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中国古代天文学的缺陷
中国古代天文学十分发达，内容丰富。最重要的成就是对星空、星星、太阳、月亮、行星和许多天象（如日食、月食、太阳黑子、彗星、新星和超新星、陨石）等的连续观测，并记录下来。都是非常珍贵的观测数据。这些资料不仅在世界天文学发展史上占有突出的地位，而且对现代天文学研究也具有很大的参考价值。然而，不言而喻的是，如果与同一历史阶段的西方古代天文学横向比较，中国古代天文学无疑还存在许多不足。作者提出这个问题并不是想用西方古代天文学来贬低中国古代天文学，也不是用今天的眼光来否定古人的科学成就，而是想通过客观比较，为全面认识中国古代天文学提供一些参考。
(1)天体距离问题
中国古书《周笔算经》写于公元前100年左右，给出了“天地之间的距离”的数据。该书第一卷第二章说“太阳与地球”之间的距离是八万英里，而同一本书第二卷第一章则说：“天空距离地球八万英里” ”。且不说这个数据是如何得来的，有多么错误，特别值得注意的是，《算经》的作者把“日地距离”视为天地之间的距离。也就是说，在中国古人的心目中，由于太阳和月亮都在“天”上，所以它们距地面的距离是相同的。不存在谁远谁近的问题。当然，不存在互相覆盖的问题。这种误解有着深远的影响。例如，公元二世纪东汉思想家王充在其《论衡》一书中认为，月食不是太阳遮住月亮，所以日食也不是月亮遮住太阳。太阳和月亮都是自毁的。又如十一世纪北宋著名科学家沈括在其《梦溪笔谈》卷七中写道：“吾亦问日月之形如丸”。 ？如扇子？若如丸子，岂不相碍？余曰：日月形如丸……日月亦气，有形也。但没有质量，所以它们是相互排斥的没有任何阻碍。”这段对话说明了宋代对天体性质和距离的认识。看法。沈括的朋友们担心日食时太阳和月亮相撞怎么办？但他回答说，太阳和月亮都是气体，只有形状，没有实体。因此，虽然他们在日食期间相遇，却不会互相妨碍。这个答案充分证明了沈括和他的前辈一样，认为太阳和月亮到地球的距离都是一样的，从未想过日食的发生是因为离地球较近的月亮挡住了遥远的太阳。就连沈括对于日月距离的理解也是如此，其他人也能想象得到。沈括之后，包括郭守敬在内的天文学家都没有考虑这个问题。
在西方，古希腊天文学家对天体之间的距离进行了认真的讨论。生活在公元前三世纪的阿里斯塔克斯写了著名的文章《论太阳和月亮的尺寸和距离》，认为太阳比地球大，甚至比月球大，太阳和月亮之间的距离也很大。太阳到地球的距离是月球到地球距离的18-20倍。次。虽然数据误差太大，但其正确的一面是显而易见的：太阳与地球的距离远远大于月球与地球的距离。基于太阳比地球大的结论，阿里斯塔克斯进一步提出太阳不能绕地球转，但地球绕太阳转。他因此被恩格斯誉为“古代哥白尼”和日心说的先驱。
主张“地心说”的亚里士多德和托勒密错误地认为地球是宇宙的中心。不过，从他们所描绘的“宇宙”形象中不难看出，“地心说”也认为太阳、月亮、行星与地球的距离各不相同。如果按它们的轨道由近到远排列，月亮是最近的，其次是水星、金星，然后是太阳、木星、土星等。因此，“地心说”虽然是错误的，但古希腊天文学家有一个对天体之间距离的了解比古代中国更好。
利用几何方法研究天文问题是西方天文学的传统。正是在这一传统中，天体距离问题随着现代天文学的发展而得到解决。 1752年，法国天文学家拉卡耶和拉朗德与师徒合作，用“三角视差法”测量出月球与地球的距离为38万公里。此后，众多天文学家通过国际合作测量出太阳与地球之间的距离为1.5亿公里。由此我们知道，太阳到地球的距离是月球到地球距离的400倍。至于其他行星甚至恒星的距离问题，都可以随着科技的发展来解决。
(2)地球的形状和大小
古希腊数学家毕达哥拉斯第一个提出地球是球形的。亚里士多德还论证了地球的形状。他利用月食时落在月球上的影子的轮廓和人们南北方向移动时北极星高度的变化来证明地球是球形的。公元前三世纪末，天文学家埃拉托色尼测量了地球的大小。他知道夏至那天中午，太阳位于Sein（阿斯旺）的天顶，“天顶距离”等于0；因此，他在同一子午线上测量了亚历山大夏至时太阳的天顶距。结果发现是7.2度；这两点之间的直线距离等于5000希腊英里，由此得出1度子午线的长度。再乘以 360，地球的周长为 250,000 希腊英里，相当于 39,600 公里。与今天公认的4万公里类似。 100多年后，另一位天文学家波西冬尼斯通过测量老人星位于罗德岛和亚历山大的中天时的高度差，计算出了地球的周长。该值为 180,000 希腊英里，相当于 28,530 公里。这个数值误差太大，只有今天公认值的71.3%。然而，这个测量结果已经被欧洲人沿用了一千多年。直到1671年，法国天文学家皮卡特用三角测量法测量出地球子午线1度的长度为111.2公里，人们才更加准确地认识了地球的大小。
