?天學體系的標志：理論、儀器、歷法
●中國古代的宇宙理論
人類生活在地球上，面對著浩瀚的天空，從那遙遠的古代，就對關(guān)于宇宙的一些問題產(chǎn)生了興趣。隨著天文觀測資料的積累和思維的發(fā)展，人們對于宇宙的本原、天體的演化、宇宙的結(jié)構(gòu)、宇宙是有限還是無限等等宇宙理論問題，作了種種推測，在我國古代留下了十分豐富的遺產(chǎn)。本文僅就其中若干精辟的見解和它們的發(fā)展情況略作介紹。
關(guān)于宇宙本原和天體演化思想
宇宙萬物是物質(zhì)的、運動的、發(fā)展的觀點，在我國古代產(chǎn)生得很早。戰(zhàn)國時期屈原（約前340－前278）、莊周（約前369－前286）等人的著作所記述的古代口耳相傳的神話、傳說，都明白無誤地反映了古代人們的如下看法：天和地是從一種朦朧不分、渾渾噩噩、深沉幽暗的“渾沌”狀況中誕生出來的。也就是說，現(xiàn)存世界是通過長時間的歷史過程發(fā)展而來的觀點，在遙遠古代人們的心目中是不言而喻的。那時，對這一團“渾沌”究竟是些什么東西，還沒有具體的說明。到西周末年（公元前八世紀），史伯就有過“以土與金、木、水、火雜以成百物”（《國語·鄭語》）的說法，把金、木、水、火、土五種元素（其中又以土為主）看成是萬物的本原。后來，有人認為水才是最基本的元素?！豆茏印に仄分赋觯骸八吆我?？萬物之本原也，諸生之宗室也?！边@是把水作為包括生物界在內(nèi)的萬物的本原。顯然，用幾種或一種人們所熟知的物質(zhì)去說明豐富多彩的物質(zhì)世界的嘗試，是人們對宇宙本原的認識的重大進步，但是由于物質(zhì)世界的復(fù)雜性和多樣性，這種嘗試遇到了種種困難。于是，戰(zhàn)國中期的宋钘、尹文進一步提出了新的見解，他們指出：“凡物之精，比則為生。下生五谷，上為列星，流于天地之間，謂之鬼神，藏于胸中，謂之圣人，是故名氣?！保ā豆茏印?nèi)業(yè)篇》）這就是后世得到充分發(fā)展的元氣學說的早期論述。它以比較抽象的形態(tài)出現(xiàn)的、物質(zhì)性的“氣”作為宇宙萬物的本原，為物質(zhì)世界的復(fù)雜性和多樣性提供了比較合理的、比較科學的解釋。也就在春秋戰(zhàn)國時期，還產(chǎn)生了天地都在不斷地運動發(fā)展的觀點。《管子·侈靡篇》指出：“天地不可留，故動，化故從新?！本褪钦f天地都處在不停的運動中，正因為這種無休止的運動，促成了宇宙萬物的新陳代謝，生生不息。這一觀點和樸素唯物主義的元氣學說連同古老的天地是從渾沌中產(chǎn)生的思想的有機結(jié)合，便是我國古代天體演化思想的精髓。
在戰(zhàn)國時期，人們已經(jīng)在探索通過什么樣的機制從渾沌中生成天地的問題?！端貑枴り庩枒?yīng)象大論》中，曾經(jīng)提到“清陽為天，濁陰為地”的思想，這里明確地把下面兩個觀念應(yīng)用到天地生成說中：一是把陰、陽兩種不同屬性的物質(zhì)的矛盾斗爭引進天地分離的過程之中；二是以人所共知的輕清的物體上升、重濁的物體下沉的現(xiàn)象，說明天地分離的原因。這種樸素的、直觀的天地生成說，成了我國古代傳統(tǒng)的觀點。
西漢早期的《淮南子·天文訓(xùn)》繼承并發(fā)揮了這一思想。它明確地指出：天地生成過程中，元氣中的“清陽者”上升形成為天，“重濁者”向下凝聚為地。它又認為天地日月星辰都是從元氣派生出來的，是元氣在它發(fā)展的各個不同階段上的產(chǎn)物，把它們都統(tǒng)一于元氣的運動和發(fā)展之中。而在宇宙本原的問題上，《淮南子·天文訓(xùn)》卻認為元氣是從虛無中產(chǎn)生出來的。
《淮南子·天文訓(xùn)》關(guān)于天地演化的論述，由于得到著名天文學家張衡等人的贊同，在我國古代發(fā)生了很大影響。但是，歷代有許多人提出不少新的創(chuàng)見。唐代柳宗元（773－819）在《天對》中指出：在初始的渾沌狀態(tài)中，只有元氣在運動著、發(fā)展變化著（“龐昧革化，惟元氣存”）。陰、陽和天都是由元氣派生出來的（“合焉者三，一以統(tǒng)同”），由于陰陽二氣運動速度和溫度的不同，兩者既相互對立，又彼此滲透，從而生成了天地（“吁炎吹冷，交錯而功”）。這里，柳宗元不但申明了樸素唯物主義的天地演化思想，而且注意到陰陽二氣運動的不同速度和溫度對天地生成過程中所起的作用。柳宗元在《非國語·三川震》中還進一步指出：在無限的宇宙中，矛盾變化是無窮的。陰陽二氣時而會合，時而分離；有時互相吸引，有時互相排斥；就像旋轉(zhuǎn)著的車輪或機械，時刻不停（“天地之無倪，陰陽之無窮，以澒洞轇轕乎其中，或會或離，或吸或吹，如輪如機”）。這就把會合和分離、吸引和排斥這些兩極對立的概念引入天地生成的動因中去了。
宋代的朱熹（1130－1200），在描述以地球為中心的天地生成過程的時候指出：“天地初間，只是陰陽二氣。這個氣運行，磨來磨去，磨得急了，便拶許多渣滓，里面無處出，便結(jié)個地在中央。氣之清者便為天，為日月，為星辰，只在外常周環(huán)運轉(zhuǎn)。地便只在中央不動，不是在下?！保ā吨熳尤珪肪硭氖牛┻@里描述了一個處于不停頓的旋轉(zhuǎn)運動中的、由陰陽二氣組成的龐大氣團，由于摩擦、碰撞和離心力的作用，在它中央結(jié)成地球，在地球周圍形成天和日月星辰的情景。這實際上也為渾天說作了思辨性的理論說明。
天地日月星辰既然是一種生成的東西，那么它們也必然會有終結(jié)，這種思想在我國古代也有過精辟的論述。東晉的張湛在今傳本的《列子·天瑞篇》①中，記述長廬子的話說，“夫天地，空中之一細物”，于是“天地不得不壞，則會歸于壞”的。元代的《瑯環(huán)記》也論及這一思想，它以問答的形式說道：“天地毀乎？曰：天地亦物也，若物有毀，則天地焉獨不毀乎？曰：既有毀也，何當復(fù)成？曰：人亡于此，焉知不生于彼也？天地毀于此，焉知不成于彼也？”他們都從天地是“物”這一基本點出發(fā)，得出有朝一日天地終要毀壞的結(jié)論，而后者比前者的進步之點在于：它明確指出天地的毀壞并不等于歸于虛無，而一定要在別的處所生出新的天地來。宋代的張載（1020－1077）早在他的《正蒙·太和篇》中表述過這一思想。他指出“氣有聚散，并無生滅”，“太虛不能無氣，氣不能不聚而為萬物，萬物不能不散而為太虛，循是出入，是皆不得已而然也?！边@就從更大的規(guī)模上，更概括地闡述了宇宙萬物生生不息的圖景，也就論述了由氣聚為萬物，萬物以氣的形式散入太虛，并且往復(fù)無窮的必然性。
