節氣的產生。《易·乾·文言》載:“見龍在田,天下文明。”在中國社會科學院學部委員、考古研究所研究員馮時看來,龍的形象源于中國傳統二十八宿天學體系,由角、亢、氐、房、心、尾六宿星官所構成。“見龍在田”描述了龍星伏沒之后,位于龍角的角宿從東方地平線上重新升起的天象,民諺習稱為“龍抬頭”。《周易》《尚書》《詩經》《爾雅》《淮南子》等古籍中,有大量詳略不同的星宿記載和天象描述。其中,《淮南子》對二十四節氣作了第一次最完整的表述、計算和記載,提出每一節氣均與二十八宿、北斗的運行、土圭測影長度、各地物候相關聯。
時令和節氣本質上是一種時間制度。中國古籍里的“觀象授時”已不斷被考古發掘證實。2003年,山西陶寺遺址發現了13根柱列圍成的大型圓體夯土建筑基址。經過中國社會科學院考古研究所山西考古隊兩年的實地模擬觀測與探索,發現從第2個觀測縫看到日出時即為冬至日,自第12個觀測縫看到日出時即為夏至日,自第7個觀測縫看到日出時即為春分、秋分。陶寺觀象臺總計12道觀測縫,可觀測到一個太陽回歸年20個時令的歷法規律。陶寺觀象臺通過觀測日出方位,確定季節、時令,安排農業生產。這一發現及圭表的出土,對中國乃至世界天文學史來說意義重大,證實了《尚書·堯典》中“寅賓出日,平秩東作。日中,星鳥,以殷仲春”記載的可信度,將我國有關天文學的知識背景上溯到距今4000年前。
相天文 成歷法
從夏商周三代“觀象授時”到戰國秦漢之際歷法的產生與使用,中國學者撥開重重迷霧,進一步艱難探索了行星運動理論的傳統以及文明交往與文化融合。
“壬寅年”是干支歷六十甲子中的一年。中國古代以天為主,以地為從。古人應天道的作用,歸納為“閼逢、旃蒙、柔兆、強圉、著雍、屠維、上章、重光、玄黓、昭陽”十種,與節氣加以關聯,逐漸形成了天干系統。相應地,為了方便觀測記錄太陽和月亮以及五大行星的運轉情況,古人在赤道附近選擇二十八個星宿作為定位參考指標體系,并把這天空中的二十八星宿劃分為十二個區,轉化為表盤上十二個分區的平面刻度,就是最早的地支。由此,天干和地支成為古人切近社會生活的日常描述,進而探索宇宙時空和文化人生諸多奧秘的密碼。十天干和十二地支依次相配,組成六十個基本單位并順序相互配合、循環往復,組成了干支紀元法。“天造”與“地設”的排列組合搭配,體現了樸素的自然觀與循環史觀。
1965年,中國考古學奠基人之一、新中國考古工作的主要指導者和組織者夏鼐先生,發表了對洛陽西漢壁畫墓星象圖的研究,首次根據考古資料系統探討了中國古代的恒星觀測。十年之后,他又從宣化遼墓的星圖論二十八宿和黃道十二宮,對二十八宿的起源時間和地點作了詳細闡述,成為中國天文考古學的代表性論作。
在貴州大學人文學院教授張聞玉看來,張汝舟先生于20世紀60年代完整地釋讀中國古代天文歷法發展主線,厥功至偉。中國古代天文歷法典籍《史記·歷書·歷術甲子篇》塵封兩千余年,無人能識。張汝舟憑借扎實的古漢語功底、精密的考據學研究方法和現代天文歷算知識,考據出司馬遷所記《歷術甲子篇》正是我國第一部歷法——《四分歷》,并推斷《四分歷》的施行年份為戰國初的公元前427年(甲寅年)。張汝舟以此為原點,修正四分歷的誤差,上推下算數千年,結果既與現代天文學推測的實際天象相吻合(只有平朔、定朔的誤差),又與古籍、出土文物中的歷譜相吻合。
張汝舟還用四分歷法推算出屈原的出生年月。他的《再談屈原的生卒》一文依據《離騷》“攝提貞于孟陬兮,惟庚寅吾以降”,推算其出生年只能在兩個寅年:公元前355年丙寅,或者公元前343年戊寅。如果用四分歷推步法來檢驗,公元前355年丙寅年寅月沒有庚寅日,應該舍棄;唯有公元前343年(楚宣王二十七年)戊寅年正月(寅月)二十一日(庚寅)才符合“庚寅”。這一推斷有力支持了清人鄒漢勛、陳暘和近人劉師培的結論。張汝舟的研究不僅還原了四分歷的使用歷史,還構建了一套完整自洽并可以獨立運用的古代天文歷法體系。
