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第2章 天文篇(1)

人类生在天地之间,从很早的年代就在探索宇宙的奥秘。因此,天文学是最古老的科学之一,它一开始就同人类的劳动和生存密切相关。天文学循着观测——理论——观测的发展途径,不断将人的视野伸展到宇宙的新的深处。

1.甘德创造天文奇迹

甘德,战国时楚国人(一说是齐国人),著名天文学家。经过长期的天象观测,甘德与石申各自写出一部天文学著作。后人把这两部著作结合起来,称为《甘石星经》,是现存世界上最早的天文学著作。书里记录了800颗恒星的名字,其中121颗恒星的位置已被测定,是世界最早的恒星表。书里还记录了木、火、土、金、水等五大行星的运行情况,并指出了它们出没的规律。

甘德对木星的观测尤为精细,是研究木星的专家,写有关于木星的专著《岁星经》。《开元占经》中曾引用甘德论及木星时所说的话:“若有小赤星附于其侧”。著名天文学家席泽宗先生指出:“在公元前4世纪中叶,甘德就观测到了卫星木卫二(木星的第六颗已知卫星,是木星的第四大卫星)。而对于木星的卫星的发现,近代是在17世纪初望远镜发明之后,由意大利大科学家伽利略于1610年用它观测木星时才发现的。甘德比伽利略早了近两千年,而且在没有望远镜的条件下,仅凭肉眼就发现了木星的卫星,这真是一个奇迹。”

20世纪80年代,天文工作者通过在北京天文台兴隆观察站的实地观测,确信在一定条件下,木卫二是有可能凭肉眼观测到的。甘德以其坚忍不拔的毅力和精细独到的观测将奇迹变成了现实,在世界天文学史上谱写了光辉的一页。

2.刘洪潜心制定乾象历

刘洪是汉光武帝刘秀的侄子鲁王刘兴的后代,自幼得到了良好的教育。青年时期,他曾任校尉之职,对天文历法有特殊的兴趣。约公元160年,他被调到执掌天时、星历的机构任职,为太史部郎中。

公元184年,刘洪出任会稽郡东部都尉。在此期间,刘洪初步完成并向朝廷献上了他的乾象历。由于初成的乾象历对于月亮运动的描述,具有明显的优越性和可靠性,当即被采纳,取代了东汉四分历的月行术。

公元189年,汉灵帝诏刘洪返回洛阳,其原因很可能是初成的乾象历得到朝廷的重视,诏刘洪商议历法改革事宜。但由于当年四月,汉灵帝驾崩,接着又有董卓等人叛乱,时局骤变,朝廷无暇顾及改革历法,而这时刘洪正在返京的途中。于是,朝廷改变初衷,改任刘洪为山阳郡太守。在此后的10多年时间里,他一方面努力料理繁重的政务,一方面继续为改良和完善乾象历而勤奋工作。

公元206年,刘洪最后审定了乾象历,这是他在初成乾象历以后,又经过10余年的研究、检验、充实和提高而成的历法杰作。可惜,刘洪约在公元210年去世,他没有看到自己为之付出数十年心力的乾象历被正式颁用。但他的心血没有白费,经徐岳的学生阚泽等人的努力,乾象历在公元232年~280年正式在东吴推行使用。

刘洪的乾象历创新颇多,不但使传统历法的面貌为之一新,且对后世历法产生了巨大影响,在中国古代历法史上写下了光辉的篇章。刘洪也以取得划时代成就的天文学家而名垂青史。

3.虞喜发现“岁差”

虞喜,字仲,东晋天文学家。他博学好古,少年老成,年轻时就有很高的声望,受到人们的赞扬。西晋帝曾诏他出任官职,他拒绝了。

虞喜不愿做官,喜欢在家中做学问,他“释《毛诗略》,注《孝经》,为《志林》三十篇”,主要还是偏重于对经典著作的阐释和训注。但他从古代史志书中发现,古代的天文学家们对冬至点移动的记录都存而不论,没有把“周天”(恒星年)和“周岁”(回归年)区分开来。

虞喜从古代冬至点位置的实测数据发生西退现象的分析中,得出了太阳一周天并非冬至一周岁的结论,即天自为天,岁自为岁。冬至一周岁要比太阳一周天差一小段,虞喜将之命名为“岁差”,发现了恒星年与回归年的区别。

《尧典》记载“冬至日短星昴”,而当时实测冬至点在“东壁中”,即壁宿九度。从昴宿经胃宿十四度、娄宿十二度、奎宿十六度,至壁宿九度,合计退行五十多度。虞喜估计唐尧时代相距“二千七百余年”,由此可求得岁差值约为“五十年退一度”。