當然，在古代的歷史條件下，不可能對天體的演化進行具體的論證，這些思想都還是樸素的、思辨性的認識，但是在當時世界上卻是十分先進的。
關(guān)于宇宙的結(jié)構(gòu)和地動說
關(guān)于宇宙的結(jié)構(gòu)，在我國古代主要有蓋天、渾天和宣夜三種學說。
蓋天說認為“天圓如張蓋，地方如棋局”，以后又發(fā)展為“天似蓋笠，地法覆槃”（《晉書·天文志》），認為大地是方形或中央隆起的覆盤似的實體，在它上面罩著半圓形的天穹。這一學說大約起于周代，而到漢代趨于衰落。
春秋戰(zhàn)國時期，蓋天說的正確性已為人們所懷疑，并開始萌發(fā)了渾天說的思想：春秋時期的鄧析（前545－前501）就提出了“天地比”（《荀子·不茍篇》）的命題，認為天和地不存在截然的高低之分。到戰(zhàn)國時期，慎到（約前395－約前315）指出：“天體如彈丸，其勢斜倚”（《慎子》），明確地建立了球形的天的概念；惠施（約前370－約前310）在他的一些論辯中也隱約提出了大地是球形的觀念；《素問·五運行大論》還提供了大地是靠“大氣”的作用懸浮于空中的思想。這些都為渾天說在漢代的形成準備了條件。
東漢張衡的《渾天儀注》對渾天說作了如下的發(fā)展和概括：“渾天如雞子，天體圓如彈丸，地如雞中黃，孤居于內(nèi)，天大而地小。天表里有水，天之包地，猶殼之裹黃。天地各乘氣而立，載水而浮?！边@里，最重要的發(fā)展是關(guān)于天是球形的論述和大地是球形的比喻，但這種地球觀是很不完備的，而關(guān)于“天表里有水”、天地“載水而浮”等觀念，是它的嚴重缺欠。東漢以后，這一觀念漸被地在氣中、因氣的運動而懸于空間等思想所替代，使渾天說趨于成熟?？偟恼f來，渾天說是一種以大地為中心、有一個渾圓的天殼繞它旋轉(zhuǎn)的宇宙結(jié)構(gòu)模式。它同古希臘托勒玫的地心說有不少相似之處，只是前者不如后者完備。它是以對天象的直觀觀察作為基礎(chǔ)的，能比較好地解釋一些天體的視運動現(xiàn)象，在歷法中有比較大的實用意義。應(yīng)該說，在古代的條件下，它仍不失為一種有價值的宇宙結(jié)構(gòu)學說。
關(guān)于宣夜說，我們將在下一節(jié)予以評介。這里，我們先來介紹59 我國古代的地動說。
前已敘及，春秋戰(zhàn)國時期產(chǎn)生了天地都在不斷地運動發(fā)展的觀點。人們從不同的角度對它進行過論述。如《素問·五運行大論》說：“歧伯曰：'上者右行，下者左行，左右周天，余而復(fù)會也?！庇倚惺侵笍臇|向西，左行是指從西向東。所以，這是試圖用天右旋、地左轉(zhuǎn)的觀點來說明天體周日視運動的現(xiàn)象。又如，尸佼（約前370-約前310）說：“天左舒而起牽牛，地右辟而起畢昂”（《尸子》）。當時人們認為牽牛是作為一年之始的冬至點所在的星宿，畢昴是夏至點所在，所以，這是想用天（這里實應(yīng)指的是太陽）在恒星間左行、地在恒星間右行的觀點，說明太陽在恒星間作周年視運動的現(xiàn)象。他們用天和地同時作相反方向運動的觀點對周日或周年視運動所作的說明是不盡正確的，但可貴的是，他們都不約而同地引進了地動的觀念，成為后世發(fā)展的重要起點。
到西漢末年，隨著運動相對性原理的闡明，地動說得到了很大的進步?！洞呵锞暋み\斗樞》指出：“地動則見于天象”，就是認為地動可以從有關(guān)天象的變化中反映出來，也就是把有關(guān)天象的變化看作是地動的結(jié)果?！逗訄D·括地象》指出：“地右動起于畢”，這似乎只是尸佼的話的簡單重復(fù)，其實不然，它已經(jīng)屏棄了所謂天動的說法，把太陽在恒星間周年視運動完全歸因于地動的結(jié)果。這些論述都隱含著關(guān)于運動相對性的重要觀念。而對這一觀念作了最精彩的論述的，要算《尚書緯·考靈曜》，它以具體形象的譬喻，“人在大舟中，閉牖而坐，舟行不覺也”，來說明為什么“地恒動不止，而人不知”的道理，為地動說提供了簡明的思辨性說明。有趣的是，哥白尼在論證地球運動的理論時，也曾引用了和它相類似的比喻。
《尚書緯·考靈曜》還用地動的觀點說明太陽在一周年中視高度變化的現(xiàn)象。它指出：“地有四游，冬至地上北而西三萬里，夏至地上南而東三萬里，春秋二分其中矣?！睂@現(xiàn)象的另一種解釋是以太陽本身在運動作為基本點的：冬至時，太陽走到極南，而后沿黃道日漸往北向東游動到黃赤道的交點春分；夏至時，太陽走到極北，此后沿黃道日漸往南向西移動到黃赤道的另一交點秋分?！犊检`曜》正是從運動相對性的原理出發(fā)，認為冬至時地游到極北，而后日漸往南向西游動到“中”點春分；而夏至時地游到極南，此后日漸往北向東游到另一個“中”點秋分。這恰和傳統(tǒng)的說法南北易位，東西反向。雖然《考靈曜》并未講明從春分到夏至、從秋分到冬至地游的情況，但它已明言“地有四游”，所以在這兩個區(qū)間的地游狀況是不言而喻的?？偟恼f來，它和日行黃道的傳統(tǒng)看法相反，似乎隱含著地是沿黃道運動的思想，但終未點明，沒有形成明確的概念。其中關(guān)于“三萬里”的說法是不正確的。不過，它把一周年中太陽視高度的變化看作是“地有四游”的結(jié)果，這一思想是十分明確的，是十分可貴的。
關(guān)于恒星周日視運動和地球自轉(zhuǎn)之間關(guān)系的明確無誤的論述，見于宋代張載的《正蒙·參兩篇》。他指出：“恒星所以為晝夜者，直以地氣乘機左旋于中?！彼褧円菇惶娆F(xiàn)象和恒星自東向西的右旋運動看作是地球自身從西向東左旋的直接結(jié)果。這是我國古代地動說最精辟的論述和最科學的應(yīng)用之一。
地動說在我國古代為不少人所接受。雖然它的論證是思辨性的、初步的，但它比托勒玫的地心說關(guān)于地球在宇宙中心靜止不動的觀點要高明得多。
關(guān)于宇宙無限性的辯證論述
