极星测量

    【极星测量】

    浑仪、浑象与极星【原文】天文家有浑仪①，测天之器，设于崇台②，以候③垂象④者，则古机衡⑤是也。浑象，象天⑥之器，以水激之，或以水银转之，置于密室，与天行相符，张衡⑦、陆绩⑧所为，及开元中置于武成殿者，皆此器也。皇祐中，礼部试⑨《机衡正天文之器赋》，举人皆杂用浑象事，试官亦自不晓，第⑩为高等。汉以前皆以北辰居天中，故谓之极星。自祖亘以机衡考验天极不动处，乃在极星之末犹一度有余。熙宁中，余受诏典领历官，杂考星历，以机衡求极星。初夜在窥管中，少时复出，以此知窥管小，不能容极星游转，乃稍稍展窥管候之。凡历三月，极星方游于窥管之内，常见不隐，然后知天极不动处，远极星犹三度有余。每极星入窥管，别画为一图。图为一圆规，乃画极星于规中。具初夜、中夜、后夜所见各图之，凡为二百余图，极星方常循圆规之内，夜夜不差。余于《熙宁历奏议》中叙之甚详。【注释】①浑仪：也叫浑天仪。我国古代测定天体位置的一种仪器，在支架上固定着两个互相垂直的圈，分别代表地平和子午圈；在其内还有若干个能绕一条和地轴平行的轴转动的圈，它们分别代表赤道、黄道、时圈、黄经圈等；在可转动的圈上附有可绕中心旋转的窥管，用以观测天体。②崇台：高台。崇：高。③候：伺望，侦察，这里是观测的意思。④垂象：（天空）显现的星象。⑤机衡：有的版本校作玑衡。玑衡，璇玑玉衡的简称。据胡道静先生考证，东汉一部分人认为璇玑玉衡就是浑天仪，后人研究认为这是错误的。尽管文献记载中浑天仪的历史可追溯到唐尧时代（见《隋书天文志》引《春秋文耀钩》），但是都不可靠。李约瑟的《中国科学技术史》根据先秦时代以管窥天的成语推测，当时的观测仪器仅是一个简单的望筒，直到两汉时代，它的规格才渐渐完备起来。另外，古代常将浑象和浑仪两者总称为浑天仪，直到隋唐以后才比较明显地将它们加以区别。⑥象天：模拟天象。象：象征，这里有模拟、演示、验证的意思。⑦张衡：东汉科学家、文学家，字平子，河南南阳西鄂（今河南南阳石桥镇）人。他精通天文历算，创制了世界上最早用水力推动的浑象仪和测定地震的地动仪，并第一次正确地解释了月食的成因。他在文学方面也是才华出众的，所创作的赋和诗在文学史有一定的地位。⑧陆绩：字公纪，三国吴郡吴县（今江苏苏州）人，精通天文、历算，曾制造过浑象仪。⑨礼部试：唐代的进士考试本由吏部员外郎主持，到开元二十四年（736年），改由尚书省的礼部侍郎主持，通称省试。此后历代沿袭，科举遂为礼部专职，因此称在京城举行的会试为礼部试，亦称礼闱。⑩第：科举考试的等第，这里用为动词，是考官判定名次的意思。祖亘：即祖暅，祖冲之之子。典领历官：沈括于宋神宗熙宁五年（1072年）提举司天监之职，典领历官即指此事。复出：指所观测的北极星移动并离开了窥管的视野。凡历三月：一共经过了三个月时间。别：另外。圆规：这里指圆圈。循：这里指极星按圆圈路线移动。《熙宁历奏议》：沈括于熙宁八年（1075年）上呈《奉元历》时所写的奏议。【译文】天文学家有浑天仪，是观测天文现象的仪器，设置于高台上以观察天象，即古代所称的玑衡。又有浑象，是模拟天球的仪器，用水冲击，或用水银泄漏作动力，使它转动，设置于密室之中，以与天球的运行相符合，张衡、陆绩所造及唐开元中置于武成殿的天文仪器都是这种器物。本朝皇祐年间，礼部举行贡举的省试，用了《玑衡正天文之器赋》的考题，举人们都杂用浑仪、浑象的典故，主持考试的官员自己也不明白二者的区别，遂将这类答卷列入高等名次的评定范围。汉代以前，人们都以为北辰星处在北天的正中位置，所以称之为极星。自从祖暅用玑衡加以观测验证，才发现北天极点不动的位置，实在北极星所在天区的尽头，其视觉定位距北极星还有一度多。