一 天文学

中国古代的天文学名著简介

自然科学史研究所 刘金沂

具有辉煌成就的中国古代天文学孕育了丰富的天文典籍，古代天文学家以他们饱蘸知识的笔墨写下了许多著名的篇章，给我们留下了十分珍贵的天文学遗产。

历法著作

历法是中国古代天文学的重要内容，它不仅包括年、月、日、时、节气的安排，还包括日、月、行星运动，交食，晷影，漏刻，恒星出没，天空分区，等等。因此，中国古代历法有现今天文年历的性质。

现在保留下来最古老的典籍之一《夏小正》相传是夏代(约公元前二十一世纪到公元前十六世纪)的历书。其中记载有人们由观察天象和物候决定农时季节的知识。它原是《大戴礼记》中的一篇，后来单独成册流传。据考证，正文只有四百多字。就天文知识来说，它按十二个月的顺序记述了每月的星象，如早晨和黄昏出现在南方的星星，北斗柄的指向，银河在天空的位置，太阳到了恒星间什么地方等。此外还有每月的气象、物候以及应该做的农事和政治活动。例如：“正月，启蛰，⋯⋯鞠则见，初昏参中， 斗柄悬在下，⋯⋯”这里“鞠”和“参”都是星名，“斗柄”就是北斗七星组成勺子形的把子。这部书是否夏代的历书，学术界还没有定论，但它至迟在春秋时期(公元前 770 年到公元前 476 年)已经成书，而且根据书中反映的天象等情况，说明确有更早时代的资料。

自汉代(公元前 205 年到公元后 220 年)起，就有完整系统的历法著作留传到现在，包括在各历史朝代中颁行过的和没有颁行过的历法共约一百种，绝大部分收集在《二十四史》的《律历志》中，这是研究中国历法的资料宝库。现择要略作介绍。

《三统历》，西汉刘歆(？－23)作，一般认为是根据汉武帝太初元年(公元前 104 年)邓平、落下闳等人创作的《太初历》稍加修改而成。这是现存最早的一部完整历法，后世历法的基本内容这时大体都已具备。《三统历》共有七节：统母，纪母，五步，统术，纪术，岁术，世经。统母和统术讲日月运动的基本常数和推算方法，包括回归年、朔望月长度、一年的月数、交食周期、计算朔日和节气的方法等；纪母、纪术和五步讲行星的基本常数和推算方法，包括五大行星的会合周期、运行动态、出没规律、预告行星位置等；岁术讲星岁纪年的推算方法；世经讲考古年代学。《三统历》还明确规定，以无中气的月份置闰，并选取一个“上元”作为历法的起算点。《三统历》的这些内容，对后代历法影响极大，有的沿用至今。清代学者钱大昕(1728—1804)、李锐(1773－1817)、董佑诚(1791－1823)等人都曾对《三统历》做过详细研究，日本、法国学者还把它译成日文和西方文字。

《乾象历》，汉献帝建安十一年(公元 206 年)刘洪(约 135－210)作。它对月亮运动的研究有了新进展，首次提出月亮近地点的移动(过周分)，

从而算出近点月长度，并在一近点月里逐日编出月离表，又首次提出黄白交角是六度(兼数)，首次提出交食计算中推算食限的方法，这些都对后代历法影响很大。

《皇极历》，隋文帝仁寿四年(公元 604 年)刘焯(544－610)作，未颁行。《皇极历》考虑太阳和月亮视运动不均匀来计算日月合朔的时刻，创立了等间距二次差内插法①。为了求得任意时刻的定朔改正值，又创立了任意间隔二次差内插法的公式。这在中国天文学史和数学史上都有重要地位，后代历法计算日月五星运动使用的内插法多继承《皇极历》的方法并继续发展。

《大衍历》，唐玄宗开元十五年(公元 727 年)僧一行(683－727)作，

后经张说(667－730)和陈玄景整理成文，开元十七年(公元 729 年)颁行，

使用到天宝十年(公元 751 年)。开元二十一年(公元 733 年)传入日本，在日本使用近百年。《大衍历》结构严谨，条理分明，共有历术七篇，讲具体计算方法。另有历议十二篇(其中略例三篇)，讲历法的理论问题，是一行为《大衍历》写的论文，通称《大衍历议》。《大衍历》的制定是从制造仪器开始的，经过实际观测确定基本天文数据，这是科学的方法。经过

