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据研究，苏州石刻天文图主要是根据北宋神宗元丰年间（公元1078年到1085年）的观测结果绘制的。它的绘刻比较精确，所包含的星数比较全，为我们提供了了解古代恒星知识的比较可靠的资料。因此，它是我国最重要的科学文物之一。 盖图式的星图，它的坐标系是极坐标式的，可以叫它做圆图。星体离北极的距离就是它的去极度；星体和二十八宿距星对天极所张的圆心角就是星体的入宿度。采用极坐标式的画法能使北极附近的恒星相对位置表达得比较好。但是它有个根本的缺点，就是离开北极越远，恒星相对位置的失真程度也越大。 我国古代还有非极坐标式表示方法，是一种直角坐标式的方法。它以经度方向的量作横轴，纬度方向的量作纵轴。如果所取的单位都一致的话，横轴方面将占纵轴方面二倍的地位，因此，古代叫它做横图。《隋书·经籍志》中记有：“天文横图一卷，高文洪撰”，就属于这个类型。 在横图中，赤道附近恒星的相对位置失真比较小。可是在北极附近和南极附近失真仍然很大。南极附近还不打紧，因为中原地区看不到。可是北极附近却正是最关紧要的观测区域。于是人们又想出了新的办法。把内规以内的天区画成圆图，而把内外规之间的天区画成横图。这种分区画法的原则是和现代星图的画法一致的。 这种圆、横图结合的星图流传到现在的最早作品是敦煌发现的唐代星图。它大概绘制于初唐时期，图上画有一千三百五十来颗星。画法是把北极周围紫微垣附近的星画成圆图，而把其他的星按照太阳在十二个月中的位置所在，沿着赤道均分成十二块，每块用横图的方式画出来。从图中所记太阳在十二个月中的位置以及昏、旦中星的星宿来看，和《礼记·月令》中所记载的完全一样，而和初唐时期的实际情况有很大的差别。从这一点看，很可能这份星图是个更古老的星图的抄本。不管怎样，即使是初唐的作品，它也是当今世界上留存的古星图中星数最多而又最古老的。 敦煌星图有个特点，那就是不画坐标框架。圆图上的内规，横图上的赤道和竖直的经线，都没有画。因此，从绘制的准确性来说不免稍差。这一点也说明，它可能是一个抄本。 这份星图已经于1907年被英国考古学家斯坦因（1862—1943）盗走，现存于英国伦敦博物馆。 画得比较精确的圆、横结合星图是苏颂《新仪象法要》中的插图。圆图叫“浑象紫微垣星之图”。横图分成两段：从秋分到春分一段叫“浑象东北方中外官星图”；从春分到秋分一段叫“浑象西南方中外官星图”。它们也是根据元丰年间的测量绘制的。 还有一种减少失真的办法，那是把天球循赤道一分为二，画两个分别以北极和南极为中心的圆图。这种画法的一个典型也见于《新仪象法要》。苏颂这部书作于北宋哲宗绍圣元年到三年（公元1094年到1096年）间。这是部介绍他领导创制的水运仪象台的构造的说明书。书中的星图是为了介绍仪象台中的浑象（就是现今的天球仪）而绘制的。正是在把球面上的图象绘在平面上的时候，苏颂注意到了失真问题（书中有明确的说明），因此他不厌其烦地搞了两套画法。而两个圆图的画法可以说是他和他的同事们发明的。 总之，我国古代有优良的星图绘制传统，留下了丰富的有价值的历史遗产。我国古代在星图绘制方面的成就的确是值得我们引以为自豪的。 子午线长度的测定 子午线，也就是地球的经度线。测量子午线的长度可以确定地球的大小。子午线长度是地理学、测地学和天文学上的一项重要基本数据。 早在公元前三世纪和公元前一世纪，古希腊的天文学家曾先后两次进行确定子午线长度的工作。但是，他们并没有全部经过实际的测量，例如，在距离方面，他们都是根据商队或商船的估计而得的。 真正用科学方法实际测定子午线长度的，最早是我国的天文工作者。 那是在唐玄宗开元十二年（公元724年），由著名的天文学家僧一行发起进行的。他发起这项工作是为了制定历法的需要。 我国古代的历法不但包含了年、月、日的安排，而且还包含了日、月食的预报和各个节气日的昼夜时刻长度等等。而这些项目都跟观测地的纬度有关。唐代初年，为了使编出的历书能在全国各地使用，曾经到全国各地进行天文观测。 这次观测共去了十二个地点。观测的项目包括：这一地点的北极出地高度，冬夏至日和春秋分日太阳在正南方向的时刻八尺高表的影子长度。 在这次测量中，以南宫说等人在今河南省的四个地点进行的一组最重要。他们除了测量北极高度和日影长度外，还测量了这四个地点之间的距离。这四个地点是白马（今河南滑县）、浚仪（今河南开封）、扶沟和上蔡，它们的地理经度几乎完全相同，误差很小。一行根据这些地点实测所得的数据算得：从白马到上蔡，距离五百二十六里二百七十步（唐代尺度），夏至日表影的长度差二寸挂零。这次观测再一次证明了古代流传的“南北地隔千里，影长差一寸”的说法是错误的。“千里一寸”的说法早在南北朝刘宋文帝元嘉十九年（公元442年）就被天文学家何承天（370—447 ）所否定了。但是何承天还认为，影差一寸的任意两地，其间南北距离总是相等的。这个说法实际是认为地是平的。这其实是不正确的。隋代的刘焯就提出过，影差和南北距离的比率是不固定的。唐初的李淳风也认为这个比率不是个常数。现在一行根据南宫说等人的实测证实了刘焯、李淳风等人的说法。