熙宁年间，我受命提举司天监，掌领历法官的职事，曾杂考星象历法，用浑天仪观测考求北极星的位置。夜初时分，北极星在窥管中，不多时候就游出于窥管之外了。以此知道窥管太小，不能容纳北极星游动转行的范围，于是渐渐扩展窥管来观测它。如此历时共三个月，才使得北极星完全在窥管中游动，始终看得见而不会再隐去。然后知道北天极点不动的位置，距离北极星最远还有三度多。当时每当北极星进入窥管，就另外画一张图。图为一正圆形，于是画北极星的运动位置于圆形中。凡是初夜、中夜、后夜所见的位置都具备，分别画在图上。这样共制出二百多张图，北极星才一直在设定的圆形内循环运动，运行轨迹夜夜不差。我在《熙宁历奏议》中，对此有详细的叙述。二十八宿【原文】予编校昭文书时，预①详定浑天仪。官长问予：二十八宿，多者三十三度，少者止一度。如此不均，何也？予对曰：天事本无度，推历者无以寓其数，乃以日所行分天为三百六十五度有奇②。（日平行三百六十五日有余而一期③，天故以一日为一度也。）既分之，必有物记之，然后可窥而数，于是以当度之星记之。循黄道④日之所行一期，当者止二十八宿星而已，（度如伞橑⑤，当度谓正当伞橑上者。故车盖二十八弓，以象二十八宿。则予《浑仪奏议》所谓度不可见，可见者星也。日月五星之所由⑥有星焉，当度之画⑦者凡二十有八，谓之舍⑧，舍所以挈度、所以生数也。）今所谓距度星⑨者是也。非不欲均也，黄道所由，当度之星止有此而已。【注释】①预：参与。②奇（jī）：零头，余数。③一期：一个周期。④黄道：古代天文学上指太阳视运动在天球上的轨迹。⑤橑（lǎo）：通轑，撑起伞或车盖的弓形木架。俗称伞弓、车盖弓等。⑥由：经由，经过之处。⑦画：划分，界限。⑧舍：二十八宿又称二十八舍。宿、舍同义，盖取义于日月五星舍止之处。⑨距度星：二十八宿的每一宿实际上都表示一个星空区域，其中被选为测量标志的一颗星即被称距度星，也称距星。距星的距度（与相邻距星的度数之差）代表各宿星区的广度。【译文】我在编校昭文馆书籍时，曾参与详细审定浑天仪的工作。官长问我：二十八宿之间的距离，多的有三十三度，少的只有一度。如此不均匀，为什么呢？我回答说：天体运行本无所谓度，是推算历法者无从运用他们的推算数据，才按太阳每年所行经的轨道，划分周天为三百六十五度多一点。（太阳运行平均三百六十五天多一点为一个周期，所以周天也以太阳每天所行的距离为一度。）既要划分周天，必然要有参照物作标记，然后才可以测量和运算，于是便以正好在黄道附近可以作为分度界点的星体为标志。太阳沿着黄道运行一周，可以当做分度界点的星体也不过二十八宿的代表星官而已，（分度的界线就像撑伞的弓形架条，当度指正好处在伞弓上。所以车盖有二十八条弓架，用以象征二十八宿。这也就是我在《浑仪奏议》中所说的度是不可见的，可见的是星。日、月、五星所经之处都有许多可见的星，而正好可以作为分度界点的大概有二十八宿的星官，且称之为舍，舍就是用来提领分度和产生度数的。）现在所称的距度星就是这种代表星。并非是天文学家不想均匀划分，而是在太阳所行经的黄道上，可以作为分度标志的星体只有这些罢了。日月之形【原文】又问予以日月之形，如丸①邪？如扇②也？若如丸，则其相遇岂不相碍③？余对曰：日月之形如丸。何以知之？以月盈亏④可验也。月本无光，犹银丸，日耀⑤之乃光⑥耳。光之初生⑦，日在其傍⑧，故光侧⑨而所见才如钩；日渐远，则斜照，而光稍满⑩。如一弹丸，以粉涂其半，侧视之则粉处如钩，对视之则正圜。此有以知其如丸也。日、月，气也，有形而无质，故相值而无碍。【注释】①丸：弹丸，圆球形。②扇：团扇，圆形。