天文学

自然科学的基础学科之一。是研究天体(太阳系层次、银河系层次、星系层次)的科学。当代天文学通过应用和发展各类尖端技术，研究并发展光学、射电等多波段和空间的天文观测手段，并运用当代物理学、数学、化学等学科的理论和计算方法，研究各类天体和天体集合的空间分布、运动、化学组成、物理性质及其演化过程。天文学的发展历史源远流长。古代天文学与人类的生产实践息息相关，编历、授时、航海、航空以及日地关系、星际航行都是该学科在实际生活中的应用。1543年，哥白尼创立日心学说，使自然科学从神学中解放出来。17世纪望远镜的发明与应用，以及牛顿万有引力定律的建立，奠定了近代天文学的基础。本世纪以来，大型光学望远镜的出现使人类明了银河系及河外星系的运动与结构。二次大战后，巨型射电天文望远镜的使用，又陆续发现了脉冲星、类星体、星际有机分子和微波背景辐射等新的天体与现象。50年代的空间技术更促进了天文学的发展。目前，该学科是自然科学中最活跃的前沿领域之一。按照研究方法的不同，天文学分为天体测量学、天体力学和天体物理学三个分支。按照观测手段的不同，还可分为地面光学天文学、射电天文学和空间天文学等。我国是天文学发达最早的国家之一，早在16世纪之前，天象观测就达到非常精确的程度。日食、月食，太阳黑子，彗星、流星雨和新星等天文现象的记录都以中国为最早和最丰富。

(一)中原最初的天文学

农业发展需要求助于天文学，中原是农业发展较早地区，因而本地区天文学发生发展较早。考古发掘资料说明，早在原始社会，居住在中原大地的先民们，已知观测天象，并用以定方位、定时间、定季节了。在7000年前的斐李岗文化遗址中，房屋、墓葬等都有一定的方位、方向。殷商(前16―前11世纪)时，甲骨文中有大量观测天象的记录，有日食、月食，在恒星中有火、鸟、新等星名，在行星中有木星(太岁)等名，还有彗星、日珥的记事，并能用表(原始的圭表)，作为简单的测天仪器，测量日影和时间。商代对二十八宿星已有所观察，到了周代有了更多的认识。西周(前11―前8世纪)时，周公为测量日影，选择文化发达的中原告城地方(今河南登封告城镇)，建立观影台，即周公观景台(又名登封测景台)。这个观影台后经元代重新修建，雄姿挺拔，现在依然巍然屹立，台高8.5米，石圭长达30.3米，取正南正北方向。这是世界上最早的一座天文台。

(二)石申《天文》

战国时代，中原出现了一些卓有成就的天文学家。如魏国天文学家石申(公元前4世纪人)，曾著有《天文》8卷。当时齐人甘德著有《天文星占》8卷。可惜两书均已遗佚，后人从许多古籍中所引用的片断将两部书辑录在一起，辑成《甘石星经》(或称《石氏星经》)。此《星经》是我国最早的全天星表，共列出128个星的赤道坐标，以入宿度(相当赤经)和去极度(赤纬余角)来表示。这是世界上最早的恒星表。这表明石申已用测角仪器在赤道坐标系统中，进行了天体位置测量。我国历代曾参考此书绘制星图，制造浑象上的星象。

(三)张衡对天文学的杰出贡献

张衡(78―139)，字平子，南阳西鄂(今河南南召县)人，是个自然科学家和文学家。东汉安帝时，他开始到京师洛阳任职。曾两度担任太史令职务，仅任此职就长达14年之久。他在洛阳著有《灵宪》、《浑天仪图注》两书，这是两部对当时和后世都有很大影响的天文学专著。书中首先提出了宇宙的无限性，指出“宇之表无极，宙之端无穷”;提出“浑天”学说，说明大地是个圆球;十分科学地揭示出月光生于日光之所照，月食是因地影“遮蔽”了月光所致。

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张衡另一个杰出贡献，是发明了世界上最早的水力转动浑天仪(简称浑象)，用来观察天文星象。浑象是一个直径数尺的空心铜球，里面有一根铁轴贯穿球心。球和轴有两个交点，代表天球上的南北两极，北极高出地平度数，相当于洛阳的地理纬度。天球表面上刻有二十八宿，中外星辰，黄、赤道互成24°交角。并把计时漏壶与浑象联结起来，以漏壶定时漏水作为动力，通过齿轮转动，使浑象每日与时间同步旋转一周。人们在屋里看着浑象，就可知道外面现在某星在升起，某星在下落，比较正确地把天象演示出来。

