御廌
2018-11-12 21:29:10
天文历法简史
天文学与人类的生产、生活紧密相关,是自然科学中发展得最早的一门科学。
出于农耕民族掌握四季变化的需要，古人观测天象是很勤的，殷商时代的甲骨文就有了某些星名和日食、月食的记载，《尚书》、《诗经》、《春秋》、《左传》、《国语》、《尔雅》等书有许多关于星宿的叙述和丰富的天象记录，史记有《天官书》，《汉书》有《天文志》。
远在5000多年前，中国就有了《阴阳历》，每年366天。商代（公元前1600年～公元前1066年）时期，已有专门的官员负责天文历法，当时采用的是《阴阳合历》，将闰月放在岁末，称为“十三月”。西周（公元前1066年～公元前771年）时期，天文学家用圭、表测量日影，确定冬至、夏至和一年的二十四个节气，来指导农牧业生产。
原始社会的新石器时代是我国天文学的萌芽阶段。当时的人们开始注意到太阳升落、月亮圆缺的变化,从而产生了时间和方向的概念。从考古发掘看,半坡氏族的房屋都向南开门,一些氏族的墓穴也都向着同一个方向。人们还在陶器上绘制了太阳、月亮乃至星辰的纹样。
人面鱼纹盆口沿露地线纹中的四个“|”纹即表示四十数，四个“个”纹为十二数，既与四时八节十二月历法有关，其总数五十二则与月相周期密合，即一年为五十二个七日。
进入奴隶社会以后,天文学逐步得到发展。相传在夏朝已有历法,所以,今天还把农历称为“夏历”。根据甲骨文的记载,商代将一年分为春、秋两个季节,平年有十二个月,闰年有十三个月,大月三十天,小月二十九天。商代甲骨文中还有世界上关于日食、月食的最早记录。西周已设专门人员管理计时仪器和进行天象观测。春秋时期,人们已能由月亮的位置推出每月太阳的位置,在此基础上建立了二十八宿体系。根据《春秋》一书的记载,当时已将一年分为春、夏、秋、冬四季。在同一书中还记有“鲁文公十四年(公元前613年)秋七月,有星孛于北斗”。这是世界上关于哈雷彗星的最早记录。
天文简史
战国时楚国人甘德和魏国人石申夫各著有《天文星占》和《天文》两篇著作，《汉书·律历志》将两书合为一书，取两者姓名合称为《甘石星经》，但正式以《甘石星经》命名的是南宋晁公武的《郡斋读书志》。天文学著作。甘经、石经各八卷，共十六卷，大致成书于战国时期。
《汉书·律历志》记载这部书有各八卷，到《隋书·经籍志》记载只有各一卷，到唐以后此书就完全散佚了，今只能从唐代天文学著作《开元占经》中见到它的片断。后代所传的已不是原文，历代屡有纂改增删，现存有民间流传的抄本。原书词意较浅，也很简略，只有五、六百字。现传本是唐代人摭拾破残旧本，缀补而成。
《甘石星经》记录了我国最早的恒星变化位置图表，石氏部分包括二十八星宿、中官与外官，甘氏部分系统观察了金、木、水、火、土五大行星的运行，发现了五大行星的出没规律，记载了八百颗恒星的名字，测定了一百二十颗恒星的方位。
《甘石星经》中的《甘石星表》所载星座的测量形式，是中国天文测量学上独特的赤道坐标系。这个星表也是世界上最早的星表，比希腊天文学家伊也谷测编的欧洲第一恒星表大约早二百年，后世许多天文学家在测量日、月、行星的位置和运动时，都要用到《甘石星经》的数据。此书反映了战国时代天文学成就，是世界上最早成书的恒星和五行星的观测纪录。
《甘石星经》标志着我国古代天文学的发展高度，西汉惠帝元年(前194年)重修长乐宫，将城垣提高三丈，“城南为南斗形，北为北斗形，至今人呼汉旧京城为斗城。”(《三辅黄图》)在西汉陵墓壁画中也有相当精彩的星象图，最有名的是河南洛阳西北郊西汉墓中的壁画天文图。西汉诸帝还好言谶纬，将一些天文现象牵强附会，妄言兴衰，宋代禁止流传，纬书中也保存有春秋战国时的天文资料。
《开元占经》中辑出的石氏星表里，在二十八宿部分还附有二十五个“古度”的数据。它们都是距度方面的量。
1977年在安徽阜阳出土了一件汉初的圆盘，圭表，是两块中心相通、叠在一起的圆盘。稍小的上盘，边缘均匀分布三百六十五个小孔。下盘边缘写有二十八宿名称和距度数，彼此间距和距度数相当。这些距度数和《开元占经》所列古度大体一致。上述圆盘的出土，证实了中国古代确实曾用过古度数据。