早在戰(zhàn)國時期，關(guān)于宇宙時空無限性的樸素觀點，已經(jīng)為社會上許多人所承認。尸佼曾說過：“四方上下曰宇，往古來今曰宙。”61 （《尸子》）就是說“宇”是指東、南、西、北、上、下六個方向，“宙”包括過去、現(xiàn)在、將來的時間。但是尸佼的定義對時空是否存在界限、開端或終點的問題，沒有作出明確的回答。而和尸佼同一時期出現(xiàn)的《墨經(jīng)》的見解卻進了一步。它認為“宇”包括所有不同的場所（“宇，彌異所也”），“宙”包括所有不同的時代（“久，彌異時也”，這里的“久”同“宙”），這樣，宇宙就包括了所有不同的空間和時間，包含了無限時空的初步認識?！赌?jīng)》還指出，物體在空間移動（“宇域徙”），必定經(jīng)歷一定的空間和時間（“說在長宇久”），并且空間位置的變遷是和時間的流逝緊密地結(jié)合在一起的（“宇徙久”）。這些論述把空間和時間統(tǒng)一于物質(zhì)的運動之中，是時空之間辯證統(tǒng)一關(guān)系的精采論述。也就在戰(zhàn)國時期出現(xiàn)的《莊子·逍遙游》中，記載著關(guān)于空間無限性的明確觀念，認為天是“遠而無所至極”的。在《莊子·齊物篇》里對于時間的無限性問題也有樸素的認識。從尸佼、《墨經(jīng)》、《莊子》的有關(guān)論述可知，戰(zhàn)國時期人們對于宇宙無限性的認識固然是可貴的，但是還處于發(fā)展的初期階段。
關(guān)于空間無限性的思想，到東漢有了重大的發(fā)展。經(jīng)王充（27—約97）、黃憲、郄萌（約公元一到二世紀）、張衡等人的探討，逐步達到了那個時期認識的高峰。王充在《論衡》中認為“天去人高遠，其氣莽蒼無端末”，明確提出了在無限的宇宙空間都有“氣”的存在的思想，這和我們現(xiàn)今所認識的星際空間物質(zhì)的存在有相似之處。黃憲在《天文》中認為日月星辰只是活動在有限空間里的天體，天卻在這有限的空間之外（“天外也，日月內(nèi)也”）。他又認為天也有一個邊界（“外則以太虛為涯”），在這邊界外面是一個虛無的無邊無垠的空間（“同歸于虛，虛則無涯”）。這就把整個宇宙同有一定邊界的天區(qū)別開來。張衡在《靈憲》中也表達了相類似的思想，他認為天有一個橢圓形的邊界，但是張衡并不認為這就是宇宙的邊沿，相反，他認為“宇之表無極，宙之端無窮”，明確地表述了宇宙在空間和時間上都是無窮無盡的思想。然而，張衡給出的天球半徑和日月星辰附麗于天球的看法，卻妨礙人們對宇宙真正無限性的認識。
比張衡稍早的郄萌，繼承了在他以前的宣夜說思想，兼采各家的長處，把無限宇宙的思想提高到一個新的高度。著名的宣夜說，打破了傳統(tǒng)的有形質(zhì)的天的概念。據(jù)《晉書·天文志》引郄萌“記先師相傳”關(guān)于宣夜說的論述：“天了無質(zhì)，仰而瞻之，高遠無極。”還應(yīng)用人們?nèi)粘Ｉ畹弥慕?jīng)驗，論證人眼所及的渾圓藍天并非真有一個渾圓的邊界和蒼蒼的顏色，指出：“眼瞀精絕，故蒼蒼然也。譬之旁望遠道之黃山而皆青，俯察千仞之深谷而窈黑，夫青非真色，而黑非有體也。”宣夜說認為日月星辰的運動“遲疾任情，其無所系著可知矣，若綴附天體，不得爾也?！边@就從對日月星辰運動特性的觀測和研究，進一步論證日月眾星并非附著于“固體”的天球，因為它們各自不同的運動特性是不能用附著于一個“固體”天球來統(tǒng)一解釋的。宣夜說還進一步指出：“日月眾星，自然浮生虛空之中，其行其止皆須氣焉?！边@就從正面提出了日月眾星的運動是由于“氣”的作用的結(jié)果，描述了一幅日月眾星在物質(zhì)的無限空間運動的圖景。這些見解比渾天說和托勒玫的地心說都要高過一籌。
三國時期的楊泉、東晉的張湛、宋代的張載等人，都從各自不同的角度表述了在無限空間里運動著的物質(zhì)普遍存在的思想。楊泉在《物理論》中，重申了“天無體”的思想，并且指出：“夫天，元氣也，皓然而已，無他物焉?！倍靶钦撸獨庵⒁?。”張湛在《列子·天瑞篇》中認為“天積氣耳，無處無氣，若屈伸呼吸，終日在天中行止，”而“日月星宿亦積氣中之有光耀者?！睆堓d在《正蒙·太和63 篇》中也認為“氣塊然太虛，升降飛揚，未嘗止息”。
唐代的柳宗元，對空間無限性問題作了更加精辟的論述，他在《天對》中指出，天沒有青黃赤黑之分，也沒有中心和邊緣，怎么能劃分哪兒是天的邊界呢？（“無青無黃，無赤無黑，無中無旁，烏際乎天則？”）其中關(guān)于天沒有所謂中心的思想，是對空間無限性的十分深刻的見解。
元明時期，人們對宇宙無限性的認識更提高一步，出現(xiàn)了無窮的天體系統(tǒng)的觀念，把空間的有限和無限辯證地統(tǒng)一起來。如元代《瑯環(huán)記》一書中有這樣一段有趣的問答：“人有彼此，天地亦有彼此乎？曰：人物無窮，天地亦無窮也。譬如蛔居人腹，不知是人之外更有人也；人在天地腹，不知天地之外更有天地也。”又如元代的鄧牧（1247—1306）在《伯牙琴·超然觀記》中指出：“天地大也，其在虛空中不過一栗耳。虛空，木也，天地猶果也；虛空，國也，天地猶人也。一木所生，必非一果；一國所生，必非一人。謂天地之外無復(fù)天地，豈通論耶？”他們都以通俗的比喻，闡明了天地之外復(fù)有天地以至于有無窮的天地的思想，天地雖大，它卻如同一蟲、一粟、一果或一人那樣，是有限度的，是渺小的，而整個宇宙空間卻是無 窮的有限空間的總和。明代《豢龍子》一書又在這一無窮的天體系統(tǒng)的思想基礎(chǔ)上，提出了時間有限和無限的辯證的統(tǒng)一觀：“或問天地有始乎？曰：無始也。天地無始乎？曰：有始也。未達。曰：自一元而言，有始也；自元元而言，無始也?！币簿褪钦f，對于某一個具體的天體系統(tǒng)來說，在時間上是有始有終的，但是就由無窮的天體系統(tǒng)組成的宇宙來說，那便是無始無終的了。
我國古代關(guān)于宇宙的理論，凝聚著我國古代勞動人民的聰明才智。科學地總結(jié)這份歷史遺產(chǎn)，將有助于我們發(fā)展在現(xiàn)代科學基礎(chǔ)上的宇宙理論作出貢獻。
●天文科學在先秦時期奠定基礎(chǔ)之后，秦漢時期進入了整個體系的形成時期。這是一個極其重要的時期，是一個轟轟烈烈的大建樹、大收獲時期。
一、天學理論
漢代的天體結(jié)構(gòu)理論，主要有宣夜說、蓋天說、渾天說三家。
1.宣夜說
這是一個很有特色、很有見地的學說。
這個學說的創(chuàng)始人是誰，已經(jīng)不得而知了。傳下這個學說的，是這位創(chuàng)始人的學生棗擔任秘書郎的郄萌。
據(jù)《晉書·天文志》記載，郄萌曾聽他的老師說：天空是一個沒有任何物質(zhì)的空間，高遠得無邊無際。人們眼望上天一片蒼茫，似乎是有顏色的。這就像是很遠處的黃色山巒，可人們遠望時看到的卻是一片蒼翠；又像是俯視千仞的深谷，一片黝黑。但蒼翠與黝黑都并非它們的本色。日月星辰這些天體在無邊無際的天空中自由地飄浮，沒有任何的牽系，一切運動都由“氣”來決定。
