宋代天体学历史沿革的再探讨

宋代天体学历史沿革的再探讨

宋代是中国最频繁的王朝。20世纪300年代出版了19种历法。另外,还有《至道历》、《乾兴历》、《五星再聚历》和沈括的《十二气历》未经行用。以下从几个方面探讨一下宋代改历的原因。一、碳化硅的制备宋代,科学实证、不断创新精神是其潮流之一。从作为具体表现之一的历法研究中,便可窥其端倪。我国古代改历,一般有两种动机,一为政治原因,即受命改制,所以有“王者易姓受命,必改正朔”之说;另一种是从科学角度出发,以求与实际天象相符合的历法,以便授民以时。到了唐穆宗时,改变了以往的说法,提出了“累世缵绪,必更历纪”“历象以授四时,璣衡以齐七政,二者本相因而成”我国古代的天文仪器主要有计量时间的漏刻,测定晷影的圭表和测量、演示天体位置的浑仪、浑象。首先要有准确的漏刻,才能根据自然现象的变化规律,在历法中对时辰进行人为的按排。宋太祖建隆二年(961年),司天少监王处讷以唐以来“漏刻无准”,提出“重定水称及候中星”仁宗天圣八年(1030年),小官员燕肃创莲花漏,改变了以往漏刻不足之处。以往的漏刻随着壶中水的减少,流水速度也在变慢,这就直接影响到计时的稳定性和精确度。燕肃采用漫流原理,在中间一级壶的上方开一孔,使上面来的过量的水自动从这个分水孔溢出,让水保持恒定,从而使水流量均匀。但这一方法一开始因“不与《崇天历》合”而不被朝廷采用。燕肃“所至皆刻石以记其法,州郡用之以候昏晓”,经过实际应用,“世推其精密”仁宗皇祐初,因漏刻“二时初末相侵殆半”,诏周琮等“更造其法”,周琮等“用平水重壶均调水势,使无迟疾。”神宗熙宁间,沈括所制漏壶,采用了燕肃的最新发明,又有创新。燕肃的莲花漏改变了流水不均匀的缺点,但没有改变流水受温度变化而变化的缺点,因为流水一到冬天易凝冻迟涩。“沈括的刻漏能够利用漫流中表面张力的补偿作用,补偿粘滞性随温度变化时对流量的影响,从而消除温度变化所引起的计时误差。”我国二十四节气的测定,特别是冬夏二至的测定,历来依靠圭表。节气的安排是制历的主要因素之一。宋代的天文历法家对以往的圭表进行了改造,使其更趋精确。仁宗皇祐间,周琮等在浚仪岳台(今河南开封县西北),“考古法,立八尺铜表,厚二寸,博四寸,下连石圭一丈三尺,以尽冬至景长之数,面有双水沟为平准,于双沟刻尺寸分数”神宗熙宁间,沈括在《景表议》中讲述了观象台地址选择及大气能见度问题,更具有科学性。沈括根据实际观测,认为“测景之地,百里之间,地之高下东西,不能无偏,……浊氛相杂,莫能知其所蔽”。由于“烟气尘坌,变作不常”,因而“入浊出浊之节,日日不同”。针对这一情况,为了更好地测景验气,就应该“为密室以栖表,当极为霤,以下午景使当表端”。这样,可以减少日光散射使晷影糊涂的缺点,又可以增加晷影在圭面上的相对清晰度。另外,沈括又在旁增一副表。“凡景表景薄不可辨,即以小表副之,则景墨而易度。”天文仪器中,最重要最复杂的应属浑仪;浑象。在天文历法工作者的努力下,赵宋皇朝以其实力,先后铸造了八座左右浑仪,另外,还有两座浑象和机械时钟。太宗淳化初,因唐以来“浑仪制度废之已久”,韩显符“遂会考天象,做古人遗意创造”铜浑仪。至道元年十二月制成。韩显符用至道水臬测量北极,改变了唐李淳风测量数据。“唐贞观初,李淳风于浚仪县(今河南开封县西北)右岳台测北极出地高三十四度八分,差阳城(今河南登封县东南)四分,今测定北极高三十五度,以为常准”。之所以能以为常准,是因为至道水臬“四隅水平,则天地准”真宗大中祥符三年(1010年),韩显符又造一浑仪子龙图阁,并用浑仪对天体进行了观测。同年七月五日“上外官星位去斗极度数”仁宗皇祐初,周琮等改铸黄道浑仪。我国古代使用的是赤道座标,一般都是赤道浑仪。唐李淳风提出按黄道装置窥管的建议,但中国天文学的独创性和特殊性,从来是不可能轻易改变的。到耶稣会传教士入华为止,除唐僧一行外,就是周琮等制造的皇祐浑仪用了这一装置。周琮等用新仪观测了周天星象,测量了天体位置,测得二十八宿观测值,入宿度和去极度精确度较景祐测验大有提高,进步很多。