石氏星表是后世许多天体测量工作的基础。诸如测量日、月、行星的位置和运动，都要用到其中二十八宿距度的数据，还附有二十五个“古度”的数据，它们都是距度方面的量。
1977年，考古学家在安徽阜阳西汉汝阴侯夏侯灶墓（下葬年代为文帝十五年，公元前165年）中发掘出大量珍贵文物，其中一件漆器因功能不详而被称为“不知名漆器”。经过多年的研究，石云里发现这件物品是古代用于测量正午日影长度的天文仪器“圭表”，是世界上现存的年代最早、且具有确定年代的圭表，比仪征出土的圭表还要早。
1965年在江苏仪征石碑村1号东汉墓出土了一件袖珍铜圭表。圭长34.5厘米 ，合汉制1.5尺，边缘上刻有尺寸单位 ；表高19.2厘米，合汉制8寸。圭、表间用枢轴连接，使之合为一体。使用时将表竖立与圭垂直；平时可将表折入圭体中留出的空档内，便于携带。是设计家和铸造师密切配合的杰作。根据传统的说法，表高为8尺；这一数值曾被长期沿用。该表的表高恰为8尺的1/10，说明它是一件便携式的测影仪器 ，可证明当时常设的天文台用8尺的表进行观测的说法是可信的。
具体可看如果国宝会说话之二十八宿圆盘圭表。
古代天文历法知识基础
天文简史
5000多年前，中国就有《阴阳历》，每年366天。
商代（公元前1600年～公元前1066年）时期，已有专门的官员负责天文历法，当时采用的是《阴阳合历》，将闰月放在岁末，称为“十三月”。西周（公元前1066年～公元前771年）时期，天文学家用圭、表测量日影，确定冬至、夏至和一年的二十四个节气，来指导农牧业生产。
出于农耕民族掌握四季变化的需要，古人观测天象是很勤的，殷商时代的甲骨文就有了某些星名和日食、月食的记载，《尚书》、《诗经》、《春秋》、《左传》、《国语》、《尔雅》等书有许多关于星宿的叙述和丰富的天象记录，史记有《天官书》，《汉书》有《天文志》。
西汉（公元前206年～公元23年）汉武帝时，命令官员在古历的基础上重新制定了新的历法——《太初历》（公元前104年成书），沿用200余年。东汉（公元25年～公元220年）初年，国家又制定了《四分历》。魏晋南北朝（公元220年～公元518年）时期，祖冲之制定《大明历》，首次将岁差计算入内，每年365.2428天，与现在的精确测量值仅相差52秒。
唐代（公元618年～907年）著名天文学家僧一行经过数年的测量后制定了中国历史上最全面最详尽的历书——《大衍历》。该书共七部分，包括：计算朔月，望月的方法，计算二十四节气及昼夜长短的方法，计算太阳，月亮运动，计算五大行星的运动，七十二侯，六十四卦，以及预测日食，月食等。这个历法对中国历法史影响很大，在明末采用西欧方法编历之前，历次修订历法都是仿照它的结构进行的。
北宋时期（公元960年～公元1127年）沈括制订了依据时令气节而定的《十二气节历》，撤销闰月，与现行的公历主张一致。
元朝（公元1279年～公元1368年）郭守敬在实际观测的基础上，吸取了前人的经验，加上自己的创见，编订了中国最优秀的历法《授时历》。废除了上元积年的日法，创立了招差法，孤矢割圆术，精确而圆满地解决了古历中定朔、闺月安排，二十四节气安排，预推日、月食日期、时刻和见食情的四个主要问题。
从明朝（公元1368年～公元1644年）万历年间开始，中国历法引入西学，清代（公元1644年～公元1911年）初期顺治时，德国传教士汤若望等人编制《时宪历》。公元1912年，中国开始使用公历，但同时使用农历，其实质上仍是《时宪历》。
天文坐标系统
古代中国赤道坐标系
赤道天球坐标系在古代中国被称为浑天说，相对于宣夜说、盖天说，浑天说更符合天地运行的规律。东汉张衡首先提出了浑天说，并对之前流行的盖天说进行了否定。浑天说认为，天地如鸟卵（大椭圆形），天地相依，地居天中。张衡《浑仪注》曰：“浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡子中黄，孤居于内。天大而地小，天表里有水。天之包地，犹壳之裹黄。天地各乘气而立，载水而浮。周天三百六十五度四分度之一；又中分之则一百八十二度八分之五覆地上，一百八十二度八分之五绕地下。”