他完全废弃了地隔若干里影差一寸的概念，而代之以北极高度差一度南北距离差多少里的概念。 根据南宫说等人所得的测量数据，很容易就求出，南北距离三百五十一里八十步，北极高度相差一度。这个数据就是地球子午线上一度的长。化成现代的度量单位，子午线一度长一二九·二二公里。①按现代的测量，一度长一一一·二公里。一行所得数据的误差是百分之一三·九。 一行数据的误差虽然稍大，但是它是世界上第一次子午线长度的实测。它开创了我国通过实际测量认识地球的道路；它彻底破除了日影千里差一寸的谬见；它把地理纬度测量和距离结合起来，既为制定新的历法创造了条件，又为后来的天文大地测量奠定了基础。 通过这次测量，一行认识到一个重要的科学真理，那就是：在很小的、有限的空间范围里探索出来的正确的科学规律，如果不加分析地、任意地向很大的、甚至无限的空间条件下去推广，那就会是荒谬的。日影千里差一寸的错误就在于把只在小范围平地上总结出来的平面测量理论主观地推广到大面积去应用了。可是，在大面积的条件地球表面就不能认为是平面，而必须用球面的概念来处理。一行对古人这个错误的纠正在科学思想史上是一个进步。 航海天文学的应用 我国古代的劳动人民很早就开始了航海活动。在长期的航海实践中，我国勤劳勇敢的船工们发展了一整套航海技术。其中，天文导航是极重要的一项。 早在西汉前期公元前二世纪的著作《淮南子》卷十一《齐俗训》中就记载着：“夫乘舟而惑者不知东西，见斗、极则悟矣。”（乘船的人分辨不清方向，但是只要观测到北斗和北极星就可以明白了。）这个经验的产生无疑是很早很早的。 西汉时期，我国的海船就到了印度洋上的南亚地区。东晋的著名僧人法显（约337—约422）①访问印度和斯里兰卡回国的时候就是乘的海船。他记述那段历程的时候说到：“大海弥漫无边，不识东西，唯望日、月、星宿而进。若阴雨时，为风逐去，亦无准。……至天晴已，乃知东西，还复望正而进。”可见，天文学是当时指导航行的最重要的知识。 唐、宋以后随着我国生产的发展，兴盛的海外贸易推动了我国航海技术的飞跃发展。指南针开始应用到航海上，把导航仪器罗盘和航海天文学结合起来，引起了航海技术的大发展。 指南针可以很好地指示方向。而位置的确定却须依靠航海天文学。具体记述了航海天文学资料的最早著作是明初郑和（1371—1434）②“下西洋”留下的《郑和航海图》。图收载在明茅元仪编的《武备志》中。 《郑和航海图》包括横条形海图一幅，长达二十页。还有四幅星图，称为“过洋牵星图”。从海图上可以看出，郑和船队从苏州刘家港起航，出长江口，经我国浙江、福建各省和南海诸岛，到达印度尼西亚的苏门答腊岛北端。在这一段海路上都是用的指南针定向。从苏门答腊往西到锡兰（今斯里兰卡）的途中开始用天文定位。从锡兰往西到南亚、西亚和非洲东海岸等地就都尽量利用星辰定位，并且和指南针针位相参照。海图上共记录六十四处关于各地所见北辰星（就是北极星）和华盖星（就是小熊座β星、γ星等共八星）的高度。过洋牵星图却标出了途经印度洋各地的时候所见的许多星辰的方位和高度，其中方位也是用的图示法。 《郑和航海图》告诉我们，我国古代航海用的是牵星法。在明人李诩的著作《戒庵老人漫笔》中记述了牵星法所用的观测工具——牵星板。这是十二块方形的乌木板，最大的叫十二指，每边长大约二十四厘米。其次是十一指、十指、……最小到一指。每块的边长是等差递减的。另有一块挖去四角的象牙板，每个缺口标明半指、半角、一角和三角等。一角是四分之一指。 根据北京天文台和广东师范学院等四单位组成的“航海天文调查研究小组”的研究，牵星板的使用方法是：观测者手持牵星板伸向前，使板和海平面垂直，板下边和海平线相合，上边缘和所测天体相切。如不能相切，就从略大的那块板边上细分划处观测，可以得到指和角的读数，它是天体地平高度的反映。为使板和人目之间的距离保持固定，可以用另一只手从板下端引出一根长度固定的绳，牵引到人目。观测一般取被测星正在天球子午线上的时候进行。这时，被测星的地平高度、它的赤纬和观测地的地理纬度之间有个简单的关系： 地理纬度=90°+赤纬-地平高度。 对每个测定的恒星来说，在相当长的时期里，可以认为，“90°+赤纬”是个常数。因此，恒星在子午线上的时候的地平高度就直接反映了地理纬度。所以，只要观测恒星正在子午线上的时候的指、角数，就可以知道船的位置是在什么地方了。 特别值得注意的是，“航海天文调查研究小组”研究了“指”这个名称特殊的角度单位，证明早在秦汉时期我国的天文观测中已经有过这种记载（例如）：唐《开元占经》中摘录的汉代著作《巫咸占》中就记载有关于金星和月亮纬度相去最远是五指，用现代方法计算，这个差数是九·四度），而且它们所代表的角度量和《郑和航海图》上所反映出来的完全一致，都是一指等于一·九度。这是一个极其重要的发现。因为过去国内外的学者一般都认为牵星板和牵星法是阿拉伯人的发明，尽管这个论断和我国古代远洋航行的发达是不协调的。现在找出了“指”这个单位的起源，这就证明牵星法是我国最早发明的。 以牵星法为代表的我国古代航海天文学在保障远洋航行的安全、准确上起了巨大的作用。正因为这样，它也是我国古代人民为世界文化发展作出的又一卓越贡献。 (责任编辑：admin) |