古代曆法

古代曆法是中國勞動人民,智慧的結晶,在農業種植中發揮重要作用。

基本介紹

  • 中文名:古代曆法
  • 地位:被天子所壟斷,是皇家的禁臠
  • 機構觀象台
  • 理論基礎:宇宙論與天學思想
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介紹

從中國古代文明確立之時起,天學就一直被天子所壟斷,是皇家的禁臠。據《國語》《山海經》等古書記載,在遠古的少嗥氏時代,天下混亂,人與神都混雜不分,人人都搞起與上天溝通交往的巫術,於是顓頊帝採取斷然措施,命令專門官員掌管天地之事,這就是所謂的"絕地通天"的傳說。其最主要的意義是斷絕了平民與上天交通的權利,這種權利從此以後就由天子壟斷起來,只能由王家的專職巫覡去施行。。。

計算方法

為了推算每年的歷譜,首先要定一個計算起點,叫做曆元。中國古代曆法大多數取下列這樣的理想時刻為曆元:某年十一月甲子日的夜半,它正好是朔和冬至,而且又是月過近地點(即月行速度最快的點)的時刻,等等。由於各種曆法的數據不同,所以它們推得的理想時刻也各不相同。不過這樣的理想時刻通常離開曆法行用的年份都十分遙遠。這種曆元稱為上元(見上元積年)。
a為一回歸年時間,b為一朔望月時間,c為一近點月時間,單位均為“天”。又設y為從上元起到所求年的累計年數。則ay就是從上元起到所求年的冬至的全部時間。因為乾支紀日以60天為一周,所以用60去除ay,所得餘數r1,就是所求年的冬至時刻到前面一個甲子的夜半的全部時間。這個時間的天數部分叫做大余,不足一天的零數部分叫小余。通常曆法都規定,大余“命甲子算外”,即以甲子日為0,乙丑日為1,等等。因此,根據大余的數字,就可以知道所求年冬至日的乾支日名。有的曆法“命甲子算上”,則應以甲子日為1,乙丑日為2,等等。還有少數曆法,如北宋的《紀元歷》,不選甲子日,而選己巳日為上元,命己巳算外,則大余就以己巳為0算起,庚午為1,等等。小余就是從夜半起算到發生冬至這瞬間的時間,可以把它按十二時辰制百刻制等時刻制度(見漏刻),化成時刻。從r1累加一氣的時間a/24,就得冬至以後各氣的乾支日數及時刻。
上述r1的算法,數學上習慣用一個算式來表達ayr1(mod60)。這種算式叫一次同餘式。仿此,可以列出其他的一次同餘式:ayr2(modb),ayr3(modc)。r2就是所求年冬至離開十一月平朔的時間間隔。r3則是所求年冬至離月亮上一次過近地點的時間間隔。r1-r2就是十一月平朔離上個甲子日夜半的時間。也和冬至的情況一樣,它的整數部分代表甲子日以來的乾支日數,零數部分則是從夜半算起到發生平朔的時間。
設這個時間為t0一般曆法都給出一份太陽運動表,一份月亮運動表。從太陽運動表,根據所求的十一月平朔在二十四氣中的位置(或者,十一月平朔在大雪氣後,相距時間為;或者,如若,即十一月平朔在大雪氣前,在小雪氣後,這時,離小雪的時間為),使用內插法可以推算因太陽運動不均勻而引起的定朔改正數ΔtS;從月亮運動表,根據所求的十一月平朔在一個近點月周期中的位置(即r3),也是用內插法,可以推算因月亮運動不均勻而引起的定朔改正數ΔtM。於是,十一月定朔T=ttStMT>1,定朔在平朔的次一日;T<0,定朔在平朔的前一日;0<T<1,定朔和平朔在同一天。十一月以後各個月的平朔即由(r1-r2)累加b數值而得。和數滿60即可棄去,取餘數。求定朔改正的辦法和上述辦法一樣。
清代以後採用第谷體系和克卜勒橢圓面積定律。定朔的計算也就改用歐洲的幾何學方法。十二個朔望月為一個民用歷年。它和一個回歸年有一個差數R,R=α-12b,約為10~11天。不上三年,差數積累就超過了一個月,這時就要在這個歷年內增加一個閏月,以免和回歸年脫節。漢《太初曆》以來規定了無中氣之月為閏月的規則,這也等於規定了每箇中氣都要在固定的月份里,如冬至在十一月,大寒在十二月,雨水在一月,等等。在不同的曆法里,月的名稱可以不同(見三正),但一定的中氣必須在一定的月份里,這條原則在《太初曆》以後的各種曆法都是一樣的。這就使陰曆成分和陽曆成分結合得更加緊密。一般來說,如r2>(b-R),則規定這年有閏。R/12,則是兩個氣的時間比一個朔望月長的差數。將這個數累加到r2上,一當這個累加的和數大於b的時候,就是中氣超過月份的時候,這時,就把被超過的月份定為閏月。
中國古代有的曆法不用前述特殊時刻的上元,而用近距取元,即取某個已知r1r2r3值(設為a1a2a3)的年的冬至時刻為曆元。例如《授時曆》就是以曆法制定的那年的冬至時刻為曆元。它把a1稱為氣應,a2稱為閏應,a3稱為轉應。這時,一次同餘式組改為:
ay+a1r1(mod60),
ay+a2r2(modb),
  ay+a3r3(modc)。
以上是就世界各國曆法最基本的內容,即按照推算民用歷譜,安排曆日的問題來說的。但是中國古代曆法還有更豐富更廣泛的內容。它包括日、月、五星的運動和位置的計算;昏、旦中星和時刻的測定;日、月食的預報等等。就某種程度來說,中國古代的曆法就是一種編算天文年曆的工作。它包括中國古代天文學的許多重要內容。它的發展是中國天文學史的一條主線。