這個學說的出色之處，在于闡述了宇宙的無限性，否定了虛構(gòu)“天殼”的存在，這是很了不起的。但它對日月星辰等天體的運行規(guī)律沒有具體的闡述，更沒有可供天文學家們使用的數(shù)學模式。于是，天體的運動就根本無序可言，這個學說也就失去了實用的價值。
所以，盡管這個學說充滿了光彩，但這光彩被它的不足掩蓋了，在當時難為世人賞識。
2.蓋天說
產(chǎn)生于春秋戰(zhàn)國時期的“天圓地方”的蓋天說，后來又有許多的變化。特別是對于“天殼”的形狀，產(chǎn)生了三種不同的說法：一說天如車蓋；一說天形如笠；一說天如倚車蓋。但這些都是次要的，關(guān)鍵是完善了一整套的數(shù)學模式。
蓋天說的數(shù)學模式記載在《周髀算經(jīng)》一書中，它描述的太陽運動軌跡，集中體現(xiàn)為七衡六間圖。
蓋天說的天體結(jié)構(gòu)與數(shù)學模式，其實并不怎么樣。它只是早期的一個學說，盡管漢代還有人為之修修補補，但畢竟已經(jīng)衰落了。特別是西漢末年著名學者揚雄提出了難蓋天八事以后，信從蓋天說的人就更少了。
3.渾天說
種種的跡象顯示，渾天說也應(yīng)該是一種較早的學說。漢代是渾天說迅速崛起并取得主導(dǎo)地位的時代。在這個時代里，主張渾天說的人和文獻很多，但現(xiàn)在能流傳下來的卻已經(jīng)很少。學術(shù)界公推的代表說法，是張衡的《渾天儀圖注》。雖然這本書是否真是張衡所作還有爭議，但書中所闡述的確實可以作為漢代渾天說的代表性見解。
《渾天儀圖注》中所說的渾天說是這樣一派景象：
宇宙就像一個雞蛋，天殼渾圓而包裹在外，大地如同蛋黃而在這內(nèi)中，天大而地小。天與地都浮在水上。天憑著氣而不墜落，地浮在水上而不墜落。
這是一個早期的渾天說，到了后來，又有學者把天殼內(nèi)半是氣半是水改為全是氣，形成了晚期的渾天說。
渾天說在天文學界受人注目的是它的數(shù)學模式：
周天365□度，大地182□度浮在水上，182□度沉于水下。北極高出地36度，南極入地36度。赤道是與極軸垂直，橫截天球為兩半，黃、赤道的交角為24度。黃道上的夏至點去極67□度，冬至點去極115□度。這些數(shù)值與現(xiàn)代的準確值非常接近(現(xiàn)代周天度數(shù)為360度，兩相折算，各項數(shù)值都與現(xiàn)代值極其接近)，這就使渾天說在古代確立起了獨尊的地位。
無論是宣夜說、蓋天說，還是渾天說，從本質(zhì)上來說都是思辨性的，而不是實證性的，這是由于古代時期的客觀條件所決定的。但就在這思辨之中，依然體現(xiàn)出了古代學者們的實際觀測成果與高度智慧的思辨能力。
二、渾天儀器
漢代天文科學的豐碩成果，既得益于天文儀器的進步，同時也包含這些天文儀器在內(nèi)。
西漢初年，為了制訂太初歷，由落下閎對原有的渾天儀作了改進，并用它重新測量了二十八宿的距度。
漢宣帝時，耿壽昌創(chuàng)制出了第一架渾象儀器。
東漢永元四年(公元92年)，民間天文學家傅安在傳統(tǒng)的渾儀上增加了一道黃道環(huán)。這一改進引起了著名學者賈逵的重視，他在永元十五年(公元103年)主持制造渾儀時，吸取了這個成果，并特地命名為“太史黃道銅儀”。這時期天文儀器制造的最高峰，是張衡所制的水運渾象。
這些天文儀器，可分為渾儀與渾象兩類。
1.渾儀
渾儀是根據(jù)渾天說理論制造的、用于觀測天體的儀器。最基本的渾儀，具有固定不動的赤道環(huán)與能繞極軸旋轉(zhuǎn)的赤徑環(huán)(因為能繞極軸旋轉(zhuǎn)，故習慣稱之為“四游環(huán)”)，赤徑環(huán)上裝置有窺管。
使用時，先將渾儀的赤道環(huán)的位置與大地的赤道圈對準，然后再將窺管對準所要觀測的天體，在赤道環(huán)上就能讀出具體的數(shù)值(古代中國習慣使用“去極度”、“入宿度”為基本數(shù)值)。
以赤道環(huán)為觀測的基準，是建立在古代中國天文科學以赤道坐標為基準坐標的基礎(chǔ)之上的(參見第一章第四部分)。但中國古代天文科學并不排斥其他坐標體系，所以后來會增加黃道環(huán)、白道環(huán)、地平環(huán)、子午環(huán)以及二分二至環(huán)、百刻環(huán)等。每增加一道環(huán)，就能使一次觀測多讀出一個數(shù)值，也就使觀測的精度更加提高。
2.渾象
渾象是一種表演天體視運動狀態(tài)的儀器，也就是現(xiàn)代天球儀的鼻祖。
渾象的主體是一個象征天球的圓球體，上面繪(或刻)有赤道、黃道圈與日、月、星辰等天體。
渾象能使人們無論白天還是黑夜，都能很直觀、很形象地了解當時的天象，有利于人們學習、探究、掌握天體知識。
張衡在耿壽昌發(fā)明的渾象基礎(chǔ)上，制造出了更為先進的水運渾象。它的主體是一個直徑約5尺(約當今120厘米不到一點)的空心銅球，上面畫有黃、赤道與二十八宿及其他星官。緊附球體的，是地平圈與子午圈。整個天球一半在地平圈上，一半在地平圈下，可以繞天軸轉(zhuǎn)動，正表現(xiàn)了所能看到的天象實況。整個渾象還與一套水力推動裝置相連接，利用漏壺滴水的動力與漏壺的計時性，使渾象能夠與晝夜時刻的變化相同步，使渾象所演示的與實際的天象相一致。
這是一個了不起的創(chuàng)造發(fā)明。從淺近處說，水運渾象能夠形象地演示天象的實際變化，使渾天說得到普及推廣，而從長遠處說，對于整個天文學事業(yè)的發(fā)展，對于后來發(fā)明機械計時裝置，都有著重要的意義。
天文儀器的進步，特別是渾儀的改進，最先受益的恐怕是天象的觀測與記錄。
漢代對日、月、五星的觀測精度都有不同的提高，內(nèi)容也有不斷的擴充。如對日食的觀測，不僅有了具體的日期，而且對食分、方位、虧起方向、初虧、復(fù)圓時刻等等都注意到了。又如對太陽黑子的觀測，對其出現(xiàn)的時間、形象、大小、位置等等有了明確的記錄。其他如新星與超新星、極光等也都是從漢代開始有了詳實記錄。
如果要說漢代是古代中國系統(tǒng)觀測、記錄天象的起始時期，那是絕對不錯的。
漢代以前，古代中國的先人們也有天象觀測與記錄，但由于種種條件的局限與客觀因素的影響，一方面當時的觀測在系統(tǒng)性上確實還不夠，另一方面一些觀測的記錄也未能完善地保存下來。
