"嫦娥三号"登月,引起了一股天文热。细心的读者或许已经发现,在"嫦娥三号"降落月球的电视直播中,月球地貌图上有不少古代中国名人的名字,其中石申、张衡、祖冲之、郭守敬最受关注。国际天文机构为何选中他们"登月"?
石申编出世界上最早的古星表 《石氏星表》比欧洲至少早一至两个世纪
"嫦娥三号"能成功地飞上月球,降落月球,离不开"天体测量"这门天文学科。天体测量,即测定天体的位置和天体到达某个位置的时间,它是天文学中最古老、也是最基本的一个学科分支。
春秋战国时期,中国的天体测量水平已遥遥领先世界。这一时期,诞生了一部重要的天文学着作《石氏星表》。星图是星空的形象表示,星表则是星空的数值表示,任何一颗星的位置都可用它的坐标表达。中国古代一般采用赤道式坐标,《石氏星表》对121颗恒星的位置就用去极度(赤纬的余角)和入宿度(赤经差)来表示,这是中国第一份古星表,也是目前世界上已知的最早的一份古星表。《石氏星表》的作者,就是中国战国中期魏国着名的天文学家石申。
石申又名石申夫,其所着的《石氏星表》原名《天文》,8卷,这部天文大书的价值极高,后人因此尊称之为《石氏星经》。
《石氏星表》在宋以后失传,今天我们仅能从唐代天文学书籍《开元占经》中看到《石氏星表》的一些片段。其中有二十八宿距星和其他一些恒星,可以找到其中115颗星的赤道坐标位置。
"赤道坐标系"在欧洲的广泛使用,从十六世纪才开始。恒星的赤道坐标会作缓慢的变动,这种变动的绝大部分是"岁差"造成的。按照岁差规律,比较一颗恒星古今坐标的变化,可以推求出这个古赤道坐标的测定年代。运用这种方法,对《石氏星表》的数据进行推算,结果证明,其中有一部分星座确是公元前四世纪测定的,而另一部分则是在东汉时期、大约公元二世纪重新测定的。
古希腊最早的星表,是古希腊天文学家依巴谷在公元前二世纪测编的。在依巴谷之前,还有两位古希腊天文学家也测量过一些恒星的位置,但是那也是在公元前三世纪,至少比石申要晚一至两个世纪。
有人怀疑《石氏星表》晚于公元前四世纪,但目前的考古发现已否定了这一质疑。在湖南长沙马王堆汉墓中出土的《五星占》中,已记载了公元前三世纪行星运行资料,表明那时已有测角工具。
《石氏星表》是中国后世许多天体测量工作的基础。诸如测量日、月、行星的位置和运动,都要用到其中二十八宿距度的数据,这是古代中国天文历法中的基本数据。可以说,石申测绘出的星表,是战国到秦汉时代天文历法发展的一个重要基础。值得一提的是,因为石申和同时代的楚国天文学家甘德(着有《天文星占》)太有名了,唐宋人还托他们二人大名,弄出了伪作《甘石星经》。
张衡,创制世界首架观测天体的浑天仪 科学解释"月光""月蚀"现象 揭示"四季""昼夜"变化原因
张衡,东汉时南阳西鄂(今河南南阳石桥镇)人,靠自学成为闻名乡里的学者,后被推荐到京师洛阳任职,从元初二年(公元115年)起两度任太史令。《后汉书·张衡传》记载,张衡在数学、天文、地理、绘画和文学等诸多领域,都表现出了非凡的才能和广博的学识,除了制造出世界上第一架地震仪,还着有科学、哲学和文学着作32篇,其中天文着作有《灵宪》和《灵宪图》等。所以《张衡传》中说,"衡善机巧,尤致思于天文、阴阳、历算。"
张衡在天文学上取得的成就最卓越,可以说他是汉代天文界的代表人物,着有《灵宪》和《浑天仪图注》二书。在书中,张衡全面阐述了自己的天文学思想和浑天学说,可算是对汉代天文学的总结。张衡科学地解释了"月光"和"月蚀"两种月球现象,还有"四季"、"昼夜"变化的原因。张衡认为,月球本身并不发光,月光其实是日光的反射,即月光生于日之所照,魄生于日之所蔽(照不到),月相由于日光的"照"和"蔽"所引起。
张衡分析了月蚀的成因,认为月蚀是因为地影(暗虚)遮蔽月光;且认识到宇宙的无限性和行星运动的快慢与距离地球远近的关系。这些在今天看来可能是"小儿科",但在当时可是了不起的研究成果。
张衡观测记录了2500颗恒星,创制了世界上第一架能比较准确地表演天象的漏水转浑天仪,还制造出了指南车、自动记里鼓车等。为了纪念张衡的贡献,国际天文学界遂将月球背面的一个环形山,命名为"张衡环形山".
祖冲之,在世界上第一个测量出冬至时刻 《大明历》引用"岁差"打破了19年7闰旧历法
祖冲之在数学领域的贡献广为人知,如他求出了圆周率值介于3.1415926和3.1415927之间,这一数据在当时的世界上是最先进最精确的。其所撰写的《缀术》一书,在唐代时被定为国子监的数学教材,且修业时间最长,很可惜,此书今已失传。
其实,祖冲之还是魏晋南北朝时期着名的天文专家。祖冲之青年时代进入华林学省,从事科学研究,曾担任过南徐州(今江苏镇江)刺史,还做过娄县(今江苏昆山)县令,谒者仆射等官。到肖齐王朝,官至长水校尉。他博学多才,在音律、机械、文学、天文诸方面都有成就。在天文历法方面,编制了《大明历》,首次引进"岁差"算历,使天周同回归年长度分开,另外改革闰周,打破19年7闰的旧历法。今天是冬至日,祖冲之就是通过对冬至日时刻的研究,取得科学突破的。祖冲之仔细研究了每日影长的变化规律,利用冬至日前后影长对称的关系,提出了确定冬至日时刻的新方法,该方法不受阴云蔽日不能测量日影的影响,能求出冬至时刻,此法为后世长久沿用。
在古代,要进一步提高历法的精度,必须从冬至时刻的测量方法上改进。西汉以后,古代天文学家已经习惯使用"八尺高表",来测定冬至的日期。但是,用"八尺高表"简单地进行测量,并不能得到理想的结果。祖冲之首先从观测技术上改进,提高观测精度,由于冬至前后的影长变化不太明显,这给冬至时刻的准确测定带来困难,更重要的是简单的测量只能得到冬至发生的日期,而不能得到一天中什么时刻是冬至。
祖冲之想出一个新的方法,他不直接观测冬至那天日影的长度,而是观测冬至前后二十三四日的日影长度,再取它们的平均值,求出冬至发生的日期和时刻,又由于离开冬至日远些,日影的变化就快些,所以这一方法提高了冬至时刻的测定精度,使用这种观测方法的,祖冲之是世界第一人。祖冲之制定的《大明历》的岁(一年),实取365.2428日,比元代郭守敬的《授时历》,仅差0.0002,这在当时来说是很精密的。一直到了南宋以后,才达到或超过祖冲之的观测水平。
(责任编辑:陈冬梅)