(四)南北朝时期中原的天文学家

孔挺，南阳人，曾任前赵(318―329)刘曜的史官丞。他对张衡的浑天仪作了深入研究，在此基础上研制出更为精密的带有双规的浑天铜仪。这一浑天仪可以“准验辰历，分考次度”;“其于揆测，为所欲为”。(见《隋书?天文志》)这架浑天仪直到梁朝时，尚还存在。梁朝处士庾诜，新野人，他和他的子孙在天文学上也有重要贡献。《梁书?庾诜传》载，庾诜的天文历算机巧，“并一时之绝”，闻名于当时。其子庾曼倩，继承父业，对于天文历法，亦有深入研究。庾诜之孙庾季才，聪敏好学，曾先后在梁朝、北周和隋朝任职。隋初，他奉诏重新修订天文盖图，搜集了南北朝各国大量资料，参考了祖冲之四代孙僧化所绘天文图，又参照前代诸家天文学说，实测天象，拟定星位，结果绘制一幅较为准确逼真的天象图。

(五)一行在天文学方面的伟大成就

一行(683―727)，本名张遂，唐朝魏州昌乐(今河南南乐)人。是我国古代著名的天文历法学家，是现在公认的世界古代文化名人。他青少年时代，聪颖好学，精通天文历象，颇有名声。武则天的侄儿武三思要与他结交，他为了躲避权贵拉拢，逃到河南嵩山，削发为僧。开元五年(717年)，唐玄宗强征一行入京，后又令他创作新的历法。一行为使新历符合天象实际，进行了一系列实测工作。他在科学实践中开始认识到：日月星辰的运动是有一定规律的，通过细心观测即可了解它。但为人的认识所限，推算出来的结果往往会与实际观测发生误差，只有从不断实测中，才能修正这种误差。在这种科学思想指导下，他的天文学研究取得了光辉成就。

一行与梁令瓒等人曾研制出一座浑象仪，它由轮轴结构而成，注水动轮，一日夜转动一周。这座浑象仪是对张衡水运浑天仪的进一步发展。浑象仪上安装有自动报时器，立二木人于其上，一人司击鼓，一人司撞钟，“每一刻自然击鼓，每一辰则自然撞钟”，“钩键交错，关锁相持”(见《旧唐书?天文志》)。这是世界上最早的天文钟。

一行曾组织了一次大规模的天文测量。他选择唐代全国13个地方，进行当地北极高度与冬至、夏至、春分、秋分太阳影子长度的测量。这次测量中，以河南的四个地方为重点。一行派南宫说在河南的白马(滑县)、浚仪(开封)、扶沟、上蔡进行实测，因为这四个地方地理经度相近。实测结果，南北两地相差351里80步(唐尺)，北极高度相差一度。这就是地球子午线一度的长度。(换算成现代单位，即南北相距129.22公里，北极高度差一度。按现测子午线一度长为111.2公里。)这次实测结果虽不完全准确，却是世界上第一次实测地球子午线长度，所以具有重要意义。它否定了古代南北隔千里，“影长差一寸”的臆说。

一行还首次基本正确地认识到太阳视运动不均匀的规律，发明不等间距二次内插法，并在日月食和五星运动计算方面也有所创新。

(六)北宋中原天文学的新发展

北宋政府曾在开封组织过五次较大规模的对恒星位置的观测。真宗大中祥符三年(1010年)，韩显符新制浑仪，对恒星作了一次观测。仁宗景钓元年(1034年)，编纂《景钓乾象新书》，作了第二次观测，所测定的二十八宿距星位置成果，在《宋史?天文志》中尚有所反映。仁宗皇钓年间(1049―1053)，周琮等人为铸造铜仪，对包括345个星官距星的入宿、去极度，作出测量。神宗元丰年间(1078―1084)，又作了一次观测，结果绘成星图。此图刻石，即是现今世界上闻名的苏州石刻天文图。徽宗崇宁年间(1102―1106)，姚舜辅等人作了第五次观测，观测结果，其中二十八宿距度误差绝对值，平均仅0.15度，精确程度超越前人。

北宋政府还先后在开封研制了五架浑天仪，每架用铜都在2万斤上下，对浑天仪结构也有所革新和发展。特别应予指出，北宋研制天文仪器的一个突出成就，是在哲宗元钓三年(1088年)，由苏颂、韩公廉等人在开封制造的水运仪象台。水运仪象台是一架自动化的天文台，分为三层，上层是浑象，中层是浑仪，下层是计时、动力系统。仪象台高约12米，能以多种形式反映和观测天体运行情况。它利用水力带动仪器转动，保持与天体运动一致的恒定速度，既可演示天象和观察天体，又能报时、计时。它标志着我国古代天文学和天文仪器，此时已发展到了新高峰。

(七)王英明的《历体略》

王英明，字子晦，明代开州(今河南濮阳市)人。他是天文历算学者，“著有《历体略》三卷”

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。他一生对天文的观测和研究，都写进了《历体略》中。此书上卷6篇，记述刻漏极度的时间划分;中卷3篇，主要谈星象;下卷7篇，专门介绍欧洲对于天文历法的研究情况。他不仅能按我国的传统方法研究天文学，并且能够吸取外国的天文研究优秀成果。他曾结识从欧洲来中国的外籍天文学家，双方深入交谈，彼此介绍天文研究与历法运用等情况。他是我国较早系统地、全面地介绍西方科学技术的天文学家，对中外科技友好交流作出了重要贡献。