古代中国人对地球形状的认识远远不如古希腊人。最初的早期“遮天说”认为“天圆如盖，地如棋局”。俗话说“天圆地方圆”。第二个“遮天论”认为“天如盖，地有法覆”。 “浑天说”主张“天”是球体，地是其中心。公元二世纪东汉张衡在《浑仪志》中指出：“天如鸡蛋，天体圆如弹，地如黄内黄。”鸡的鸡……天包裹着大地，就像包裹着黄色的贝壳。”他似乎意识到地球是球形的；不过，他在《灵贤》一书中也说：“八极，直径二十三万二千三百里，从北到南，不到千里，从东到西，是半边”。八极。”这也表明地球的深度是相同的。地球不被认为是球形的，而是被认为像平面上的半球。此外，在其他解释“浑天说”的文献中，也没有证实地球是球形的。
对地球形状的无知直接影响了唐代天文学家的天文测量工作。公元724年，为了验证此前日影“相距一寸”的猜想，唐政府组织人员对河南武进、扶沟、太岳台、白马等地的距离进行了现场测量。从这四个地点看到的北天极的高度也被确定。研究发现，南北每 351 英里、80 步，北天极的高度就会相差 1 度。换算成今天的单位就是：北天极高度每相差1度，南北方向的地面距离就相差132.03公里。这个结论的实质是地球子午线1度的弧长是132.03公里。与今天公认的准确值（111.11公里）相比，误差较大。尽管如此，这是中国天文学史上第一次对子午线进行实际测量。到时候根据这个值就可以计算出地球的周长，进而可以计算出地球的半径。遗憾的是，中国古代并没有地球是球形的概念。他们已经到达了真理之门，但却没有踏入其中。
(3) 地球是否运动以及如何运动的问题
中国古代就有关于地球运动的猜想。在《庄子·天运》一章中，提出了一个思辨性的话题：“天的命运是什么？地的位置在哪里？……意思是说它是机械的但它没有选择？意思是说它移动但它没有选择”。停不下来？” 《尸体》等书进一步加深了对地震问题的理解。 《子子》曰：“天左舒牵牛升，地右开毕昴升”。 《春秋魏·元明报》云：“天左转，地右转”。利用“天”的“左转”来证明地球的“右转”。所谓“左旋”，是指观察者面向北极星方向时，天体沿逆时针方向的视运动。这句话显然是指基于运动相对性的“向右移动”。如果能明确指出地球是球体的话，就相当于我们今天所说的自西向东自转。另一本魏书《尚书·魏考陵要》也用比喻来解释地球的运动。上面说：“地球在不断地运动，但人们没有注意到。比如，人们坐在一艘大船上，船是封闭的，船在移动，人们却没有注意到。”汉代以后，地震的思想不断流传。晋代张华在《博物志》中提到“大礼有斡旋，天地转动”。唐代诗人杨炯在《浑天田》中有“天归地行”的诗句。不过需要注意的是，古人虽然多次零星提及“地震”，但由于对地球的形状没有清晰的认识，并不清楚所谓的“地震”是否是地球绕其自转轴或其绕太阳的公转。但没有人对此进行深入研究（更不用说用数学方法来探索）。而且，《地震论》中提到的读物并不是专门的天文书籍，而是《元明宝》、《考令要》等充满荒唐迷信内容的《魏书》。
在古希腊，毕达哥拉斯学派不仅首先提出地球是球形的，而且还相信地球在自转。尽管他们错误地认为地球位于宇宙的中心，但他们也认为地球并不是静止的，而是在其“原位”上不断地旋转，这体现在天体的昼夜运动上。当他到达阿里斯塔克斯时，他通过数学方法论证了太阳和月亮的大小和距离，并提出了完整的日心说地震运动理论。这一学说后来长期被“地心说”淹没，但最终启发了哥白尼学说的诞生。
(4)进动问题
由于地球不是一个真正的球体，而是一个近似椭球体，它的自转轴在太阳、月球和行星的引力影响下，缓慢地向空间方向变化。这种变化称为地轴的“进动”。地轴进动有两个后果：（1）分点（春分和秋分）或至日（夏至和冬至）沿着黄道缓慢向西移动，导致太阳每年都会经过上述点。早于回到恒星间同一位置的时刻，即出现回归年短于恒星年的现象（即“进动”）； (2)引起南北天极在恒星之间移动。天极以黄极为中心，绕半径约23.5度的小圆圈运动，周期为26000年。比如，四千年前，北天极在天龙座附近，现在在小熊座附近……上述现象都是中国古代和西方天文学家独立发现的。但对于“春分”或“二至”西行路径的认识存在一定差距。
