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第一章 天文历法（第2页）

汉章帝在位的时期，东汉的政治比较稳定。到汉章帝一死，继承皇位的汉和帝才十岁，窦太后临朝执政，让他的哥哥窦宪掌握了朝政大权，东汉王朝就开始走下坡路了。在这个时期，出了一位著名的科学家张衡。

张衡是南阳人。十七岁那年，他离开家乡，先后到了长安和洛阳，在太学里用功读书。他特别爱好数学和天文研究。朝廷听说张衡是个有学问的人，召他到京里做官，先是在宫里做郎中，后来，担任了太史令，叫他负责观察天文。这个工作正好符合他研究的兴趣。

东汉时期，经常发生地震。有时候一年一次，也有一年两次。发生了一次大地震，就影响到好几十个郡，城墙、房屋发生倒坍，还死伤了许多人畜。当时的封建帝王和一般人都把地震看作是不吉利的征兆，有的还趁机宣传迷信、欺骗人民。但是，张衡却不信神，不信邪，他对记录下来的地震现象经过细心的考察和试验，发明了一个测报地震的仪器，叫做“地动仪”。

地动仪用精铜制成，圆经八尺，合盖隆起，形似酒樽。表面作金黄色，上部铸有八条金龙，分别伏在东、西、南、北及东北、东南、西北、西南八个方向。龙倒伏，龙首向下，龙嘴各衔一颗小铜球，与地上仰蹲张嘴的蟾蜍相对。地动仪空腔中央，立一根铜柱，上粗下细。铜柱周围有八根横杆，称为“八道”，各与一龙头相连。铜柱是震摆装置，八道用来控制和传导铜柱运动的方向。在地动仪受到地震波冲击时，铜柱就倒向发生地震的方向，推动同一方向的横杆和龙头，使龙嘴张开，铜球下落到蟾蜍嘴中，并发出响声，以提示人们注意发生了地震及地震的时间和方向。

一颗珠子放在平台上，如果将哪方稍微往下一按，珠于就向哪方滚动。又如我们点亮一支蜡烛，将它放在一张不平的桌子上，它总会向低的一方倒。地动仪就是根据这些简单的原理设计的。地动可以传到很远的地方，只不过太远了人就感觉不到了，但地动仪能准确地测到。

公元138年2月的一天，张衡的地动仪正对西方的龙嘴突然张开来，吐出了铜球。按照张衡的设计，这就是报告西部发生了地震。可是，那一天洛阳一点也没有地震的迹象，也没有听说附近有哪儿发生了地震。因此，大伙儿议论纷纷，都说张衡的地动仪是骗人的玩意儿，甚至有人说他有意造谣生事。过了几天，有人骑着快马来向朝廷报告，离洛阳一千多里的金城、陇西一带发生了大地震，连山都有崩塌下来的。于是人们开始对张衡的高超技术极为信服。陇西距洛阳有一千多里，地动仪标示无误，说明它的测震灵敏度是比较高的。同时张衡对地震波的传播和方向性也一定有所了解，这些成就在当时来说是十分了不起的，而欧洲直到1880年，才制成与此类似的仪器，比起张衡的发明足足晚了一千七百多年。?

5。最早的天文学专著——《周髀算经》

《周髀算经》是我国古代十大算经之首，原名《周髀》，是中国现存最早的一部数学典籍。《周髀算经》成书时间大约在两汉之间（纪元之后），也有史家认为它的出现更早，是孕于周而成于西汉。

严格地说，《周髀算经》是一部天文著作，其中大部分的记载与天文学的计算有关。书中为讨论天文历法，而叙述一些有关的数学知识，重要的题材有勾股定理、比例测量与计算天体方位所不能避免的分数四则运算，主要阐明当时的盖天说和四分历法。

盖天说是中国古代最早的一种宇宙结构学说。这一学说认为，天是圆形的，像一把张开的大伞覆盖在地上，地是方形的，像一个棋盘，日月星辰则像爬虫一样过往天空，因此这一学说又被称为“天圆地方说”。盖天说认为，日月星辰的出没，并非真的出没，而只是离远了就看不见，离得近了就看见它们照耀。到了《周髀算经》的写作年代，已经形成一个完整的、定量化的体系。它反映了人们认识宇宙结构的一个阶段，在描述天体的视运动方面也有一定的历史意义。