天文學不僅是古代科學的淵藪,也是文化的淵藪。古人營國尚有“象天法地”一說,以天象之位建都城、起宮闕、修陵墓。追尋天文學的發展,也意味著我們可以在某種程度上把握文明誕生和發展的脈絡。
運數理 通天文
日晷和圭表是中國古代經典和傳統的天文觀測儀器。古人通過對圭表影子長度、角度的反復觀察、計量、測定,使天文學和數學融合發展。圭表測影的實踐,為世界貢獻了一個了不起的數學定理。影子被稱“勾”,表為“股”,投在地面的勾與股連接的斜邊,稱為“弦”。“勾三股四弦五”在《周髀算經》和《九章算術》里都有科學表述。
天文學與數學關系密切。歷法除了計算年月日時的安排外,還要計算晷影漏刻、日月交食、行星運動等。天文學循著觀測—理論—觀測的發展途徑,不斷把人的視野伸展到宇宙新的深處。
2015年,西北大學文化遺產學院聯合陜西省考古研究院、咸陽市文物考古研究所,開展了陜西三原天井坑遺址考古勘探與研究工作。西北大學數學學院教授曲安京結合歷史文獻和現場挖掘,推斷該遺址屬于西漢晚期的國家級祭天禮制建筑遺址。坑底地面之下有一環形平臺;坑底、環形平臺、坑口所組成的三個圓直徑比值約為 5:7:10;遺址底部還存在一處地平式日晷的模型,具有夜間觀星功能。
勘探工作持續了幾個月。令所有考古現場工作人員驚詫的是,這位數學教授似乎開了“天眼”,具有“透視”的超能力。按照曲安京事先規劃的勘探方案,勘探結果與勘探規劃分毫不差:天井坑遺址原始坑底的直徑為110米;地下5米處發現直徑約154米環形平臺;原始坑口直徑220米;三個圓直徑比值為5:7:10;天井坑遺址三個圓分別內接三個正方形,外切兩個正方形。
曲安京告訴記者,自己哪有什么“天眼”,勘探方案是根據新出土的北大秦簡《魯九次問數于陳起》中陳起構建的“三方三圓”宇宙模型測算的。陳起的“三方三圓”模型建基于“天圓、地方”相互嵌套的“蓋天說”,這一失傳的模型以太陽在夏至日、春秋分日、冬至日的運行軌道為小圓、中圓、大圓,其半徑之比為5:7:10。考古勘探前,曲安京據此秦簡推斷出了一個“三方三圓”的鑲嵌結構。
天井坑遺址可能是西漢時期都城長安用于“觀象授時”的大型地平式日晷。而位于河南登封的觀星臺遺址,見證了當時世界上最先進的歷法——《授時歷》的測量演算歷史。這一觀星臺由天文學家郭守敬于至元十三年到至元十七年(1276—1280)主持建造,是當時全國設立的27個觀測站之一。郭守敬的圭表測影使用四丈高表和景符,擁有極高的精度,成為古代圭表測影領域的巔峰。通過“東至高麗、西極滇池、南逾瓊崖、北盡鐵勒”的大規模天文觀測,《授時歷》規定回歸年長度應為365.2425日,這與現今世界通用的格里歷所用值一模一樣。《授時歷》在日、月、五星運動的推算中有所謂的“創法五事”,應用“弧矢割圓術”來處理黃經和赤經、赤緯之間的換算;用招差法推算太陽、月球和行星的運行度數。
由西北大學科學史高等研究院副院長唐泉擔任首席專家的2020年度國家社科基金冷門絕學研究專項學術團隊項目“中國古代歷法中的‘步五星術’研究”,對漢代至明代所有中國傳統歷法中的“步五星術”進行了全面研究。唐泉告訴記者,一部完整的中國古代歷法通常厘為七章:步氣朔、步發斂、步日躔、步月離、步晷漏、步交會、步五星。其中,第七章“步五星”是中國古代天文學家專門討論金、木、水、火、土這五大行星運動規律的內容。由于科學傳統不同,古代各文明的行星運動理論存在著很大差異。在古希臘,占主導地位的行星運動理論是采用本輪均輪模型進行描述的“地心說”模型,對古代印度和阿拉伯的行星運動理論影響很大。中國傳統行星運動理論則主要利用天文常數、天文表格(如五星動態表和盈縮差表)和分段內插函數等代數方法進行描述。這兩種傳統的行星運動理論雖然風格迥異,但都達到了一定的精度,古希臘和中國的行星運動理論代表了哥白尼之前行星運動理論的兩種主流傳統。