而從漢代開始，一方面朝代的沿革較為正常了，歷朝對天象觀測也較為正規(guī)，另一方面從漢朝起開始有了正史，成為古代時期保存天象資料最主要的文獻。
這也是天文學體系在漢代形成的重要內(nèi)容之一。
三、歷法體系
秦王朝使用的是顓頊歷，它是“古六歷”之一，秦王朝統(tǒng)一中國以后成為了全國通用的歷法，但終究因為沒有完整地保存下來，所以后人對它知之甚少。
現(xiàn)在人們能夠知道顓頊歷的情況，只因在唐代的《開元占經(jīng)》中略略保存了一些基本數(shù)據(jù)，如歲實、朔策、章蔀紀元、歷元等等。
顓頊歷一直使用到漢代初年，那是由于漢初的天下剛剛奪下，還來不及改制新歷。直到漢武帝時期，改歷才被提上了議事日程。公元前104年，躊躇滿志的漢武帝下令由公孫卿、壺遂、司馬遷等“議造漢歷”，同時征召了當時著名的民間天文學家與占星家共二十余人參加具體的工作。在經(jīng)過一番緊張的工作之后，一共提出了18種草案。經(jīng)過集體的討論、考辨、比較，最終采用了鄧平的方案，于是漢代的第一部歷法就此誕生了，這就是我國第一部由國家組織制訂的歷法棗太初歷。
好事常多磨，這部歷法的原文早已失傳了，幸好西漢末年劉歆用這部歷法中的主要數(shù)據(jù)改制成三統(tǒng)歷(現(xiàn)保存于《漢書·律歷志》中)，后人還能基本了解到太初歷的情況。
在三統(tǒng)歷中，開始有了氣朔、閏法、交食與五星周期等內(nèi)容。它將沒有中氣的月份定為閏月，在135個朔望月中設(shè)23個食季。這些很可能就是太初歷的內(nèi)容。
東漢章帝元和二年(公元85年)，太初歷被廢止，推出了由賈逵、李梵、編訢等人編制的四分歷。所以命名為四分歷，是因為歲實、朔策這兩個最基本的常數(shù)與戰(zhàn)國時期的四分歷完全一致。
整個兩漢時期的歷法，成就最高的是東漢末年劉洪編制的乾象歷。乾象歷初成于東漢靈帝光和年間(公元178?83)，終定于東漢獻帝建安十一年(公元206年)。但這部歷法在東漢時沒有能被采用，直到吳黃武二年(公元223年)才被正式頒布使用。
在古代中國的歷法史上，乾象歷被認為是一部具有劃時代意義的歷法。這種劃時代的意義，主要體現(xiàn)在：
乾象歷是我國天文學史上第一部具有月行遲疾(即月球運動不均勻性)內(nèi)容的歷法；
乾象歷第一次明確提出了“交點月”的概念(即月亮從白道與黃道的一個交點運行一周后回到原交點所需的時間)，并給出了一個相當精確的數(shù)值27.55336(現(xiàn)代精確值為27.55455)；
乾象歷縮小了回歸年的斗分值，即將一年365□日的值提升為365.246179日，更趨精確；
乾象歷提出了“食限”的概念，使對日食發(fā)生率的判斷更為精確；
乾象歷還創(chuàng)造了“月行三道術(shù)”、更為精確的五星推算法……
至此，就可以知道乾象歷何以被稱為具有劃時代意義的歷法了！
太初歷誕生的那一刻起，宣告了中國天文學史上的一件至為關(guān)鍵的要事：古代中國歷法體系就此形成了！
眾所周知，古代中國的歷法是一種陰陽合歷，即以太陽的運行定年，以月亮的運行定月，為了使年、月兩者的日期相合，用設(shè)置閏月的辦法來解決。但這實際上并不是古代中國歷法獨有的特點，因為世界上的歷法大多是陰陽合歷。
也有的人認為二十四節(jié)氣是古代中國歷法的特點，這確實有一定的道理。二十四節(jié)氣的確是古代中國的獨特創(chuàng)造，它源起于上古時代，最終完成于漢初。二十四節(jié)氣的實質(zhì)是分得更細的陽歷月，因為陰歷月對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的適時性不利，所以就有了二十四節(jié)氣。但二十四節(jié)氣只是歷法的具體內(nèi)容，不能算是歷法的體系特點。
那么，古代中國國家歷法體系的特點是什么呢？如果您能看一下那些正史上所載的歷法，很快會發(fā)現(xiàn)：不是專業(yè)人員就絕對看不懂。原來，古代中國的國家歷法，實際上都是天文歷而不是普通的民用歷。
在這些歷法中，有的是一系列的天文學專用數(shù)據(jù)。如果您是一位內(nèi)行人員，就能看出這些數(shù)據(jù)的價值如何，而且能運用這些數(shù)據(jù)計算出所需的答案。如，您想知道什么時候會發(fā)生日食嗎？那就只能根據(jù)歷法提供的有關(guān)數(shù)據(jù)，還要懂得有關(guān)的計算方法與公式，如此一般，才能計算出結(jié)果來。而如果您不是內(nèi)行人員，也就什么都得不到了。
這就是古代中國國家歷法體系的特點。
而這種體系在太初歷問世時就已開始形成了。
●中國古代天文學的輝煌成就
中國是世界上天文學起步最早、發(fā)展最快的國家之一，天文學也是我國古代最發(fā)達的四門自然科學之一，其他包括農(nóng)學、醫(yī)學和數(shù)學，天文學方面屢有革新的優(yōu)良歷法、令人驚羨的發(fā)明創(chuàng)造、卓有見識的宇宙觀等，在世界天文學發(fā)展史上，無不占據(jù)重要的地位。
我國古代天文學從原始社會就開始萌芽了。公元前24世紀的帝堯時代，就設(shè)立了專職的天文官，專門從事“觀象授時”。早在仰韶文化時期，人們就描繪了光芒四射的太陽形象，進而對太陽上的變化也屢有記載，描繪出太陽邊緣有大小如同彈丸、成傾斜形狀的太陽黑子。
公元16世紀前，天文學在歐洲的發(fā)展一直很緩慢，在從2世紀到16世紀的1000多年中，更是幾乎處于停滯狀態(tài)。在此期間，我國天文學得到了穩(wěn)步的發(fā)展，取得了輝煌的成就。我國古代天文學的成就大體可歸納為三個方面，即：天象觀察、儀器制作和編訂歷法。
我國最早的天象觀察，可以追溯到好幾千年以前。無論是對太陽、月亮、行星、彗星、新星、恒星，以及日食和月食、太陽黑子、日珥、流星雨等罕見天象，都有著悠久而豐富的記載，觀察仔細、記錄精確、描述詳盡、其水平之高，達到使今人驚訝的程度，這些記載至今仍具有很高的科學價值。在我國河南安陽出土的殷墟甲骨文中，已有豐富的天文象現(xiàn)的記載。這表明遠在公元前14世紀時，我們祖先的天文學已很發(fā)達了。舉世公認，我國有世界上最早最完整的天象記載。我國是歐洲文藝復(fù)興以前天文現(xiàn)象最精確的觀測者和記錄的最好保存者。