在晴朗的夜晚仰望星空，你可能会想知道天到底有多高呢?其实，几千年前，我们的祖先就已经思考这个问题了。在《周髀算经》中有这样一个故事：一天，周公问当时的数学家商周：“天有多高？”商周想了想说：“用‘勾三股四弦五’的方法可以计算出来天有多高。”那么，什么是“勾三股四弦五”呢？你可以在纸上画一个长方形，长3厘米，宽4厘米，然后将对角用直线连接起来，这样就会出现两个直角三角形，量一量这条对角线线，一定是5厘米。这就是我们今天所知道的勾股定理，又名“商高定理”或“毕达哥拉斯定理”。

在《周髀算经》中，还记载了古人怎样用简单的方法计算出太阳到地球的距离。据记载，太阳距离的求法是：先在全国各地立一批八尺长的竿子，夏至那天中午，记下各地竿影的长度，得知首都长安的是一尺六寸；距长安正南方一千里的地方，竿影是一尺五寸；距长安正北一千里则是一尺七寸。因此知道南北每隔一千里竿影长度就相差一寸。又在冬至那天测量，长安地方影长一丈三尺五寸。《周髀算经》取夏至与冬至间，竿影刚好是六尺的时候来计算，得出的答案是十万里。这十万里，就是《周髀算经》所记载的太阳与地面距离。我们知道，地球和太阳的距离约为一亿四千九百五十万公里，《周髀算经》的记载并不准确。但是我们必须强调，这段求太阳距离的运算过程却是正确的。

在《周髀算经》中还有开平方和等差级数的问题，使用了相当繁复的分数算法和开平方法，以及应用于古代的“四分历”计算的分数运算和数字计算。

6。研究古代宇宙观必读著作——《开元占经》

《开元占经》全名是《大唐开元占经》，作者是瞿昙悉达，成书时间约在公元718至726年之间。唐朝以后，《开元占经》一度失传，所幸在明末又被人发现，才得以流传。本书共120卷，保存了唐以前大量的天文、历法资料和纬书，还介绍了16种历法有关纪年、章率等基本数据。在书中，各种物异和天文星象等方面的术语很多。

瞿昙悉达祖籍印度，其先世由印度迁居中国。关于他本人的生平史料传世很少。在《开元占经》卷一中记载，唐睿宗景云二年（711），瞿昙悉达奉敕作为主持人，参加修复北魏晁崇所造铁浑仪的工作，并于唐玄宗先天二年（713）完成。在《旧唐书·天文志》中又记载有，瞿昙悉达于唐玄宗开元六年（718）奉敕翻译印度历法《九执历》。这部历法后来被录入了《开元占经》，至于瞿昙悉达何时编撰《开元占经》，史无明文。但据今人薄树人考证，瞿昙悉达大概在开元二年二月之后奉敕编撰《开元占经》的，至于编成时间，则不会早晚于开元十二年。

《开元占经》中有很高科学水平的关于日蚀现象的论述。当时已发明了预报日食的方法，但在时刻计算上还比较粗疏，因此，耐心的天文学家借助了一盆水使观测者专注的目光从长时间向上仰视刺目的太阳光本身转变为自然微俯观测刺目程度较低的水中太阳像，从而可以大大减轻观测者的

痛苦和疲劳。这个观测方法的发明大大提高了观测日食的能力和质量。此外，《开元占经》还集录了日全食时人们看到的太阳外层的一些有关现象，如日珥和日冕。

另外，《开元占经》记述了大量古代天文学家有关宇宙结构和运动的认识，而且其中有一些是仅见于此书的。如后秦天文学家姜岌诉《浑天论参难》，梁武帝在长春殿召集群臣讨论天文、星象的记载，以及祖恒对姜岌的批评等等。这些论述在《开元占经》之外迄今尚未发现影迹。还有些论述在别的古书中虽也有所记载，但是《开元占经》所录却更为详尽。如对祖恒的《浑天论》、陆绩的《浑天象说》等的记载都较《晋书·天文志》、《隋书·天文志》等所记为详。所以，集中记述宇宙理论的《开元占经》卷一、卷二，乃是研究中国古代宇宙观史的学者所必读之书。