③碍：阻碍。限于科学认知能力，宋代人普遍认为太阳、月亮都在天上，它们到地面的距离是相同的，所以才会有当它们碰到一起时会不会互相阻碍的疑问。④盈亏：指月盈、月亏，即月亮的圆缺。⑤耀：照耀，照射。⑥光：文中用作动词，是发光的意思。⑦光之初生：月光初现时，这里是指阴历每月初只能看到一道月牙。⑧傍：通旁。⑨光侧：指阳光从侧面照射月球。⑩稍满：指随着太阳的移动，人们可以见到月球被阳光照亮的地方逐渐增大、变圆。正圜：正圆。圜：同圆。气：气体。古人误认为日、月都是由气体组成的。质：实体。相值：相遇。值：遇到。【译文】官长又问我以这一问题：太阳和月亮的形状是像个圆球呢，还是像把扇子呢？如果像个圆球，那么它们相遇，又怎会不互相妨碍？我回答说：太阳和月亮的形状像个圆球。何以知道它们是这样子？以月亮的盈亏就可以验证。月亮本来不发光，譬如一个银球，太阳照耀它，它才发光。月光初生的时候，是太阳在它旁边照射，所以光在它的侧面，人们能够看到的月光面就仅仅像个弯钩；太阳渐渐远离月亮，则斜照过来，月光就逐渐变得圆满。犹如一颗弹丸，用白粉把它的表面涂抹一半，从旁边看去则涂了粉的地方如同弯钩，对着涂粉的一半正面看去则还是正圆。由此可见太阳和月亮都像个圆球。太阳和月亮都是由气凝结而成的，有形状而无质体，所以相遇也没有妨碍。古之繇辞【原文】古之卜者，皆有繇辞①。《周礼》三兆②其颂皆千有二百。如凤凰于飞，和鸣锵锵；间于两社，为公室辅；专之渝，攘公之羭，一薰一莸，十年尚犹有臭；如鱼竀尾，衡流而方羊，裔焉，大国灭之，将亡，阖门塞窦，乃自后逾；大横庚庚，余为天王，夏启以光之类是也。今此书亡矣。汉人尚视其体，今人虽视其体③，而专以五行为主，三代④旧术，莫有传者。【注释】①繇（zhu）辞：据龟甲上的裂纹来判断吉凶的语词。②三兆：指玉兆、瓦兆、原兆，一般认为它们指三部上古占卜的书。③体：兆象。④三代：夏、商、周。【译文】古代用龟甲占卜的人都有繇辞。《周礼》三兆中其颂都有一千二百条繇辞。如凤凰于飞，和鸣锵锵；间于两社，为公室辅；专之渝，攘公之羭，一薰一莸，十年尚犹有臭；如鱼竀尾，衡流而方羊，裔焉，大国灭之，将亡，阖门塞窦，乃自后逾；大横庚庚，余为天王，夏启以光这类都是繇辞（沈括所引五段繇辞，前四段出自《左传》，最后一段出自《史记》）。现今这一类的书都失传了。汉代人还是存有这种看龟甲上的裂纹下繇辞的旧制，现今的人虽然也观察龟甲上的裂纹，却全用五行学说来进行阐释，夏、商、周的旧术没人能传承。张子信观天象【原文】北齐张子信候天文，凡月前有星，则行速，星多则尤速。月行自有迟速定数，然遇行疾者，其前必有星，如子信说，亦阴阳相感自相契耳。【译文】北齐时的张子信观测天象，发现凡是月亮的前面有行星时，月亮就运行迅速，行星多时就尤其迅速。月亮运行的快慢自有定数，然而运行迅速的时候其前方必定有行星，就像张子信所说，这也是因为阴阳互相感应而自相契合。捕鼠木钟馗【原文】庆历①中，有一术士②姓李，多巧思。尝木刻一舞钟馗③，高二三尺，右手持铁简④，以香饵置钟馗左手中。鼠缘手取食，则左手扼鼠，右手运简毙之。以献荆王⑤，王馆于门下。会太史言月当蚀于昏时，李自云：有术可禳⑥。荆王试使为之，是夜月果不蚀。王大神之，即日表闻，诏付内侍省问状。李云：本善历术，知《崇天历》⑦蚀限⑧太弱，此月所蚀，当在浊中。以微贱不能自通，始以机巧干荆邸⑨，今又假禳以动朝廷耳。诏送司天监考验。李与判监楚衍⑩推步日月蚀，遂加蚀限二刻；李补司天学生。至熙宁元年七月，日辰蚀东方，不效。却是蚀限太强，历官皆坐谪。令监官周琮重修，复减去庆历所加二刻。苟欲求熙宁日蚀，而庆历之蚀复失之，议久纷纷，卒无巧算，遂废《明天》，复行《崇天》。