西方天文学家正确认识到春分沿黄道向西移动。公元前二世纪，古希腊天文学家喜帕恰斯首先发现了“岁差”现象，并确定岁差的数值是春分点沿黄道每100年向西移动1度，即向西移动36英寸托勒密在其著作《天文学》中的这一数值被公元九世纪的阿拉伯天文学家采纳。塔比卜·伊本·古拉发现这个值太小，提出“春分点”每66年向西移动1度，即每年向西移动54.5”。16世纪，哥白尼专门讨论了岁差问题。在他的《论天球公转》中，人们相信岁差值的变化是不均匀的，随着时间的推移会出现或大或小的波动。 1748年英国天文学家布拉德利发现“章动” 1818年，德国天文学家贝塞尔综合考虑进动、章动等因素，提出了总进动、日月进动和行星进动的概念。每年春分点沿黄道向西移动50.17英寸（微小变化小于1英寸，今日值为50.26英寸），岁差问题得到圆满解决。
中国古代对岁差的理解与西方不同。 。公元85年，东汉贾逵根据实际测量修正了前人确定的冬至位置，却没有意识到冬至正在慢慢西移。公元330年左右，东晋玉熹真正发现了冬至点的西移，并确定岁差值为每50年1度，即每年72英寸。公元五世纪的南朝祖冲之首先将岁差值引入到新编的《大明历》中，从而区分了回归年和恒星年。然而，他们并没有意识到冬至点沿着黄道向西移动，而错误地认为冬至点沿着赤道向西移动。准确指出冬至每76.53年沿黄道向西移动1度，但这一观点被后来的天文学家否定了。他们都相信赤道是固定的，并引起黄道沿赤道进动。是的，虽然古代中国人观察到北天极在星星中的相对位置在不断变化，但他们认为北天极和赤道一样是固定的，但靠近北天极的星星却在移动。
出现这些问题的根本原因是中国古代的浑仪主要使用的是赤道坐标系而不是黄道坐标系（浑仪虽然有黄环，但从来没有黄极的概念，并且没有真正的黄道坐标）。虽然赤道坐标在确定恒星位置和观察天体视运动方面非常直观和方便，但不适合直接测量太阳、月亮和行星的黄道坐标。当然，沿着黄道移动的“春分”或“至日”是无法测量的。他们也没有意识到天极绕着黄极缓慢旋转。中国古代测量的岁差值实际上是赤道岁差。西方天文仪器很早就使用黄道坐标，所以西方天文学对岁差的认识比中国更好。
（五）近年来存在的问题
今天大家都知道，地球绕太阳运行的轨道是一个椭圆形，太阳位于椭圆形的一个焦点上。这意味着太阳和地球之间的距离以及地球公转的速度都在周期性变化。地球轨道上最靠近太阳的点称为“近日点”，与它相对的另一个点称为“远日点”。地球在近日点移动较快，在远日点移动较慢。在研究地球上太阳每年的视运动时，上述两点也分别称为太阳的“近地点”和“远地点”。而且由于地球公转受到其他大行星引力的“扰动”，地球轨道上的近日点和远日点也会发生“进动”，即它们沿着地球公转的方向缓慢前进，大约每百年一次。移动 1.72 度。或表示为太阳近地点和远地点每世纪进动 1.72 度。因此，太阳在天球上连续两次经过近地点（或远地点）的时间间隔比一个回归年（365.2422天）还要长。这个时间间隔被称为“近点年”。近点一年等于 365.2596 天。
显然，“周周年”不仅是太阳与地球距离变化的时期，也是地球公转速度变化的时期。从地球上看，这是太阳视运动速度发生变化的时期。
古希腊的喜帕恰斯是第一个发现太阳视年运动不均匀性的人。但受限于“地心说”，他假设太阳以完美的圆形轨道匀速绕地球运行，但地球并不在圆心，而是稍微远离圆心。这样，从地球角度来看，太阳的运动并不是匀速的，运动速度呈周期性变化。他的“偏心圆”思想被后来的托勒密继承了。因此，“地心说”虽然是错误的，但“偏心圆”说本质上承认太阳有“近地点”和“远地点”，这将有助于今后对这两个“点”的进一步研究。
阿拉伯天文学家巴塔尼在10世纪初发现了太阳远地点的进动（即近地点的进动）。后来，西阿拉伯学派的天文学家恰尔卡利发现，太阳的远地点每229年在黄道上移动1度。虽然这个数据不准确，但他们的发现促成了“周边年”概念的确立，区分了“周边年”和“热带年”，这实际上是太阳视运动研究的重大突破。