《大衍历》的制定，对太阳月亮运动不均匀现象有了正确全面的了解。通过实际观测，破除了一千年来流传的“寸差千里”的谬说。在计算方法上，

《大衍历》创不等间距二次差内插法的公式，比起《皇极历》来又是一个进步。

《授时历》，元世祖至元十七年(公元 1280 年)郭守敬(1231－1316) 作，次年颁行。明代《大统历》继续用它的方法，前后共使用三百六十多年，是古历法中行用最久的，也是在天文数据、计算方法各方面发展到高峰的一种历法。中国古典系统的历法到此为止，以后就有西方天文知识传入并影响到历法的编算。现存《元史·历志》里的《授时历经》上下篇是郭守敬在王恂(1225－1281)初稿基础上重新编定的。当时《授时历》虽已颁行，但各种数据用表、推步算法没有定稿。元至元十八年(公元 1281 年) 王恂不幸去世，由郭守敬一人主持完成。他“比类编次，整齐分秒，裁为二卷”。《授时历》共有七部分，内容相似于《大衍历》；但采用等间距三次差内插法计算日月五星位置，又用弧矢割圆术和类似球面三角的方法根据太阳黄经求它的赤经赤纬，这两种方法在天文学史和数学史上都具有重要地位。目前，有许多中外学者在对《授时历》进行研究。

《崇祯历书》，明末徐光启(1562－1633)主编，李天经(1579—1659) 续成，从崇祯二年到七年(公元 1629 年到 1634 年)前后共用五年时间完成。它从多方面引进了欧洲古典天文学知识，内容包括天文学基本理论，三角学，几何学，天文仪器，日月和五大行星的运动、交食，全天星图，中西单位换算等，共四十六种，一百三十七卷，采用第谷(1546－1601)的太阳系结构系统，计算方法中翻译了哥白尼(1473－1543)《天体运行论》中的许多章节，还有开普勒(1571－1630)《论火星的运动》一书中的材料，历法计算中不用中国传统的代数学方法而改成几何学方法，这是中国天文学史和历法史上一个重要的转折。中国古代天文学体系开始向近代天文学转变。明末未能根据《崇祯历书》来编算民用历书，清代开始使用根据《崇

① 关于内插法，参看本书第 126－130 页。

祯历书》编算的历书——《时宪历》，直到清末。在《四库全书》中有一百卷本的《西洋新法算书》是传教士汤若望(1591－1666)根据《崇祯历书》删改而成的。

天文星占著作

在中国古代天文学的发展过程中，星占术曾起过它独有的作用。正是因为星占术的需要，古代许多星占家大量观测记录天空现象，编写星象著作，其中包括许多天文知识。所以中国古代不少天文著作都同星占术结合在一起。

《石氏星经》是现在见到的最早的一本天文星占著作，战国时期(公元前 475 年到公元前 221 年)魏国石申所著。书的原名叫《天文》，内容涉及太阳、月亮、行星、交食、恒星、古代天文名词、宇宙概念等多方面，尤其是恒星部分价值更高。《五星占》是 1973 年在长沙马王堆汉墓中出土的一份帛书，专讲五大行星运动和一些天文知识，共有九部分，八千字。书大约写于汉文帝前元年间(公元前 179 年到公元前 164 年)，书中对五大行星运动有详细的描述，成为后代历法中“步五星”工作的先驱。书中对金星、土星的会合周期定得比较准确，对秦始皇元年(公元前 246 年)到汉文