我國古代在創(chuàng)制天文儀器方面，也做出了杰出的貢獻，創(chuàng)造性地設(shè)計和制造了許多種精巧的觀察和測量儀器。我國最古老、最簡單的天文儀器是土圭，也叫圭表。它是用來度量日影長短的，它最初是從什么時候開始有的，已無從考證。
此外，西漢的落下閎改制了渾儀，這種我國古代測量天體位置的主要儀器，幾乎歷代都有改進。東漢的張衡創(chuàng)制了世界上第一架利用水利作為動力的渾象。元代的郭守敬先后創(chuàng)制和改進了10多種天文儀器，如簡儀、高表、仰儀等。
世界天文史學界公認，我國對哈雷彗星觀測記錄久遠、詳盡，無哪個國家可比。我國公元前240年的彗星記載，被認為是世界上最早的哈雷彗星記錄從那時起到1986年，哈雷彗星共回歸了30次，我國都有記錄。1973年，我國考古工作者在湖南長沙馬王堆的一座漢朝古墓內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一幅精致的彗星圖，圖上除彗星之外，還繪有云、氣、月掩星和恒星。天文史學家對這幅古圖做了考釋研究后，稱之為《天文氣象雜占》，認為這是迄今發(fā)現(xiàn)的世界上最古老的彗星圖。早在2000多年前的先秦時期，我們的祖先就已經(jīng)對各種形態(tài)的彗星進行了認真的觀測，不僅畫出了三尾彗、四尾彗，還似乎窺視到今天用大望遠鏡也很難見到的彗核，這足以說明中國古代的天象觀測是何等的精細入微。
古人勤奮觀察日月星辰的位置及其變化，主要目的是通過觀察這類天象，掌握他們的規(guī)律性，用來確定四季，編制歷法，為生產(chǎn)和生活服務(wù)。我國古代歷法不僅包括節(jié)氣的推算、每月的日數(shù)的分配、月和閏月的安排等，還包括許多天文學的內(nèi)容，如日月食發(fā)生時刻和可見情況的計算和預(yù)報，五大行星位置的推算和預(yù)報等。一方面說明我國古代對天文學和天文現(xiàn)象的重視，同時，這類天文現(xiàn)象也是用來驗證歷法準確性的重要手段之一。測定回歸年的長度是歷法的基礎(chǔ)。我國古代歷法特別重視冬至這個節(jié)氣，準確測定連續(xù)兩次冬至的時刻，它們之間的時間間隔，就是一個回歸年。
根據(jù)觀測結(jié)果，我國古代上百次地改進了歷法。郭守敬于公元1280年編訂的《授時歷》來說，通過三年多的兩百次測量，經(jīng)過計算，采用365.2425日作為一個回歸年的長度。這個數(shù)值與現(xiàn)今世界上通用的公歷值相同，而在六七百年前，郭守敬能夠測算得那么精密，實在是很了不起，比歐洲的格里高列歷早了300年。
我國的祖先還生活在茹毛飲血的時代時，就已經(jīng)懂得按照大自然安排的“作息時間表”，“日出而作，日入而息”。太陽周而復(fù)始的東升西落運動，使人類形成了最基本的時間概念——“日”，產(chǎn)生了“天”這個最基本的時間單位。大約在商代，古人已經(jīng)有了黎明、清晨、中午、午后、下午、黃昏和夜晚這種粗略劃分一天的時間概念。計時儀器漏壺發(fā)明后，人們通常采用將一天的時間劃分為一百刻的做法，夏至前后，“晝長六十刻，夜短四十刻”；冬至前后，“晝短四十刻，夜長六十科”；春分、秋分前后，則晝夜各五十刻。盡管白天、黑夜的長短不一樣，但晝夜的總長是不變的，都是每天一百刻。
包括天文學在內(nèi)的現(xiàn)代自然科學的極大發(fā)展，最早是從歐洲的文藝復(fù)興時期開始的。文藝復(fù)興時期大致從14世紀到16世紀，大體相當于我國明初到萬歷年間。我國天文史學家認為，這200年間，我國天文學的主要進展至少可以列舉以下幾項：翻譯阿拉伯和歐洲的天文學事記；從公元1405-1432年的20多年間，鄭和率領(lǐng)艦隊幾次出國，船只在遠洋航行中利用“牽星術(shù)”定向定位，為發(fā)展航海天文學做出了貢獻；對一些特殊天象做了比較仔細的觀察，譬如，1572年的“閣道客星”和1604年的“尾分客星”，這是兩顆難得的超新星。
我國古代觀測天象的臺址名稱很多，如靈臺、瞻星臺、司天臺、觀星臺和觀象臺等。現(xiàn)今保存最完好的就是河南登封觀星臺和北京古觀象臺。
我國還有不少太陽黑子記錄，如公元前約140年成書的《淮南子》中說：“日中有踆烏。”公元前165年的一次記載中說：“日中有王字?！睉?zhàn)國時期的一次記錄描述為“日中有立人之像”。更早的觀察和記錄，可以上溯到甲骨文字中有關(guān)太陽黑子的記載，離現(xiàn)在已有3000多年。從公元前28年到明代末年的1600多年當中，我國共有100多次翔實可靠的太陽黑子記錄，這些記錄不僅有確切日期，而且對黑子的形狀、大小、位置乃至分裂、變化等，也都有很詳細和認真的描述。這是我國和世界人民一份十分寶貴的科學遺產(chǎn)，對研究太陽物理和太陽的活動規(guī)律，以及地球上的氣候變遷等，是極為珍貴的歷史資料，有著重要的參考價值。
世界天文史學界公認，我國對哈雷彗星觀測記錄久遠、詳盡，無哪個國家可比。《史記·秦始皇本紀》記載的秦始皇七年（公元前240年）的彗星，各國學者認為這是世界上最早的哈雷彗星記錄。從那時起到1986年，哈雷彗星共回歸了30次，我國史籍和地方志中都有記錄。實際上，我國還有更早的哈雷彗星記錄。我國已故著名天文學家張鈺哲在晚年考證了《淮南子·兵略訓(xùn)》中“武王伐紂，東面而迎歲，……彗星出而授殷人其柄”這段文字，認為當時出現(xiàn)的這顆彗星也是哈雷彗星。他計算了近四千年哈雷彗星的軌道，并從其他相互印證的史料中肯定了武五伐紂的確切年代應(yīng)為公元前1056年，這樣又把我國哈雷彗星的最早記錄的年代往前推了800多年。
我國古代對著名的流星雨，如天琴座、英仙座、獅子座等流星雨，各有好多次記錄，光是天琴座流星雨至少就有10次，英仙座的至少也有12次。獅子座流星雨由于1833年的盛大“表演”而特別出名。從公元902～1833年，我國以及歐洲和阿拉伯等國家，總共記錄了13次獅子座流星雨的出現(xiàn)，其中我國占7次，最早的一次是在公元931年10月21日，是世界上的第二次紀事。從公元前7世紀算起，我國古代至少有180次以上的這類流星雨紀事。
●赤道經(jīng)緯儀——古天文觀測儀器
赤道經(jīng)緯儀是清朝制造的八件大型銅鑄天文儀器之一，也是我國重要的古天文觀測儀器。1673年制成，重達2720千克，至今仍完好地保存在北京古觀象臺的觀測平臺上。
