1、张建芳：独特的古代中国天文学采用赤道坐标系统内容摘要：天文学在古代中国是否存在？学术界说法各异。本文在李约瑟先生分析的赤道、黄道、地平这三种天球坐标系之间差异的基础上，进一步阐发了三系在实地观测中各自的空间取向之间的差异，证实了天文学在古代中国不仅仅是存在，而且相当发达并领先于其他各国，故而被现代天文学承传至今。只是一些学者忽略了它的独特性，才会否定它的存在,进而将中国传统科学技术与思想文化的累累硕果看得一文不值。关键词：三种天球坐标系；差异；古代中国；天文学；独特性一、天文科学体系在古代中国是否存在？天文科学体系在古代中国是否存在？许许多多中外学者对这一问题的说法并不一致，正如天文学专家郑文
2、光先生所说：“一个早期研究中国天文学的法国学者德莎素（deSaussure）,就曾经根据尚书尧典热情地描绘了他所想象的我国四千多年前的天文学的盛况：在隐藏着中国的神秘古代的黑暗中，尧典在我们面前揭开了这样一个场景。皇宫的一个庭院清晰的出现了，这里便是司天之台。闪烁不定的火炬的亮光显示出正在进行的事情；从那投射在漏壶刻度的光线，我们可以看到天文学家们正在选择四颗恒星；当时，这四颗星正位于天球赤道的四个等角距的点上，但是，它们注定要用它们的移动来为后世说明，这幕场景发生在四千多年以前。也是一早期研究中国天文学史的法国学者马伯乐（H.Maspero）却截然相反，他认为中国天文学的历史是很短的，直到公
3、元前五、六世纪，中国天文学还没有产生。另一个法国人德伦贝尔（M.Delambre）走得更远。他说：中国历史虽然长，但天文学简直没有在中国发生过。这已经不是评价的观点问题，而是肆意的贬低了。有一个对中国历史和文化从来不曾做过研究的英国三一学院院长，更是十分恶毒地诬蔑中国古代天文学。他说：这是一个从来不晓得把自己提高到最低水平科学推理的民族；我们对于他们那些荒谬的东西所做的工作已经够多了。他们是迷信或占星术实践的奴隶，一直没有从其中解放出来；即使散布在他们史书中的古代观测记录是可靠的，也从来没有一个人去注意。中国人并不用对自然现象兴致勃勃的好奇心去考察那星辰密布的天穹，以便彻底了解它的规律和原因，
4、而是把他们那令人敬佩的特殊毅力全部用在对天文学毫无价值的胡言乱语方面，这是一种野蛮习俗的悲惨后果。近年来，英国的一个研究中国科学史的专家李约瑟（J.Needham）对中国天文学作了一些较为公允的评价。他说：除巴比伦的天象记事（其中大部分都已散佚）可以看出，中国人在阿拉伯人以前，是全世界最坚毅、最精确的观测者。他又说：显然，中国天文学在整个科学史上所占的位置，应该比科学史家通常所给予它的重要得多。”并总结出中国天文学的七个优点1。通常学术界的一些学者则认为，“由于古代中国和西方科学家处于不同的社会环境，本身的角色意识不同，所以，他们除了为求知这一共同目的进行科学探索活动外，还有不同的目的。古代中
5、国科学家进行科学活动更主要的是为了实用，为生存服务；而古希腊的科学家更主要的是为了解释自然，为认识服务。以天文学为例，古代中国官方天文机构名称历代不同，如太史、太史局、司马监、钦天监等，但天文机构的设立一是为了制订历法。二是为了观测天象。在古代，历法是人民生存的指南，农田的耕种、收播都要依照历法行事。历法的另一个重要功能是，中国历代帝王登基都以颁布他的新历法作为其合理性的标志，如刘歆的三统历就是为王莽篡权而制定的，及崇祯改历等。观测天象主要用于为皇帝预测吉凶，以求奉天承运，行战争，平天下。这种为生存服务的实用传统为中国人从事科学探索设定了一座无形的围城，人们一旦谈及科学就必定进入这座围城，否则
6、就不属于科学探索范围，这也就是古代中国历代都涌现出一些天文学家，总体人数比其它学科都多，而且天文学研究一直持续进行，却没有产生出天文学体系的缘故。”2我们的辞书也是只有“中国天文学史”的词条，没有“中国天文学”的词条，无法令人象了解希腊、埃及、阿拉伯天文学的框架那样对“中国天文学”的框架一目了然。让人难以置信的是，如果没有“中国天文学”，那麽“中国天文学史”又从何而来？古代中国究竟有没有天文学？为什麽同是面对中国古代大量的天象记录，却会有如此不同的看法，除了带有偏见的种族歧视这一原因之外，学术界的一些学者不了解古代中国天文学的独特性，用西方天文学知识探究古代中国天文学，也是不承认古代中国有天文