天學

天學機構

專職天學機構及其日常工作:
既然天學為天子壟斷,很自然,天學機構及其直接象徵觀象台(類似於現代的天文台,當然用處不一樣)也為皇家獨占,其他任何地方政權或個人都不能建立,否則就是"犯上作亂"的行為,用現在的話來說就是犯法。但在中國古代歷史上,可以找到一個例外,即北齊張子信,他可能趁中原長期戰亂時在海島上建立過一個小型天文台,並取得了重要成果。歷代天學機構名稱及主要負責人官名變動沿革如下:
太史令
西漢太史公太史令
東漢太史令
魏晉南北朝太史局;太史
太史曹太史監;太史令
太史局渾天監渾儀監太史監 司天台;太史局令渾天監 太史監 司天台監。824人
司天監 太史局 天文院;司天監 太史局令
司天監;太史令
司天台;提點 司天監
司天監回回司天監太史院;提點 司天監 太史院史。259人
欽天監;太史令 監正。41-23人
欽天監;監正。154人
與現代社會中天文學家的身份截然不同,古代皇家天學機構的負責人及其屬吏都是政府官員;天學機構則是中央政府的一個部門,通常在地方上沒有常設的下屬機構和人員。有時為了特殊的觀測任務,則委派臨時人員,元明兩代例外。不過這個部門在理論上的品級卻一直不太高,最高時在唐代,曾達到三級左右,最低時在五品左右。天學機構的工作人員主要有三個來源:一是世襲的天學官員,二是從社會上招集,三是本身的專門培訓。
天學機構的主要工作如下:首先是天象的觀測記錄,內容有恆星位置的測定,並編製成星表或繪製為星圖;日月食和掩星觀測;行星在恆星背景下的視運動狀況;異常天象的觀測記錄,包括彗星新星流星太陽黑子等。對其中的某些天象還要有選擇地向皇帝匯報。其次是觀天儀器的研製和管理。三是修訂曆法,編算曆書歷譜並印製頒發。