又测得北极与极星的距离“一度稍强”,“接近于实际”神宗熙宁间,沈括也制造了浑仪。沈括所造浑仪最大的贡献就是取消了白道环,这在浑仪发展史上具有重要意义。在沈括之前,浑仪在历代改进中经历了由简到繁的过程,仪器上的环越来越多,使仪器上的环圈相互交错,遮掩了部分天区,缩小了观测范围。沈括认识到了这一缺点,看到“今月道既不能环绕黄道,又退交之渐当每日差池,今必候月终而顿移,亦终不能符会天度”。提出“当省去月环。其候月之出入,专以历法步之”。沈括在不遗漏天文概念的基础上,把复杂的浑仪变为简单,为浑仪发展开辟了新途径。沈括又指出旧法黄赤道位置有误。“黄赤道平设,正当天度,掩蔽人目,不可占察,其后乃别加钻孔,尤为拙谬。”“今当侧置少偏,使天度出北际之外,自不凌蔽”。沈括还借用数学原理改进窥管,认为窥管“衡上下二端皆径一度有半”,“今两端既等,则人目游动,无因知其正中。今以钩股法求之,下径三分,上径一度有半,则两窍相覆,大小略等,人目不摇,则所察正”神宗元丰五年正月,详定浑仪官欧阳发制作元丰仪。仪器“具新器之宜,变旧器之失”除上所说,宋朝还有张思训的太平浑仪和苏颂的水运仪象台更不同旧制。两部都是浑仪、浑象和漏刻合为一体的仪器。太平兴国初,司天监学生张思训献其式,朝廷“如式造之”。浑仪“起为楼阁之状,数层高丈余。以木偶人为七直神,摇铃、撞钟、击鼓。又作十二神各直一时,至其时即自执辰牌循环而出。并著日月星辰皆须仰视,机能之用俱隐楼中”。“旧制太阳昼行度皆以手运,今所制取于自然”。机体运转也不同以往,“古之制作运动以水,颇为略,寒星无准,乃以水银代之,运动不差”元祐元年(1086年),苏颂奉命检验当时太史局等使用的各架浑仪,便想在张思训所造浑仪基础上重创新仪。苏颂与吏部守当官韩公廉于元祐三年集合一批人制造,元祐七年竣工。这是一座高台建筑,全台分三隔。下隔包括报时装置和全台的动力机构等,其中报时装置又分五层木阁,里面均有木偶人摇铃、打钟、击鼓、击钲,按时、刻、更轮流转到门口指示时辰、刻数和更筹数。动力机构有一个称为“枢轮”的水轮,承接从恒定水位漏壶中流出的水。“枢轮”运转速度由一组叫“天衡”系统的杠杆装置控制。这种水力机械钟填补了漏壶和锤钟或发条钟之间的空白。它并不象漏壶一样完全依靠某种液体不断的流动,因为它的计时部件可以由改变杠杆上的法码来加以调整。“天衡”系统对“枢轮”的擒纵控制,是现代钟表的先驱。中隔是间密室,放置浑象。浑象中附有可调整的星辰模型。其天球体通过齿轮和机轴由东向西自动旋转,与天体视运动一致。上隔设浑仪。能自动追踪天球的运转,与近代天文望远镜受转仪钟控制的效果相同。浑仪上面建有板屋,装有九块可以活动的屋面板,开创了现代天文台顶活动的先声。苏颂等制造的水运仪象台被称为“中国最精确的仪器之一”如上所述,宋代天文历法工作者以其科学创新精神促使宋代天文仪器取得了前所未有的进步,同时也推动了宋代天文观测的进步。“汉唐以来一千多年中,对二十八宿距星的测定只进行过两次,而在北宋短短的一百多年中,却进行了三次以上。”二、民间学界的研究古代中国,历法与政权有密切的关系,颁布历法是皇帝的特权之一。皇帝颁历,臣民奉行,这是贯穿中国历史的一条连续线索。每一皇朝都以警惕的眼光注视着独立研究天文的民间研究者,怕他们暗中为密谋建立新朝的人编制新历,如有发现,必对其严令酷禁。但在战乱之时则当别论,这时,民间私家研究纷纷而起。五代战乱时期,就出现过民间《万分历》。周广顺二年(952年),王处讷编制《明元历》,藏之于家。宋初建国,重倡儒术,对天文历法这一“正统”的儒家之学也随之重视。宋太祖、太宗、真宗三代接连不断采取措施,禁止民间、私家研究天文历法。太祖开宝年间就连续对私习者设禁施刑。开宝五年(972年)九月,“禁元象器物,天文图谶,七曜历…等不得藏于私家,有者并送官”。八年九月,“除名人宋惟忠弃市,坐私习天文”太宗即位,更是大规模采取行动。太平兴国二年(977年)十二月,“诸道所送知天文相述等人凡三百五十有一。十二月丁已朔,诏以六十有八隶习天台,余悉黥面流海岛”真宗时,又一次对民间研究者进行大清除。