整個觀測部分由三個大環(huán)和一根軸承組成。最外面的大環(huán)叫做“子午環(huán)”，呈正南北方向豎立著，兩面有刻度盤。中間的圓環(huán)呈南高北低，與天赤道平行，因此，叫做“赤道環(huán)”。環(huán)面上均勻地刻有24個大格，代表24小時，每個大格再分成4個小格，代表15分鐘， 在赤道環(huán)面的中心垂直地豎立著一根軸承，叫做“極軸”，與子午環(huán)相連，朝上的一點指向北天極，朝下的一點指向南天極，并由南極伸出的兩個象限弧支撐著。里面的圓環(huán)叫做“赤經(jīng)環(huán)”，還可以繞極軸旋轉(zhuǎn)。
整個觀測部分鑲嵌在一個半圓云座內(nèi)，由一條南北正立、昂首修尾的蒼龍托起，龍的四只利爪分別抓住下面十字交梁的一端，每端都裝有調(diào)整儀器水平的螺栓。該儀器主要用于測量恒星以及太陽、月球、行星等天體的位置。
●地平經(jīng)儀——天文觀測儀器
地平經(jīng)儀是我國古代的一種天文觀測儀器。重量達到811千克，公元1673年（清康熙十二年）制成， 現(xiàn)存于北京古觀象臺。
地平經(jīng)儀主要用于測量天體的地平方位角。其底座是副十字交梁，交梁上有三條屈身直立的蒼龍和一條銅柱，作為四個柱腳托著一個直徑兩米多的大銅圈，銅圈平行于地平面，叫做“地平圈”。圈面按東西和南北正相交成兩條直線，將地平圈分割成東南、西南、西北和東北四個方位，以正南和正北為零度，分別向東、西刻劃度數(shù)。在正東和正西兩點各豎一柱，兩條升龍盤柱而上，大約在一米半處相向合攏，在中心部分兩龍各伸出一爪，友好地捧著火球。再從地平圈中心垂直地豎起一根正方形的空心立表，并且和火球相連，立表上指天頂，下連底座中心的固定立柱。在立表的下端有一根橫表，平躺在地平圈上，可以帶動立表旋轉(zhuǎn)，橫表的兩端各有一根直線和立表頂端相連。
實際觀測時，轉(zhuǎn)動橫表，將待測星置于立表的空心處，與橫表兩端的直線構(gòu)成同一平面時，就可以從橫表所指的刻度盤上讀出待測天體的方位角。
●計量時間的儀器 沙漏
沙漏又稱“沙鐘”，是我國古代一種計量時間的儀器。沙漏的制造原理與漏刻大體相同，它是根據(jù)流沙從一個容器漏到另一個容器的數(shù)量來計量時間。這種采用流沙代替水的方法，是因為我國北方冬天空氣寒冷，水容易結(jié)冰的緣故。
最著名的沙漏是1360年詹希元創(chuàng)制的“五輪沙漏”。流沙從漏斗形的沙池流到初輪邊上的沙斗里，驅(qū)動初輪，從而帶動各級機械齒輪旋轉(zhuǎn)。最后一級齒輪帶動在水平面上旋轉(zhuǎn)的中輪，中輪的軸心上有一根指針，指針則在一個有刻線的儀器圓盤上轉(zhuǎn)動，以此顯示時刻，這種顯示方法幾乎與現(xiàn)代時鐘的表面結(jié)構(gòu)完全相同。此外，詹希元還巧妙地在中輪上添加了一個機械撥動裝置，以提醒兩個站在五輪沙漏上擊鼓報時的木人。每到整點或一刻，兩個木人便會自行出來，擊鼓報告時刻。這種沙漏脫離了輔助的天文儀器，已經(jīng)獨立成為一種機械性的時鐘結(jié)構(gòu)。
●天文觀測儀器 仰儀
仰儀是我國古代的一種天文觀測儀器，由元朝天文學家郭守敬設(shè)計制造。
仰儀的主體是一只直徑約三米的銅質(zhì)半球面，好像一口仰放著的大鍋，因而得名。仰儀的內(nèi)部球面上，縱橫交錯地刻劃出一些規(guī)則網(wǎng)格，用來量度天體的位置。在仰儀的鍋口上刻有一圈水槽，用來注水校正鍋口的水平，使其保持水平設(shè)置；在水槽邊緣均勻地刻劃出24條線，以示方向。在正南方的刻線上安置著兩根十字交叉的竿子，呈正南北方向，一直延伸到仰儀的中心，把一塊鑿有中心小孔的小方板裝在竿子的北端，并且小方板可以繞著仰儀中心旋轉(zhuǎn)。
仰儀是采用直接投影方法的觀測儀器，非常直觀、方便。例如，當太陽光透過中心小孔時，在仰儀的內(nèi)部球面上就會投影出太陽的映像，觀測者便可以從網(wǎng)格中直接讀出太陽的位置了。尤其在日全食時，利用仰儀能清楚地觀看日食的全過程，連同每一個時刻，日面虧損的位置、大小都能比較準確地測量出來。因此，仰儀是很受古代天文工作者喜愛的一種天文觀測儀器。
●古觀象臺
設(shè)于北京內(nèi)城東南角城墻上。始建于明正統(tǒng)七年（公元1442年），是明清兩代的國家天文臺。臺高14米，臺頂南北長20.4米，東西長23.9米。明代儀器或毀，或移于別處（簡儀、渾儀等）。存的赤道經(jīng)緯儀、天體儀、象限儀、黃道經(jīng)緯儀、地平經(jīng)儀、地平緯儀、紀限儀、璣衡撫辰儀共八架天文儀器皆為清代初年所制。
●《太初歷》
歷法是長時間的紀時系統(tǒng)。具體地說，就是對年、月、日、時的安排。因為農(nóng)事活動和四季變化密切相關(guān)，所以歷法最初是由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要而創(chuàng)制的。我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)歷史悠久，古代曾制定過許多歷法，其中西漢的《太初歷》是第一部比較完整的歷法。
西漢初年，沿用秦朝的《 頊（zhuānxu專須）歷》。但《 頊歷》有一定的誤差。公元前105年（元封六年），經(jīng)司馬遷等人提議，漢武帝下令改定歷法。公元前104年，天文學家落下閎、鄧平等人制訂了《太初歷》?！短鯕v》規(guī)定一年等于365．2502日，一月等于29．53086日；將原來以十月為歲首改為以正月為歲首；開始采用有利于農(nóng)時的二十四節(jié)氣；以沒有中氣的月分為國月，調(diào)整了太陽周天與陰歷紀月不相合的矛盾。這是我國歷法上一個劃時代的進步?！短鯕v》還根據(jù)天象實測和多年來史官的記錄，得出一百三十五個月的日食周期?！短鯕v》不僅是我國第一部比較完整的歷法，也是當時世界上最先進的歷法，它問世以后，一共行用了一百八十九年。
●張遂（僧一行）－中國古代天文學家
張遂(僧一行，公元673――727年)，唐朝魏州昌樂(今河南濮陽市南樂縣)人。張遂自幼天資聰穎、刻苦好學，博覽群書。青年時代到長安拜師求學，研究天文和數(shù)學，很有成就，成為著名的學者。
武則天當皇帝后，其侄子武三思身居顯位。為沽名釣譽，到處拉攏文人名士以抬高自己，幾次欲與結(jié)交，但張遂不愿與之為伍，憤然離京，東去嵩山當了和尚，取名為一行，故稱一行和尚。