儀器典籍

觀測手段與研習——天學儀器與典籍:
天學儀器的出現是天文學走向定量化的必然結果,只有藉助於天學儀器才能精確定量地測定各種天文數據。中國古代的天學儀器大致可分為三類:圭表漏刻儀象。其中渾儀、渾象兩類是古代渾天家測侯和演示天象的基本儀器。
渾儀是測量天體位置的赤道式儀器,歷代製作各不相同,但基本上是由許多同心圓環組成,中有窺管。測量天體位置是古代天學事務中最為重要的基礎性工作,因此,歷代對渾儀的製作均是竭盡所能。渾儀何時發明,目前尚難斷定。史籍中最早明確記載渾儀製作的是西漢的落下閎,隨後東漢賈逵、張衡,東晉孔挺,唐代李淳風、一行,北宋沈括、蘇頌等均對渾儀作過不同程度的改進,使它有利於實際觀測。而元代郭守敬的簡儀則是對渾儀革新的產物。
圭表是一種既簡單又重要的測天儀器,它由垂直的表(一般高八尺)和水平的圭組成。圭表的主要功能是測定冬至日所在,並進而確定回歸年長度,此外,通過觀測表影的變化可確定方向和節氣。
漏刻是古代的一種計時工具,漏是指計時用的漏壺,刻是指劃分一天的時間單位,它通過漏壺的浮箭來計量一晝夜的時刻。漏刻的計時方法可分為兩類:泄水型和受水型。漏刻是一種獨立的計時系統,只藉助水的運動。漏壺的改進是個技術性問題,但更關心這個問題的是古代的天學家,如張衡、沈括等都對漏壺的改進有過貢獻。因為除日常生活中需要準確的時間計量外,天文曆法中更要求有精確的時間計量系統。
渾象是古代渾天家用來演示天球周日運動的儀器,類似於現代的天球儀。基本結構是一個圓球,在球面上有星辰黃道赤道等。漢耿壽昌張衡,三國吳陸績和王蕃等製作過機械轉動的渾象,最有名的當屬唐僧一行梁令瓚的開元水運渾天、北宋張思訓的"太平渾儀"和蘇頌等的元佑渾天儀象(現在通稱為水運儀象台)。蘇頌曾把整個儀象台的結構、部件的形狀、尺寸等寫成一份說明書《新儀象法要》。
中國古代最系統、最完整、記載資料最豐富的天學典籍,當首推歷代官制中的天學三志:律曆志天文志、五行志。其中有少數幾種官史中這三志的名稱稍有變化,但其所述內容仍與傳統相符。五行志專述該朝災異、祥瑞的情況,為各地災異、祥瑞報告的文獻匯總;律曆志是關於該朝律與歷的文獻匯總。天文志所記錄的是該朝發生的天文大事,天象記錄,以及對應的星占占辭等。此外,還有重要的星占著作如《開元占經》等,官修大型天學著作如《崇禎曆書》等,私家著述如明朱載育《聖壽萬年曆》等。

理論基礎

理論基礎——宇宙論與天學思想
《淮南子原道訓》註:"四方上下曰宇,古往今來曰宙,以喻天地"。宇宙,一般當作天地萬物的總稱。宇宙學就是從整體的角度來研究宇宙的結構和演化。在中國古代,關於宇宙的結構,主要有三派學說,即蓋天說、渾天說和宣夜說,此外還有昕天論穹天論安天論等。
渾天說認為,天地具有蛋狀結構,地在中心,天在周圍。渾天說到底是何時由何人首次提出,現在已不得而知。但作為一種宇宙學說,它的產生和發展卻與一種實用的測天儀器——渾儀有著密切的關係,史籍所載明確的渾天說直到東漢張衡造渾天儀並作《渾天儀注》時才提出來。張衡的宇宙學說被後世天學家多次引用和發展,並成為中國古代絕大多數天學家公認和遵用的宇宙學說。中國古代天學家就是以《渾天儀注》中所描述宇宙模型,進行天文觀測和曆法推算的。以後歷代曆法推算方法上常有改進,但基本模型仍是少有變化。
蓋天說是比渾天說出現更早的一種宇宙說,可將其起源、發展的過程分成兩個階段。第一個階段為原始的形象化比喻的"天圓地方說",沒有進一步關於天地結構的定量描述;第二階段以《周比算經》為基本綱領性文獻,提出了自成體系的定量化天地結構,基本假定是天地平行,其間相距八萬里。蓋天說家以此解釋天地結構和天體運行,並進行定量描述和計算。
宣夜說認為天是無限而空虛的,星辰就懸浮在空虛之中,自由自在地運行著。史籍中關於宣夜說的記載現在只找到兩條,其中一條還是斥責它"絕無師法"的。這種說法與現代宇宙論頗有形似之處,所以往往被作適當發揮之後,成為中國古代最先進的宇宙學說。然而,宣夜說認為日月星辰自由自在地運行,所以對它們的運行規律也就無從談起。這種對天體自由運行的誇大,使得宣夜說無隻字片言談到對天地結構的定量化描述,所以嚴格地講,宣夜說還不能稱作為一種宇宙學說。
上述三家之外,還有三國時吳太常姚信所在"昕天論",東晉虞聳的"穹天論",晉虞喜的"安天論",都不能稱為嚴格的宇宙說,對後世也沒有產生什麼影響。只有渾天、蓋天兩說,是中國古代真正的宇宙學說,而且兩說各有合理成分,都沒有完全被拋棄。
在中國古代,蓋天、渾天之說,圭表、渾儀等器,以及天文曆法之操作規則,這些都是為著一個致用的目的——為王權服務。然而賦予這個致用目的以一種神秘、莊嚴、威嚴,以致人人相信它的有效性的,是古代深入人心的天學思想——天人合一。這裡的"天"是被用來指整個自然界,它在古代中國人心目中,並非象近代科學的"客觀性假定"中那樣是無意志、無情感、可認識的客體,而是一個有意志、有感情、無法徹底認識、只能順應其道、與之和睦共處的龐大而神秘的活物。它表現為兩個不同的層次:天地相通和天地對應。