7、学的一个主要原因。立足点不同是足可以让人“横看成岭，侧成峰”的,岭有路可行，峰无路可攀。有路可行则所获颇丰，无路可攀则收效甚微，立足点、研究方法不对头会让人一无所获。因为对中国天文学的正确认知直接关系到对中国传统科学与思想文化的正确认知，所以非常有必要从根本上予以澄清。 二、独特的古代中国天文学古代中国天文学根本不象有的学者所论述的那样，是“天文学简直没有在中国发生过”，“古代中国科学家进行科学活动更主要的是为了实用，为生存服务”。而是与古希腊的科学家一样，“更主要的是为了解释自然，为认识服务。”英国著名科学家李约瑟先生，在全面、深刻、细致地综合分析、对比中国和西方在天文学体系方面的差异之后，
8、得出的精确结论是：“中国是文艺复兴以前所有文明中对天象观测得最系统、最精密的国家。今天的射电天文学家为什么要以巨大的兴趣去查阅两千年前的中国天象记录呢？这是很简单的事。它不含有高深的理论，也不需要特别的技能，这仅仅是因为中国的古老统治方式太史院逐代转述并大量记录下天象（尽管有内战和入侵的动乱）。天空事件被仔细地记录下来。后代的史学家按惯例将它们系统地整理，从而到今天我们都受益匪浅。中国天文学与希腊有深刻不同的地方在于它发展了巴比伦的代数学传统，计算和预告太阳、月亮、行星的位置不需要任何实在的几何模型，不象欧多克斯（Eudoxus，前 409-356）、亚里士多德、托勒密依据机械天层所建立起的那
9、种“均轮套本轮、轨道套轨道”。说来也怪，没有托勒密的行星天文学，却也有其好的一面。对中国人来说，恒星是无须解释的发光体，彼此相距遥远，漂浮在无限空间之中，它们组成固定的形状已过了亿万斯年，这比起世界是“公元前 4004 年上午 9时”被创造而出现的思想是多么高明的见地啊！有证据表明，中国人的上述概念在十七世纪时对欧洲有巨大的影响。在中世纪，他们，而且仅仅是他们对吸引现象进行了深刻的研究，这一知识通过马里孔特（Maricourt）的彼得（Peter，郭守敬的同代人）的传播刺激了吉尔伯特和开普勒去比拟重力和磁力的吸引，从而促进了牛顿的伟大综合。中国和希腊天文学之间另一个基本的差异，是着重点的不同。
10、希腊人的注意力总集中在黄道，七曜由此通过，希腊人类似于古埃及人，通过注视偕日升和偕日没（即黎明前升起、黄昏后落下）的星座去解决太阳在恒星间的位置问题，然而中国人的注意力总集中在赤道和拱极区，即恒显圈，恒星在其中永不上升也永不落下，我们在两千多年前中国的观测中心河南阳城就可见到这一情况。中国人把天空分成四宫，象我们将一个苹果切成四大块那样，每一部分有一古代象征性的动物：苍龙为东方和春，朱雀为南方和夏，白虎为西方和秋，玄武（或“阴沉的武士”）为北方和冬。而紧围着天帝极星的北拱极区按类似于五行的象征性关系又认为是独立的中央黄宫。这种五行观贯穿在整个中国的自然哲学中。此外，还有一个比这更重要的天区分划
11、。从远古以来，中国的赤道（与黄道相对）被分成 28 份，称作28 宿（月站），每宫七宿，每宿由一特殊的星座标定，从其中某一特定的定标星（距星）起算，因而每一宿所占的赤道范围有很大差别。将各宿隔开的时圈从天极辐射出来，象被天空网成许多桔子瓣，某些宿位于赤道之上，另一些分布于赤道南北。从上述 28 宿星座你一定注意到，中国人的天空分划同希腊的及现代天文学所通常用的星座全然不同，成千的星座中东西方有相同名称的至多不超过一打，其中有大熊、猎户、御夫、南冕和南十字。天空分划的徊然不同是关于中国天文学独立起源和发展的最令人信服的论据之一。如果我们现代的天空在命名方面是希腊式的话，那么在计量恒星精确位置这一
12、同样重要方面却完全是中国式的。计量恒星位置现在有三种经典方式。希腊式，按黄道和黄极决定一切，一颗星的位置以黄经、黄纬表示；稍后的穆斯林式，用地平坐标系，以高度和地平经度表达；而中国式是从赤道和时圈起量，跟今天我们所说的赤经、赤纬完全相同。中国人测量了每一宿的距度，并以去极度代替去赤道度，它们的系统同现代人一致，可能有人要问，西方是什么时候变过来的呢？“那是文艺复兴时期，十六世纪下半叶第谷进行伟大的天文观测的时期。看来，他们部分地是受到了精通中国系统的阿拉伯人的影响而选择了现代体系。”3尽管有了如此清楚的分析，但是在学术界的一些学者看来，这只不过是李约瑟先生的一家之言，还有的学者认为李约瑟先生过
