4000年中国天文史
Author: [法]让-马克·博奈-比多
Date: 2020-05-21T00:00:00+00:00
Publisher: 中信出版集团

版权信息

书名:4000年中国天文史

作者:[法]让-马克·博奈-比多

译者:李亮

ISBN:9787521713527

推荐序

有着悠久历史和灿烂文化的中国，为世界文明做出了重要的贡献。古代中国也是天文学最为发达的国家之一。中国先民关注天空的变化，早在四千多年以前就十分重视“观象授时”等天文实践活动，发展出“天人合一”的宇宙观和哲学思想。

天文学在中国古代具有官办的性质，天文与帝王及朝廷有着紧密的联系。历代帝王的中央集权在组织、人事、物力乃至法律等方面，为天文学的发展提供了长期且可靠的支持，使其一直保持着领先的地位。历代皇家天文台都聚集了数百名学者，他们日复一日地观测天空，一切异常的天象都会被发现、追踪和记录下来。这些天象观测记录不但年代连续，而且内容相当丰富，在世界上也是首屈一指。这些记录成了珍贵的科学和文化遗产宝库，也为解决和验证一些现代天文学问题提供了诸多重要的历史依据。

天体物理学家让-马克·博奈-比多的这本著作，通过回顾中国天文学的历史及其科学贡献向中国天文学致敬。中国是在何时何地发展出天文学的？推动天文学发展的这些人是谁，他们使用了哪些严谨的科学方法？为什么他们对异常的天象如此关注？他们在观测中使用了哪些天文仪器？他们又是如何持之以恒地进行数量惊人的天象记录的？这本书精彩地回答了这些问题，带我们穿越回一个又一个朝代，踏上中国天文四千年发展之旅。

如今，现代天文学家都知道，天空中发生的一切变化都会揭示不寻常的宇宙现象。例如，持续时间非常短暂的伽马射线暴就能揭示大质量恒星在生命终结时的过程。伽马射线暴的信号非常强烈，它可以在宇宙尺度的距离上被探测到。除了射线本身，时空的结构也会因为黑洞或致密恒星的合并而发生扭曲，并以引力波的形式到达我们这里。人们已经可以在地球上通过激光干涉仪来探测引力波的存在。

所以，我们如今可以从转瞬即逝的太空中获知很多信息。探测这些宇宙现象正是中法合作的SVOM太空望远镜项目的主要目标，计划于2021年发射的SVOM太空望远镜也是中法两国在空间科学领域的第二次合作。

通过探测、定位和精确地记录这些瞬间的宇宙现象，可以更好地解释我们的宇宙，就像汉朝的天文学家在两千多年前所做的那样。同样是对天空中异常天象的关注和探索，如今得益于SVOM项目，中法两国追求合作共赢，延续着中国千百年以来“精观细测”的传统。这本书以一位欧洲人的视角，对中国历史上的天文成就进行了非常好的阐述，这也是对中国悠久天文学传统最好的颂扬！

贝特朗·科尔迪耶

中法SVOM项目法国首席科学家

魏建彦中法SVOM项目中国首席科学家

序言

为天数者，必通三五。终始古今，深观时变，察其精粗，则天官备矣。

——司马迁《史记·天官书》

这本书源于我的个人经历，倘若要让一个欧洲人来理解中国的天文学发展及中国古代的科学，这显然不是一件容易的事。在欧洲，中国的古代天文学一直被误解为极为肤浅和无关紧要的学问，并且它还时常作为奇闻趣事，出现于充满异国情调的版画中。中国的古代天文有时还被当成一门非常初级的历法学问及一种令人费解的星官系统而呈现于世人面前。

对于我来说，揭开它的面纱需要一个特殊的机缘。很快我就意识到，中国天文学家的天象观测活动竟然持续了近五千年，其中的一些重要发现即便在全世界也是极为突出的。

作为一位天体物理学家，我研究恒星的死亡，这是人类发展历程中极为罕见的天体物理现象之一。如今我们知道，能够产生超新星的恒星的质量至少要大于8个太阳的质量，这类恒星的寿命大约为2000万年。然而当恒星内部的“燃料”耗尽时，它的寿命就会在极短的时间内结束。这时就会出现一种天体现象，那就是超新星爆炸——恒星会在几秒内自行坍塌，发生非常壮观的大爆炸。爆炸产生的明亮光芒可以使恒星在一个月里被持续观测到，超新星有时甚至还会像满月一样耀眼。爆炸之后，恒星的中心通常会产生致密物质的内核，它像一个疯狂的陀螺一样快速地旋转，成为一颗“脉冲星”。恒星还会被炽热的气体和尘埃包围，这是大爆炸的残留物，但它们却很难被探测到，因为数百年之后，它们发射出的可见光已经相当少了。由于这些气体和尘埃也会发射电磁波，近几十年来，天文学家可以据此确定它们的位置。特别是1967年以来，由于能够精确地探测到X射线和伽马射线，天文学家对它们的定位有了最新的手段。超新星爆炸的残留物对现代天体物理学而言至关重要，因为它们不仅产生了生命所必需的各种化学元素，而且带来了关于这些恒星的基本信息，这是地球上的人工实验室无法模拟和实现的。

北宋时期的天象记录：1054年的“客星”

1968年，人们在金牛座发现了一颗引人注目的“脉冲星”，这是恒星大爆炸的遗迹，其周围还弥漫着所谓的“蟹状星云”。“蟹状星云”之所以叫这个名字，是因为它的形状很容易让人联想到螃蟹这种动物。天体物理学家认为，如果想要知道这次恒星爆炸的确切日期，不但需要精确的现代天文学计算，还需要大约一千年前的中国“同行”来提供帮助。具体来说，生活在公元1054年的北宋皇家天文学家记录了这次恒星大爆炸过程中的所有细节，这些记载大概与法国的卡佩王朝和英国的“征服者威廉”处于同一时期。当时除了一些同时期的日本天文学家目睹了这次恒星爆炸并提及该事件，它几乎没有引起任何关注，中国的天文学家却不但观察到了这种异常的“客星”现象，还详细记录了其过程。他们的记录精确且严谨，完全能够被用来准确地推算恒星爆炸的具体日期，以及复原大爆炸的整个过程。

图0.1 1054超新星遗迹“蟹状星云”及中国文献中的记载。2009年，钱德拉卫星拍摄到“蟹状星云”的X射线图像。《宋史》中记载了1054年7月的这次恒星爆炸（灰色文字部分）

这一发现对我来说是一次深刻的启发。我们通常会联想到古希腊、古巴比伦、古埃及、古波斯和阿拉伯的天象记录，而在中国的史料记载中，我们却可以找到几千年来最为全面的天象资料。中国的古代天文学家何以做到如此精确呢？他们是否和我们今天一样已经有了某种严谨的科学方法？他们的动机是什么，又是在什么样的环境下开展这些工作的，并且用了哪些观测仪器？

由于百科全书类的著作并无涉及这一问题，我的这些疑问都难以得到令人满意的回答。例如，1985年法国出版的巨著《法国环球百科全书》中有“天文图集”章节，书中通过几十页的篇幅向读者介绍了世界天文学的发展历史。其中，涉及中国古代天文学的部分只有少得可怜的几个段落，而关于中国古代天象记录的内容更是寥寥数语，叙述也非常概括和笼统。其他的大多数百科全书甚至对此只字不提，即便是英文的著作和研究文献也同样让人失望。当时，除了极少数精通中文的汉学家的著作，我在西欧几乎找不到任何专门研究中国天文学的著作。这时，1973年出版的一本小书打开了我的视野，它就是英国生物学家和汉学家李约瑟编撰的《中国科学技术史》。该书系统地总结了古代中国在天文学和数学领域所取得的重要发现，以及在其他科学技术领域中曾被欧洲人忽视或者他们尚不知道的内容。从1954年开始，李约瑟组织出版了这个系列的著作，这些著作至今仍是极具价值的参考文献。1959年，该书的第三卷，即数学与天文卷，得以正式出版。自1995年李约瑟逝世后，一大批不同国籍的学者还在继续着这项工作，目前这套书已经出版了24卷。

伟大的汉学家

李约瑟对中国古代天文学的研究，建立在中国近五千年来历代所保存的大量原始文献的基础之上。从资料来源的质量来看，这是一项了不起的综合性研究工作，李约瑟非常严谨、忠实地搜集和筛选了这些史料，以避免某些不可靠的内容令人产生误解。

图0.2 1959年，汉学家李约瑟及其出版的《中国科学技术史》数学与天文学卷的封面

李约瑟的著作在今天看来仍然是案头的必备书。不过，自该书的天文学部分于1959年出版之后，又有许多新的材料不断出现，其中不少还是非常关键的资料，尤其是一些涉及中国古代早期历史方面的内容。例如，自20世纪70年代初，随着中国开始从长期的政治运动中走出来，一些考古发掘活动逐渐恢复，特别是一些墓葬中出土了不少最新的史料，这对我们进一步了解和认识中国古代天文学的发展有着极其深远的影响。

得益于20世纪80年代初期中国在国际交流方面的开放，1986年5月，南京举办了一次国际天体物理学会议，会议的主题恰好就是关于恒星大爆炸的。在参加了这次大会之后，我与中国的天体物理学家建立了联系，并于1988—1989年前往北京进行了一次科学考察活动。正是由于这次考察活动，我对中国文化有了首次的接触，眼前这层遮蔽了中国科学的面纱终于得以揭开，而这层面纱似乎比“冷战”的铁幕还要厚重。

在当时，北京还不是一座高楼林立的城市，周边地区也没有密集的高速公路和令人窒息的路网。它是一座迷人的都城，虽然有着一点儿乡土气息，但到处是公园和林荫小径。那是一个完全不同于现在的世界。当时的每一条主干道上，只有中间一条狭窄的车道是留给为数不多的卡车、出租车和公交车的，道路两旁的两三条车道上全都是密集的发出沙沙声的自行车。正是在这样的氛围中，我开始探寻中国悠久的天文学传统，并在中国科学院自然科学史研究所的帮助下，尽情地发掘着这其中令人难以置信的“宝藏”。

我就像现代的马可·波罗一样，开始意识到中国人曾经取得的惊人成就。我想我们应该感谢中国古代的天文学家，正是他们在现代望远镜被发明之前，完成了人类历史上第一次对超新星的观测、对太阳黑子的发现，以及对早期彗星的记录等。这一切在我的中国同事看来是理所当然的事情，但对于我来说，这些足以令人惊叹不已。

天地的臣民

这本书可以说是一部非常朴实的著作，它集中探讨了中国所取得的天文学成就，试图给读者呈现出一幅完整的，而欧洲人长期以来却对此视而不见的中国天文学家早期活动的全景图。几千年来，在历代官方天文台工作的中国科学家，日复一日，年复一年，详细且精确地记录着所有发生的天象。从公元前5世纪到1911年的清朝末年为止，他们保存了数以千计的天文观测资料。此外，许多新的考古发现和相关文物也在不断地丰富着这一遗产。然而，这样一座真正的宝藏却尚未得到充分的利用。令人费解的是，这些遗产在欧洲鲜为人知，也一直被现代科学史学家忽略。

1988—1989年，我在北京考察期间，出于个人的兴趣，开始接触这些丰富的古代天象资料，这些内容至今仍对现代天体物理学家十分有用。因为这些工作是科学考察的一部分，我得到了李惕碚教授的鼓励，他当时是中国科学院高能物理研究所宇宙射线研究实验室的主任。在当时，除了讨论我们共同关心的脉冲星高能辐射研究，他还与中国科学院自然科学史研究所的科研人员取得了联系。我要感谢薄树人教授和李启斌教授的支持，感谢自然科学史研究所众多学生的帮助。为了让我熟悉中国古代天文史，并且了解中国同行最近的研究成果，他们付出了大量的时间和精力。

图0.3 北京天坛位于故宫的南边，其中央建筑为38米高的祈年殿，是古代皇帝用来祭祀的地方

得益于曾经富有成果的交流，这本书使我这样一个欧洲人对中国古代天文学的发展和用途有了自己独到的理解。特别是利用这一古老学科在天体物理学方面开展一些重要工作，这方面的实例其实有很多。例如，1989年，我和中国两位科研人员一起计算出了银河系中恒星爆炸的频度。这个数据是非常重要的，因为它决定着宇宙中生命产生所需的各种元素的富集程度。得益于丰富的中国古代天文观测数据，我们首次推算出过去两千年中恒星爆炸的频度，然而世界上其他国家和文明都无法提供如此精确的古代科学数据。这些数据还可以用于包括彗星出现的频率、太阳黑子活动的频率，以及地球自转速度变化等课题的研究。

中国古代天文学有何特点？它运用了什么不同的方法？它又如何影响了全世界？中国人在科学上是否有着与众不同的思维模式？尽管中国曾经有着辉煌的古代科技，但为何中国在现代科学的发展中没有发挥出应有的作用？对此我们又该如何解释呢？所有这些问题，我们只有在探寻中国古代科学技术的发展史之后，才能找到答案。

中国历代天文学发展

天空是中华文明思想的源头，自古以来，中国就自称为“天下”，他们的皇帝自命为“天子”。令人惊讶的是，天文学在国家政治中的作用，早就已经贯穿在中国古代的整个历史。正是通过历史记载中与上天的频繁“对话”，中国古人丰富的思想才得以呈现。

接下来，让我们跟随这本书，去探寻中国的天文学是如何在漫长的历史中逐渐演变发展的。从远古时期的遗迹开始，本书首先介绍了夏朝、商朝和周朝这三个连续的朝代。这里我们将要说明中国的“天命”观及中国古人的“天人合一”等思想。汉朝是中国天文学发展最为重要的里程碑式阶段，我们将从天象观测和宇宙论的角度去介绍这一时期的天文学知识。接着是唐朝，在这一时期，数学知识的发展使得星图的绘制和天文大地测量都取得了重要成果。到了宋朝，随着机械技术的发展，人们制造出了雄伟壮观的天文钟。随着蒙古的征服，元朝成为中国与西方世界进行贸易和交流的又一个转折时期，从波斯和伊斯兰地区传入的天文学思想与中国的天才天文学家的思想相互融合，催生出大型天文观测仪器的铸造，这也是现代天文学仪器的始祖之一。明朝是汉族统治的最后一个王朝，明末的耶稣会传教士带来了欧洲科学革命的新知识，中国传统天文学与欧洲天文学相互碰撞、交融。如今，中国的经济发展已经位于世界前列。2013年12月，全世界都在关注中国一个名为“玉兔号”的小型探测器，因为它随着中国的远程运载火箭成功地登陆了月球。这些成就都预示着，中国很可能在2030年左右成为第二个登上月球的国家。

本书凡例

纵观中国4000多年的天文学发展历程，本书的目的并不是面面俱到地介绍不同时期的天文学知识，而是针对其中最重要的主题，逐个进行综合性的叙述，尤其是历史文献在现代科学中的运用。为了简洁起见，我在每一章中会针对某个特定的历史时期，选择其中一个具有代表性的天文主题来重点介绍，例如宇宙观、彗星、历法等。很显然，这些主题都是各个时代中最值得关注的内容。本书在引用中文文献时，会提及其名称和日期。这部分内容的译文有的直接来自相关法文著作，也有一些由本书作者翻译自其他外文著作。在某些情况下，为了忠于原文，尤其是在涉及一些观测记录的内容时，作者会按照原文逐字逐句地进行翻译，而不是采用文学式的叙述方式翻译。

为了保持时间的连续性，人们在天文学中习惯使用0年而非公元1年。由于+1年对应公元1年，而-1年对应公元前2年，这样的约定使得通过简单加减来计算年数变得更加容易，但与欧洲的历史年代相比，这会产生一年的偏差。例如，中国的第一位皇帝登基于公元前221年，这实际上是-220年。对于不同的公元纪年，本书分别使用“AEC”（公元前）和“EC”（公元后）。

除了一些特定的历史背景，书中的“西方”和“东方”只表示天文学和地理学上的含义，并不具有其他任何政治意义。“西方世界”或“西方文化”被认为是与欧洲有关的，但是它们在全球范围内并没有现实意义，在地理上其实也并不完全适用。从美洲大陆看，中国位于美国的西部，因此它也应被视为一个“西方”国家。不同的文化应该是由其独特的地理区域决定的，例如欧洲文化、地中海文化或者亚洲文化。

关于中文原文的书写方式，为了避免歧义，特别是在涉及一些专有名词时，作者基本上都使用了“简体字”。在中国，有些文字可能有两种书写形式，一种是1956年中国大陆地区推广的“简体字”，另一种是中国台湾等地区使用的“繁体字”。根据官方拼音拼写的名词术语，除了城市和地区的通用名称，作者皆以斜体字对其进行标记。

1. 《史记索隐》注解说，“案：三谓三辰，五谓五星”。文中“三五”中的“三”指日、月、星三辰，“五”指五大行星。——译者注

2. 卡佩王朝（Capetian Dynasty，987—1328），法国的封建王朝，因其建立者雨果·卡佩（Hugues Capet，约938—996）而得名。——译者注

3. “征服者威廉”即威廉一世（King William I the Conqueror，约1028—1087），是英国诺曼王朝（House of Norman，1066—1154）的建立者。——译者注

4. 古代称新星和超新星为“客星”，这个名字在汉朝就已出现，形象地将新星和超新星形容为天空中的客人，这与其爆炸前后的亮度变化有关。明朝《观象玩占》说：“客星，非常之星。其出也，无恒时；其居也，无定所。忽见忽没，或行或止，不可推算，寓于星辰之间如客，故谓之客星。”——译者注

5. 钱德拉卫星，又称钱德拉X射线天文台（Chandra X-ray Observatory，缩写为CXO），是美国宇航局于1999年发射的一颗X射线天文卫星，用于观测天体的X射线辐射，被认为是X射线天文学上具有里程碑意义的空间望远镜。——译者注