曆法

數理天文學成就——曆法
中國古代曆法的主要研究內容是日、月及五大行星的運動規律。就此研究內容而言,稱中國古代曆法為中國古代數理天文學是恰當的。史籍所載中國古歷前後近一百部,其中獲得官方正式頒行的五十餘部。各部曆法在具體內容和治歷方法上有承襲,也有變革,綿綿兩千餘年,作述不息。令人嘆為觀止。要而言之,中國古代曆法的中心課題可以歸結為兩個:原理和數據。原理是指日、月、五星運動規律在曆法中得到的反映;數據是指曆法對日、月、五星運動的數值描述。曆法之疏與密主要從這兩個方面表現出來。
根據原理和數據這兩個要素,對中國古代曆法作縱向考察,可以按時間順序將其大致分為三個階段:(1)兩漢魏晉南北朝曆法;(2)隋唐兩宋曆法;(3)元明曆法。
傳說漢代以前有所謂的先秦古六歷,然而對它們的真偽,便是古人也早已懷疑。漢武帝時修的《太初曆》是中國古代有明文記載的第一部曆法,但已不傳。西漢末劉歆所作的《三統曆》是第一部被完整保留下來的曆法,但學者們認為它幾乎就是《太初曆》的翻版。《後漢四分曆》雖經反覆修改,但並無實質變化。直至劉洪《乾象曆》,引入月亮視運動的不均勻性,算是一大進步。此歷並未頒行,至魏晉修歷時其先進方法被採用。南朝何承天《元嘉歷》在實測數據上有所改進。祖沖之所造《大明曆》則試圖從改變閏周和測定冬至點入手,提高曆法精度,但由於政治原因,其法不得施行。
張賓《開皇曆》依何承天之法,微加增損而已。而劉焯的《皇極曆》根據北齊張子信發現的太陽周年視運動和行星運動不均勻性,引進定氣;採用定朔、歲差;還運用先進的數學手段解決計算問題。所有這些先進的原理和方法的運用使得《皇極曆》成為一部具有里程碑意義上的曆法。同樣由於政治原因,其法不得施行。但時人稱其為精密。唐初《戊寅歷》和李淳風《麟德歷》雖然行用一時,但它們的成就均不出《皇極曆》的範圍。直至一行《大衍曆》,在對天體運動的理解、實測、計算技巧方面,都有重大革新,使得《大衍曆》成為中國古代曆法史上冠絕一時的好歷。南、北兩宋頒行的曆法共有十九部之多,然均無重大突破。
《大衍曆》之後,元代郭守敬等人的《授時曆》成為中國曆法史上的另一座高峰。經過前後數百年的努力,曆法所反映的天體運動規律,即治歷的基本原理已被古代天學家們大致掌握,欲使曆法有所改進,惟有在數據及其處理方法上下工夫,《授時曆》便是在這方面作出努力並獲得成功的典範。其基本數據全憑實測,打破古來治歷舊習,開創後世新法之源。明代遵用《大統歷》,其法沿用《授時曆》。
參考資料:

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