公元712年，唐玄宗即位，得知一行和尚精通天文和數(shù)學，就把他召到京都長安，做了朝庭的天文學顧問。張遂在長安生活了10年，使他有機會從事天文學的觀測和歷法改革。
開元年間，唐玄宗下令讓張遂主持修訂歷法。在修訂歷法的實踐中，為了測量日、月、星辰在其軌道上的位置和掌握其運動規(guī)律，與梁令瓚共同制造了觀測天象的“渾天銅儀”和＂黃道游儀＂，渾天銅儀是在漢代張衡的＂渾天儀＂的基礎(chǔ)上制造的，上面畫著星宿，儀器用水力運轉(zhuǎn)，每晝夜運轉(zhuǎn)一周，與天象相符。還裝了兩個木人，一個每刻敲鼓，一個每辰敲鐘，其精密程度超過了張衡的“渾天儀”。“黃道游儀”的用處，是觀測天象時可以直接測量出日、月、星辰在軌道的座標位置。張遂使用這兩個儀器，有效的進行了對天文學的研究。
在張遂以前，天文學家包括象張衡這樣的偉大天文學家都認為恒星是不運動的。但是，張遂卻用“渾天銅儀”、“黃道游儀”等儀器，重新測定了150多顆恒星的位置，多次測定了二十八宿距天體北極的度數(shù)。從而發(fā)現(xiàn)恒星在運動。根據(jù)這個事實，張遂推斷出天體上的恒星肯定也是移動的。于是推翻了前人的恒星不運動的結(jié)論，張遂成了發(fā)現(xiàn)恒星運動的第一個中國人。英國天文學家哈雷（公元1656――1742）年也提出了恒星自己移動的觀點，但比張遂的發(fā)現(xiàn)晚一千多年。
張遂是重視實踐的科學家，他使用的科學方法，對他取得的成就 有決定作用。張遂和南宮說等人一起，用標竿測量日影，推算出太陽位置與節(jié)氣的關(guān)系。張遂設(shè)計制造了“復(fù)矩圖”的天文學儀器，用于測量全國各地北極的高度。他用實地測量計算得出的數(shù)據(jù)，推翻了“王畿千里，影差一寸”的不準確結(jié)論。
張遂修訂的《大衍歷》是一部具有創(chuàng)新精神的歷法，它繼承了中國古代天文學的優(yōu)點和長處，對不足之處和缺點作了修正，因此，取得了巨大成就。最突出的表現(xiàn)在它比較正確地掌握了太陽在黃道上運動的速度與變化規(guī)律。自漢代以來，歷代天文學家都認為太陽在黃道上運行的速度是均勻不變的。張遂采用了不等間距二次內(nèi)插法推算出每兩個節(jié)氣之間，黃經(jīng)差相同，而時間距卻不同。這種算法基本符合天文實際，在天文學上是一個巨大的進步。不僅如此，張遂的《大衍歷》應(yīng)用內(nèi)插法中三次差來計算月行去支黃道的度數(shù)，還提出了月行黃道一周并不返回原處，要比原處退回一度多的科學結(jié)論。《大衍歷》對中國天文學的影響是很大的，直到明末的歷法家們都采用這種計算方法，并取得了好的效果。
公元724-725年，一行組織了全國13個點的天文大地測量。這次測量以天文學家南宮說等人在河南的工作最為重要。一行從南宮說等人測量的數(shù)據(jù)中，得出了北極高度相差一度，南北距離就相差351里80步（合現(xiàn)代131.3公里）的結(jié)論。這個數(shù)據(jù)就是地球子午線一度的弧長。這與現(xiàn)在計算北緯34°5地方子午線一度弧長110.6公里，僅差20.7公里。唐朝測出子午線的長度，在當時的世界上還是第一次。一行從725年開始編訂歷法，至逝世前完成草稿，即《大衍歷》，728年頒行?！ 洞笱軞v》結(jié)構(gòu)嚴謹，演算合乎邏輯，在日食的計算上，首次考慮到全國不同地點的見食情況。《大衍歷》比以往的歷法更為精密，為后世歷法所師。733年，此歷傳入日本。
張遂在天文學上的成就，不僅在國內(nèi)聞名，而且在世界上都有很大影響。他修訂的《大衍歷》是當時世界上比較先進的歷法。日本曾派留學生吉備真?zhèn)鋪碇袊鴮W習天文學，回國時帶走了《大衍歷經(jīng)》一卷，《大衍歷主成》十二卷。于是《大衍歷》便在日本廣泛流傳起來，其影響甚大。此外，張遂的天文學觀點，有的比世界著名天文學家早一千多年。稱張遂是中國古代偉大的天文學家，是絲毫也不過分的。
●郭守敬－中國古代天文學家
郭守敬(1231-1316)，中國元代的大天文學家、數(shù)學家、水利專家和儀器制造家。字若思，順德邢臺(今河北邢臺)人。生于元太宗三年，卒于元仁宗延二年。
郭守敬幼承祖父郭榮家學，攻研天文、算學、水利。元十三年(公元1276年)元世祖忽必烈攻下南宋首都臨安，在統(tǒng)一前夕，命令制訂新歷法，由張文謙等主持成立新的治歷機構(gòu)太史局。太史局由王恂負責，郭守敬輔助。在學術(shù)上則王恂主推算，郭主制儀和觀測。
至元十五年(或十六年)，太史局改稱太史院，王恂任太史令，郭守敬為同知太史院事，建立天文臺。當時，有楊恭懿等來參予共事。經(jīng)過四年努力，終于在至元十七年編出新歷，經(jīng)忽必烈定名為《授時歷》。
《授時歷》是中國古代一部很精良的歷法。王恂、郭守敬等人曾研究分析漢代以來的四十多家歷法，吸取各歷之長，力主制歷應(yīng)“明歷之理”(王恂)和“歷之本在于測驗，而測驗之器莫先儀表”(郭守敬)，采取理論與實踐相結(jié)合的科學態(tài)度，取得許多重要成就。
郭守敬為修歷而設(shè)計和監(jiān)制的新儀器有：簡儀、高表、候極儀、渾天象、玲瓏儀、仰儀、立運儀、證理儀、景符、窺幾、日月食儀以及星晷定時儀12種(史書記載稱13種，有的研究者認為末一種或為星晷與定時儀兩種)。
在大都(今北京)，郭守敬通過三年半約二百次的晷影測量，定出至元十四年到十七年的冬至時刻。他又結(jié)合歷史上的可靠資料加以歸算，得出一回歸年的長度為365.2425日。這個值同現(xiàn)今世界上通用的公歷值一樣。
中國古歷自西漢劉歆作《三統(tǒng)歷》以來，一直利用上元積年和日法進行計算。唐、宋時，曹士等試作改變?！妒跁r歷》則完全廢除了上元積年，采用至元十七年的冬至時刻作為計算的出發(fā)點，以至元十八年為“元”，即開始之年。所用的數(shù)據(jù)，個位數(shù)以下一律以100為進位單位，即用百進位式的小數(shù)制，取消日法的分數(shù)表達式。
晚年，郭守敬致力于河工水利，兼任都水監(jiān)。至元二十八至三十年，他提出并完成了自大都到通州的運河(即白浮渠和通惠河)工程。至元三十一年，郭守敬升任昭文館大學士兼知太史院事。他主持河工工程期間，制成一些精良的計時器。