通過比較古代世界各個文明不難發現,行星運動理論通常是西方數理天文學中的核心內容。希臘天文學名著《至大論》全書有13卷,最后5卷都在討論行星運動理論。與之相比,在中國古代歷法中,行星運動理論所占的篇幅并不是很大。深入研究中國古代的行星運動理論,系統和全面地闡發中國古代行星運動理論的思想、方法與精度,不僅有助于深刻理解中國數理天文學的基本思想和方法,而且對揭示近代科學的源流以及科學傳統的多樣性具有重要意義。
較異同 探源流
在近代科學發展歷程中,行星運動理論扮演著十分重要的角色,日心體系最終取代地心體系的一個突破口,就是行星的視運動。在哥白尼、開普勒、牛頓和拉普拉斯等科學家建立科學的行星運動理論之前,探求行星運動規律的合理解釋,成為古代宇宙論者無法回避的一大命題。古希臘、印度、阿拉伯和中國的天文學家,都建立了系統的行星運動理論。
天文學每一次重大發現,都給自然科學乃至人類文化帶來震撼。1543年,哥白尼的《天球運行論》出版,改變了天文學家的視野;1687年,牛頓《自然哲學的數學原理》出版,人類理性發現了自然秩序。從愛丁頓驗證廣義相對論的日全食觀測到發現宇宙大爆炸的證據微波背景輻射,從湯博發現第九大行星到76年后冥王星降級……這些天文學研究不僅是科學史上的重大事件,也是人類文明史上的重要事件。400年前用望遠鏡代替肉眼觀察天空,促成了天文學乃至物理學的革命,當下使用射電望遠鏡、引力波、太空望遠鏡和探測器,必將帶來更多的重大發現。
從現代天文學視角出發,研究中國古代行星運動理論始于20世紀50年代,迄今已有半個多世紀,科學史對中國傳統行星運動理論的研究,無論從深度上還是從廣度上,都取得了豐富的成果。但是,仍然有一些疑難問題尚未解決。唐泉表示,這些疑難問題主要集中在一系列與行星中心差有關的修正算法。根據現代天文學知識,行星和地球都繞太陽做橢圓運動,因此,對于地球上的觀測者而言,行星的視運動是兩個橢圓運動疊加后的結果。隋代之前的歷法在計算行星運動時,沒有考慮太陽和行星運動的中心差。但從隋代開始,歷法將太陽中心差和行星中心差算法引入行星運動理論中。隋代及初唐歷法中的“五星入氣加減差”,就是歷法為修正行星中心差算法而設計的經驗性算法,唐代《大衍歷》在此基礎上設計了五星爻象歷,宋代歷法又在此基礎上設計了五星盈縮歷,此后的歷法基本沒有實質性的改變。
2008年,曲安京完成了《中國數理天文學》一書,論述了中國古代數理天文學的太陽運動、月亮運動、日月交食與行星運動方面的算法沿革與理論體系,解決了傳統日食理論的一些遺留問題,構建了傳統外行星算法的天文模型,并據此清晰地勾勒出傳統行星運動理論的發展脈絡。他在該書后記中寫道,希望用這樣一本書,說清楚一件事情,即什么是中國數理天文學。
古代中國與其他文明的天文學交流非常頻繁。漢唐之際印度天文學的輸入,元明之際阿拉伯天文學的輸入,以及明清之際西方古典天文學和近代天文學的輸入,都對中國天文學發展產生了深遠影響。在唐泉看來,比較古代中國與其他文明地區的天文學和數學的異同,不僅有助于我們更加清晰地把握不同文明數理天文學的內容、思想、方法與成就,而且對于探明近代科學的源流,確立中國傳統數值算法的地位,具有重要的學術價值和現實意義。“只有徹底闡明中國古代行星運動理論中的盈縮差算法的天文含義與數學模型,才能從本質上理解中國古代行星運動理論的精髓,更全面地把握中國古代行星運動理論發展的線索,確立中國古代行星運動理論在整個古代文明以及天文學發展歷史上的地位。”唐泉說。
原標題:從“觀象授時”到“數理天文” 農歷紀年展現華夏文明多彩成就
來源:中國社會科學網-中國社會科學報 作者:記者 陸航
本文發布于:2023-02-28 21:20:00,感謝您對本站的認可!
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