6. 这段记载源自《宋史·仁宗本纪》，《宋会要》也有类似的记载：“嘉祐元年（1056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。”可见，这颗超新星爆炸的最高的视亮度超过了金星。——译者注

7. 《法国环球百科全书》（Encyclopaedia Universalis）是受法国教育部认可的、当今最完整的法文百科全书，其内容囊括22个学科门类的各种知识。——译者注

8. 该书中文版的另一译名为《中国的科学与文明》。——译者注

9. 这次会议就是1986年5月26—30日由南京大学天文学系主办的“中子星的起源和演化国际学术讨论会”，当时有来自17个国家的87名外国学者及55名中国学者参加。——译者注

10. 李惕碚是高能天体物理学家，现为中国科学院院士。他于1964—2000年任职于中国科学院高能物理研究所。——译者注

11. 薄树人（1934—1997）曾是中国科学院自然科学史研究所研究员，是中国当代著名的天文学史专家。20世纪60年代，他与同事席泽宗（1927—2008）院士合作发表的《中朝日三国古代的新星记录及其在射电天文学中的意义》蜚声国际天文学和科学史界。——译者注

12. 李启斌（1936—2003）曾是北京天文台（现中国科学院国家天文台）台长，1994年任英国皇家天文学会会员。他多次将中国古代天象观测记录与现代天文研究相联系，在国际上引起了广泛的关注。——译者注

13. 此处的天文钟指苏颂的水运仪象台。——译者注

14. 为了方便中国读者，译者一般使用中文史料中的古文原文来替代法文版原书中的翻译内容。——译者注

15. 格里高利历等历法通常没有公元0年，历法直接从公元前1年进入公元1年，这与天文学上的惯例有所差别。——译者注

16. 原书使用法文时间规范“AEC”（Avant l’ère commune）和“EC”（Ère commune），中译本则依据中文习惯进行了调整。——译者注

17. 在这本中文译本中，译者对这些问题皆依据中国读者的阅读习惯进行了一些调整。——译者注

第1章 夏朝：基本宇宙观形成

本书根据历史文献记载介绍的夏朝是中国的第一个朝代，其时间大约为公元前21世纪至公元前16世纪。尽管它的遗址还没有得到正式的确认，但最新的考古发掘已经发现了一座当时的官方天文台，其时间刚好与夏朝吻合，它能帮助我们揭示中国早期天文学的发展。

自遥远的夏朝起，人们有了最早的宇宙观，他们将天与地直接对应起来，并认为君王就是联系天地的中间人。统治者有着所谓的“天命”，这使他们可以负责维持人间和上天之间的沟通，这种政治关系是以中国4000多年来的天文学发展作为基础的。

中国现在的国土面积是欧洲的两倍，其历史一直延续了几千年，这在世界上是独一无二的。中国是唯一一个在文化和语言上都延续至今的文明古国。

千年文明的方位

20世纪20年代，人们在北京西南郊的周口店发现了直立人化石。长期以来，人们一直认为中国是人类起源的摇篮。“北京周口店猿人”可以追溯到近100万年以前，这给整个世界都留下了深刻的印象，特别是包括耶稣会传教士德日进在内的一些欧洲知识分子，他们认为这是已知的人类最早的男性祖先。不过，到了1974年，人们又在非洲发现了“露西”，这使我们的祖先可以追溯到300万年以前。1992年和2000年，古人类学家又在埃塞俄比亚和乍得分别发现了猿人“阿迪”和“图迈”，如今人类起源的时间已经被推前至600万或700万年之前。

图1.1 故宫

图1.2 夏朝宫殿遗址。这座宫殿遗址于2003年被发现于河南洛阳市东北的二里头，大约建于3600多年前的夏朝。该宫殿呈长方形，长约360米、宽约300米，坐北朝南，周围由四条10~20米宽的道路包围。这一建筑布局贯穿了整个中国的历史，如今北京的故宫依然保留了这样的布局特征

北京周口店猿人见证了中国古老人类的历史，虽然目前的人类学还无法判断他们是否为非洲古老猿人的后代，或者是独立发展出来的一支。不过，他们后来却很有可能迁徙至比因纽特人所在地区还要靠北的区域，然后通过白令海峡到达北美洲，因纽特人和美洲印第安人的某些特征似乎也表明了这种可能。

从远古时期至有历史记载的中国最早文明，其间只存在零散的线索和神话传说。一些令人惊讶的历史片段以故事的形式流传了很多个世纪，人们曾长期怀疑中国的夏朝是否真实存在过，直到最近发现了相关遗址，这个疑问才有了一个肯定的答案，然而夏朝的历史年表仍然被认为只是一种猜测。

中国最古老的夏朝的起源至今不是非常确定，对于这个王朝是否存在过也一直颇有争议。这个王朝的遗址最早在中国西部的西安被发现。1978年，人们又在西安以东的河南二里头地区发现了夏朝都城遗址。

从地理角度来看，中国境内主要由北方的黄河和南方的长江两条河流途经的区域组成。中间是四川盆地，北面是戈壁沙漠，西面是塔克拉玛干沙漠，靠近西南部的是无法通行的喜马拉雅山脉。因此，中国的疆域是一个天然封闭的空间，中国的文化就是在这种相对孤立的环境中发展而来的。

在远古的夏朝，中国人的基本宇宙观就已经初步形成了。根据早期文献记载，大禹曾通过疏解河道来治理洪水。令人惊讶的是，2016年6月发表的一项地质学研究表明，发生于神话时期的黄河流域洪水泛滥事件，可能与地震引起的巨大山体滑坡阻塞河道有关，正是此事造成了该地区持续的大洪水。这一事件可以追溯到公元前1921年，这与夏朝的时间是吻合的。传统上认为，中国最早的统治者为“三皇五帝”（约前2800—前2100），不过这份时间年表只是理论上的推测。

皇城的宇宙论

新石器时代以来，中国古代一直对地名的选择及其地理定位极为关注。1959年，考古学家在河南洛阳附近发现了二里头遗址，此后直到1978年，考古人员对此遗址进行了多次发掘。2001年，考古人员又对宫殿区进行了系统的钻探和重点发掘，认为其年代大约为公元前2100年至公元前1800年。这相当于青铜时代，其时间与中国历史上的第一个王朝夏朝对应。这些宫殿的遗迹为相似的几何形状，呈正方形或长方形，皆为南北向，朝向正南方。这一传统在整个中国的历史当中得以延续。直到1403年，明朝在中国北方建立的最后一座都城，即现在的北京及其皇城紫禁城，都依然使用了这样的布局。

在宫殿里，中国皇帝坐北朝南，紫禁城的正南面就是天安门。皇城的布局严格地遵循了这一宇宙观。与欧洲传统不同的是，中国古人认为，最基本的方位有五个，而不是四个。他们在东、南、西、北四个方向上，又加了一个“中心”，使其与周围的其他四个方位相互联系起来。北京的紫禁城就象征着整个国家的中心，环绕其四周的是四个与季节相关的祭祀建筑：

图1.3 北京的四座祭坛。1901年，普鲁士皇家学会制图部绘制了这幅《北京全图》。地图的中央为紫禁城，四座祭坛围绕四周（见图中黑框标记）。东边为日坛，南边为天坛，西边为月坛，北边为地坛

向东为日坛，祭春；

向南为天坛，祭夏；

向西为月坛，祭秋；

向北为地坛，祭冬。

如今，地坛、月坛和日坛的三座祭坛都已经变成了公园，天坛则处于一个更为显眼的位置，它以圆形结构的祈年殿为中心，这是祈祷丰收的地方，也是首都北京最美的观光地之一。每到相应的季节，古代的皇帝都会在每一座祭坛举行不同的仪式。即便在现代，中国北京的民众也会在除夕之夜聚集在地坛，庆祝冬季的结束和新春的到来。

1. 皮埃尔·泰亚尔·德·夏尔丹（Pierre Teilhard de Chardin，1881—1955），汉名为德日进，是一位在中国生活了20余年的法国传教士。他在1923—1946年先后八次来到中国，在古生物和地质研究等领域做出过重要贡献。他还曾与中国政府合作绘制中国地图，参与了“北京周口店猿人”遗址的发掘，以及相关史前文明的研究。——译者注

2. 露西是1974年在非洲埃塞俄比亚被发现的一具阿法南方古猿的化石，曾被认为是“人类的祖母”。——译者注

3. 阿迪又名“始祖地猿”，是拉密达猿人（Ardipithecus ramidus）的简称，其化石最早于1992年在埃塞俄比亚被发现。——译者注

4. 图迈为古人类学家在乍得地区发掘的迄今发现最早的人科动物化石，其生活年代大约在740万年至650万年前。——译者注

5. 中国史学家大多认为是约前3000年。——编者注

共工神话：宇宙的起源

有始者，有未始有有始者，有未始有夫未始有有始者。有有者，有无者，有未始有有无者。

——《淮南子·俶真训》（公元前2世纪）

《淮南子·俶真训》的这段描述解释了中国古人是如何通过神话来阐述宇宙起源思想的。它基于老子的《道德经》这种东方的哲学思想而形成，虽然它只是公元前几个世纪的著作，但它所继承的许多古老思想，却可以通过其中的神话追溯到夏朝，例如对立统一、相辅相成的思想。因此，中国最重要的早期宇宙观就是道教所说的阴阳对立与互补。

天道曰圆，地道曰方。方者主幽，圆者主明。明者，吐气者也，是故火曰外景；幽者，含气者也，是故水曰内景。吐气者施，含气者化，是故阳施阴化。天之偏气，怒者为风；地之含气，和者为雨。阴阳相薄，感而为雷，激而为霆，乱而为雾。阳气胜则散而为雨露，阴气盛则凝而为霜雪。

——《淮南子·天文训》（公元前2世纪）

这些思想贯穿于中国的整个历史，是古人试图对自然界进行的解释，中国文明所产生的几乎所有思想也都根植于此，即使它曾长期受到其他外部因素的影响。和大多数文明一样，中国最早的天文学知识始于神话传说，它们确切的起源都已消失在历史的迷雾中。诸如地轴的倾斜和季节的产生等许多天文学问题和宇宙中的现象，都可以通过一个极其简单的关于共工的神话来解释：

昔者共工与颛顼争为帝，怒而触不周之山。天柱折，地维绝。天倾西北，故日月星辰移焉；地不满东南，故水潦尘埃归焉。

——《淮南子·天文训》（公元前2世纪）

根据神话传说，夏朝的统治者对中国的历史进程起着至关重要的作用。如大禹通过治理黄河流域和长江流域的洪水，对中国的历史发展有着极大的促进作用。从这些历史神话开始，天文学就占据着极其重要的地位，就连国家自身也被命名为“天下”，也就是“普天之下的地方”，而后来的帝国也被称作“天朝”。

天命：中国古代官方首要科学

自公元前2000多年中国出现政权以来，政权的合法性就一直建立在对“历”和“律”，以及天象事件的掌握上。世界上没有任何一个国家会像中国这样如此重视天文学，因为统治者被认为是上天的“代言人”。这最初象征着维系天地之间的和谐，但后来也转变成了一副沉重的枷锁，使统治者不仅要对国家治理的秩序负责，还要对上天的正常运转负责，从而让上天认可自己。所谓的“天子”就是上天之子，他们在某种程度上也是人类与宇宙的中间人。在这里，我们可以发现中华文明的双重性：天地不是分离的，而是对立统一的，它们形成了一个不可分割的整体。君王们必须解读天象，才能明白上天的旨意，这一特性使中国的天文学成为官方首要科学。

中国的天文学不但在很早之前就已经有了历法计算等基本内容，它还注重持续地关注天象，以及任何可能发生的天象异常。因为天与地是相通的，所以天上发生的每一种天文现象，哪怕是再小不过的现象，都会有人间的事情与之呼应，就如一面镜子一般。天上的不同区域都有地理上的分野与之对应。任何天象（例如行星相合、日食、彗星、新星等）的出现都对人间的事件有着特殊的含义，地上的人间就这样一直处在上天的凝视之下。

夏朝的天空

1988年，河南濮阳墓的考古发现印证了“天人合一”思想在早期中华文明中的重要性。在西水坡遗址45号墓中，人们发现了公元前3000年左右的四具人类遗骸，中间的那一具被三组贝壳组成的图案包围，这些图案按序排列，东面为一条龙，西面为一只虎，而北面则代表着北斗星（大熊星座）。这是目前已知的中国最古老的天空景象，这样的天文传统持续了4000多年。中国传统的天空按照方位被划分为五个区域，这五个区域依据五行理论与神话动物和不同颜色联系了起来：北极天区的黄麒麟，东方的青龙，西方的白虎，北方的玄武，南方的朱雀。

图1.4 濮阳墓。1988年，考古人员在河南濮阳附近的一座墓中发现了与中国古代方位有关的最早的天文图。图中央的这一具遗骸头部朝向南方，骸骨两边是由贝壳拼成的青龙和白虎的图案。在北边有另一处贝壳图案，它似乎代表大熊星座（即北斗星）

虽然你也许会发现这与欧洲的一些占星术相似，但中国的天象占验并不仅仅关注地球之外的上天。在许多其他文明中，天堂是一个独立的空间，通常是只有神才能涉及的领域。古代希腊人，例如哲学家亚里士多德，就认为天空是几何学上纯粹的、完美的领域，它由不变的层层天球组成。同时，天空是一个死板的空间，与人世隔离。与此相反，在中国，人们每天都在解读自己的命运，天象与贵族的政治活动及一般百姓的日常活动都密切相关，它被视为一种普遍的宇宙秩序。在汉学家李约瑟看来，在“中国有机主义思想”的框架内，宇宙是一个完全有机的整体。在这个世界里，每个部分都与其他部分相互影响。中国古代著名的历史学家司马迁就曾提到这一点：

太史公曰：自初生民以来，世主曷尝不历日月星辰？及至五家、三代，绍而明之，内冠带，外夷狄，分中国为十有二州，仰则观象于天，俯则法类于地。天则有日月，地则有阴阳。天有五星，地有五行。天则有列宿，地则有州域。三光者，阴阳之精，气本在地，而圣人统理之。

——《史记·天官书》（公元前2世纪）

冯相氏掌十有二岁、十有二月、十有二辰、十日、二十有八星之位，辨其叙事，以会天位。冬夏致日，春秋致月，以辨四时之叙。

——冯相氏，御用天文学家，《周礼·春官》（公元前4世纪）

保章氏掌天星，以志星辰日月之变动，以观天下之迁，辨其吉凶。以星土辨九州之地，所封封域，皆有分星，以观妖祥。以十有二岁之相，观天下之妖祥。

——保章氏，御用星占家，《周礼·春官》（公元前4世纪）

这些科学家，包括天文学家和占星家，为君王的决策提供依据，如同现在的外交和军事顾问。不过，这种特权有时却并不令人羡慕。中国古代所有的天文学家都知道他们的先辈羲氏、和氏的可怕命运。他们由于沉湎于饮酒，在预报日食时出了差错，由此引起了恐慌，最终被统治者处死。对此，公元前7世纪的《尚书》政典篇中记载：

先时者杀无赦，不及时者杀无赦。

中国古代的天文学家虽然具有令人羡慕的地位，但同样面临着很大的风险。可以说，司天监这些天文机构与兵部政要的朝廷要害部门几乎是同等重要的，天文星图也与地图一样具有极高的价值。因此，天文学是需要绝对保密的。在唐朝末年，就曾有这样一条法令：

司天台占候灾祥，理宜秘密。如闻近日监司官吏及所由等，多与朝官并杂色人交游，既乖慎守，须明制约。自今已后，监司官吏不得更与朝官及诸色人等交通往来，委御史台察访。

——《旧唐书》（公元9世纪）

中国与古希腊有所不同的是，古希腊人对天象的观察只是极少数哲学家的行为，而且这样的活动很快就后继无人了。而在古代中国，天象观测却是整个国家最重要的事情。4000多年来，历代帝王都会理所当然地支持这一活动，从而使中国发展出了高度的天文学文明。早期的来华耶稣会传教士就曾对这种高频率的天象观测活动感到惊讶。1688年，法国传教士李明访问北京古观象台，他被眼前所看到的景象震惊了：“五个天文学家整夜待在观象台上，观察天上发生的所有事情，其中一个人负责天顶区域，另外四个人分别负责东、南、西、北四个方向。就这样，天上任何一个角落发生的事情都无法逃过他们的眼睛。这些人极为警惕地注意着风、雨、气等不寻常的现象，以及日食或月食、行星的‘冲’与‘和’、流星等一切有用的天象。每日清晨，他们还要将这些准确描述的天象汇报给管事，再由他将天象记录进行汇总。”（（李明《中国近事报道》，1696年。）当然，李明或许不知道，类似的天文观测活动在中国已经持续了4000多年，并且在这期间从来没有中断过。

图1.5 《夏至致日图》。神话记载中的两位天文学家羲氏与和氏通过圭表观测夏至日影的版画

陶寺（约前2100）：中国的巨石阵

在中国古代都城遗址中，位于山西襄汾东北的陶寺曾引起学者们的极大关注。20世纪70年代末以来，这里进行了多次考古发掘工作，已经发现了9座王室或贵族的陵墓，出土了陶器、石器、玉器和木器等祭祀用品。2001年，考古工作者在此发现了巨大的长方形城墙遗址，该城墙由土筑成，面积超过280公顷，是迄今为止发现的中国最长的史前时期城墙，这也被认为是长城的始祖。整个遗址还有不同时期的1000多座墓穴，其中的出土物品证实了其年代在公元前2300年至公元前2000年之间。陶寺遗址被认为很可能是中国最早的国家首都，或许就是传说中的帝尧都城，只是它在后世的历史文献中从来没有被记载过。