中国古代天文学中从未出现过“圆周年”的概念，但它对太阳视运动速度的年度变化有一定的认识。从公元六世纪到明朝末年（十七世纪初），历代天文学家都认为冬至时太阳运行得最快，夏至时太阳运行得最慢。通过观测，他们提供了太阳一年内视运动速度变化的模型。数据。然而，他们的做法实际上混淆了每日速度变化的周期（周期年）与二十四节气（回归年）的周期。究其原因，除了缺乏对太阳与地球的距离和天体轨道形状的讨论外，太阳近地点与冬至日距离短也是一个客观因素。通过现代天体力学的计算，我们可以知道，从公元六世纪末到十七世纪的一千多年来，太阳的近地点始终徘徊在冬至前后，这使得中国古代天文学家很难确定太阳的近地点。发现两者之间的差异。差异，很难区分外围年和热带年。中国学者知道，近年是明末“西学东渐”之后。欧洲耶稣会传教士将西方天文学传入中国，徐光启编着的《崇祯年历》中引入了周缘年的概念。当时，太阳的近地点被称为“最低”，远地点被称为“最高”。在计算一年中太阳视运动速度的变化时，以远地点为起点。这正如徐光启在1632年给崇祯皇帝的报告中所说：“日有盈亏，旧法从冬至夏至开始，新法从最高开始”。
（六）月球运动的“中心差”、“出差”和“双均差”问题
月球绕地球运行的轨道也是椭圆形。此外，由于地球和太阳的影响，月球和地球之间的距离会发生周期性变化。月球的运动绝不是均匀的，而且极其复杂。平黄经和单独的真黄经之间存在着很多周期性的差异。有四个主要区别。首先是椭圆运动引起的“中心差”，最大值为6.29度；二是月球近地点运动和偏心率变化引起的“歇业”，最大值为1.27度；三是“日月角距”，与两倍“周期”相关的“第二平均差”，最大值为0.658度；四是与太阳“近心角”和“近心年”相关的“年差”，最大振幅为0.186度。还有黄道改正，与黄道和白道的月亮距升交点的角距离有关。为了准确计算给定时刻的月球位置，至少必须考虑到这些因素。
在中国，东汉天文学家贾逵、李凡利用黄道带（即在浑天仪上加一个黄道环）发现了月球的不均匀运动。他们指出月球有一个移动最快的点（当时称为“最快点”），并且还指出这个点正在变化，相当于今天所说的月球轨道的近地点及其“进动”。到了东汉末年，刘洪进一步研究了月球运动速度的规律，并提出了相应的计算方法。他还给出了月球从“最快的地方”出发，然后回到“最快的地方”所需的天数为27.5548天。这就是今天所说的“近点月亮”。从此，各种历法给出的“周周月”数值越来越准确。今天的值为 27.55455。
但由于古代中国没有认识到月球与地球之间的距离，古代天文学家把月球速度变化的周期称为“自转终止”或“自转周期”，而没有“近点月”这个名称。至于月球椭圆运动引起的“中心差”，中国古代称为“滞差差”。计算“慢度差”，并与已知的月球平均经度相加和减去，以获得给定时间的更准确的月球经度值。之所以说“比较准确”，是因为这样的计算结果仍然存在较大误差。中国古人在计算月球运动时，只认识到“中心差”这个词。其他周期词，如“出差”、“两均差”等，并未发现。
在西方，正是前面提到的希巴尔科最先发现了月球与地球之间距离变化的现象，并计算出该距离在地球半径的59倍到67.3倍之间变化。他还用“偏心圆”来研究中心差，给出近点月的长度为27.55465天。后来，托勒密发现了月球运动中的“出差”。公元10世纪的阿拉伯天文学家阿布·瓦法和16世纪的丹麦天文学家第谷分别独立发现了“两个平均差”。月球运动的其他周期性差异是在现代天体力学建立后逐渐发现的。
顺便指出，中国传统历法非常重视“丁朔”的计算。 “定朔”是太阳、月亮和黄道经线真正重合的时刻，朔日是每月的第一天。一旦“新年”计算错误，势必会影响大小月亮的排列。这就要求必须准确计算出月球的真实位置，当然还要考虑到“中心差”、“商务出行”等因素。然而，中国古代天文学家并没有发现“出差”。相反，长期使用太阳历的西方天文学家发现了它。这显然与天文仪器使用的坐标系有关。中国使用赤道坐标系，而西方则长期使用黄道坐标系。因为月球总是在黄道两侧运动，所以利用黄道坐标很容易求出“行程”和“双均差”。 （待续）
2014 年 4 月 27 日 |
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发表于 2025-1-20 14:15:46