13、高地估计了中国古代科学技术成就。诸如以上所谈，孰是孰非，还需要大量的史实来予以澄清。 三、三种天球坐标系的差异在叙述史实之前，我们应该先了解清楚三种天球坐标系的差异。1.三种天球坐标系三种天球坐标系图如下：三种天球坐标系统：（a）中国赤道坐标系统；（b）阿拉伯地平坐标系统；（c）希腊黄道坐标系统42.三种天球坐标系之间的差异图中可以看出，赤道坐标系以天极为中心；地平坐标系以天顶为中心，黄道坐标系以黄极为中心，这三个中心是不一致的，三者的空间取向也是有区别的，三种天球坐标系的差异也正在于此。A.赤道天球坐标系赤道天球坐标系在古代中国被称为浑天系，它是将天地看作一个整体，将这个整体比做一枚鸡卵，将
14、地球比做卵中黄，将环绕地球的天穹比做卵白和卵壳。浑天系是以地体为天地的球心，以南、北两天极为轴心，亦即天地的中心；以缘地球表面向四周延伸的太空为上下四方。以北天极为上，以南天极为下，以与地球赤道相平行的二十八宿为圆形天道，以将二十八宿所标示 360 度等分的十二辰为划分时间的坐标，并在这一立体的“卵壳”上标示日月星辰的运行度数。正如李勇先生所指出：（由十二支标示的）“天空十二辰对观测者而言是随整个天球参与周日和周年运动。”5随整个天球，即是随整个地球参与周日和周年运动。因为整个天球是整个地球全方位向天穹的延伸。正如古代中国天文学典籍太玄经所说：南极与北极是天轴所在的处所，天旋地转由此而起，就象
15、车轮有车轴，所以能自行旋转。众星全都移动，惟独北极固守中央相对不变换位置（古人所讲的用于标识北天极位置的北极星只是相对不移动位置，其实自古至今作为天轴轴心的北极星也是换了好几个的）。因此得知北极星的位置居于天地的中心，天地是倾斜的，所以（在人的视觉中）极在正北。极就象转轴的轴心，以（相对的）静经历（不停歇的）动，计量出十二时6。这一体系所认知的时空背景是以“极”为枢纽（中心），“时乘十二”。一年的十二月、一日的十二时，都是以极为中心对二十八宿的十二等分。用现代科学的语言讲就是以“极”为中心对地球赤道和天球赤道 360 度的十二等分。见地球赤道坐标系图：地球赤道坐标系图 B.阿拉伯地平坐标系阿拉
16、伯地平坐标系是以观测者所在地的铅垂线向上、向下无限延长为天顶和天底（见天顶与天极区别示意图）。天球上通过天体、天顶和天底的半个大圆（从 N 到 S），叫做该天体的“地平经圈”。从地平北点（N）起沿地平圈以顺时针向量度到天体地平经圈和地平的交点，该圆弧叫作天体的“地平经度”，也叫方位角，范围 0-360 度。它也可从南点（S）起量度。从地平起，沿地平圈量度到天体的角距离，叫作天体的“地平纬度”或“高度”，范围 0-90 度。天顶、天底是地平圈的两个极，地平圈把天球分成可见半球（午半球）和不可见半球（子半球）。因为赤道天球是以天极为中心；地平天球是以观测者为中心。所以只要观测者不在“极”的位置，天
17、顶与天极就有交角。而且观测者所在位置不同，同一天体的地平坐标也不相同。所以，地平坐标有地方性。尽管地平圈这个大圆 360 度可以等分为十二份（24 小时），赤道圈这个大圆 360 度也可以等分为十二份（24 小时），但是地平天球的可见半球、不可见半球与赤道天球的南半球、北半球；东半球、西半球，在空间取向上是不同的。天顶与天极交角示意图C.希腊黄道坐标系以黄极为中心的希腊黄道坐标系，是以太阳为中心，以平行于黄道两侧 8 度范围内的 12 个星座，也称十二宫为坐标。黄道是指地球上看太阳于一年内在众星之间所走的视路径，即地球的公转轨道平面和天球相交的大圆。由于地球每年绕太阳公转一周，故太阳在天球上每月沿黄道移动 30 度，相当于每月位于一个星座。赤道和黄道之间有 23 度左右的交角，赤道大圆与黄道大圆的空间取向也是不一致的。（见黄赤交角图）