帝前元三年(公元前 177 年)七十年间木、土、金三星的动态有逐年的记载， 这是研究古代行星问题的一份重要资料，受到了中外学者的广泛注意。

汉代还有两本重要的天文著作应该提到，这就是《天官书》和《周髀算经》。《天官书》是《史记》中的一篇，公元前一世纪司马迁(前 145 或前 135－？)著，可算是当时有关天文知识的总结。尤其是恒星部分记录了当时所认识到的全天恒星，共九十多组名称，五百多颗星，是关于全天恒星的最早一篇完整文献。后来许多恒星的命名都受它影响。《天官书》内容除恒星外，还有行星、分野、日月占候、奇异天象、云气、岁星纪年、天象记录和占验等，是研究秦汉天文学乃至先秦天文学的一篇权威性文献。《史记·天官书》开创了后代史书中撰写天文志的传统。《二十四史》中有十几篇天文志，为研究中国天文学史提供了系统全面的资料。其中李淳风(602－670)所撰《晋书·天文志》，内容丰富全面，已被翻译成英文， 在巴黎出版。

《周髀算经》，成书于西汉后期公元前一世纪，作者不可考，是《算经十书》中的一部，名曰算书，实际上主要是一部天文学著作。书有上下两卷，重点讲述当时的一种宇宙结构学说——盖天说，详细阐述盖天说计算天地结构、太阳视轨道大小、周天里数、北极璇玑的方法，还有圆形盖天式星图的制作等等，是有关盖天说的一本系统详尽的典籍。

《步天歌》是一本以诗歌形式介绍全天恒星名称、数目、位置的天文学著作，相传是唐代王希明撰，丹元子是他的号，所似有时也称《丹元子步天歌》①。诗文七字一句，有韵，把全天恒星按三垣二十八宿的分区法编在诗句中，读着诗句就好像漫步在点点繁星之间。“句中有图，言下见象”， 便于辨认和记忆全天恒星，是古人学习天文学的必读书。在宋代重修的《灵

① 参见本书第 21 页。

① 有人认为丹元子是隋代隐士，跟王希明没有关系。

台秘苑》一书中又把步天歌配上星图，星空景象更加清晰明了。

《灵台秘苑》原是北周庾季才撰，据《隋书·经籍志》载，共有一百二十卷，现在见到的只有二十卷，北宋王安礼等人重修。书中有三百四十五颗恒星的赤道坐标值，是我国现存第二份星表，它的观测年代是北宋仁宗皇祐年间(公元 1049 年到 1053 年)，这对研究宋代的恒星观测很有帮助。

《开元占经》，一百二十卷，唐代瞿昙悉达撰，成书于唐玄宗开元六年到十四年(公元 718 年到 726 年)，所以又称《大唐开元占经》。唐以后

失传，明神宗万历四十四年(公元 1616 年)，安徽歙县人程明善在古佛像腹中偶然发现，始得再次流传至今。它是一本唐以前天文星占著作大全，把当时能见到的古代七十多种天文星占书按内容分别摘录编撰，内容涉及天文星象、气候、奇异现象等各方面。天文方面有名词解释，宇宙理论，日月行星运动，二十八宿距度，甘德、石申、巫咸三家对全天恒星名称、星数、位置的描述和占验，包括有石氏的恒星星表。此外还有当时使用的《麟德历》、作者翻译的印度《九执历》和其他十六种古代著名历法的基本数据。这一著作为我们提供了唐代以前天文学史的重要资料。由于《开元占经》的辑录，许多古代失传了的天文星占著作的内容得以保存下来，就凭这一点，《开元占经》也是一本极有价值的书。

唐代另一本天文星占著作《乙巳占》是李淳风所著，也摘编了许多现已失传的古代星占著作的片断，包括天文、气象、星占，内容也很广泛。明代还有一本《观象玩占》，作者不可考，也是天文星占书中一本有价值的著作。

天文星占著作有一些迷信的成分夹杂在中间，作为糟粕固然应当扬弃，但透过大量的天文现象和奇异天象的记载，使我们可以了解历史上许多有价值的天文事件，如新星超新星的爆发，彗星的出现和分裂，流星雨的变迁，变星的光变，日食景象，黑子日珥日冕在历史年代中的变化，行星运动，地月系的变迁等，这对现代天文学的理论研究有很大的价值。在

《二十四史》天文志和其他天文星占书中保留了大量古代天象记录，为现代天文学研究提供了不可代替的古代信息，全世界的天文学家都非常珍视它，由于这些古代资料的现代利用而形成了一门新的天文学分支——历史天文学。这也是中国古代天文学现在特别受到全世界科学界重视的原因之一。