2004年，考古学家在遗址南部厚厚的土层下面发现了一个直径约为60米的巨大半圆形夯土台，这里被认为是中国目前已知最古老的天文台。天文台的中心是一个观测点，它是一个直径25厘米的同心圆，四周则是12个呈长方形或梯形的观测柱的夯土地基，上面原来的观测柱很可能是由木头或石头建成的。这些观测柱之间狭缝的方位表明，天文台主要被用来测量日出的方向，特别是冬至时刻的太阳方位，因为冬至是中国古代一年中的起点。通过模拟观测，考古学家发现冬至的位置与公元前2020年前后所观察到的情况吻合。日出方位的测量，使得确定一年中的各个季节成为可能，从而可以发展出具有规律性的历法。这与大约同一时期位于英格兰西北部著名的巨石阵一样，不过巨石阵的确切天文用途至今仍难以得到确认。

了解自然的节奏，准确地判断回归年的长度和不同的节气，是早期农业社会的首要任务。因为倘若在错误的时间播种，就会影响庄稼的收成，稍有不慎甚至会导致严重的饥荒。因此，中国古代的统治者必须掌握精确的历法。相传最早是尧帝下令让天文学家们通过观测不同时期经过中天的恒星来判断时节的，从而确定了以366天为一年的最早的阴阳合历。

图1.6 陶寺天文台遗址于2004年被发现，年代介于公元前2100年与公元前2000年之间。这个遗址被埋在大约1米厚的土层之下。天文台的中间是一个同心圆夯土圈，整个天文台的总尺寸为40米×29米，面积约为1000平方米。在其外围是12个长约20厘米、深约15厘米的夯土地基组成的圆弧形结构，其狭缝皆朝向中心的同心圆观测点。人们可以根据日出时刻太阳出现在对应狭缝的位置来判断节气。为了保存该遗址，目前该天文台发掘出的夯土地基部分已经回填

1. 中国五方位与五行的结合是道家对远古图腾遗风的改造。——译者注

2. 中国的四象和方位中通常并不将麒麟算在其中。至于麒麟的来历，有观点认为最早代表北方的是鹿，而不是玄武，麒麟可能是从鹿发展而来的，因为“麒”和“麟”都是“鹿”字旁。目前对此并无统一的看法。——译者注

3. 相传羲氏、和氏是夏朝仲康王的天文官。——译者注

4. 李明（Louis-Daniel Lecomte，1655—1728），字复初，是来自法国的耶稣会传教士。1684年，他受法国国王路易十四派遣来华传教，被授予“国王数学家”的称号。1687年，他与张诚、洪若翰、白晋、刘应到达中国。1691年，李明回到法国担任耶稣会长老，并在法国出版了《中国近事报道》，向西方世界介绍中国。——译者注

5. 1公顷为10000平方米。——编者注

6. 考古学家起初对其用途十分不解，后来在天文学家的配合下，他们在其中的部位发现了同心圆状的夯土圈，这一新发现为该建筑的天文观测用途提供了证据支撑，同心圆圈极可能就是观测位置。——译者注

7. 通过模拟计算和实地观测发现，人们如果站在观测点上，可以在冬至日和夏至日从狭缝中观测到太阳从遗迹后方的崇山(又称塔儿山)升起的景象，建筑的其他观测缝也分别对应着不同的时节，因此该天文台具有通过观测日出方位确定季节的功能。——译者注

第2章 甲骨天文

夏朝之后就是商朝，它是中华文明早期重要的王朝之一。商朝不仅发展出了高超的青铜和玉器制作技术，还在此基础上发展出了水平极高的艺术和文化。此外，自商朝开始出现了文字，其中不少记载还与天文有关，这反映出当时古人对宇宙的理解也变得更为深刻。

1898年，一个决定性的考古发现揭开了商朝这个古老王朝的面纱。当时的一种较为原始的计数方式成了破译古老的天文观测记录的关键。这一年的冬天，在中国中部河南省安阳附近的一个小村庄，人们发现了中国最早的古文字痕迹。一场大洪水过后，雨水在土壤中冲出了一道裂缝，村民在裂缝中发现了一堆“骨头”。由于数量庞大，这些骨头被人们怀疑是中国神话中龙的骨架。几个月来，村民们都没有透露这个发现，因为他们认为龙骨是一种具有奇效的药物，可以用来治疗多种疾病。龙骨被敲碎后研磨，就变成了神奇的粉末，可以在当地出售。幸运的是，在这些龙骨被用完之前，途经该地的一位中国学者病倒了。为了给自己治病，他购来了所谓的“龙骨”，由于他对药方很感兴趣，所以他想看看这些药粉从何而来。机缘巧合之下，他很快就发现了这些龙骨上都刻满了精美的文字，这就是中国的象形文字“甲骨文”（字面意思是刻在龟甲和骨头上的文字）。甲骨文通常被刻画于牛的肩胛骨或者龟壳上，它是中国已知最古老的文字，至今已有三千多年的历史，所以这是一座真正的宝藏。

图2.1 1898年，在中国中部发现了中国最古老的文字——甲骨文。这些公元前1600年至公元前1200年的古代汉字大都被刻在骨头之上，这其中还经常包含记录天文资料的甲骨卜辞。右图的甲骨（约前1200）描述了冬至和春分等节气，以及东、南、西、北四个方位和相应的四方之风。左图为记载月食的甲骨（前1192），根据上面的干支信息，可以确定这次月食发生在公元前1192年12月27日

1. 此人为王懿荣（1845—1900），清末著名金石家。光绪二十五年（1899年），王懿荣因病购买龙骨，随即认识到其价值，成为第一个有意识地购藏殷墟甲骨的人。《王文敏公年谱》记载，当时“公审定为殷商故物，购得数千片，是为吾国研究殷墟甲骨文字开创之始”。——译者注

商朝的“图书馆”

目前出土的商朝甲骨碎片约有16万件，如今这些资料如同一座大型的图书馆，正在被全世界的学者利用。大多数的甲骨刻文都是关于占卜的，想要占验的问题都被刻于骨头上，然后将骨头置于火中烧烤，对于火烧产生的不同裂纹的释读，被视为上天对所提问题的答复。不过，对于历史学家而言，这些甲骨却是有关商朝的真实档案，因为人们可以在其中找寻这个时代许多的重大事件。对于天文学家来说，其中还有不少早期的天文观测资料，包括其中提到的某个星宿、彗星、超新星和某次日食等。例如，在一块甲骨上就有最早的超新星记载：“七日己巳夕□□新大星并火。”这就是说某月的第七日己巳，一颗新星出现在大火星（心宿二）附近。

这些比较罕见的恒星爆炸现象，在天空中出现的时间或长或短。在我们的银河系中，它们的频率大约是每世纪出现一两次，当然并不是每一次都能用肉眼观测到。恒星爆炸最为壮观的时候，在天空中会突然出现一颗明亮的星，它有时可以达到满月时的亮度，但仅仅几周后就会消失。所以，大约在3500年前，可能有一位中国的“天文学家”注意到了这种奇怪现象。不过，这片商代甲骨并没有给出恒星爆炸的确切时间，但据其文字的书写特征，大致可以追溯到公元前1400年。另外，该甲骨还明确地记载了恒星爆炸的确切位置，其中提到一颗名为“火”的星，这是中国古人对恒星“心宿二”的常用称谓，它就是西方天蝎座中最明亮的那颗红色大星。根据这些记载，天文学家在这一区域找到了超新星爆炸的痕迹，它很可能就是这片甲骨中所记载的这次恒星爆炸的遗迹。

图2.2 这块于公元前1400年被刻上文字的甲骨记载了已知最早的超新星爆炸，其位置在心宿二附近

汉字的力量

汉字是表意文字，每个字都由几个偏旁部首来表明其含义。例如，“马”的繁体字“馬”，就是通过图形来表示它是有鬃毛的动物。与之相反，字母语言则是采用字母组合单词，但字母本身并没有意义。比如，法语中不同的“马”字（cheval、horse、cavallo）都是由不同的字母排列组成的。长期以来，人们一直认为，字母符号的发明代表了语言的绝对进步，因为它让识字变得更加容易。但中国的汉语却向我们展示了与此相反的结论，汉字这种表意方式不但能延续至今，还克服了一个关键性的障碍，那就是计算机中的汉字编码难题。

最初，人们认为在键盘上输入汉字是一件非常困难的事情，也许会不可避免地让这种被使用了上千年的语言陷入困境。但是，这么多年以来，随着软件和印刷排版技术的发展，困难已经完全被克服。如今，在计算机上输入中文变得异常容易，而且输入速度也比手写要快得多。此外，汉字的表意性使它具有非常简洁的优点。任何一个想法，甚至是复杂的事情，都可以用单一的字来表示，而且这些字的字符数据大小在计算机中也是固定的，它完全适应了现代世界的需求。在现代世界中，提取和处理信息的速度是至关重要的。

在整段的文字中，字母文字需要更多的检查。另外，随着我们日常生活中需要表达意思的词汇越来越多，表意的语言将会获得更大优势。在计算机汇编语言的运用中，如公共指示牌或者汽车仪表盘的显示，采用简明的表意文字表达信息要比用一连串的字母文字容易得多。既然表意文字如此简单易用，那么未来是否所有的语言都将会变成表意形式的呢？

不过，表意文字的最大缺点就是学习起来非常困难。据估计，中文约有6000个常用字，这个数量并不比法语中的常用单词数多，但是每一个汉字都是由几十个笔画组成的，这就要求人们必须通过视觉上的差异来独立完成对每个字的记忆，并且能够将其准确地书写出来。这样的要求对中国古人学习汉字有诸多限制，只有少部分进入权力阶层的“文人”才会识字。

1956年，中国大陆采取了两项措施以便更多的人可以识字。一方面，政府决定大力推广拼音这种以拉丁字符转写汉文的方式，“拼音”字面上的意思是“根据发音来拼写”，在语音转录上使用的是中国的官方语言“普通话”，也就是北京地区的方言。学生在上小学时使用拼音来辅助识字学习，使得学习汉字和外语字母的难度有所降低。汉语拼音如今已成为汉字的标准转写符号，不过在欧洲还有一些特定的拼音方式，如法国使用的法国远东学院拼音和英国使用的威妥玛式拼音。这也给汉语拼音在国际上的使用带来了麻烦，如“星”这个字，它在现代汉语拼音中为“xing”，但在法国远东学院拼音中为“sing”，在威妥玛式拼音中则为“hsing”。

另一方面，通过减少常用汉字的笔画来使其简化，这一改革对汉字的发展影响深远。不过，这种改革方式并不被一些传统人士接受，因为简化后的汉字失去了汉字原本的某些象形特征。比如，简化字“马”失去了它美丽的鬃毛，简化字“车”也无法像繁体字“車”一样，让人能联想到车的车轴。此外，现代汉语拼音也没有被所有的地区接纳，如中国台湾地区就没有使用。因此，不同的拼音方式至今都同时在被使用，这容易造成一些混淆。

中国汉字的象形特征也有利于不同书法形式的展现，由此发展出了非常精美的书法艺术。另外，汉语是由不同的汉字元素组合而成的，这些组合甚至令一些科学家为其着迷。例如，著名的哲学家和数学家戈特弗里德·莱布尼茨就由此受到启发，他认为可以据此创造出一种新的通用语言。

图2.3 中国文字的演变可以在许多不同媒介的铭文中得到体现。最古老的汉字是商朝刻在骨头上的甲骨文。周朝则使用“金文”，这种文字主要被刻于青铜器之上。汉初出现了“篆书”，这是一种曾被用于印章的书写方式。之后，第一次字体的统一很快实现了，在汉朝末年有了“楷书”，这种字体已经非常接近1956年最近的一次汉字标准化时的写法了

1. 法文版原书为“七日己巳月夕有新大星并火”，原文有误，此处进行了更正。“□”为尚无确切现代汉字对应的甲骨文。——译者注

2. 此记载中的“新大星”是否就是超新星，在学界还有一定争议。一般认为，最早的一次新星记录可能见于《汉书·天文志》，其记载有“元光元年（前134年）六月，客星见于房”。房宿位于现在的天蝎座。——译者注

3. 作者指的是繁体字笔画繁多，每个字平均多达数十笔。——译者注

4. 法国远东学院拼音发明于19世纪，主要是在法国使用。——译者注

5. 1867年，英国人威妥玛（Thomas Francis Wade，1818—1895）发明了威妥玛式拼音（又称韦氏拼音）。在1958年汉语拼音方案被公布之前，自清末至民国时期在国际上最为流行的就是威妥玛式拼音。该方案在中国港台等地区至今仍被普遍使用，尤其是用于拼写中国的人名和地名等。——译者注

书写天空：造字的科学

汉语是现存最早的文字语言之一，而其他文明的文字语言，例如比较古老的古埃及文或苏美尔文，已经消亡了。如今的现代汉语看起来仍然与两千年前的早期写法非常相似。现代汉语是在“甲骨文”这一商代原始的象形文字基础上逐步完善而成的，然而，这种完善工作很早就已经实现了。我们可以认为，汉字很可能早在汉朝之前的几个世纪就已经定型了。

因此，汉字和早期纸张的发明共同使得稳定的文字语言成为中华文化及整个中国在空间和时间上实现统一的强大载体。在空间上，因为地域广袤，从北京到广州都可以使用同样的语言，即便仍旧有许多方言在被使用，但至少书面交流完全没有障碍。在中国的不同地区，每个汉字的发音也许都不一样，但写法却是完全一致的。

如今，来中国观光的外国游客会发现一个有趣的现象，那就是当他们无法与中国人通过口语交流时，他们的第一个反应就是在手心画出他们想要表达的事物的形象，无论是四川人、广东人还是东北人都能马上理解其中的意思。如果这些人都不懂汉字，结果很可能就会有所不同。

在时间上，文字也起到了统一的作用。如今人们几乎可以像阅读报纸一样轻松地读懂公元前3世纪的文献，这与欧洲的文字形成了鲜明的对比。在法语中，由于书写方式的不断演变，即便想要读懂17世纪的文章，那也是相当不容易的事情。自汉朝以来，汉字的书写方式几乎就没有什么大的变化，即便在这之前几个世纪的汉字，识别起来也并不是很难。尽管汉字的含义可能会有细微的变化，但它们的书写却基本保持稳定，这种令人难以置信的稳定性在2000多年里极大地促进了文化的保存和流传。许多书写媒介的出现，如甲骨、青铜、竹简、绢帛、纸张和活字印刷的发明，都促进了文字的书写和传播。从这个意义上来说，中华文明毫无疑问是地球上最古老的文明之一。

一种上千年以来都非常稳定的文字语言，可以很好地传播文化和思想。一些汉字的构造也表明了天与人之间的密切联系，这使中华文化从古至今都具有鲜明特征，反映出古人对宇宙概念更为深层的理解。

表示人的汉字“人”，就如同阿尔贝托·贾科梅蒂的雕塑巅峰之作《行走的男人》一样，非常简洁，但有着强有力的步伐。为了表示“大”字，汉语在“人”字的基础上派生了一个字，“人”字上面多出了具有标志性的一横，这一横说明它是区别于普通人的，具备领导的属性。如果在“大”字上再加上一横，就是“天”字，即在高大而独特的“大”人物之上又多了一份担子。“天”这个字还囊括了上天和人的两重含义，在天与人之间建立了联系。古代的君王就是建立这种联系的中间人，他们的作用就是保证人与上天，以及天与地之间的和谐。基于这种深层的联系，在中国还诞生了“天下”及“天子”等概念。

有时，汉语词汇也是由好几个概念叠加而成的。为了表示“好”字，汉字将“女”（妇人）和“子”（子女）结合在一起，由此产生了母子相互信任的和谐形象。“安”字就是由表示屋顶的“宀”和家中的“女”人组成，屋中的女人让人联想到保护和安全的含义。如果将“天”“安”和表示大门的“门”结合在一起，就成了北京最著名的“天安门”，意为“天下太平之门”。

另外，一些基本天文学术语也反映了对这些现象的深刻观察。例如，在可追溯到公元前14世纪的古老的甲骨文中，太阳由一个圆加一个点的字符⊙表示。根据一些历史学家的说法，这种神秘的符号可能暗示着中国人早期对太阳黑子的观察。后来，文字书写开始向方形字演变，外面的圆就变成了一个方形，里面的点就变成了方形中间的一横。令人惊讶的是，如今所有天文学家和天体物理学家使用的太阳符号居然和中国甲骨文中的太阳符号相同，比如，我们用M⊙和R⊙分别表示太阳的质量和半径。这种用法的来源并不是很清楚，但我认为不能简单地将其归因于巧合。

甲骨文中月亮的字符是一弯新月，后来也演变成方形的“月”字。当“日”和“月”两个明亮的天体合在一起，就形成了“明”字，也就是“亮光”的意思。“日”和“月”还是道教中相互对立的两极，即“阳”和“阴”。

其他的天文术语也表明了当时造字的科学性，例如，自周朝起，“星”字的含义就是一颗星。它由表示太阳的“日”字和“生”字组成，这大概反映了古人对恒星本质的一种理解，即它们和太阳一样都是发光的天体，这也与现代人的认知完全相符。

对另外一些术语的分析可能会更令人惊讶。表示空间的字是“宇”，如果去掉上面的“宀”，下面的“于”就是运动的意思，“宇”也就是与空间结构的运动有关。与此相似，“宙”字表示时间，它由表示本源的“由”和表示屋顶的“宀”组成，也就是说，它是对时间的溯源。将这两个字合在一起，就是“宇宙”，它就有了时间和空间的双重属性。在中国古人的思想中，宇宙就是“时空”，这种概念在公元前两个多世纪之前就已经形成，这不得不让人惊叹。要知道，欧洲完全理解这个概念是在爱因斯坦提出相对论之后。当然，这是我们在现代天文学语境中得出来的结论。

