仰望星空 追踪日月星辰——从中国古代对空间的观测与探索说起
2015/11/19 中科院之声
在漫长的岁月长河里，古人勤奋观天，勇于思考与探索，在天文学领域取得了令世人瞩目的辉煌成就，为后人留下了极为宝贵的天象记录史料。
我国是世界上天文学发展最早的国家之一，早在四千多年前就有可考的文字星象记载。先民们通过对日月等天象的观察来确定时间、方向和历法，从而开启了中国古代天文学的第一页。
天文学是观测的科学：日月星辰，东升西落；星宿月亮，昼隐夜明；恒星密布，井然有序；银河伸延，终始不移……
在漫长的岁月长河里，古人勤奋观天，勇于思考与探索，在天文学领域取得了令世人瞩目的辉煌成就，为后人留下了极为宝贵的天象记录史料。
天象观测溯源
从古至今，中国的传统天象观测多应用在农业上，因为从事农艺耕种、繁殖牲畜等，需要人们掌握季节的变化。通过对动物蛰伏、候鸟迁徙、植物枯荣等的长期观察，人们发现了季节的变化规律；在具体的劳动实践中，人们又发现，物候与太阳出没的方位、中午日影长短及恒星的出没变化相关。
于是，人们渐渐开始注意对天体星象的观察，天文学也就这样自然而然地产生了。
在司马迁的《史记·历书》中曾记载：颛顼帝“乃命南正重司天以属神，命火正黎司地以属民，使复旧常，无相侵渎”。这大概是中国古代以观测大火星(天蝎座α星)昏见东方来确定一年起始的最早记述了。根据推算，大约在公元前2400年，大火星黄昏时分从东方地平线上升起时，正好是春分前后，而春分恰是农业上的重要季节。
一年四季的变化对人们的生产生活有极为重要的意义，而通过对天象的观察，可以准确地把握一年四季变化的规律，以授人时，以顺时节，从而有效地治理从事各种劳作的人们，使国家各项事业兴盛发达。这一思想在《夏小正》《周礼》《尚书》《周易》等古代典籍中均有不同程度的体现，且代代相续。
在注意到天象与昼夜、寒暑、四季等密切关系的基础上，当时的人们产生了“天人感应”的观念。《周易·系辞上》中有云：“天垂象，见吉凶，圣人象之。”意思是说天象可以预测个人的吉凶祸福或事件的成败，这就是通常所说的星占学。这大约是最早且具权威性的观天象以见吉凶的经典论述。
古代的统治者都以获得天命自居，自认为是天子，是受天命而君临天下。他们希望能够通过天象观测而预知自己和国家的命运，从而采取趋吉避凶的措施。因此，中国传统的星占学就有了专属的服务对象：帝王、王室贵族、大臣以及地方行政区等，老百姓的个人命运却不在此范围内。《天官书》《天文志》《五行志》等中所述的内容都属于这个范畴。
“其出卯南，南胜北方；出卯北，北胜南方；正在卯，东国利。出酉北，北胜南方；出酉南，南胜北方；正在酉，西国胜。”《史记·天官书》中关于金星的这一段记载，正是观天象见吉凶在战争军事上的运用。
此外，天象观测还与国家决策和施政有紧密联系。
比如，清初顺治帝在位时期，达赖喇嘛奉诏来朝，顺治帝与群臣商议是否亲自去边外迎接。当时满、汉大臣分别持有不同的意见。就在顺治帝决定亲往边外代噶地方迎接达赖喇嘛之时，戊戌日大学士洪承畴和陈之遴却以“天变示警”为由上疏劝阻：
“臣等阅钦天监奏云：昨太白星与日争光，流星入紫微宫。窃思日者人君之象，太白敢于争明；紫微宫者人君之位，流星敢于突入。上天垂象，诚宜警惕……达赖喇嘛自远方来，遣一大臣迎接，已足见优待之意，亦可服蒙古之心，又何劳圣驾亲往为也？天道深远，固非臣等所能测度，但乘舆将驾，而星变适彰，此诚上苍仁爱陛下之意，不可不深思而省戒也。”听了这一席话之后，顺治帝终于改变主意，派大臣前往迎接达赖喇嘛。