天文仪器著作

天文仪器是进行观测的工具，在古代天文学的发展中起了重要作用。中国古代创制了多种精巧的天文仪器，如圭表、漏壶、浑仪、浑象等，不仅有实物保留到今天，还有一些专门著作，描写它们的结构和原理。这不仅在天文学上，而且在机械设计技术上，都有重要价值。

汉代大科学家张衡(78－139)是水运浑象的制造者。他的《浑天仪注》既是浑天说的重要著作，也是制作浑象的一本说明书。清代洪颐煊辑录的

《经典集林》卷二十七中辑有全文，并附漏壶部分的结构说明。它提供了浑天说的基本观点、浑象的制作、多级漏壶的结构等古代资料。

《新仪象法要》是宋代苏颂(1020－1101)为水运仪象台所作的设计说明书，成书于宋哲宗绍圣元年到三年(公元 1094 年到 1096 年)间，是有关

水力运转天文仪器的一本专著。书中共有图六十种，详细介绍北宋水运仪象台的总体和各部结构、尺寸。卷首有《进仪象状》，说明这种仪器的建造缘起、经过和它的特点。卷上介绍浑仪，卷中介绍浑象，卷下介绍仪象台总体、台内各原动和传动机械、报时系统，最后还有一段介绍整个仪象台动作起来的过程，是中国现存最古的机械设计图纸。根据这部书的描述， 中国历史博物馆在王振铎(1912－1992)的主持下复原了水运仪象台。在复原研究过程中证明，书中一点一线都有根据，尺寸大小准确无误，反映了公元十一世纪中国天文学和机械制造技术的成就。《新仪象法要》还记述了水运仪象台的三项重要发明：活动屋顶，自动转仪装置，钟表擒纵器。这几项都比欧洲同类发明早几百年。此外，书中还有星图两套五幅，是两种全天星图的表示法。一种是北极圆图加赤道带横图，共三幅；一种是以赤道为界、以两极为圆心的半天球圆图，共二幅，南极附近天区在中国看不到，图中是空白，这种星图画法在中国还是首创。

有关中国古代的几种重要天文仪器，在《宋史·天文志》中可以看到沈括(1031—1095)的三篇论文，是他在宋神宗熙宁七年(公元 1074 年)写的

《浑仪议》、《浮漏议》和《景表议》。这三篇论文可算是有关仪器的专门著作。《浑仪议》讲到了浑仪和浑象的制造历史，指出浑仪和浑象是两类不同的仪器，接着讲到各代所制浑仪的结构，他对制作浑仪的心得体会。

《浮漏仪》讲到了在他之前的燕肃对平水壶的最新发明，详细记录漏壶的结构和尺寸、漏壶用水的选择等等。《景表议》讲述了多表测景的的方法和景表安装制造问题，讨论了大气能见度的影响。这些使我们对古代天文仪器的认识提高了一步。

郭守敬对天文仪器的重要发明都记载在《元史·天文志》中，他对简仪、仰仪、正方案、景符、窥几等都有详细介绍，包括它们的结构、尺寸和用法。这些仪器都在天文仪器史上有重要地位，元代之后没有专文给以介绍，因而《元史·天文志》的有关部分实在是天文仪器的又一篇名著。

《灵台仪象志》是清代初年为现象台制造六件大型天文仪器的设计使用说明书，由比利时来华的耶稣会士南怀仁(1623－1688)主编，完成于清圣祖康熙十三年(公元 1674 年)。这六件天文仪器现仍保存在北京建国门古观象台上，它们是天体仪(浑象)、黄道经纬仪、赤道经纬仪、地平经仪、地平纬仪(象限仪)、纪限仪(距度仪)。

除了上述介绍的天文学名著，中国古代还有许多有价值的天文著作， 这里特别应该提到《畴人传》，这是一本天文、数学家的传记集，收集了几百位天文、数学家的生平和科学业绩，是研究中国天文学史的重要资料集。它同其他许多著作一起系统全面地反映了中国古代天文学的成就，它的本身也是这成就的一部分。