1. 《行走的男人》是瑞士超存在主义雕塑大师阿尔贝托·贾科梅蒂（Alberto Giacometti，1901—1966）的雕塑作品中无可争议的杰作，也是现代艺术极具标志性的形象之一。该雕塑起源于贾科梅蒂受委托为纽约曼哈顿广场做的公共项目的一部分，雕塑将巨大的尺寸与丰富的表面渲染结合起来，捕捉了人物在运动中的瞬间姿态，展现出一个外表谦逊但内心强大的普通人形象。2010年2月3日，该雕塑最终以超过1亿美元的价格在英国伦敦苏富比拍卖行成交，刷新了毕加索《拿烟斗的男孩》曾经创下的1.042亿美元的单件艺术品拍卖纪录。——译者注

2. “于”是“迂”的本字，其本义为曲折，指行路时要绕着走。——译者注

古代的纪时：六十甲子

中国古代的甲骨文中有一种十分特别的纪时制度，这种制度在中国一直延续至今。中国人不但以阴历计算日期，还会使用六十甲子这一干支系统来计算日期。例如“七月初一，壬辰日”，其中的“初一”表示这个月的第一天，“壬辰”则是干支系统中的第二十九位，表示在这个六十进制循环系统中的第二十九天。中国的这种六十进制系统是由天干和地支衍生发展而来的，周期中的每一项都由十个天干和十二个地支搭配组合产生。

众所周知，在公元前2000年的时候，美索不达米亚就曾使用六十进制的计数法。如今我们仍然使用六十进制计数法，以此来划分小时、分钟和角度（虽然十进制似乎更有利于计算）。天干地支计数系统的发明表明了大约在同一时期，中国也独立地发展出了这种基于数字“6”的数字系统。实际上，六十进制计数法在有些领域还是非常方便的，因为它是可以被1、2、3、4、5和6整除的最小整数，操作比较方便。

实际上，假定今天是2001年1月6日，我们倘若规定这一天是星期六（每周中的第六天），就可以在六年的时段内核实以上信息是否准确。因为每六年中都会有闰年，作为星期六的1月6日平均每过六年才能出现一次。不过，如果使用六十进制的系统计算这个日期，结果可能就会更为精确，因为需要重复60次，这样两种系统叠加在一起的可能性就会更小。

从汉朝起，这种六十甲子的制度也被用于纪年，这样就可以有效地核实一个很久远的日期，特别是涉及君主在位年限的时候。

图2.4 汉字中最早的六十进制计数法。这是刻在一块扁平的商朝甲骨上的六十甲子表，其内容分为六列，每列有十个干支（其转录文字在右边的表格中）。这种不间断地循环纪日的方式已经被连续使用了很多个世纪。因为它是一种双重的纪日方法，且独立于按月纪日，所以它可以被用于校验某个日期，以判断纪日是否准确。即使对于记录年代久远的日期，它也比一周七天的星期制的精度更高

与古希腊和古埃及文明等其他古代文明不同，中国的年表由于同时使用双重日期计算方式而更为可靠。如今，我们至少可以将公元700年的某个中国阴历日期非常精确地转换成现代欧洲日历中的日期。因此，中国早期天文记录的日期判断通常也是极为可靠的。此外，对于那些可以推算的天象，如周期性彗星或者日食等，通过往回推算它们，也能检验其日期的准确性，甚至可以验证一份时间很久远的年表的准确性。

中国六十干支系统由两组符号组成，包括十个天干和十二个地支。它们在商朝的甲骨文中就已经被用于记录日期。通过这种连续的重复计数方式可以非常有效和准确地推算出从汉朝起的某个日期。

表2.1 六十干支系统

第3章 彗星帛书

周朝是商朝之后的王朝，也是中国所有朝代中持续时间最长的王朝。这一时期，中国古典文化开始崛起，并且开始有了定期的天文观测活动，出现了最古老的日食典和彗星图。

周朝最初以今天的陕西省西安市为中心，但迫于西部游牧民族的压力，周朝将其首都东迁至河南的洛阳地区。其中东周的文化在春秋时期达到顶峰，后来中国境内形成了众多诸侯国，到战国时期，不同的诸侯国之间冲突不断。不过，这也是中国古代最具活力的时期之一，不同的思潮都在蓬勃发展。值得注意的是，在这一时期的“百家争鸣”中，出现了孔子、老子、墨子等伟大的哲学家及众多的经典著作。自此，儒家、道家和中国各种经典成为所有士人争相学习的内容。

马王堆汉墓的古彗星图

1972年，一些人在湖南长沙的马王堆挖沟，意外地发现了马王堆汉墓，这是中国考古学上极有价值的考古发现之一。马王堆共发掘出了三座汉墓，一座被认为是轪侯利苍的，但它已经被洗劫一空，另外两座保存较好的墓分别是利苍的夫人辛追和儿子的，墓中的棺椁位于一层厚厚的木炭和石灰之下。利苍于公元前185年去世，15年后他的妻子辛追也去世了，公元前168年，他们的儿子也下葬于此。为了纪念轪侯，这座汉朝的贵族墓后来被称为“马王堆汉墓”。

图3.1 1972年，在一座年代为公元前185年至公元前168年的墓中发掘出了帛书，其中一卷书绘有彗星图。书中包括31幅彗星图（其中2幅残缺），这些图呈现了不同类型彗星的彗核和彗尾，完成这项工作至少需要收集几个世纪的观测资料。另外，这也是目前世界上已知最早的关于彗星图像的文献记载

这几座墓都是按照非常严密的制度建造的，墓穴深逾20米，上面覆盖着木炭和石灰，这种奇妙的混合物可以预防土壤中湿气的侵蚀。在轪侯墓的中央有三椁和三棺，一层层的棺材奇迹般地保护着死者的遗体。辛追的墓则是用坚固厚实的木板围成的，1000余件物品被摆放在不同的空间中，其中包括织物、青铜器、漆盒、餐具和乐器等，甚至还有一整套着衣歌舞俑和乐俑，在墓里还发现了一份详细的物品清单。在这些出土织物中，有一件薄如蝉翼的素纱襌衣，它的制作工艺令人惊讶。衣服翼展超过两米，重量却只有40克，折叠后可置于一个手掌之中，这也说明当时已经发展出了极高的丝绸纺织技术。

辛追的漆木棺上还覆盖了一面非常华丽的“T”形帛画，其主体呈红色，描绘了当时中国传统宇宙论中的所有元素，象征着死者可以获得重生。

马王堆汉墓中最令人印象深刻的是，利苍和辛追用最珍贵的丝帛记载了当时及更古老时期的文献。他们的墓中有写于丝帛之上的书籍，如今它们被称为“马王堆帛书”，这些帛书共有十多万字，被分成了不同的卷。其中有些还是此前并不知道的文献，比如画着不同人物姿势的中国最古老的彩绘气功图《导引图》，以及最早的医学专著和药物学专著等。

在这里也能找到中国传统典籍中的《周易》和《老子》等在早期的不同版本，其中前者是占卜学的经典，后者是道教奠基人老子的著作，即所谓的“黄老之术”。另外，帛书中还有令人惊叹的中国南部和西部的地图。

在这些帛书中还有两件最古老的天文学文献，其中之一就是《五星占》。这是一份记载五星在天上位置的表格，反映了行星运动中的“合”“冲”等状态，其时间跨度为公元前246年至公元前177年，它是迄今为止发现的中国古代最完整的行星位置表。

图3.2 马王堆帛画。在马王堆帛画的中央是辛追、官员和侍从们的画像。帛画的上方绘有引路的信使，下方则是神话传说中的阴间场景，有两条巨龙缠绕在一起。帛画的顶部有表示阴阳的月亮和太阳。太阳当中绘有金乌图像，在这一时期的天文学文献中，这可能与太阳黑子现象有所关联。月亮中绘有与嫦娥有关的蟾蜍和玉兔图像，日月中间则是人首蛇身的女娲形象，四周还装饰着象征道教不朽的仙鹤图案等

马王堆汉墓的年代相当于公元前185年至公元前168年，也就是汉朝初期。不过，这些珍贵帛书中所记载的知识，在汉朝之前就已经逐步积累起来了。考古发现还证实了某些历史文献的古老性，因为一些历史文献的真实性和年代时常遭受质疑，尤其是受到一些欧洲学者的怀疑，他们认为这些文献经过多次传抄后，内容难免会失实。值得注意的是，大量的中国古代文献记载于不同的媒介——甲骨、简牍、绢帛和纸张等——之上，这些资料能够确保中国古代的科技与文化得以长期传承。尽管中国在历史上历经动乱，但正如汉学家李约瑟总结的那样：“凡是没有失传的内容，中国人都会印刷出来。”

欧洲和地中海地区的情况与此大不相同，由于缺乏纸张且没有印刷术，书面的文字记载极为有限。公元2世纪末至6世纪，欧洲大多数的经典都已经失传，所以欧洲文明所依据的早期文本的真实性在很大程度上也是有待商榷的。古代欧洲流传下来的著作很少，大多数都是中世纪的复制件。当然，这些文本很多是在古代知识的基础上重新被编撰而成的，但早期原始的史料只有为数不多的片段，因此在传播过程中，这些文字很可能经历了多次增改。例如，生活在古埃及的古希腊天文学家托勒密著有经典天文学著作《天文学大成》，这本书作于公元150年左右，目前已经没有任何原本，现存的最古老的版本也是9世纪的，这已经是此书完成时间的六百多年后了。其中，最具有代表性的藏本包括法国的2389号抄本（Parisinus gracecus 2389）和梵蒂冈的1594号抄本（Vaticanus graecus 1594）。另外，这本书如今的版本都是从阿拉伯文转译过来的，其内容可能与原文有很大的出入。然而，中国的许多考古发现，比如马王堆汉墓的发现，足以让我们真实地了解和阅读古代的第一手原始文献。

利苍和辛追夫人

图3.3 1972年春，马王堆1号墓中发现了辛追的三椁三棺，里面有1000多件不同的器物（织物、帛书和漆器等）。辛追的尸体保存完好，目前被保存于长沙市的湖南省博物馆

据史料记载，利苍是一位德高望重、诚实守信的人，作为当时长沙国的丞相，他一直希望远离都城和宫廷。对他来说，值得炫耀的不是金银翡翠这些物质上的财富，而是包含人们各种思想的古典著作，以及乐器等朴实的物品。这些才是真正的精神财富，只有这些才能永远地伴随死者，并使其获得永生。利苍非常爱他的妻子辛追，为了完整地保存她的遗体，他采取了各种措施。医师和术士向他推荐了一种神秘的液体，这种液体可以长久地保持死者身体组织的弹性。

1972年，考古学家在打开辛追的棺椁时，发现她的尸体被浸在一种红色的液体中。尸体的保存状态极好，皮肤看起来柔软而紧致，头发又黑又密，样貌令人印象深刻。参观过湖南省博物馆的游客都会感叹，辛追的尸体在经过两千多年之后，竟依然完好无损。可以说，她几乎是获得了永生。

辛追的尸体是如何保存的，至今仍是一个谜。这是使用了什么样的防腐技术呢？在打开棺材时，漏出的液体又是什么成分？辛追尸体的保存使用了古老的方法，以至于在两千多年后，她的关节仍然相当灵活，并没有僵硬，牙齿、指甲和眉毛也都保存完好。根据考古发掘报告，血液仍然留在血管中，内脏也是完整的。通过分析她胃中残留的瓜子，人们推断辛追可能是在58岁的时候死于心脏病。这种使用了独特防腐方式保存的尸体，通常会被人们误称为“干尸”或“木乃伊”。实际上，这种防腐方法与古埃及和拉丁美洲发现的木乃伊的防腐方法完全不同，木乃伊非常干燥，且死者无法保持生前的样貌。

这一发现再次引起了人们对中国古代防腐技术的讨论，可惜这些技术并未流传下来，即便在现代，防腐仍是一项高难度的技术。

1. 马王堆汉墓是西汉初期长沙国丞相利苍及其家属的墓，1972—1974年，考古人员先后发掘了三座西汉时期的墓葬，共出土3000余件文物，其中包括大量丝织品、帛书、中草药等遗物。此外，还出土了一具保存完好的女尸。——译者注

2. 即汉初长沙国丞相轪侯利苍。——译者注

3. 2019年，复旦大学出土文献与古文字研究中心经分析考证，认为此人的名字应为“避”。在此仅供读者参考。——编者注

4. 在这三座墓中，1号墓是利苍之妻，2号墓是利苍，3号墓是利苍之子。其中，2号墓早在唐朝就已被盗，此后又经多次盗掘，破坏比较严重。——译者注

5. 有17件歌舞俑和乐俑出土于利苍之子的3号墓。——译者注

6. 长沙马王堆3号墓共出土帛书28种，计12万余字。——译者注

7. 其中的《五十二病方》等被认为是中国已发现的最古老的医书。——译者注

8. 马王堆帛书中的《老子》有甲、乙两个版本，甲本以古隶抄写，不避汉高祖刘邦讳；乙本字体为早期隶书，避刘邦讳。——译者注

9. 马王堆3号汉墓出土了三幅帛书地图，分别为《地形图》《驻军图》《城邑图》，这也是至今中国发现的最早的地图。——译者注

10. 帛画中间是一位拄杖缓行的老妇人形象，其身前有两人跪迎，身后有三名侍女和随从，根据服饰和发饰等特点，老妇人可能是墓主人辛追。画面上、中、下三部分内容分别代表天上、人间和地下。上部描绘的是神话传说中的天国景象，中间画的是墓主人在世时的生活写照，下部描绘的是神话传说中的阴间场景。——译者注

11. 李约瑟在评价中国的印刷术的发明和传播时曾说过：“凡是没有失传的内容，中国人都会印刷出来。”（Practically everything in Chinese is either printed or lost.）此外，许多外国学者都曾高度赞扬中国历史记载世代相续、绵延不断的特点，例如，黑格尔在《历史哲学》中就称“中国人拥有最准确的国史”。——译者注

12. 《天文学大成》又名《至大论》。——译者注

13. 实际上，辛追的下葬年代可能比利苍和利苍之子还要略晚一些。——译者注

世界上最早的彗星图

马王堆帛书中有一卷是专门描绘各种天象和气象的，它原本没有名称，后来被命名为《天文气象杂占》。它长约1.5米，分为六列，包括250幅图画，如云气占、日占、月占、星占，以及掩星和彗星等。关于彗星的这部分图的内容令人眼花缭乱，包含了29幅精心绘制的彗星图像，另有2幅已经残损，每幅图都附有一个特定的彗星名称和一段占验释文。例如，我们可以找到：

14号彗星：“厉彗，有小兵，黍麻为。北宫。”

7号彗星：“是胃（谓）白灌，见五日而去，邦有亡者。”

17号彗星：“是是蒿彗，兵起，军几（饥）。”

29号彗星：“翟星出，日（春）见孰（熟），夏见旱，秋见水，冬见小兵战。”

图3.4 马王堆帛书《彗星图》绘有29颗名称和形态各异的彗星，还根据彗星的不同形态对它们进行了分类：既有单尾彗星，又有多尾彗星，彗尾或为集中状，或为发散状，有的彗尾为直线，有的则为曲线。乍一看，这些彗星图样像是程式化的示意图，但进一步的分析表明，当时的天文学家明显已经注意到了彗核和彗尾的数量，以及它们外观的不同，并据此进行了分类

马王堆的《彗星图》是世界上最早的彗星图，欧洲直到16世纪才有能与此媲美的彗星图。

在《彗星图》中，短而直的彗尾用单线表示，大而弯的彗尾用分叉线表示。彗星存在单尾、双尾、三尾或更复杂的形态。其中的“翟星”之所以特别引起研究人员的注意，是因为它那形态简明、醒目的尾巴，但这样的形状在近期的彗星中从未被发现过。不过，倘若彗星在其轨道上运动的同时，还绕轴自转，就有可能出现这种结果。在这种比较罕见的状态下，如果彗星非常活跃，喷出大量气体和尘埃，其尾端就会形成前面所见的旋转彗尾。

特别是1786年发现的恩克彗星（Comet Encke），它每3.3年返回太阳附近一次，其自转轴与轨道仅倾斜5˚。另外，和许多周期性的彗星一样，恩克彗星在近些年接近太阳之后，就不再像以前那样活跃了，它几乎没有喷出太多物质，这使得我们无法再观测到它过去呈现出的那种形状。

在《春秋》等古老文献中，中国古代的天文学家将彗星看作一种天体，并提到许多不同的彗星现象。其中，最通用的名字就是“彗星”，其字面意思是“扫帚星”，就是有着巨大彗尾的彗星。“长星”则是指彗尾长且直的彗星，“浡星”是指有彗尾但彗尾不清晰的彗星。另外，“客星”有时也被用来表示只剩下彗核的彗星，这使得它看起来像一颗恒星。不过，后两种术语也被用来指代新星和超新星等现象，因为从肉眼看来，它们与这些彗星的外观有些相似，只是性质不同而已。

通过对帛书《彗星图》中的彗星名称和特征进行分析，人们发现这些彗星图并非完成于汉朝，而是可能完成于公元前370年至公元前346年的某个时期。不过，即便如此，还是需要很多个世纪连续不断地观测才能完成它。即便我们认为，周期性彗星在古代出现得更加频繁，但要想在几年内见到帛书《彗星图》中所有彗星的类型，这几乎是不可能的。一般来说，在几年时间内用肉眼连续观测到明亮彗星的可能性都不是很大。例如，在过去20年里，人们用肉眼只能观测到两颗彗星，它们分别是1996年的百武彗星和1997年的海尔-波普彗星。假如平均每十年会有一两颗明亮的彗星经过地球，每个世纪不过也就能观测到10~20颗彗星。要想通过肉眼观测完成如此完备的彗星图，中国古代的天文学家就不得不观察至少100颗的彗星，这几乎需要1000年。由于这些彗星的形状多种多样，对它们的观察很可能贯穿了整个周朝，甚至或许可以追溯到更早的年代。