《开元占经》中保存了大量已失传的古代文献资料。据初步统计，《开元占经》中摘录有现已失传的古代天文学和星占学著作共约七十七种，纬书共约八十二种。这些佚书在其他古籍中间或已有记载，但完全不如《开元占经》丰富。如有关纬书，明代曾有一位学者孙珏从许多唐宋古籍中辑录出一部纬书辑佚集，题为《古微书》。然而，自《开元占经》重新发现后，清朝人所辑的《玉函山房辑佚书》等所辑纬书篇幅超出了《古微书》好几倍。至于天文学和星占学的著作，则还没有人全面重新辑佚过。此外，《开元占经》中还摘有若干现已佚失的经学、史学和兵家著作。总之，可以说，《开元占经》作为保存古代文献的著作来说，称得上是一座宝库。

7。世界上最早的天文学著作——《甘石星经》

中国是天文学发展最早的国家之一。由于农业生产和制定历法的需要，中国的祖先很早就开始观测天象，并用以定方位、定时间、定季节。春秋战国时期，楚国人甘德和魏国人石申各自在其本国进行天文观测，在长期观测天象的基础上，甘德和石申各写出了一部天文学著作。甘德的著作名为《天文星占》，石申的著作名为《天文》，都是八卷。汉朝时，这两部著作还是各自刊行的。后人把这两部著作合并，并定名为《甘石星经》。

石申对天空中的恒星作了长期细致的观测，他和甘德都建立了各不相同的全天恒星区划命名系统。其方法是依法给出某星官的名称与星数，再指出该星官与另一星官的相对集团，从而对全天恒星的分布位置等予以定性的描述。三国时陈卓总结甘德、石申和巫咸三家的星位图表，得到中国古代经典的283星官1464星的星官系统，其中属甘氏星官者146座（包括28星宿在内）。由此可见甘德在全天恒星区划命名方面的工作对后世产生的巨大影响。有迹象表明，甘德还曾对若乾恒星的位置进行过定量的测量，可惜其成果后来大多散佚了。

石申对行星运动的研究，也取得了划时代的成就。尤其对金、木、水、火、土五星的运行，独到发现。石申推算出木星的回合周期为400天整，比准确数值398。88天差1。12天；他还认识到木星运动有快有慢，经常偏离黄道南北，代表了战国时代木星研究的先进水平。另外，石申还推算出水星的回合周期是136日，比实际数值115日误差了21日，这个误差虽大，但石氏已初步认识了水星运动的状态和见伏行程的四个阶段，说明石申巳基本掌握了水星的运行规律。石申还首先发现了火星的逆行现象，推算出火星行度周期为410度780日，接近于实际日期。

后人把甘德和石申夫测定恒星的记录称之为《甘石星表》（又称《甘石星经》）。《甘石星经》是世界上最早的恒星表，比希腊天文学家伊巴谷在公元前二世纪测编的欧洲第一个恒星表还早约200年。《甘石星经》在宋代就失传了，但在唐代的《开元占经》中还保存着一些片断，南宋晁公武的《郡斋读书志》的书目中保存了它的梗概。

《甘石星经》是我国、也是世界上最早的一部天文学著作，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》中的数据，因此，《甘石星经》在我国和世界天文学史上都占有重要地位。石氏星表是古代天体测量工作的基础，因为测量日月星辰的位置和运动，都要用到其中二十八宿距度（本宿距星和下宿距星之间的赤经差叫距度）的数据，这是中国天文历法中一项重要的基本数据。

8。自动化的天文台——水仪象台

苏颂（1020～1101），字子容，厦门同安人，北宋天文学家、药物学家。

苏颂出生在一个书香仕宦之家，他的祖父、伯父、堂叔、兄长都是宋朝的进士，他的父亲苏绅担任过大理寺丞、尚书员外郎、直史馆、翰林学士等官职。在如此的家庭环境下，苏颂自幼便勤奋好学、博览群书，22岁那年便与王安石同榜中了进士。从那时开始，苏颂步入仕途，从地方到中央，担任了一系列重要的官职，最后位及宰相，为官50多年，政绩颇丰。

实际上，苏颂在处理宋朝政府事务时，已经显示出作为一个科学家严谨治学的行事风格。苏颂曾在宋朝的文史馆和集贤院任职九年。工作的便利，让他每天能接触到皇家收藏的许多重要典籍和资料，其中有不少是稀世珍本。苏颂对这些资料很感兴趣，每天背诵两千字文章，回家后再将它默写记录保存下来。经过长期的积累，苏颂的学识变得更加渊博。在这九年里，苏颂还与掌禹锡、林亿等编辑补注了《惠佑补注神农本草》，校正出版了《急备千金方》等书。又主持编著了《本草图经》21卷。明代著名医学大师李时珍对《本草图经》的科学价值亦予以极高的评价。