浑天说是以地体为天地的球心，以南、北两极为天之中，亦即天地的中心；以缘地球表面向四周延伸的太空为上下四方。以北天极为上，以南天极为下，以与地球赤道相平行的二十八宿为天赤道，以将二十八宿所标示365度四分度之一等分为十二辰作为划分时间的坐标。并在这一立体的“卵壳”（天球上）上标示日月五星的运行轨道（即所说的黄道、黑道等）。正如李勇先生所指出：（由十二支标示的）“天空十二辰对观测者而言是随整个天球参与周日和周年运动。”随整个天球，即是随整个地球参与周日和周年运动。因为整个天球是整个地球全方位向天穹的延伸。正如汉代扬雄在《太玄经》所说：南极与北极是天轴所在的处所，天旋地转由此而起，就象车轮有车轴，所以能自行旋转。众星全都移动，惟独北极固守中央不变换位置（古人所讲的用于标识北天极位置的北极星只是相对不移动位置，其实作为天轴轴心的北极星也是换了好几个的）。因此得知北极星的位置居于天地的中心，天地是倾斜的，所以（在人的视觉中）极在正北。极就象转轴的轴心，以（相对的）静经历（不停歇的）动，计量出十二时。这一体系所认知的时空背景是以“极”为枢纽（中心），“时乘十二”。一年的十二月、一日的十二时，都是以极为中心对二十八宿的十二等分。用现代科学的语言讲就是以“极”为中心对地球赤道和天球赤道365.25度的十二等分。
古代中国天文学赤道坐标系的“以地体为天地的球心”，与西方的“地心说”有着本质的区别。西方地心说认为，地球静止地居于宇宙的中心，太阳、月亮、行星和恒星都绕地球转动。在古代西方当时观测精度不高的情况下，地心体系大致能够解释行星的视运动，并据此编出了行星的星历表。赤道坐标系的 “以地体为天地的中心”，却不是将地球认作静止的，更不是将地球认作宇宙的中心。
如《素问》就明确指出：“观五星之东转，则地体左行之理昭然可知也。”“地为人之下。太虚之中者也。” 是“太虚之中一物尔。”这两段引文的意思是：观测木火土金水五大行星自西向东旋转，那么地体自右向左运行是明明白白可以认知的。地体在人的脚下，太空之中。不过是太空之中的一个物体罢了。《尚书·考灵曜》也指出：“地恒动不止，而人不知，譬如人在大舟中，闭牖而坐，舟行不自觉也。”地就象一条航行着的大船，人坐在船中，关着窗户，船在行驶，人却觉不出来。《列子·天瑞》则说：“运转靡已，大地密移，畴觉之哉！”地球是不断地旋转着，只是人的感官不能觉察。《春秋纬·元命苞》记述了：“天左旋，地右动。”《春秋纬·运斗枢》则说：“地动则见于天象。”天空中天体的移动体现了地体的运动。
《尸子》的论述则具有相当强的学术性：“天左舒而起牵牛，地右辟而起毕昂。”即天是从左向右伸展开来，起点处是牵牛星宿----冬至起点；地是从右向左旋转，起点处是毕、昂两组星宿。牵牛与毕、昂在二十八宿中处于遥遥相对的位置。那么地体凭借什么而立足呢？“大气举之也。”也就是说，地球和五大行星一样，共同漂浮在太空之中。它们和太空中的所有天体一样，都被大气托举着。而且承传了四千多年以前夏代用十干纪一年分十个月历法的彝族人民，就保留了古老的中华民族“老虎推动地球转”的观念。这些观念就是古代中国天文学的以“地体为天地的球心”之出发点。有了这些正确的出发点，无论是对北极星的观测也好，还是对北斗星、太阳、月亮、五大行星等天体的观测也罢，认知的都是地球与北斗、太阳、月亮、五星、二十八宿等天体复合运动的现象，测定的都是天体（自然也包括地球这个天体）在运行过程中的相互对应规律。赤道坐标系的天球坐标系就是以此为基础而建立起来的，而且其科学性也是无可置疑的。不然的话，现代天文科学就不会“在计量恒星精确位置这一同样重要方面却完全是中国式的。
古代天文历法知识基础
天文坐标系统
天球