这份帛书彗星图是迄今为止关于彗星图像的最古老的文献。奇怪的是，这些可能在先秦时期就已经完成的彗星分类，自此以后并没有完全被延续使用，但彗星却依然是中国天文学家们主要的观测对象之一。

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图3.5 现代的彗星。最近的观测表明，彗星的外观会有单尾或多尾等不同的差异。

a图：威斯特彗星（Comet West，1976年）
b图：海尔-波普彗星（Comet Hale-Boop，1997年）
c图：哈雷彗星（Halley’s Comet，1986年）
d图：百武彗星（Comet Hyakutake，1996年）

现代对彗星的认识

与行星和小行星一样，彗星也是太阳系中最基本的天体。这些直径仅为几千米的小天体由冰和尘埃组成。当它们离太阳很远的时候，它们是无法被观测到的，因为它们的体积太小了，即使用最强大的望远镜，有时也无法发现它们。

大多数的彗星被认为来自奥尔特云，它距离太阳超过10万亿千米（远在冥王星的轨道之外），由太阳系产生之初，太阳和行星形成之后的残余碎片和物质构成。当这其中的一些天体进入太阳系内部，并接近太阳的时候，它们的一些成分就会从固态升华为气态。就这样，一个发光的内核形成彗核，升华为气体的尘埃成为发光的彗发或彗尾。彗星的彗尾有时长达数百万千米，不过它其实有两个不同的部分：一条是蓝色的，由气体组成，通常呈直线状；另一条是黄色的，它往往更长，通常是弯曲的。两者都是由来自太阳辐射的高能粒子引起的，因此彗星的尾巴总是指向与太阳相反的方向。

图3.6 “费莱”彗星着陆器。这是艺术家对“罗塞塔号”探测器和“费莱”着陆器的想象图，图中“费莱”正准备降落到67P/楚留莫夫－格拉希门克彗星的彗核上

1986年，欧洲的“乔托号”（Giotto）探测器拍摄了一张哈雷彗星的近照，当时探测器距离该彗星的彗核仅600千米。研究显示，彗星的表面实际上布满了冰冻的“间歇泉”，当彗星接近太阳的时候，这些“间歇泉”就会向周围喷涌。由于这一次伟大的探测活动，人们了解了彗星是如何发展出多条彗尾的。2014年，“罗塞塔号”（Rosetta）探测器成功地将“费莱”着陆器投放到67P/楚留莫夫－格拉希门克彗星（Comet 67P Churyumov-Gerasimenko）的彗核上，从而捕捉到了该彗星最详细的图像。大多数彗星在绕太阳一周后便会离开太阳系，成为一个永远寒冷的大冰球。然而，还有少数周期性彗星会定期地返回太阳附近，哈雷彗星正是这样的一颗周期性彗星。1682年，英国天文学家埃德蒙·哈雷确定了它的回归周期大约是76年。

1. 翟音狄，即长尾巴的山雉。——译者注

2. “罗塞塔号”彗星探测器是欧洲航天局组织的空间探测器计划，其目的是研究67P/楚留莫夫-格拉希门克彗星。“罗塞塔号”于2004年3月2日发射升空，经过10年零8个多月后进入彗星轨道，随后在2014年11月12日将其携带的“费莱”着陆器置于彗星上。——译者注

两千年的彗星观测

在中国“天地相通”的思想中，彗星是极为重要的偶发而不可预测的天象之一，它在相对较短的时间内非常耀眼地出现在天上，通常持续几个星期。加之它又是在不断地运动着的，会不断地出现在天空的不同区域里，因此彗星在古代很适合被用来做星占。

在商代的一些甲骨上出现过对彗星的记载，但是到目前为止，中国最早有明确时间和位置的彗星记录则是在《春秋》当中。据记载，鲁文公十四年“秋七月，有星孛入于北斗”。这次彗星出现的日期为公元前613年的农历七月，即公元前613年6月6日至7月5日。这可能也是世界上最古老、最可靠的彗星观测记录了。古巴比伦的文献记载一般被认为是较早的，但是在公元前3世纪之前，古巴比伦泥板中几乎没有关于彗星的记载，而古希腊人则一直认为彗星只是一种大气现象，而非实际的天体。

《春秋》另外只提到了公元前525年和公元前482年的两次彗星。由此看来，帛书《彗星图》中出现的一些彗星，在史书记载过程中可能已经被遗漏了。不过，自周朝以后的大约2000年里，中国包括各种类书在内的几乎所有的史料都包含了极其详细的彗星天象记录，其中一些周期性彗星的周期还为我们检验中国古代天象观测的准确性和可靠性提供了佐证。例如，哈雷彗星是一个明亮的周期性彗星，它大约每76年接近地球一次。如今，我们知道它的轨道根数，并且能很精确地重建它在历史上出现的时间和位置。我们知道，从公元前240年开始，哈雷彗星已经29次接近地球，并照亮了我们的天空。而在过去2200年的中国古代历史文献中，对这29次哈雷彗星的记载居然一次都没少！单凭哈雷彗星这一个实例，就足以说明中国古代天文观测令人难以置信的严谨性。更重要的是，中国的天文学家不仅非常勤奋，而且对天象的观测结果也非常精确，以至于这些记录至今还有很大的应用价值。

早于欧洲600年的彗星观测

公元837年4月5日，在唐朝的都城长安（今陕西西安），司天台的天文学家们都将目光投向了东南方。就在几天前，他们在下弦月的光亮掩盖彗星之前，刚好有足够的时间来目睹这一美丽的景观。那一天，月亮已经西落，人们正在期待是否还能再见到这颗所谓的“扫帚星”。他们知道它一定会再次出现，因为根据当时天文学家的经验，在过去几个世纪中观测到的所有彗星，还没有哪一颗是在前一天出现后就立刻消失的。大约凌晨3点，彗星终于露出了它那“美丽的秀发”。这也是人类历史上哈雷彗星最壮观、最华丽的一次出现。新月之后的几天，彗尾的长度覆盖了将近120°的天区，几乎占据了半边天。这颗彗星在此后的三天依次从摩羯座、人马座和天蝎座穿越而过。这壮观的景象都被完整地记载在了正史《新唐书》当中。我们要感谢司天台的官方天文学家们，他们让我们至今还可以知道这次彗星出现的始末。在一个多月的时间里，他们日复一日地观测着彗星的位置，精确到半度，彗星的巨大彗尾的形状和位置在文献中皆有简明扼要的记载，而且描述十分精确：

开成二年二月丙午（837年3月22日），有彗星于危（即宝瓶座），长七尺余（即7°），西指南斗（即人马座）。

3月24日：戊申在危西南，芒耀愈盛。

4月5日：癸丑在虚。

4月6日：辛酉，长丈余，西行，稍南指。

4月7日：壬戌，在婺女，长二丈余，广三尺。

4月8日：癸亥，愈长且阔。

4月9日：三月甲子，在南斗。

4月11日：丙寅，长六丈，无岐（歧），北指，在亢七度。

4月14日：己巳，长八丈余，在张。

4月28日：癸未，长三尺，在轩辕（即狮子座）右不见。

图3.7 837年哈雷彗星的行迹。图中彗星的行迹（从左至右）根据837年4月5日、6日、7日、8日、9日、11日和14日的文献记载所绘，其中彗星的外观表现的是4月14日的情形

这些记录包括从3月22日到4月28日连续的观测，然后在4月3日前后，彗星的光芒被下弦月遮挡，随后它又继续出现，直到4月24日出现满月为止。这些观测全部都是通过肉眼完成的，这表明了中国古代天文学家对天象的时间和方位把握的可靠性。除了一些日文的文献，中文文献是世界上为数不多的记载历史彗星观测的可靠资料。在欧洲，则要等到1456年才出现能与此观测资料媲美的记录。中国的记载与欧洲的相比，是很有说服力的。事实上，公元837年的哈雷彗星也曾在欧洲引起人们的注意，但只有少数的历史学家记下了一些富有诗意的文字。其中，可以找到的最准确的记载是9世纪一位无名的法国作家所写的“虔诚者路易”的传记，其中写道：

（公元837年复活节的）彗星，出现在天上的室女座……这颗壮观的彗星在随后的20天里，先后从狮子座、巨蟹座、金牛座上方，以及双子座下方穿过，最终将它的光芒悉数散发了出来。

1. 这段引文出自《新唐书·天文志》。——译者注

2. 虔诚者路易（Louis I the Pious，778—840）是法兰克王国的国王，查理大帝的儿子与继位者。——译者注

哈雷彗星轨道推算的最早记录

由于观测的精确性，中国古人对哈雷彗星的观测记录在现代又被重新用于研究这颗彗星的历史。公元141年、374年、530年、837年和1301年这些年份的文献记载，足以验证哈雷彗星的周期性，而且现代天文学家利用这些数据还发现哈雷彗星的返回周期不是恒定不变的，而是可能在76~79年之间变化的。事实上，像哈雷彗星这样的周期性彗星并没有严格的周期性，因为它除了受到太阳的引力，还会被太阳系中的行星引力随机扰动，以至于每次的轨道都不尽相同，而且返回的时间也有所不同。在经历过几次返回后，这些扰动积累起来会使彗星的轨道发生彻底的改变。公元837年哈雷彗星回归的影响至今还在，因为当时这颗彗星非常靠近地球，受到了地球引力的严重干扰。事实上，当时彗星距离地球只有580万千米，只不过是地球到月球距离的20倍，这也就解释了为何这次哈雷彗星的出现会如此壮观。要知道，1986年，也就是上一次哈雷彗星返回时，它距离地球有6200万千米，这是公元837年那次的10倍以上。

根据唐朝的观测，爱尔兰丹辛克天文台的天文学家江涛在1972年纠正了哈雷彗星的轨迹，并重新计算出了更为精确的彗星轨道。1982年，这位天文学家发表了哈雷彗星从公元前240年到1910年的轨迹变化，并确定哈雷彗星相邻两次返回的时间间隔其实是在76~79年之间波动的。哈雷彗星是目前人类唯一能精确测量的周期性彗星。2016年发表的一项研究表明，哈雷彗星的轨道可能也是无规律的，由于受到一些行星（例如木星、金星）的多重引力作用，它的长周期轨道是无法被精确计算出来的。不过，行星的引力造成的扰动只能解释轨道变动的部分原因。哈雷彗星似乎还会受到太阳风的影响而产生气体喷流，这些气体使彗星变得如同喷气式飞机一样，它们会造成微弱的反作用力，从而稍微改变彗星的轨道。目前对公元前240年之前的哈雷彗星轨迹推算还存在诸多不确定性，不过关于它最早的记载，有可能就是中国商朝的甲骨上关于公元前1056年彗星的那条记录。

1. 丹辛克天文台位于都柏林的西北部，建于1783年，是欧洲历史上最知名的天文台之一。——译者注

2. 江涛，1928年生于江苏扬州，华裔爱尔兰天文学家，1954年获英国伦敦大学数学学士学位，1965年获天文学博士学位，曾任都柏林丹辛克天文台副台长。——译者注

彗尾朝向的认识

在公元837年关于哈雷彗星的文献记载中，唐朝的天文学家就已经对其彗尾的形状和大小，以及彗星的具体位置都十分留意了。事实上，一些官员可能从《晋书》中就已经获取过关于彗星的一些知识：

彗体无光，傅日而为光，故夕见则东指，晨见则西指。在日南北，皆随日光而指。顿挫其芒，或长或短。

——《晋书·天文志》

《晋书》创作于唐初，大约完成于公元648年，中国天文学家至少在魏晋时期可能就已知道太阳对彗星的影响。不过他们并不了解这些彗星的本质，也不了解其中一些彗星是周期性返回的。在欧洲，9个世纪之后，也就是大约在1530年，吉罗拉莫·弗拉卡斯托罗及之后的彼得·阿皮安在精确地观察了彗尾的特性后，才发现了彗尾的方向与太阳的关系。

欧洲和彗星

在欧洲和地中海地区的文明中，彗星不被重视，也很少被提及。只有很少的零碎记载发现于新巴比伦迦勒底王朝（Chaldean period）晚期的泥板文书中，其中一段关于公元前164年和公元前87年的哈雷彗星记载已经得到了破译和解读。

在古希腊和拉丁传统的天文学中，基本上没有记载过彗星的踪迹，生活在古埃及的古希腊天文学家托勒密在其《天文学大成》中指出，宇宙是由“天体”组成的，天体都附于一层层的天球之上，永恒不变地进行周天运动。彗星则不被认为是天球上的星，而是被解释为比月球的天球还要更低的大气现象。

公元1世纪，古罗马哲学家塞涅卡（约前4—公元65）在他的《自然问题》（卷7）中提到了当时人们对彗星的不同解释。古罗马作家老普林尼在其《自然史》（约77）一书中也记载了古希腊人曾对各种各样的彗星进行的文学性的描述。《自然史》中这些对彗星的描述，后来被波兰天文学家赫维留（Johannes Hevelius，1611—1687）收录在他于1668年出版的《彗星图》（Cometography）一书中。

在16世纪之前，欧洲几乎没有详细的彗星记录和图录，只有等到1530年之后，意大利的科学家吉罗拉莫·弗拉卡斯托罗和德国天文学家彼得·阿皮安才开始对彗星的研究，精确地观测其位置。

另外，一直被认为属于气象学现象的1066年的哈雷彗星还出现在了描绘英格兰诺曼征服的贝叶挂毯之上。而1301年的彗星则启发了画家乔托，他在画作《三圣来朝》中将伯利恒星描绘成一颗彗星。

1. 这至少说明当时人们已经知道彗尾延伸的方向与太阳的关系。——译者注

2. 吉罗拉莫·弗拉卡斯托罗（Girolamo Fracastoro，1484—1553）是一名医生和作家，曾观察到彗星的尾巴总是背向太阳的。——译者注

3. 彼得·阿皮安（Peter Apian，1495—1552）又名彼得鲁斯·阿皮亚努斯（Petrus Apianus），文艺复兴时期德国天文学家和数学家。他在书中记载了自己对彗星的观测，并描述了五颗不同的彗星的外貌。——译者注

4. 古罗马百科全书式作家，著有《自然史》。——译者注

5. 贝叶挂毯（Bayeux Tapestry）长70米、宽0.5米，如今仅存62米。挂毯中描述了整个黑斯廷斯战役的全过程，其中还包括1066年4月哈雷彗星出现的场景。——译者注

6. 根据《新约·马太福音》的记载，耶稣诞生时出现了伯利恒星这一异常的天象，现代天文学家认为它有可能是超新星或者彗星现象。传说伯利恒星后来又演变成圣诞树顶端的那颗星星。——译者注

《春秋》日食典

日食和彗星一样是地球上极为壮观的天体现象。即使在今天，虽然我们知道了日食的原理，也可以预报日食的时刻，但太阳光芒突然消失仍然会给人类带来心理的震撼和忧虑。

日食是由于地球、月球和太阳的位置发生变化造成的，即地球进入月球的影子区域所致（见图3.8）。比较巧的是，太阳与地球之间的距离是月球与地球之间距离的400倍，而太阳是月球大小的400倍，因此太阳和月球在天上的视觉大小基本相等，月球可以刚好遮挡住太阳。不过，这样的情况并非会一直持续下去，由于受到潮汐的影响，月球如今正在以大约每年3.8厘米的速度逐渐远离地球。月球越靠近地球，它的视觉尺寸就越大，所以发生日全食时，其持续的时间就会越长。另外，在几千万年以后，月球将离我们的地球足够远，它的视觉大小将无法完全遮蔽整个太阳。到那时，也就不会再有日全食这样的天象了。

图3.8 日食只发生于一个月当中的朔日，此时月球正好处于太阳和地球中间的位置。当月球的视直径小于太阳的视直径时，就会产生日环食；倘若月球的视直径更大，就会产生日全食。由于月球正在逐渐远离地球，所以日全食持续的时间有越来越短的趋势，以至于将来不会再有日全食发生

人们可以很容易地联想到，在古代，这些意外发生的日食和月食现象似乎危及平静的上天，必然会引发人们的恐慌。描述日食的术语是“日食”，其字面意思就是“太阳被吃掉”。这是一个具有高度象征意义的天文事件，标志着阴（月亮）和阳（太阳）的直接对抗。为了避免日食带来的危害，必须及时拯救太阳，于是在古代的民间，人们往往会敲打锅和盆，发出巨大的噪声，以此来吓跑“侵害”太阳的月亮。

在中国古代，日食无疑是与天子息息相关的天象，因为它会极大地损害上天的和谐，从而损害“受命于天”的人间君王，甚至危及政权的合法性。这种天象的影响是如此之大，以至于整个国家的人，包括天文学家在内都为此担忧不已。如果在处理这样的重要天象的过程中出现任何纰漏，他们都有可能身首异处。

根据记载，中国历史上最早的神话时期的天文学家羲氏、和氏就因为处理日食不当而被处决，具体原因是他们未能准确地预报日食：

乃季秋月朔，辰弗集于房。瞽奏鼓，啬夫驰，庶人走。羲、和尸厥官，罔闻知；昏迷于天象，以干先王之诛。

——《尚书》（公元前6世纪）

中国已知最早的日全食记录被刻于商朝的甲骨之上，但由于其中的纪日信息不完整，我们无法准确地判断这次日食发生的具体日期。从周朝开始，中国的日食记录变得更加完善，不仅有日全食，还有大部分的日偏食。一般来说，发生日偏食时，太阳的亮度不会发生明显的减弱。因此，要想研究它们，就必须能够提前预测其发生的时刻，以便能够及时进行观测。当通过日食预报，得知其即将发生于哪一天后，中国的天文学家们将在此期间仔细地观察太阳。关于古代日食的具体观测方法，历史资料中很少有记载，它可能与观测太阳黑子的方法相似。日食不能直接用肉眼观测，不然会损伤眼睛，所以一般需要借助巴德膜来观察。在古代，一种更便捷的方法是，用盆盛满黑色墨汁或油，根据其中太阳的倒影实现观测。另外，也可以利用“小孔成像”的原理，通过投影观测。