岁差的发现,是我国天文学史上的一件大事。虞喜发现岁差,虽然比古希腊的依巴谷晚,但却比依巴谷“每百年差一度”的数值精确。而且自祖冲之将岁差引进《大明历》后,刘悼的《皇极历》、杨忠辅的《统天历》和郭守敬的《授时历》中的岁差值日趋精确。而当时的欧洲,制历家们还在墨守成规地沿用百年差一度的差数据。两相比较,相形见绌。

4.学识渊博的刘焯

刘焯,字士元,隋朝著名的天文学家。他自幼聪明好学,饱读诗书。隋文帝开皇年间,刘焯中举秀才,进入朝廷做官,负责修定国史,并参议律历。

公元600年,他创立了《皇极历》,首次考虑到太阳视运动的不均性,提出用“等间距二次内插法公式”来计算日、月、五星的运行速度,这比以前的很多历法都精密。《皇极历》推定的每76.5年春分点在黄道上西移一度的岁差,与现行数值非常接近。

由于刘焯所著历书与当时权威人士——太史令张胄玄的天文、历数观点多有不同,所以,他精心制定的《皇极历》被排斥,不得施行。但该书提供的天文历法在当时是最先进的。

刘焯38岁那年遭遇诽谤,罢官回乡,专以教书著述为主。这期间,他对《九章算术》、《周髀算经》、《七曜历书》等十几部涉及日月运行、山川地理的著作悉心研究,著出了《稽极》、《历书》和《五经述议》,这些都成为当时的天文名著。当读到这些观点新颖、见解独到的著作时,不计其数的儒者和年轻学生纷纷以他为偶像,不远千里前来当面求教。史学家曾评论说:“几百年来,凡学识渊博、精通儒学的人,没有能够超过他刘焯的。”

刘焯的观点和一些理论,虽然在当时未被采纳,但却在后世被接受,或在他的研究基础上发展、改进。因此,他对科学的贡献是不容磨灭的。

5.李淳风年轻有为

李淳风是唐代杰出的天文学家。他的父亲李播非常有学问,据说著名的《天文大象赋》一书就是李播写的。李淳风一生的学术取向,在某种程度上,是受了他父亲的影响。

贞观初年,李淳风开始崭露头角,起因就是他的天文学造诣。唐初使用的历法是傅仁均编撰的《戊寅元历》,这部历法存在一定的缺陷,李淳风对之做了详细研究,提出了修改意见,唐太宗派人考察,采纳了他的部分建议。

在古代,历法编撰是专门之学,一般学者很难问津,而李淳风对《戊寅元历》提出修订意见时才20多岁,这自然要引起人们注意。他也因此得到了皇帝的褒奖,被授予将仕郎,进入太史局任职,从此开始了他的官方天文学家的生涯。

李淳风根据自己对天文历法的多年研究和长期观测,于麟德二年(665年)编成新的历法。经司历南宫子明、太史令薛颐、国子祭酒孔颖达参议推荐,唐高宗下诏颁行,并命名为《麟德历》。

《麟德历》为完成中国历史上采用定朔这一改革做出了重要贡献,对后世历法有重大影响。它作为唐代优秀历法之一,使用达64年之久。《麟德历》还曾东传日本,并于天武天皇五年(676年)被采用,改称为《仪凤历》。

6.僧中科学家一行

一行,唐代著名的天文学家和佛学家,本名张遂,河北巨鹿人。张遂自幼刻苦学习历象和阴阳五行之学,青年时代即以学识渊博闻名于长安。为避开武则天的拉拢,他剃度为僧,取名一行。他先后在嵩山、天台山学习佛教经典和天文数学。

中宗神龙元年(705年),武则天退位后,朝廷多次召他回京,均被拒绝。直到开元五年(717年),唐玄宗李隆基派专人去接,他才回到长安。开元九年(721年),唐玄宗命一行主持修编新历。

从开元十三年(725年)起,一行开始编历。经过两年时间,他写成草稿,定名为《大衍历》,后经张说和历官陈玄景等人整理成书。从开元十七年(729年)起,根据《大衍历》编算成的历书颁行全国。

一行受诏改历后,还组织发起了一次大规模的天文大地测量工作。这次测量用实测数据彻底地否定了历史上的“日影一寸,地差千里”的错误理论,提供了相当精确的地球子午线一度弧的长度。当时测量的范围很广,北到北纬51度左右的铁勒回纥部(今蒙古乌兰巴托西南),南到约北纬18度的林邑(今越南的中部)等十三处。这样的规模在世界科学史上都是空前的。

国外最早的子午线实测是在公元814年,由天文学家阿尔·花剌子米参与组织。他在幼发拉底河平原进行了一次大地测量,测算结果得出子午线一度长为111.815公里(现代理论值为110.6公里),相当精确,但他的测量比一行晚了将近90年。