为研究天体的位置和运动，而引进的一个假想圆球。根据所选取的天球中心不同，有日心天球、地心天球等，各个天体同地球上的观测者的距离都不相同。相比天体和观察者间的距离，观测者随地球相对于上文中几乎做惯性运动的天体移动的距离是小量，所以看上去天体似乎都离我们一样远，仿佛散布在以观测者为中心的一个圆球的球面上。实际上我们看到的是天体在这个巨大的圆球的球面上的投影位置，这个圆球就称为天球。
观测者所能直接辨别的只是天体的方向。在球面上处理点和弧段的关系，比在空间处理视线方向间的角度要简便得多,在天文学的一些应用中,都用天体投影在天球上的点和点之间的大圆弧段来表示它们之间的位置关系。天球的半径是任意选定的，可以当作数学上的无穷大。为了定量地表示和研究天体投影在天球上的位置和运动,需要在天球上建立参考坐标系,并主要应用球面三角学计算点位的关系。它假定各天体在天球表面上的投影就是天体在宇宙空间中的位置。
天球坐标系统
相对于地球不动的概念，天球上的物体也是每24小时围绕着天极旋转的。这就是昼夜运动，太阳、行星、卫星等等都是东升西落,这称为天球的周日视运动.因为地球有公转的缘故，一颗恒星总是比它前一天提前约4分钟升起。
天球可被它的赤道（即天赤道）分成北天半球和南天半球两部分。对应着有北回归线、南回归线、南极、北极。
因为地球是自西向东旋转，所以天球上的物体都是相对天球自东向西旋转。
可以构建一个天球坐标系统来量化天空物体的朝向。而因为有天球的概念后，天文学家以此开始创立不同坐标系如黄道坐标系和银道坐标系。但要注意的是，天球仪是在天球外看天球，天象厅或模拟星象是在天球内看天球。
地平坐标系统
方位角·高度角·地平线·正北·天顶·天底
在地平或高度方位系统，观测者位于地球上，围绕着自身的自转轴每一恒星日（23h56m）相对于固定的恒星背景旋转一周。在地平系统中，天体位置的定位主要用于计算出与没的短暂时间，例如，太阳升起和沉没时间的计算。过去它也用于导航，例如，确定行星位置的高度与方位，依据时间确定船只正确的经度和纬度。许多望远镜也采用经纬仪的架台，然后依据时间、地理位置，利用电脑计算天体在地平上的位置（高度和方位）。
赤道坐标系统
赤经·赤纬·天赤道·时角
以地球的中心为中心并且固定住环绕我们的天空，因此它看起来与地球固定在一起，而我们在地球的表面上绕着自身的轴旋转。赤道坐标描述的天空，包括所见的太阳系，和现在所有的星图几乎全都用赤道坐标来绘制，而古代的东方天文学家早已使用这种坐标绘制星图。
赤道系统是专业天文学家最常用的坐标系统，业余天文学家也使用赤道系统的架台在夜晚追踪天空的运动。天体被调整好的望远镜或其它种类的仪器找到之后，这些天体就会使用与赤道坐标匹配来标示它们的位置。
最常被选用的赤道系统是古老的1950分点或现代的2000分点，但也可以使用标示日期的赤道系统，意味着必须考量日期的需要，例如对一颗行星或太空船位置的测量。也有细分到“平均日”坐标，它们采用平均值而忽略章动和包含章动的"真正日期"。
黄道坐标系统
黄经·黄纬·黄道
一种古老的坐标系统，使用在天文学和占星术上未分家前的星图上，特别是在西方世界。
黄道系统描述的是行星环绕太阳移动的轨道，它的中心在太阳系的重心，也就是太阳的位置。它的基本平面是地球的轨道面，称为黄道面。在行星科学中被大量使用，像是计算行星的位置和其他重要的行星轨道参数：倾角、升交点、降交点、近日点位置等等。
银河坐标系统
银经·银纬·银盘·银心
以我们的太阳系为中心，指向银河中心的方向为是0点的位置，而基本平面大致上与银河盘面一致，但是有固定的标准。当然，银河系统是用来决定星际物体在银河中的相关位置。
超星系坐标系统
是天球坐标系统之一，他的赤道是校准在超星系平面上。这个系统用于在地的宇宙之中，主要是参考邻近的星系团，包含室女座星系团、巨引源和英仙-双鱼超星系团等，在平面（二维空间）的分布状态。