景德元年(1004年)正月,又有“……旧章所禁,私习尚多,其申严之,自今民间应有天象器物,谶候禁书,并令首纳所在焚毁,匿而不言者论以死,募告者赏钱十万,星算伎术人并送阙下”以上所述,“天象器物,私习天文术数”都属被禁之列,这是一方面。另外,从朝廷三令五申下令禁止的现象中还可发现一个问题,那就是越是下令禁止,越是证明民间私家研究天文历法的普遍性和严重性。这是唐末、五代长时期战乱留下的后遗症。赵宋皇朝在政权建立之初,对这些现象进行“拨乱反正”,这也是完全符合历史发展规律的。但是,赵宋皇朝虽然竭力想禁止民间研究,事实上却是禁不胜禁,因各种原因。朝廷根本无法把这条线索彻底铲除。不久,又恢复如旧,而朝廷对这恢复的现象处理方法也慢慢产生了变化。神宗熙宁间,淮南人卫朴奉命修历,卫朴精通历法,甚至超过唐僧一行。卫朴明确指出当时的历法是“《崇天术》气后天,《明天术》朔后天”,并“以己学为之,视《明天术》朔减二刻”,制成《奉元历》。卫朴无官无职,又有“己学”,完全是民间研究者,而他到司天监制历,并不是被迫“传送阙下”,而是沈括提举司天监时“召朴至”,《奉元历》成后,又“赐朴钱百千”元祐间,苏颂家“因其家所藏小样而悟于心”徽宗宣和六年(1124年),宰臣王黼造璣衡小样,据王黼自己说是“邂逅方外之士……面出素书一,道璣衡之制甚详”南渡后,太史局文籍散逸,仪象不备,官历无法到达郡县,于是民间有各种各样的历法流传,造成各州历法不同的场面。高宗绍兴间,有人作诗云:藤州三月作小尽,梧州三月作大尽。哀哉官历今不颁,忆者升平泪成阵。朝廷多事,却孕育了一批民间研究者,民间势力又一次上升。这时的民间研究者不仅可以公开研究,甚至可以与司天监官员展开辩论。如果司天监官员推算历法有误,司天监官员反而要降职受罚;民间布衣、草泽如推算历法,经检验与天象符合,则要嘉奖受赏。南宋共颁历九次,其中至少有四个以上是在司天监官员和布衣、草泽争辩中产生的,而且结果往往是布衣、草泽胜,历官败。绍兴五年(1135年),“日官言,正月朔旦日食九分半,亏在辰正。常州布衣陈得一言,当食八分半,亏在已初,其言卒验。……诏得一改造新历”。历成,赐名《统元》,“赐得一通微处士,官其一子”如上所述,从北宋初民间研究天文历法要“黥面发配海岛”,到南宋间“历官抵罪”,两者结果大相径庭。所以,可以这样说:如果说宋朝的教育文化是打破门第,趋于平民化,宋朝的服饰文化是趋于“上下混淆,不循旧规”;那么,宋朝的天文历法也可以说是趋于官方和民间相互补充,相互促进。另外,也可以说,朝廷禁止民间研究天文历法,是因为怕其为新皇朝密谋改历,是政治原因;民间参与改历,是因为民间历法符合天象,是科学原因。两种情况发生了变化,正是宋代尊重科学的学风在这方面的反映。所以,这一变化必定会推动宋代天文历法的进步,较先进的杨忠辅的《统天历》就是在这背景下产生的。天文历法家,有官方的,也有民间的,不时地纠正错误的历法,制定正确的历法,从而推动了宋代频繁地改历。这是宋代改历的原因之二。三、社会原因与机构我国古代,观象授时,制定历法历来被视为国之大政,对这方面的管理,一直由官方垄断。宋代天文历法与前代相比,只是在具体操作上强调了其科学性而淡化了其政治性,但从总的方面来说,它并没有也不可能脱离政治,这是我国古代天文历法的特色之一。因此,掌管天文历法的专门机构——司天监(名称各代有别)历代都受朝廷重视,是中央级的文职官署。宋代更有发展。宋代统治者在皇宫外设有司天监,又在禁中置“翰林天文院,以较得失。每天象差忒,各令奏闻,……命判司天监领之,颇异旧制”,之后,又“令各掌其事,罢司天监兼领。”其次,宋代农业经济的发展,对天文历法也提出了更高的要求。宋代统治者为了提高农业生产,提倡奖励开垦,劝谕江北之民“就水广种粳稻”,江南之民“益种诸谷”另外,宋代印刷事业的兴盛繁荣,图书文籍的收集编纂,民间书院的兴起发展以及教育内容的更新变化对天文历法的改革也起了推动作用,宋初,下诏遣使购求散亡书籍,到太宗淳化元年(990年),“献图籍于阙下者不可胜计,诸道购得者又数倍,……图籍之盛,近代所未有”。其中藏于秘阁的天文占候、谶纬方术等书就