日食与地球自转

中国古代天文学家对日食发生时刻的精确记载有助于我们判断地球自转周期的变化，也就是一昼夜时间长短的变化。地球不是孤立的天体，它与月球之间存在万有引力的作用。这种地月之间的相互作用，加上太阳对地球引力的影响，就会造成潮汐现象，而潮汐会抵消地球旋转的一部分能量。由于损失了这些能量，地球自转的速度就会逐渐放慢，一昼夜的持续时间变长。从物理学上来说，由于地球和月球之间必须保持动量守恒，所以地球自转的减缓也就伴随着月球轨道的移动。

图3.9 潮汐的影响和月球与地球间的距离。潮汐的影响主要是月球对地球的引力作用造成了能量损失，这同时产生了两种效应：地球自转速度减慢和月球移动（以保持地月系统的总动量平衡）

地球自转速度的减弱是极其缓慢的，每个世纪一昼夜的时间只会因此延长区区几毫秒。然而，随着时间的推移，这种时间差距的积累将会变得非常显著。如果从东周中期开始计算（公元前500年），至今已经过去了近100万天，时间的偏差累计达5个多小时。通过参照古代日食和月食在一天当中发生的时刻，就能精确地验证这种时间变化的程度。

英国杜伦大学的理查德·斯蒂芬森（Richard Stephenson）通过研究历史上的日食才得以证明，大约在中国东周中期，地球上的一昼夜比21世纪的一昼夜少约0.04秒，相当于它在这25个世纪中，每个世纪平均增加约1.8毫秒。这个数值可以通过比较古代文献中描述的日食发生时刻，与假定地球自转速度不变的情况下所推算出的日食发生时刻的差异来获得。这对了解地球自转速度变化的历史至关重要，同时它也揭示了，潮汐的影响并不是改变地球自转的唯一机制。

事实上，潮汐现象的影响可以在地球和月球的距离变化中体现出来，这要感谢美国宇航员在月球上放置的5面反射镜，它们使得我们可以不断地通过激光脉冲来进行距离测量。根据最新的估算，月球目前每年远离地球约38毫米，也就是说，由于潮汐效应，每世纪地球昼夜时长预计会增加2.3毫秒。历史文献中的日食记录告诉我们，情况并非如此（历史上每世纪昼夜时长实际增加1.8毫秒）。这种差别确切的根源目前还没有完全弄清楚，但似乎有一个现象能改变地球自转减缓的速度。一些人猜测，气候变化的影响，如海平面下降和极地冰帽的消失等，也会改变地球在质量上的分布，从而减少地球的转动惯量。正如滑冰者可以通过收拢手臂来加快在冰上的自我旋转速度，这些气候变化也可能加速了地球的旋转。当然，其他更复杂的因素也可能是地球内部质量分布的变化。因此，古代日食发生的时刻间接地向我们揭示了历史上地球自转速度微妙的变化。如今，由于超精密原子钟的出现，我们可以非常精确地测量每一天时长的变化。地球自转速度的减慢迫使我们每18个月就要在这些原子钟上累加一秒钟，只有这样才能使其与地球上的天文时间保持一致。当然，一些重大地质事件也会影响地球自转速度。例如，2004年12月导致印度洋海啸的地震就使这一天的地球自转速度突然减慢了近3微秒。

在《春秋》一书中，至少有37次日食被记录了下来，这使其成为世界上已知最古老的日食典。其中，公元前709年、公元前601年和公元前549年的这几次日食只有在当时鲁国的都城曲阜才能被观测到。书中记载的最早的一次日全食发生在公元前709年7月17日：“（鲁桓公三年）秋七月壬辰朔，日有食之。”记载的最早的一次日偏食发生在公元前720年2月22日，“（鲁隐公三年二月己巳）日有食之”。

我们不难确定这两次日食的现代日期，因为这些记载同时采用了帝王纪年和甲子纪年两种方式。

现代天文计算显示，在《春秋》记载的37次日食中，有33次日食与文献的日期完全吻合。在其他4次有出入的记录中，有2次也是真实的，还有2次可能是同一日食被重复记载所致。在该书记载的34次日偏食中，有6次日偏食的遮挡程度不到太阳表面的一半，这些日偏食一般是很难被察觉到的，还有2次是在日出时刻观测条件不佳的情况下完成的（见表3.1）。

如今我们可以计算，在《春秋》涵盖的历史时期内，有近250年，曲阜可以观测到的日食有95次，其中只有44次是食分大到足以遮挡太阳直径的一半以上（即食分大于0.5）。在这些日食中，有近60%都被记载进文献中，公元前575年之后，这个比例上升至80%，这也说明了观测的有效性和文献的可靠性。这些记载足以令人印象深刻，其实在当时应该还有更多的观测记录，只不过它们因年代久远而未能流传至今。实际上，这些记录都符合三个条件：曾经被记载，长期被传抄，准确到可以核查。

表3.1 《春秋》中的日食表（前720—前481）日期和年份（已经换算为现代天文纪年），干支序号则取自原文。另外，时刻和食分也已按现代标准进行了重新换算。食分表示月球遮挡太阳直径的比例。当食分大于1时，就是日全食；当食分小于1时，就是日偏食或日环食。请注意，表中-600年9月20日日食的日期和食分大小可能记载有误。观测地点：曲阜（纬度35°53N，经度117°02E）（根据F. R.Stephenson et K. C. Yau，“Astronomical Records in the Ch’un-Ch’iu Chronicle”，Journal of History of Astron my，vol.23，p.31，1992.）

在中国早期的史书中就记载了上百次交食，尤其是汉朝之后的几个世纪以来，日食记载的详尽程度在不断地提高。关于在汉朝的公元前147年11月10日发生的日食，就有文字详细记载了太阳在天上的确切位置：

（汉景帝三年九月戊戌晦）日有食之，几尽，在尾九度。

——《汉书》（公元1世纪）

根据《元史》的记载，一些日食具体发生的时刻也会被记载下来。其中，在提到唐朝的公元680年11月27日这次日食时，书中还分别记载了使用《大明历》（1182年）和《授时历》（1280年）推算的结果：

唐永隆元年庚辰，十一月壬申朔食，巳四刻甚。授时历，食甚巳七刻。大明历，食甚巳五刻。右授时疏，大明亲。

——《元史》（公元13世纪）

到16世纪，当欧洲的耶稣会传教士到达中国后，日食的预报变得至关重要，因为它将成为西方人进入中国皇家天文台的敲门砖。

欧洲的日食

一些古代文明都有关注日食和月食的传统，由于月食发生在晚上，更容易被观察到，所以古代关于月食的记录要比日食多。日食和月食可以被用来检验历史上一日时间长短的变化，古巴比伦时期的泥板上就曾记载了月食，有的可以追溯到公元前7世纪。但与中国不同的是，这些古代文明的日食记录很少有4世纪之前的。在古希腊，早期的日食记录并不多，只有公元前650年的一次，而且这次记录含糊不清。在亚述文献中，仅有一次公元前762年的日食记录，其年代也只不过相当于中国的周朝。

1. 1.8毫秒即0.0018秒。——译者注

2. 美国和法国的科学家曾利用1969年美国宇航员登月时放置在月球上的镜子来测量地球和月球的距离，这种方法是将激光脉冲投射到镜面上，然后反射回地面上的探测器，通过往返的时间计算出距离。结果表明，几十年来地球与月球的距离增加了1米多。——译者注

3. 《春秋》只记载了公元前601年7月22日（即-600年7月22日）的日食：“（鲁宣公八年七月甲子）日有食之，既。”——译者注

第4章 天官之书

周朝之后的秦朝是一个时间短暂的大一统王朝，许多先秦文献在这一时期遭到了灭顶之灾。许多历史记载不得不经过后世的重新整理和辑录，才部分得以恢复。在这一章中，我们将要介绍天文学上的重要篇章《历书》《天官书》《五星占》。《五星占》是一份根据精密的行星理论对行星运动进行推算的五星表格。

周朝末年，中国分裂为许多诸侯国，在经历了长久的战争后，秦国终于在公元前221年统一了天下，建立了中国的第一个帝国。秦王自命为“秦始皇”，其字面意思是秦国的第一个皇帝。秦朝定都咸阳（位于今陕西省咸阳市）。这个王朝的统治时间不长，但却留下了相当多的历史文化遗产。例如，秦始皇陵里面就有成千上万的兵马俑，令人印象深刻。秦朝还统一了度量衡，实行了中央集权统治，这些都对后世产生了深远的影响。

秦始皇进行了大规模的筑坝和灌溉工程，并修建了长城，以保卫帝国的北部地区，使其免受匈奴等游牧民族的入侵。秦帝国统一后，开始逐步统一度量衡、货币和文字。不过，秦始皇的统治策略却与当时的儒家学者产生了激烈的冲突。秦始皇将其归因于儒家经典，于是开始下令焚毁这些著作。幸运的是，由于历史学家和天文学家坚持不懈的努力，其中的一些关于年代学及各种知识的内容在后来得以部分保存并辑录。

图4.1 秦始皇兵马俑。秦始皇陵位于西安附近，出土了大约由7000余件兵马俑及青铜车马组成的地下守卫军团

焚书之祸

公元前213年，在实现大一统7年之后，秦始皇采纳了丞相李斯的意见，颁布了一项法令，开始打压儒家学者：

臣请史官非秦记皆烧之。非博士官所职，天下敢有藏诗、书、百家语者，悉诣守、尉杂烧之。有敢偶语诗书者弃市。以古非今者族。吏见知不举者与同罪。令下三十日不烧，黥为城旦。所不去者，医药卜筮种树之书。若欲有学法令，以吏为师。

——《史记·秦始皇本纪》

秦始皇大手一挥，将中国的许多史书付之一炬。全国各地都在强行焚毁各种典籍，尤其是孔子的故乡鲁国。“五经”中排在第一的是《诗经》，它的编撰就要归功于鲁国。这次焚书所针对的对象主要是历史典籍，但其中也包括文学和哲学著作，例如从老子到孔子的各种哲学著作。这些著作很多都是在东周末年的战国时期完成的，当时正是百家争鸣的时代，也是哲学和文学发展的兴盛时期。这样的极端方式使得一些学者，尤其是孔子的追随者开始保持沉默。这些曾依托于周朝诸侯的封建体制的学者，对中央集权的官僚政府发起了挑战。但秦始皇自诩为第一个真正意义上统一中国的帝王，他不希望受制于人，也不愿被不断地灌输先辈的那种强调德行兼备的思想，他只愿强调自己的丰功伟绩。这已经演变成政权与知识分子阶层之间的冲突。

伟大的中国经典

在中国历史上，由于文明的延续和政治的稳定，各种文献得到了很好的传承。中国最古老的经典著作是在公元前6世纪左右陆续被编撰而成的，其中具有代表性的就是“五经”：《诗》《书》《礼》《易》《春秋》。其实，原本这当中还有一部名为《乐》的著作，但它早已失传。在这些经典中，《诗》以道志，《书》以道事，《礼》以道行，《乐》以道和，《易》以道阴阳，《春秋》以道名分。如今人们还发现其中的一些著作有非常古老的版本。例如著名的《易经》，它是一本描述世界循环演变的占卦书，被认为是在周朝完成的。年代约为公元前185年的马王堆汉墓中就曾出土写于帛书之上的《易经》。除了《易经》这种被认为是纯粹的占卜书，不少其他经书的早期版本也都遭到了秦始皇的焚毁。在这些经典中，有不少涉及中国古代风俗、文化、科学及知识的资料。

自汉朝起，中国的史官就被皇帝要求系统地记录历朝历代的重大历史事件，这其中也包括了历史上发生的各类天文事件。每一个朝代的这些文献、档案等史料都被保存了下来，再由后一个朝代进行整理，编撰成所谓的“正史”。在这当中，第一部被撰修出来的就是司马迁的《史记》。所以，汉朝就已经形成了任命专门的史学家进行修史的传统。后代史学家如果需要对前人留下的内容加以评论，则会通过在原文后面加“注”和“疏”的方式来实现，以确保将评论与原文区分开来，从而保留了历史文献最原始的样貌。

绝大多数正史，尤其是最主要朝代的历史，如《汉书》《宋史》等，都有专门关于天文和历法的章节。当然，有一部分天象记录也会被分散地记载于其他各章节中，这也导致研究工作变得更加复杂。除了历代的正史，其他诸如类书等著作也在不断地增加。例如，明朝初期，永乐皇帝下令编撰的《永乐大典》于1408年正式编成。这部书有20000多卷，内容近4亿字。全书被分装成10000余册，但至今只有不到400册被保存下来，且散落于世界各地的图书馆。

表4.1 中国记载天文学内容的著作

公元前213年的焚书事件对历史典籍造成了严重的破坏，切断了历史的连续性，在文献和资料保存方面造成了不可估量的损失。尽管不少内容在此后被重新辑录和整理出来，但那些最为原始的版本却大量消失了。我们无法想象，倘若当时没有遭遇过这样强烈的破坏，如今存世的原始文献数量会比现在多多少。

公元前210年，秦始皇去世。但一直等到公元前191年，汉惠帝时期才彻底取消了禁书令。

1. 中国现代天文学家朱文鑫《十七史天文诸志之研究》总结：“史之有志。所以纪一代之典章文物。而治历者亦足以考古历之推演。天学之进化也。现行二十四史有天文律历诸志者凡十七史。史记首创八书。律历天官。分为三书。汉书增为十志。以律历合并。而易天官书为天文志。续汉志晋书魏书隋书宋史承之。宋书律历分志。仍有天文。新旧唐书志历与天文。而不及于律。旧五代史金元明三史承之。两汉及宋书另于五行志内。纪日食星变之事。南齐书仅志天文新五代史独考司天。辽史但志历象。又皆特变其例。其他三国志南北史梁陈北齐周诸书皆无志。”（《朱文鑫——纪念中国现代天文学家朱文鑫诞辰120周年》，2008年9月第1版。）——译者注

既是史学家，也是天文学家

不幸的是，在公元前210年至公元前191年这短短的20年里，原始文献已经遭到了巨大的破坏。在公元前206年秦朝灭亡的时候，首都咸阳遭到焚烧，保存在那里的典籍也同样被毁，这又进一步加剧了上述状况。所有重要的典籍本应该被仔细地收藏在帝国档案的府库中，但如今它们要么被毁，要么分散于四野，被少数人收藏却秘而不宣。当然，也有一些学者在尝试尽快收集这些散落于各地的重要史料。但只有一个人想到如何利用这些资料去重建这几千年来的历史事件、科学知识及哲学思想，为了完成这项工作，他付出了一生。

秦始皇陵

1974年，人们在西安附近发现了一个极为重要的考古遗址。当时正在建设的工人们挖出了一条地下壕沟，在这里发现了来自古代的庞大“军团”，这就是秦始皇兵马俑。兵马俑让人联想起2000年前中国第一个帝国的辉煌。这里的几千件兵马俑大小和真人士兵完全相同，且神态各异，身披战甲，手执武器。除此之外，这里还发现了当时的战车。公元前3世纪，中国历史上最不可思议的一幕，如今就呈现在我们面前。最令人惊奇的是，此前这里的秦始皇陵墓没有被发现过。在中国历史上，秦始皇一直是一个极为重要的历史人物。许多古代文献都记载了他临终前对长生不老的追求，以及对陵墓位置的刻意隐瞒。对此记载最详细的就是史学家、天文学家司马迁的《史记》，他在《史记·秦始皇本纪》中描述了秦始皇疯狂地寻找神仙丹药，以及秘密修建陵墓的经历。令人意外的是，司马迁在书中并没有提到兵马俑，不过他还是提供了不少重要的细节。例如，他提到秦始皇征调70万劳力为自己修建骊山陵墓，并且，为了不使陵墓被后人破坏，秦始皇还采用了许多严密的预防措施：

九月，葬始皇郦山。始皇初即位，穿治郦山，及并天下，天下徒送诣七十馀万人，穿三泉，下铜而致椁，宫观百官奇器珍怪徙臧满之。令匠作机弩矢，有所穿近者辄射之。以水银为百川江河大海，机相灌输，上具天文，下具地理。以人鱼膏为烛，度不灭者久之。二世曰：“先帝后宫非有子者，出焉不宜。”皆令从死，死者甚众。葬既已下，或言工匠为机，臧皆知之，臧重即泄。大事毕，已臧，闭中羡，下外羡门，尽闭工匠臧者，无复出者。树草木以象山。

大约在一个世纪后，中国伟大的历史学家司马迁实现了父亲的遗愿，成为汉武帝时期的太史令，完成了重要的第一部纪传体历史著作《史记》。如同古希腊历史学家希罗多德（Herodotus，约前484—前425）和法国百科全书式的人物狄德罗一样，这位中国历史学家有条不紊地精心编撰了这部巨著，记载了他那个时代及更遥远时期的历史、政治和文化史实。他的这部杰作至今仍是中国历史上的重要里程碑。幸运的是，司马迁还是一位天文学家，因此他可以非常严谨地把当时的科学思想及其源流介绍给我们。此外，他还在《史记》的最后一篇《太史公自序》中讲述了自己的人生经历，以及撰写此书的过程，尽管他遭受了极为残酷的“宫刑”：