经由会议决定，超星系的经度和纬度类比于银道坐标系的银经（l）和银纬（b），分别标示为SGL和SGB，坐标经度的起点（SGL=0）定义为银河平面与超星系平面的交叉点。
要注意的是由于地球的自转轴在太空中其实并不固定，而是以26000年的周期在转动，这个运动称为岁差，所以，春分点和天球北极的位置亦会非常缓慢地移动，所以，当我们使用天球坐标来标示天体的位置时，应该同时指出是哪一年的坐标，例如公元2000.0年。
有了观察范围就可以观察天空里的星星了。
古代天文历法知识基础
天球坐标系统
相对于地球不动的概念，天球上的物体也是每24小时围绕着天极旋转的。这就是昼夜运动，太阳、行星、卫星等等都是东升西落,这称为天球的周日视运动.因为地球有公转的缘故，一颗恒星总是比它前一天提前约4分钟升起。
天球可被它的赤道（即天赤道）分成北天半球和南天半球两部分。对应着有北回归线、南回归线、南极、北极。
因为地球是自西向东旋转，所以天球上的物体都是相对天球自东向西旋转。
可以构建一个天球坐标系统来量化天空物体的朝向。而因为有天球的概念后，天文学家以此开始创立不同坐标系如黄道坐标系和银道坐标系。但要注意的是，天球仪是在天球外看天球，天象厅或模拟星象是在天球内看天球。
地平坐标系统
方位角·高度角·地平线·正北·天顶·天底
在地平或高度方位系统，观测者位于地球上，围绕着自身的自转轴每一恒星日（23h56m）相对于固定的恒星背景旋转一周。在地平系统中，天体位置的定位主要用于计算出与没的短暂时间，例如，太阳升起和沉没时间的计算。过去它也用于导航，例如，确定行星位置的高度与方位，依据时间确定船只正确的经度和纬度。许多望远镜也采用经纬仪的架台，然后依据时间、地理位置，利用电脑计算天体在地平上的位置（高度和方位）。
赤道坐标系统
赤经·赤纬·天赤道·时角
以地球的中心为中心并且固定住环绕我们的天空，因此它看起来与地球固定在一起，而我们在地球的表面上绕着自身的轴旋转。赤道坐标描述的天空，包括所见的太阳系，和现在所有的星图几乎全都用赤道坐标来绘制，而古代的东方天文学家早已使用这种坐标绘制星图。
赤道系统是专业天文学家最常用的坐标系统，业余天文学家也使用赤道系统的架台在夜晚追踪天空的运动。天体被调整好的望远镜或其它种类的仪器找到之后，这些天体就会使用与赤道坐标匹配来标示它们的位置。
最常被选用的赤道系统是古老的1950分点或现代的2000分点，但也可以使用标示日期的赤道系统，意味着必须考量日期的需要，例如对一颗行星或太空船位置的测量。也有细分到“平均日”坐标，它们采用平均值而忽略章动和包含章动的"真正日期"。
黄道坐标系统
黄经·黄纬·黄道
一种古老的坐标系统，使用在天文学和占星术上未分家前的星图上，特别是在西方世界。
黄道系统描述的是行星环绕太阳移动的轨道，它的中心在太阳系的重心，也就是太阳的位置。它的基本平面是地球的轨道面，称为黄道面。在行星科学中被大量使用，像是计算行星的位置和其他重要的行星轨道参数：倾角、升交点、降交点、近日点位置等等。
银河坐标系统
银经·银纬·银盘·银心
以我们的太阳系为中心，指向银河中心的方向为是0点的位置，而基本平面大致上与银河盘面一致，但是有固定的标准。当然，银河系统是用来决定星际物体在银河中的相关位置。
超星系坐标系统
是天球坐标系统之一，他的赤道是校准在超星系平面上。这个系统用于在地的宇宙之中，主要是参考邻近的星系团，包含室女座星系团、巨引源和英仙-双鱼超星系团等，在平面（二维空间）的分布状态。
经由会议决定，超星系的经度和纬度类比于银道坐标系的银经（l）和银纬（b），分别标示为SGL和SGB，坐标经度的起点（SGL=0）定义为银河平面与超星系平面的交叉点。
要注意的是由于地球的自转轴在太空中其实并不固定，而是以26000年的周期在转动，这个运动称为岁差，所以，春分点和天球北极的位置亦会非常缓慢地移动，所以，当我们使用天球坐标来标示天体的位置时，应该同时指出是哪一年的坐标，例如公元2000.0年。
有了观察范围就可以观察天空里的星星了。