观测天象，事关国家的治乱兴衰以及皇权的存亡废立。从这个意义上来说，天文学在中国古代的地位自然显得格外重要，历代统治者无不予以高度重视，并试图加以垄断，设立专门的机构和官员以司其事，最大限度地集中人力、物力以进行天文观测与研究，成为推动中国古代天文学向前发展的有力杠杆。
天象记事 星光璀璨
英国著名科技史专家李约瑟博士在《中国科学技术史·天文学》中曾这样说过：“从中国的天象记事可以看出，中国人在阿拉伯人以前，是全世界最坚毅、最精确的天文观测者。有很长一段时间(约自公元前5世纪至公元10世纪)，几乎只有中国的记事可供利用，现代天文学家在许多场合(例如对彗星，特别是哈雷彗星重复出现的记载)，都曾求助于中国的天象记事，并得到良好的结果。”
这是对中国天象记事比较公允的评价。在天象观测上，中国古人曾留下了世界上最早的关于太阳黑子、彗星、日食、客星(新星或超新星)的记录，尽管以现代的技术来看，这些记录的精确度显然不够，但是倒退几百年甚至上千年，能达到这样的精确度已是难得，其中还不乏精度较高且在科学高度发达的今天仍具有应用价值的记录。
太阳黑子现象，在伽利略以前的西方国家的记载里几乎不曾提及。但在中国历史里，公元前28年(西汉成帝河平元年)时便已有看到太阳黑子的记录：“成帝河平元年……三月己未，日出黄，有黑气大如钱，居日中央。”(《汉书·五行志》)而欧洲直到公元807年才有了最早的黑子记事，时间上提前了近千年。
尽管中国古人全凭目力观测天象，但却对黑子的形状、消长过程中的不同形态等都有详细的记录。黑子“如钱”“如飞鹊”等是表示黑子的形状，“数月乃销”“三日乃伏”等表明黑子的消长过程，而这些古代史书中的记载与近代通过精密仪器观测的结果却是相符的。
难怪美国天文学家海耳会惊讶：“中国古人测天的精勤，十分惊人。黑子的观测……历史记载不绝，而且相传颇确实，自然是可以征信的。”从西汉始至1638年，中国正史中共出现112次关于太阳黑子的记录。而从公元前1世纪到公元17世纪，可作为研究太阳活动周期性依据的太阳黑子记录也绝大部分来源于我国的历史记载。
哈雷彗星是最明亮的周期彗星，容易引起人们的注意，因此各国古代的历史上往往都会提及它。但世界上关于哈雷彗星的最早记录却见于《春秋》：“鲁文公十四年(注：公元前613年)秋七月，有星孛于北斗。”后来，《史记·六国表》中又记载道：“秦厉共公十年(注：公元前467年)彗星见。”这是人类对哈雷彗星回归最早的两次观测记录。而一般认为，西方国家直到公元66年才出现关于哈雷彗星的记载。
当然，我国古代的彗星记事并不限于哈雷彗星。据初步统计，从公元前240年到公元1910年，古代有关彗星的记录总数不少于500次，其中哈雷彗星的28次回归均进行了详细记载，还首次指出彗星彗尾总是背向太阳。
“其中大量有关陨石和流星雨的记载，对现代彗星与流星群的周期性及轨道变迁研究非常重要。”中科院国家空间科学中心研究员孙丽琳告诉《科学新闻》。
新星和超新星并不是指新诞生的星，而是指那些原本就存在，只是很暗弱，多数人眼不能直接看到的星。但是在某个时候它的亮度突然增强几千到几百万倍(叫做新星)，有的增强到一亿到几亿倍(叫做超新星)，之后再慢慢减弱，回到原先的亮度，在星空中“消失”，因此古人称它们为“客星”。
在我国殷代甲骨文中，就已有新星的记载：“七日己巳夕兑出新大星并火”，堪称世界上最早的新星记录。从殷代至公元1700年，中国共记录了约有90颗新星和超新星。其中最引人注意的要算宋仁宗至和元年(公元1054年)位于金牛星座附近的超新星爆发。