罔罗天下放失旧闻，王迹所兴，原始察终，见盛观衰，论考之行事，略推三代，录秦汉，上记轩辕，下至于兹，著十二本纪，既科条之矣。并时异世，年差不明，作十表。礼乐损益，律历改易，兵权山川鬼神，天人之际，承敝通变，作八书。二十八宿环北辰，三十辐共一毂，运行无穷，辅拂股肱之臣配焉，忠信行道，以奉主上．作三十世家。扶义俶傥，不令己失时，立功名于天下，作七十列传。凡百三十篇，五十二万六千五百字，为太史公书。序略，以拾遗补艺，成一家之言，厥协六经异传，整齐百家杂语，藏之名山，副在京师，俟后世圣人君子。

图4.2 西安秦始皇陵。秦始皇陵被发现于1974年，根据司马迁笔下的描述，它长350米，高76米。如今，这座上面覆盖着大量植被的陵墓依然清晰可见，它就位于兵马俑坑以西约1.5千米处。虽然发掘工作已经开展了几十年，但进展却非常缓慢，这一区域很可能还有更多的兵马俑坑等待进一步的发掘。秦始皇陵的主体部分还没有被正式发掘，这需要等待更完善的文物保存和考古发掘技术，以免对其造成更大的破坏。不过，2003年的研究表明，这里的汞含量很高，这与司马迁对皇陵中汞河的描述一致。或许在不久的将来，我们就能知道秦始皇陵“上具天文”的模样，那可能会是一幅装饰极为华丽的天文图

《史记》终于成了司马迁所期望的那样：成为史学著作中的典范。由于它的存在及它所开启的史学传统，中国古代大量的史料得以保存和传承。《史记》全书有130篇、52万余字，对于一部古代著作而言，这样的篇幅可以说是令人惊叹的。虽然其他许多古籍经常体例不清，但它却条理清晰。首先是“十二本纪”，内容为从三皇五帝到汉武帝的历代帝王政绩；其次是“十表”，列出了历代的大事记；然后是礼、乐、律、历、天官、封禅、河渠和平准共八篇专论，被称为“八书”；最后则是“三十世家”和“七十列传”，包括诸如老子、墨子、孔子等人的传记。全书以司马迁自己的生平介绍“太史公自序”为结尾。《史记》内容异常生动、精彩，书中还经常通过丰富多彩的对话来阐述历史事实，如同现代的小说一般。如今，中国早期的许多史实，我们只能通过《史记》来了解了。

中国有尊重历史原始文献的传统，《史记》此后曾被历朝历代的人加以注疏进行评论，但这些注疏都非常清晰地与原文分开，这仿佛是中国古代约定俗成的惯例。事实上，司马迁的作品也成了后世编史的典范，中国古代几乎每个王朝都会编撰前一朝的官方正史，详细地记载前朝所有的重大历史事件。从《史记》到《明史》，二十四部史书构成了中国古代数千年延续不断的历史，这在世界上也是绝无仅有的。

司马迁：中国的希帕恰斯

司马迁是司马谈之子，汉武帝执政时期的太史令。他从10岁开始识字并阅读古籍。在他那个时代，中国的思想流派众多，司马迁在一定程度上从父亲司马谈那里受到了道家的影响。在当时所有的思想中，司马谈认为“道家使人精神专一，动合无形，赡足万物。其为术也，因阴阳之大顺，采儒墨之善，撮名法之要，与时迁移，应物变化，立俗施事，无所不宜，指约而易操，事少而功多”。20岁的时候，司马迁的父亲让他到全国各地去游历，以完善他的思想。在游历归来后，司马迁被朝廷任命为郎中，并被多次派往大汉帝国的各地视察。公元前126年至前111年，司马迁成了一个真正的探险家，他去了河北、山东、江苏、浙江、江西、湖南、四川和云南等地区。如此丰富的行程也表明，当时中国的道路已经是四通八达。司马迁还去了被称为先贤故里的齐鲁之地，其中包括孔子家乡“陬邑”（今山东省曲阜东南）的孔庙，以及许多古代祭祀遗址。因为多次出访，他能够对当地有关历史的传统进行一系列调查，并核实不同来源，如通过各种文字或口口相传的信息。

图4.3 司马迁像

司马迁出生于公元前145年，当他的父亲于公元前110年去世时，司马迁已经36岁了。父亲临终时要求他承继太史令之位，特别是希望他能继续从事一项雄心勃勃的工作：将分散的历史文献整理成一部书，以讲述整个中国的历史。

司马迁在公元前109年开始编撰《史记》，直到公元前91年，也就是他去世前几年才完成了这部著作。公元前108年，他继承了父亲的职位，因此可以查阅各种皇室的档案。他是汉武帝时期的一位皇家天文学家，同时也是重要的大臣。汉朝多年以来一直受到北方匈奴人的入侵，虽然修建了万里长城，但匈奴人还是时常威胁这个帝国的安全。公元前100年，汉武帝派遣李广利和李陵攻打匈奴，但这次的军事行动最后却演变成了一场灾难。李陵的军队驻扎在两山之间，很快，他的5000名士兵就遭遇了一支40000多人的匈奴军队，最后只有不到400人成功逃脱，年轻的将领李陵也被俘了。李广利将军由于无法及时增援，也只好撤兵。面对这一大败，汉武帝问他的大臣们该如何应对，以及该如何处置这些当事人。即便面对重重的困难，司马迁还是为年轻的李陵进行了辩护并赞赏了他的勇气，他认为这不过是一场敌强我弱的战斗。汉武帝将司马迁为李陵求情定为诬罔之罪，这样的罪名是大不敬之罪，按律当斩。最终司马迁免于一死，而是被施以“宫刑”，并入狱三年。面对大辟之刑，他没有慕义而死，而是在出狱后继续完成他的历书巨著。

许多历史学家曾对《史记》所记载的历史的真实性表示怀疑，特别是有关远古时期的内容，如对三皇五帝及商朝时期的记载，因为这些记载发生在司马迁所处时代的一千多年前甚至更早。然而，史学家们也不得不承认，1899年在安阳发现的甲骨文记载，为司马迁史料来源的可靠性提供了佐证。司马迁的《史记》中记载了36位商朝君主，其中的33位都得到了甲骨文记载的印证。同样，1974年西安附近的秦始皇兵马俑的发现，也印证了他对秦始皇陵的记载的可靠性。因此，司马迁的著作不仅意义非凡，在很大程度上也是相当可靠的。

1. 狄德罗（Diderot，1713—1784）是法国启蒙思想家、唯物主义哲学家、百科全书派的代表人物。他最大的成就是主编了《百科全书，或科学、艺术和工艺详解辞典》，此书概括了18世纪启蒙运动的精神，所以他也被视为现代百科全书的奠基人。恩格斯曾称赞他是“为了对真理和正义的热诚而献出了整个生命”的人。——译者注

2. 中国古代不少墓葬中都绘有星图，这些星图主要以壁画的形式被绘制于墓室的顶部和四壁。它们不仅具有装饰性，还反映了古人死后通天或重生的愿望。墓葬星图的历史源远流长，《史记》中就有秦始皇陵“上具天文”的记载，这有可能就是指在墓室顶部绘制的星象图。墓葬星图的形式历经两汉、南北朝，至隋唐而盛行，一直到宋辽时期仍时有发现。——译者注

3. 原文为公元前146年，据王国维《太史公系年考略》，目前广泛使用的是公元前145年。——编者注

《历书》：定义传统节气

《史记》中包含了《历书》和《天官书》两篇天文学专著，司马迁作为一位伟大的天文学家（担任太史令之职），也参与了当时的历法改革。秦朝建立以来，历法是建立在非常精确的时间计量和数理基础之上的。为了调节阳历年的置闰问题，并且保持节气的稳定，秦朝的天文学家使用了365+1/4（365.25）天的回归年和29+499/940（29.53085）天的朔望月数值。这样的历法被称为颛顼历。不过，严格来说，它并不精确，因为那个时候的回归年和朔望月的准确值应该分别为365.24232天和29.53059天。虽然这些差别看上去不大，且短期内无法察觉由此导致的节气偏差，但这种误差对于预报日食则是致命的。因为，只有在非常精确地知道这些数值后，才能够比较精准地预报日食。

中国的历法

图4.4 清朝民间雕版印刷的历书，中间绘有十二生肖，这种纪年方式与木星纪年相似，都以12年为周期

各个文明基本上都是基于太阳和月亮这两个主要天体的运动周期来制定历法的，以此来记录时间的流逝。但它们都会面临着同样的问题：如何协调这两个周期？月亮的周期自然形成了“月”，不到30天就会重复一次。太阳的周期就是一个“回归年”，大约为365天。然而，这些周期之间没有一个合适的“公约数”。因此，我们必须选择其中之一作为安排时间的主要依据。欧洲的历法选择以太阳周期作为基准，将一年定为365个太阳日，这样的代价就是忽略了阴历月，代之以人为划分的30或31天的“月”。伊斯兰历法选择以月亮周期作为基准，用12个阴历月（即“朔望月”）组成一个354天的“阴历年”，这也意味着与一个完整的回归年相比，它每年都会有11天的变化。在大约33年的时间里，所有季节所对应的日期都将循环发生变化。在中国，人们选择寻求另一种方式来调和这两个周期，创造了一种阴阳合历。这种历法遵循阴历的连续性，当历法日期与回归年之间的偏差积累到一个足够大的时间间隔时，就会再插入一个“阴历月”。因此，中国的一年通常是12个月，但如果是闰年，就会有13个月。

为了能够精确地调整增加的那个月需要插入的位置，首先必须能够确定朔望月和回归年的准确长度。由于一直采用干支这种六十进制的周期纪日，中国天文学家很早就能够获得高精度的纪日结果。首先，严格计算“N周期”（回归年或朔望月）累加的总天数，然后通过总天数除以N，就可以获得各个周期的精确值。在秦朝时期，中国天文学家就已经得出回归年是365.25天，朔望月是29.53085天。

在中国，修订历法是最重要的国家事务，为了确保政权的合法性，君主必须牢牢地掌握时间的流逝，以及处理好这些自然周期之间的关系，做到“敬天授时”。中国历法也在不断地改进，从公元前104年到17世纪，历朝对历法进行了近100次修订，仅官方正式颁布的历法就超过了48种。相比之下，在同样时长的历史时期里，欧洲却只使用了两种历法，即公元前46年的儒略历和1582年的格里高利历。当欧洲人开始尝试使用格里高利历来修正儒略历的误差时，那时的日期已经滞后了十多天。

然而，修订历法是国家大事，必须等待来自上天的一些征兆。按照司马迁的说法，在公元前105年年底，也就是汉武帝统治的时期，刚好有一个冬至日是农历十一月的朔日，而且这一天恰好又是甲子日，也就是干支纪日中的第一天。为了纪念这个特殊的日子，汉武帝随即下令颁布了以“太初历”为名的新历法，据司马迁的记载，皇帝为此下了诏书：

朕唯未能循明也，绩日分，率应水德之胜。今日顺夏至，黄钟为宫，林钟为徵，太蔟为商，南吕为羽，姑洗为角。自是以后，气复正，羽声复清，名复正变，以至子日当冬至，则阴阳离合之道行焉。十一月甲子朔旦冬至已詹，其更以七年为太初元年。

——《史记·历书》

事实上，这次历法的改革，与其说是天文学上的改进，倒不如说是一个关系到国家“正朔”的问题。负责历法改革的三位天文学家公孙卿、壶遂和司马迁各执己见。公孙卿坚持朔望月应与律数81相符，也就是所谓的“八十一分律历”。中国古代认为，在五行理论的框架内，最完全和谐的周期存在于不同的物理现象之中，“历”和“律”之间有着必然的联系，就像后来开普勒在他的《宇宙的神秘》（Mysterium Cosmographicum）一书中寻求的几何图形与行星轨道之间的和谐一样。中国古人必须在朔望月的周期中建立其与“律”的联系，因此，朔望月的值选用了29+43/81=29.53086天，而这种改进与此前的旧值29+499/940=29.53085天相比，几乎没有任何天文学上的意义。

新颁布的《太初历》规定了一个新的“岁首”，将原来的以十月为岁首，改为以正月为岁首，即中国农历一年的开始时间，具体日期则依据年份的不同，大致位于1月21日至2月20日之间。另外，《太初历》中还定义了至今仍在中国传统历法中使用的节气。中国传统历法比现在的公历更为详细，也更符合节气的规律。如今，我们的历法使用“二至点”和“二分点”作为不同季节的开始，一年的开始也不是从某个季节开始的，而是处在季节的中间。中国的历法则采用不一样的季节开始时间，它在冬至、夏至、春分和秋分这四个主要节点之间又加入了其他固定的节气，使其与实际气候相符。因此，中国春季的开始时间不是在3月20日，而是在2月4日左右，即冬至（12月21日，一年中白天最短的一天）和春分（3月20日）之间。这是白昼开始明显变长的时候，很适合作为向另一个季节转换的标志。同样，冬季的开始也不是白天最短的时候，而是白昼开始变短且寒冷逐渐来临的时候，这大约是在11月8日，即秋分和冬至之间的一天。此外，中国的天文历法没有明确地定义四季，而是采用二十四节气这种更富有诗意的概念来表明时节，例如“惊蛰”“小雪”这样的名称。在天文学上，二十四节气则是由太阳在黄道上不同的视觉位置决定的。

五行理论

图4.5 五行

中国古代的宇宙学是建立在公元前4世纪末的五行理论基础之上的。在这种理论中，物理世界的各种表现形式都可以与五行结合在一起，如五方、五星、五兽、五色、五音、五脏等。因此，朱雀、白虎、玄武、青龙和黄麟这五种动物可以与中国的五星、五音对应起来。与古希腊传统思想中的“四元素说”（土、火、水、气）不同，中国的五行（金、木、水、火、土）可以和所谓的“阴阳”相生相克理论联系起来：土克水，水克火，火克金，金克木，木克土，如此循环。

图4.6 在欧洲的历法中，季节的开始是以“二至点”和“二分点”为标志的。在中国历法中，同样的时间点标志着这些季节的中间，使其与气候更加对应。四个主要的节气又被分成六个部分，由太阳在黄道上的视觉位置决定。自汉朝起，中国的农历年以节气“立春”作为春天开始的标志

在汉朝时期，干支不仅被用于纪年，还被用于纪日，这与欧洲年和月的表示方式不同。另外，公元前104年1月，在中国还被认为是汉武帝太初元年的开始，所以在中国古代从来没有绝对的年数，每个皇帝的统治时期都使用“年号”来纪年，这些年号与皇帝的统治时期相对应。有的皇帝在统治期间有多个年号，而且有的年号也被不同朝代重复使用过，因此也存在一些混乱。另外，在每次“改元”后，年号的年数编号又要从头开始。因此，汉武帝太初元年实际上是他统治的第36年（汉武帝实际上即位于公元前141年）。当遇到这种模糊的情况时，中国天文学家还会同时使用干支系统，每60年循环计数，干支则由天干和地支两部分组成。汉武帝太初元年为“甲子”年，这样就能保证纪年的连续性。如今有一些现成的年表可供查询，例如中西历史年表。

中国的节气

中国的历法没有像欧洲的历法那样使用四季，而是有十二个主要节气，每一个节气又被分成两份（即“节气”和“中气”），这就形成了完整的二十四节气，且每个节气都有一个特定的名称。因为使用阴阳合历，而节气是根据回归年来计算和划分的，所以这也就是说，它们对应着太阳在黄道上平均运动的位置。另外，月的长度使用朔望月，平年有十二个月，只有354天，比回归年短11天。所以，必须每三年左右增加一个闰月，使阴历与阳历一致。自汉朝起，新年被定在离立春最近的一个月，但这不是一个固定的日期，而是视实际情况而定的，大约在1月21日至2月20日之间。表4.2给出了从2月4日开始的二十四节气，及其“平气”所对应的日期和太阳位置。

表4.2 中国的24个节气名称对应的阳历日期和太阳在黄道上的位置

1. 司马迁是汉武帝时期的太史令，这个职位不仅是史官，还是当时级别最高的天文官。所以他在《史记》中对天文学给予了特别的关注，不但在多篇“纪”“传”“表”中记载了大量天文学的资料，还撰有《历书》和《天官书》两篇专论天文的文字，这两篇专论开创了中国史书系统地记载天文学资料的优良传统。——译者注

《天官书》：划分恒星

《史记》中记载了中国现存最早的一份恒星的星官表。由于许多相关的早期文献已经失传，这也就成了为数不多的中国早期天文资料，通过它可以看出当时的人们是如何将天上的恒星划分成星官的。

“天官书”中的“天官”可以解释为“天上的星官”或者“天官之治”，书中说明了组成天空的天体包括不同的恒星星官、五大行星、太阳和月球。

在《史记·天官书》的结论部分，司马迁还追溯了早期天文学的发展史，介绍了战国时期石申、甘德和巫咸三位天文学家，以及他们的著作和各自对恒星星官的分类。

五宫

《史记》中将中国的天空划分为五宫，分别对应中国的五个基本方位：东、西、南、北、中（北天极）。

每个宫都是由不同名称的星官和详细的恒星排列组成的，书中一共描述了89个星官。其中，对于中宫部分，书中写道：

中宫天极星，其一明者，太一常居也；旁三星三公，或曰子属。后句四星，末大星正妃，馀三星后宫之属也。环之匡卫十二星，籓臣。皆曰紫宫。

北斗七星，所谓“旋、玑、玉衡以齐七政。杓携龙角，衡殷南斗，魁枕参首。用昏建者杓；杓，自华以西南。夜半建者衡；衡，殷中州河、济之间。平旦建者魁；魁，海岱以东北也。斗为帝车，运于中央，临制四乡。分阴阳，建四时，均五行，移节度，定诸纪，皆系于斗。

——《史记·天官书》（公元前2世纪）

司马迁的这份星表没有系统地写出恒星的亮度，也就是古希腊人所用的星等，而是采用了更为定性的表述，将恒星由亮度依次递减排列：天狼星、轩辕星和心宿等被称为“大星”；星等约小于1.5的被称为“明星”；亮度中等的为“小星”，如长沙星（即乌鸦座η）；星等在4~5等的为“若见若不”，如阴德星（天龙座10）。