至熙宁五年，卫朴造《奉元历》，始知旧蚀法止用日平度，故在疾者过之，在迟者不及。《崇》《明》二历加减，皆不曾求其所因，至是方究其失。【注释】①庆历：宋仁宗赵祯年号（10411048年）。②术士：古代有时指儒生，有时指道术之士，文中指懂得天文、历法、卜算与某方面技艺的人。③钟馗：传说中的一个专门打鬼的判官。④铁简：文中指狭长的铁板子。⑤荆王：宋神宗的弟弟赵頵。⑥禳（rnɡ）：迷信的人用祈祷的办法消除灾难。⑦《崇天历》：宋代所用历法之一，分别用于10241064年和10681074年。⑧蚀限：即食限，指日食限和月食限。《辞海》：在朔日，月球中心离白道和黄道的交点使日食成为可能的极限角距离叫日食限。距离在1521（下限）以内必发生日食，在1831（上限）以外无日食。在望日，地影中心离白道和黄道的交点使月食成为可能的极限角距离叫做月食限。月食的上限为1215，下限为930。在上下限之间可能发生日偏食或月偏食。⑨荆邸：文中指荆王府邸。⑩楚衍：宋代开封阼城人，精于天文历法，曾补司天监学生，进司天监丞，是《崇天历》的参与编制者。司天学生：司天监的下级官员。辰：辰时，指上午7时至9时。不效：没有应验，与推算的时间不符。坐：因某事受牵连而受处罚或被定罪。谪：贬官，文中指受降职处罚。周琮：宋英宗时任殿中丞判司天监，曾主持编制《明天历》。《明天》：即《明天历》，宋英宗治平元年（1064年）由周琮等编制而成，应用于10651067年。熙宁五年：1072年。熙宁：宋神宗赵顼年号（10681077年）。卫朴：宋代人，平民出身，为沈括举荐，编制了《奉元历》。《奉元历》：宋代历法之一，为平民卫朴编制，应用于10751093年。【译文】宋仁宗庆历年间，有一个姓李的术士，多有奇思妙想。他曾经刻制了一个能动的木头人叫舞钟馗，（木头人）有二三尺高，右手拿着一根铁板条，左手里放着喷香的诱饵。当老鼠顺着木头人的手爬上去吃诱饵的时候，它的左手就会紧紧抓住老鼠，右手会挥动铁板条将老鼠打死。姓李的术士把这个木头人送给了荆王，荆王就把他留下来做了门客。（后来有一次）恰巧碰到太史说黄昏时刻会发生月食，姓李的术士自己（出来）说：我有办法使月食消除。荆王就试着让他去消除月食，那天月食果然没有发生。荆王感到非常神奇，当天就将此事上奏朝廷，皇帝便下令由内侍省来询问这件事的具体情况。姓李的术士说：我本来就善于历法，知道《崇天历》对食限的角度定得过小了，这次月食的位置应该在地平线以下。因为自己出身寒微，不能自己将此事上报官府，所以才做了一个设置了机关的木头人借机进了荆王府，现在又假借能够消除月食来引起朝廷注意罢了。皇帝于是下令将姓李的术士送到司天监，对他的说法进行检验。姓李的术士同司天监长官楚衍一道推算日食、月食，于是把食限增加了两刻，姓李的术士也因此而得以补司天学生的职务。（但是）到了宋神宗熙宁元年七月的一天，按推算当天早上要发生日食，却没有应验，恰恰是食限增大了的缘故。于是历法官们都因此而被降职。皇帝下令司天监官周琮重新修正历法，他又减去了庆历年间所加的二刻食限。（这样一来）如果算准了熙宁年间的这次日食，庆历年间的那次月食就又算不准了。（如此这般）争论了很久，始终没有一个巧妙的算法，于是废掉了《明天历》，又重新采用《崇天历》。直到熙宁五年，卫朴编制了《奉天历》后，才知道过去推算日月食时只用了太阳运行的平均速度，所以当太阳运行速度较快时就超过了，当太阳运行速度较慢时又会达不到。《崇天历》和《明天历》两种历法对食限的加减，都没有探究寻找到产生偏差的真正原因，直到这次才弄清了产生偏差的原因所在。