《宋会要》中这样记载道：“嘉祐元年三月，司天监言客星没，客去之兆也。初，至和元年五月，晨出东方，守天关，昼见如太白，芒角四出，色赤白，凡见二十三日。”这颗超新星爆发已被确认为是18世纪观察到的“蟹状星云”的前身。
当然，我国古代天象观测的成就还不仅限于此。我国在对行星和异常天象的观测上居世界领先水平；我国的星表和星图是绘制时间最早、载星数量最多的；我国连续长达两千年的日月食和月五星记录应用于地球自转速率长期变慢的研究在时间跨度上是任何现代观测技术都达不到的……
正如中科院院士竺可桢曾说过的那样：“完整的、系统的古代天象记录是中国古代天文学的重要成就之一。”
对空间的思索
随着天象观测资料的积累和思维的发展，中国古人开始对宇宙空间进行思考与探索。天地是怎样形成的？又是由什么组成的？天地会不断演变还是亘古不变？宇宙是有限还是无限的……对于这些问题，人们做出过种种推测。
早在战国时期，关于宇宙时空无限性的观点，已经被社会上很多人所承认。战国时期的尸佼曾说过：“四方上下曰宇，往古来今曰宙。”(《尸子》)这就是说，东南西北上下是为“宇”，过去、现在和将来是为“宙”。
与尸佼同期出现的《墨经》的见解则更进一步：“宇，弥异所也；久，弥异时也。”它认为，“宇”包括所有不同的场所，“宙”包括所有不同的时代。这其实就包含了无限时空的初步认识。
到了东汉时期，这一思想得到重大发展。王充在《论衡》中认为“天去人高远，其气莽苍无端末”，明确指出在无限的宇宙空间中存在“气”的思想，这和我们现今认识的星际空间物质的存在有相似之处。
唐代的柳宗元在《天对》中对空间无限性问题做了更加精辟的论述：“无青无黄，无赤无黑，无中无旁，乌际乎天则？”在他看来，天没有所谓的中心。到了元明时期，出现了无穷的天体系统的观念，将人们对宇宙无限性的认识进一步提升。
关于天地不断运动发展的观点，早在春秋战国时期就产生了。但是关于地动说的明确说法，最早则见于西汉末年的《尚书纬·考灵曜》。书中这样写道：“地有四游，冬至地上北而西三万里，夏至地上南而东三万里，春秋二分其中矣。地恒动不止，而人不知，譬如人在大舟中闭牖而坐，舟行而人不觉也。”这是从运动相对性的原理出发，对地动说所做的精彩论证。
尽管这一论述是初步的，但是直到1632年，伽利略才在其发表的《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》中有过类似的描述。
在春秋战国时期，古人就认为月亮系水精气所组成。但是，真正把月亮与潮汐现象有机联系起来并加以明确论述的，则在东汉时期王充的《论衡·书虚》一文中：“涛之起也，随月盛衰，小大满损不齐同。”
虽然潮汐的涨落与月亮的盈亏并不存在简单的对应关系，但是王充首次明确地将潮汐大小的变化与月亮盈亏的周期性变化有机联系起来，并且认为月亮盈亏的周期性变化是潮汐大小变化的动因，开启了月生潮汐说的先河。这一理论的诞生，立刻受到人们的重视，并引发了人们的进一步探索。
空间无限，思索无休。上述只是中国古人对空间思索的冰山一角，虽然在现在看来，很多思想还是朴素、思辨的，但是在当时却是先进的。古人留给我们的这份丰厚的历史遗产，在世界天文学发展史上留下了光辉的一页。
来源：《科学新闻》 空间科学先导专项特刊 视野篇
记者：倪伟波 责编：姜天海
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