7.研究天地秘密的祖冲之

祖冲之出身世家,生活条件优越。可是,他自幼就喜欢数学、天文知识,不喜欢枯燥的经书,也不喜欢背那些难懂的诗词。他对做官毫无兴趣,为此,父亲经常责骂他。但是,他的祖父总是支持和鼓励他,经常给他讲一些科学知识。

一次,祖冲之听说有一个名叫何承天的官员,研究天文很有成就,就缠着祖父带自己前去拜访。祖父见他如此好学,就答应了他。

到了何承天家,祖父将祖冲之对天文的兴趣介绍了一番,又请求何承天加以指导。何承天说:“孩子,研究天文学是很辛苦的,既不能升官,又不能发财,你这又何苦呢?”祖冲之说:“我既不想升官,也不想发财,只想弄清天地的秘密。”何承天听了很高兴,还夸奖他有志气。

他们来到后院,何承天指着一个东西(用石子砌起来的一个圆池子,在池子正中间竖立着—根木杆)让他看,告诉他:“这叫土圭,是用来测量太阳位置的。早晨,太阳从东方升起,杆影朝西,很长随着太阳的运转,慢慢地杆影移向西北,越来越短。到了正午,太阳升得最高,杆影最短;下午,杆影又渐渐地变长,转向东方,就是夕阳西下的时候了。”

地上还有一根用小石子砌成的线,祖冲之指着它问:“这线是做什么用的?”何承天回答说:“这是正北线,正午时,杆影到线上,就能看出杆影的长度,每天都不—样。”祖冲之若有所悟地点点头。就这样,何承天将祖冲之引进了研究历法的大门。

经过长年累月的观察和测量、计算,祖冲之发现何承天的《元嘉历》还有不够精密的地方,于是,他动手修订新的历法,新历法有很多计算与现代科学测算非常接近。

祖冲之在科学研究上是个多面手,他计算出圆周率在3.1415926和3.1415927之间,成为世界上最早把圆周率数值推算到七位数字以上的科学家;他造过一种指南车,随便车子怎样转弯,车上的铜人总是指着南方;他又造过“千里船”,一天可以航行一百多里;他还利用水力转动石磨,舂米碾谷子,叫做“水碓磨”。

国际天文学联合会将月球背面的一座环形山命名为“祖冲之环形山”,把小行星1888命名为“祖冲之小行星”,用以表达对他的敬仰和纪念。

8.善于思考的沈括

沈括出生于杭州市的一个官宦人家,生活条件优越。他自幼就跟着做官的父亲沈周到过很多地方,见多识广,性情开朗豁达。

沈括10岁那年,父亲被调往福建泉州任职。到了泉州后,父亲忙于公事,母亲负责督促他的学业。一次,沈括背起白居易的诗:“人间四月芳菲尽,山寺桃花始盛开……”他问母亲:“为什么山下的桃花凋谢了,而山上寺院中的桃花却才开呢?”母亲叫他去观察一下。

转眼到了四月,庭院里的桃花即将凋谢时,沈括特意邀几个伙伴到郊外的山上去观察。到了郊外一看,山上的桃花果然开得茂盛。沈括很疑惑:“为什么山上的桃花开得这样的迟呢?”这时,突然刮起风来。他感到很冷,沉思了一会儿,他恍然大悟,大声对伙伴们说:“我终于明白了!”“你明白什么啦?”沈括向大家解释说:“山上地势高,温度低,所以,花开得比山下迟得多!这是气候条件决定的!”

从此,沈括就对气象产生了浓厚的兴趣。他开始看有关气象的书籍,注意气象的变化。不管是生活中,还是读书中遇到的问题,他都是认真地思考、下工夫去钻研,他立志要做一个气象学家。

长大后,沈括考取了进士,当了司天监察,负责天文气象。他创立了与现今阳历相似的新历法,推动了当时的农业生产。他在数学、物理学、地质学等方面,也都取得了重大的成就。

沈括一生献身科学事业。他在晚年所写的科学巨著《梦溪笔谈》详尽记载了当时气象科技发展的最新成就,为后人留下了一份珍贵的科学遗产。

9.“历算第一名家”梅文鼎

梅文鼎,字定九,是清初著名的天文家,为清代“历算第一名家”和“开山之祖”。著作有《明史历志拟稿》、《历学疑问》、《古今历法通考》、《勿庵历算书目》等。

著名思想家梁启超说过:“我国科学最昌明者,惟天文算法。至清而尤盛,凡治经者多兼通之,其开山之祖,则宣城梅文鼎也。”早年,梅文鼎随父亲读《周易》,喜欢观天象。从27岁起,他开始学习历法,终身潜心研究学术。

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