另外，司马迁也描述了一些重要恒星的颜色，如：“白，比狼”（天狼星，即大犬座α，为白色）；“舆鬼五星，其中白者为质”（鬼星团，即M44，为白色）；“黄，比参左肩”（参宿四，即猎户座α，颜色在红黄之间）；“赤，比心大星”（心宿二，即天蝎座α，为赤色）；等等。

对于天狼星，司马迁在描述时并没有直接提及它的颜色，而是写道：

其东有大星曰狼。狼角变色，多盗贼。下有四星曰弧，直狼。

——《史记·天官书》

不过，在介绍金星时，他还具体写道：

太白白，比狼。

——《史记·天官书》

这两段文字的记载，引起了人们关于天狼星在古代的颜色的争论。

五星

除了恒星，《天官书》中的大部分内容都是关于行星的。根据古老的“五行”理论，每颗行星都与一种金属及一种颜色联系在一起。因此，这五颗肉眼可见的行星是：与黑色相关的辰星（水星），与白色相关的太白（金星），与红色相关的荧惑（火星），与蓝色相关的岁星（木星）和黄色相关的镇星（土星）。

更重要的是，我们能从中找到对每个行星的不同周期及其运动的描述，包括每颗行星在不同的阶段各移动多少天，“逆行”了多久，最终何时“伏”而不见。中国古人认为木星的恒星周期为11年零315天，非常接近12年。由此可以看出，中国古代的天文学家很早就注意到了木星十二年的恒星周期的特殊性。由于这个原因，木星也被命名为“岁星”（即年度之星）。司马迁也准确地描述了它在一个周期内的位置和运动状态：

岁星出，东行十二度，百日而止，反逆行；逆行八度，百日，复东行。岁行三十度十六分度之七，率日行十二分度之一，十二岁而周天。出常东方，以晨；入于西方，用昏。

——《史记·天官书》

恒星的星等和颜色

图4.7 《史记》的一段文字记载，涉及天狼星的颜色。内容为：“其东有大星曰狼，狼角变色，多盗贼。”

图4.8 “敦煌星图”（约650年）中的“狼”星（即天狼星）

从地球上看，恒星的亮度取决于其自身的亮度和它们与地球之间的距离。自古以来，天文学家就根据恒星的亮度对它们进行了分类。古希腊希帕恰斯（约前190—前120）将恒星的亮度分为6个等级，命名为“星等”（拉丁文意为大小），因为当时人们认为较亮的恒星也是较大的星。如今，我们保留了其中大小的含义，用以衡量亮度的差异，同时也考虑到人眼的感知能力。星等越高，恒星的亮度就越低。希帕恰斯的分类方式依据的是一种所谓的“对数”数量级，1等星（最亮）和6等星（最弱）不是6倍的关系，而是亮度差距约100倍。在这个标准中，每增加一个星等，亮度就对应增加2.5倍。因此，相差5个星等，其实就是5个2.5连续相乘，约等于100。天空中最亮的恒星是天狼星（大犬座α），其星等为-1.46；心宿二（天蝎座α）为1.07等；轩辕十四（狮子座α）为1.40等。

并非所有的恒星都保持颜色和亮度不变，这取决于它们在不同阶段的质量。因此，质量巨大的恒星在生命之初是非常明亮的蓝色，然后向红巨星演变，亮度也随之增加；在恒星爆发之前，其颜色也朝着红色转变。像太阳这样质量较小的恒星，亮度仅为中等，颜色为黄色，它以后也会向红色逐步转变。这些颜色差异是肉眼能看到的，最好的一个例子就是猎户座中的两颗星，它们分别位于猎户座肩带两侧。北面的参宿四是一颗红超巨星，而南面的参宿七是一颗蓝白色的恒星。在古希腊天文学著作《天文学大成》中，也列出了某些恒星的颜色，并将六颗恒星指定为红色，其中有大角星（牧夫座α）、参宿四（猎户座α）、毕宿五（金牛座α）、心宿二（天蝎座α）、北河三（双子座β）和天狼星。除了天狼星，如今所有人都认为这些星仍然是红色的。

天狼星的颜色之谜

在历史上，天狼星的颜色一直是一个谜，这个谜团来自约公元150年时，古希腊天文学家托勒密在《天文学大成》中的描述，这比《史记》要晚两个多世纪。在其中的一份著名星表中，天狼星被标记为红色，而如今这颗星是蓝白色。人们曾通过不同的假设来解释这一反常现象，例如当恒星高度较低，接近地平线时，就会受到大气的干扰而成为红色。但是天狼星一直高挂在北半球的天空，所以更可能是由于记载错误，或者恒星自身的颜色发生了变化。在这个问题上，《史记》为我们提供了宝贵的线索。在这本书中，司马迁称天狼星为白色，有时和金星相似。但是，在另一段文字，即对参宿（猎户座）周围恒星的描述中，他提到了有关这颗恒星的一条特别的线索“参东南……狼角变色”。这些记载是完全独立于托勒密星表的，这似乎表明了天狼星在这两个观测期（约公元前100年至公元150年的几个世纪）里外观有所变化。至今没有人知道，像天狼星这样的明星为何会在如此短的时间内发生颜色的变化。所以有新的观点认为，这有可能是一颗白矮星绕天狼星旋转而造成的，但这些假设目前还在研究当中。

最后，《天官书》中还给出了日食的周期性规律，以及对某些彗星和流星的描述。

行星理论

中国的行星理论主要关注肉眼可见的五颗运动复杂的行星，对其进行长期详细的观测，并精确地描述其位置。根据多年的行星在恒星背景中位置的记录，可以精准地确定行星运动周期的时间长度。特别是恒星周期，这涉及该行星相对于恒星在天空中同一位置的回归。另外，行星还有“合”“留”“逆”“伏”等不同的运动状态。因此，可以根据观测结果计算出每个行星的各种周期，再根据这些周期的累加计算，预测它们在未来的位置。对这些行星位置的预测还需要进行一些盈缩修正，直到达到最佳效果为止，这个数值方法类似于现代的逐次逼近法。

图4.9 恒星周期和会合周期。行星的恒星周期是指它围绕太阳运行并返回同一恒星背景位置的时间。对于地球来说，这一时期是1年，而木星则是11.862年。行星相对于地球的会合周期，是它返回从地球上看到的相同位置的持续时间。由于地球也在绕太阳公转，这一时间略大于地球的恒星周期（公转周期）。通过简单的计算，我们可以得出行星的会合周期Ps：1/Ps=1/Po1-1/Po2，其中Po2是行星的恒星周期，Po1是地球的恒星周期。根据Po2=11.862年和Po1=1年，我们推导出木星的会合周期Ps=1.092年=399.884天

中国最早详细记载关于行星运动的文献是1972年在马王堆汉墓发现的帛书手稿中的一部分。这份手稿被写在一条长221厘米、宽49厘米的帛书上，尽管有一些破损，但总体保存比较完好。它分为两个部分，有8个章节，共146列。第一部分是一段文字，按照木星、火星、土星、水星和金星的顺序依次描述了五大行星的运动规律及它们的占验结果。第二部分是一张表格，表格中计算了三颗行星（木星、土星和金星）的位置，时间跨度为公元前246年至公元前177年，超过70年。这些文字因为没有标题，所以后来被命名为《五星占》。这五颗行星是由它们的星占学名称来表示的，木星为“岁星”，火星为“荧惑”，土星为“镇星”，水星为“辰星”，金星为“太白”：

秦始皇帝元年正月，岁星日行廿分，十二日而行一度，终（岁行卅）度百五分，见三（百六十五日而夕入西方，伏）卅日，三百九十五日而复出东方。（十二）岁一周天，廿四岁一与大（白）合营室。

——《五星占》

在这里，不足一天或一度的部分使用术语“分”，这个术语对应分数，其数值可以从文本中得以重新构建。如果木星在一天内移动20分，那么在12天内，它就一共移动了240分。根据上文，这个距离相当于1度，所以这里每1分等于1/240度。其中，木星的恒星周期在这里被认为是12年（现代是11.86年），木星相对于地球的会合周期为395+165/240天=395.687天（现代是398.884天）。这里，我们可以注意到，将现代使用的一周360度除以365.25度这个中国古代的周天度数，结果正好是太阳在黄道上平均一天的视运动距离。

因此，对于木星来说，它的恒星周期为12年，相当于它在天上运动了一圈，或者经过了365.25中国古度，所以很容易推算出木星移动1度需要12/365.25年，或者12×365.25/365.25天，即12天。而中国古代的1度被分为240分，1天的时间也被分为240分，也就是说，1分为现代的1/10小时。

图4.10 木星在公元前238年逆行的示意图。像木星这样的行星，当其在地球轨道之外的木星轨道上做减速运动时，从地球上看，表现出来的是木星在向后运动。这种现象是地球围绕太阳运动造成的，从太空中这个移动的点来看，由于视觉效应，外行星有时似乎与恒星运动方向相反

图4.11 木星在公元前238年之后相对于恒星的运动位置。公元前238年1月至4月，木星从西向东“减速”，然后从东向西恢复正常运行

对于土星，《五星占》中是这样记载的：

秦始皇帝元年正月，填星在营室，日行八分，卅日而行一度，终（岁）行（十二度四十二分。见三百四十五）日，伏卅二日，凡见三百七七日而复出东方。卅岁一周于天，廿岁与岁星合为大阴之纪。

土星的恒星周期在这里被认为是30年（现代是29.457年），相当于土星每30天就移动了中国古代的1度。土星的会合周期在这里被认为是377天（现代是378.09天）。

木星和土星的会合周期在这里被认为是20年，但是这里没有给出推算过程。事实上，只需通过比较两个行星的运动速度之间的差别就很容易确定这个数字。在中国的这套历法系统中，木星在12天内移动了1度（每天1/12度），而土星在30天内移动了1度（每天1/30度）。每过一天，两个行星之间的距离就增加1/121/30=1/20度。因此，要完全赶超一圈，则需要365.25/（1/20）天=365.25×20天≈20年。

对于金星，《五星占》中是这样记载的：

秦始皇帝元年正月，太白出东方，（日）行百廿分，百日上极（而反，日行一度，天）十日行有（益）疾，日行一度百八十七分以从日，六十四日而复逮日，晨入东方，凡二百廿四日。浸行百廿日，夕出西方。

其中，金星的会合周期为每8年5次，等于每次是8/5年，即584.4天，这也对应了它各阶段时间的总和，即224+120+224+1696/240=584.4天（现代是583.914天）。金星的恒星周期被取为224.77天（现代是224.701天）。就这三颗行星而言，中国早期文献中对它们的各种周期的时间测量是相当精确的，与现代的精确值相比，差异一般小于1%。

表4.3 木星、土星、金星周期的古代测量值和现代精确值的差异

《五星占》的最后一部分是预测这三颗行星每年位置的表格，时间跨度为公元前245年到公元前177年，内容包括行星何时出现在东方或消失于西方，以及何时与太阳“相合”等。不过，这些表格中没有火星和水星的数据。

《五星占》是一部非常罕见的文献，它证实了中国早期的行星观测和计算。这些文字大概写于秦朝，因为计算时间开始于秦始皇元年正月。但是，就像帛书中的彗星部分一样，《五星占》中这些数据的总结，需要经过几十年或数百年的观测，才能达到如此理想的精度。根据一同出土的占卜文献，可以判断这些内容实际上可以追溯到更早的战国时期晚期。

因此，《五星占》这一独特的出土文本，向我们展现了早于汉朝《史记》和《淮南子》原始文献，或者是与古希腊希帕恰斯同时期的天文学文献。随后，这些历法计算将不断被完善，以进一步改进天文预测的水平。

图4.12 湖南长沙马王堆汉墓中出土的帛书文献《五星占》片段，现被保存于湖南省博物馆。它记载了三颗行星（木星、土星和金星）精确的推算位置，年代为公元前245年至公元前177年，时间跨度超过了70年

第5章 时间的主人

秦朝之后的汉朝是中国历史上的一个关键时期，天文观测的手段及对太阳黑子的关注都得到显著的发展。这些进展还导致了几种不同的宇宙论的产生，它们同时存在且相互竞争，以不同的理解方式来阐述这个世界。

秦始皇驾崩后，各地都爆发了起义，甚至有好几个地区开始纷纷独立。汉王刘邦在公元前206年夺取了秦朝都城咸阳，经过几年的斗争，刘邦登基成为汉朝的第一位皇帝，即太祖高皇帝。虽然刘邦正式登基是在公元前202年，但历史学家通常以攻占咸阳的公元前206年作为汉朝开始的时间。汉朝在距离秦朝都城非常近的一个地方定都，将其命名为“长安”，即现在的西安，这就是汉朝的第一个都城。但是，与周朝一样，由于受到外族的军事压力，汉朝后来不得不在公元25年从长安迁都到河南洛阳。

汉朝纠正了秦始皇利用中央集权专制来维护统一的策略，各种典籍和科学文献大量出现并繁荣发展，为中国的思想和宇宙论的发展提供了一个广阔的视野。

智慧之光

刘安（前179—前122）本来是可以当皇帝的，作为开国皇帝汉高祖刘邦的孙子，他作为宗室成员，被赋予了一定的政治权力。然而，由于汉景帝时期的“七国之乱”，以及由此引起的政治斗争，最终刘安年仅15岁的侄子在公元前141年即位，他就是汉武帝。这一事件对刘安产生了重大影响，造成了他与皇帝之间的互不信任。刘安继承了淮南王的封号，淮南即现在安徽寿县附近的地区，这里远离都城长安。刘安在被剥夺了权利之后，开始反对他的侄子汉武帝刘彻及他所推行的政治改革，并开始转而寻求精神和智慧的力量。

图5.1 阴阳图。它体现了道教的主要观念，即对立统一。这一哲学思想启发了中国思想史上最引人注目的著作之一——作于公元前139年的《淮南子》

图5.2 “孔子见老子”壁画。2007年，这幅壁画被发现于山东省济宁市附近，它作于西汉时期。壁画中的内容可能反映了哲学家孔子与老子会面的场景，而老子正是道家哲学的奠基人

从公元前161年开始，淮南王身边就围绕着一大批那个时代的优秀科学家、文人、哲学家、术士、数学家和天文学家。他们有一个特定的目标：在这个百家争鸣的时代，成功地将所有想法和知识巧妙地融合在一起。因此，在刘安的主持下，他们撰修了一部伟大的著作《淮南子》，其中的“淮南”就是刘安的封号。不过，这部书其实还有一个更有诗意的名字——《淮南鸿烈》。书中包含21个主要章节，各章的标题都十分醒目，如“原道训”“天文训”“墬形训”“说山训”。书中还涵盖了许多知识领域，包括天文学、医学、自然科学、音乐，还有谋略和政治等，其中的每一部分都凝聚了千百年来不断积累的中国古代思想和智慧。

图5.3 作于公元前139年的《淮南子》是一部重要的哲学专著。2003年，它被完整地翻译成了法文，作为享有盛誉的“七星文库”（LaPléiade）丛书的其中之一出版

然而，这项工作对作者来说无疑是致命的，刘安在公元前139年向汉武帝进呈了他的著作，不知这是无心还是挑衅，不过他还是一心想要展示这部著作和自己的精神追求。汉武帝收到他的著作后，既感兴趣又相当愤怒，一个藩王怎么敢编撰这样一部本该由天子主持的宏伟著作呢？几年后，刘安被指控谋反，汉武帝也借此机会平定叛乱，废除了淮南国，淮南王的眷属、幕僚及门人都遭到屠杀。对于刘安本人的命运，人们不得而知，可能是被处决，也可能是被迫自杀，总之，他悲惨地结束了作为淮南王的一生。直到今天，淮南王还一直被中国的知识分子视为与中央政权抗争的象征。

宇宙论

《淮南子》可能不如司马迁的《史记》那样家喻户晓，但其内容极富哲理和诗意，所以被完整地翻译且入选了法国的“七星文库”丛书。书中的思想主要是道家的，在这个中国的主要哲学流派中，最基本的思想就是“道”。道可以被用来解释万物的产生、人与物的多样性，以及通过阴阳对立与共生的关系，形成人与自然界的完美平衡。

该书通过这种对立的关系，利用共工的神话解释了地球的地轴为何是倾斜的。

《原道训》这一章揭示了万物的起源，即源自“道”：

夫道者，覆天载地，廓四方，柝八极；高不可际，深不可测；包裹天地，禀授无形；原流泉浡，冲而徐盈；混混滑滑，浊而徐清。故植之而塞于天地，横之而弥于四海，施之无穷而无所朝夕。

《淮南子·天文训》还描述了万物是如何逐渐出现的：

天坠未形，冯冯翼翼，洞洞灟灟，故曰太昭。道始生虚廓，虚廓生宇宙，宇宙生气。气有涯垠，清阳者薄靡而为天，重浊者凝滞而为地。清妙之合专易，重浊之凝竭难，故天先成而地后定。天地之袭精为阴阳，阴阳之专精为四时，四时之散精力万物。积阳之热气生火，火气之精者为日。

根据这段富有诗意的对万物起源的描述，先是由道产生了虚廓，虚廓再产生宇宙，宇宙生气再逐渐凝结为万物，这种思想与我们现代的宇宙学理论之间并非没有联系。在这篇文字中，我们还能明确地找到“空间”（宇）和“时间”（宙）的关系，这就是“宇宙”的形成。

在这个普遍的哲学基础之上，汉朝的四个世纪被认为是中国宇宙理论形成和发展的时期。“理论”这一概念在中国尤其难以界定，因为它是欧洲的概念，在晚于文艺复兴晚期的科学革命时期才正式出现，其定义与它在中国古代的含义相去甚远。最初，古希腊的“理论”只是指“沉思”。后来在欧洲，“理论”变成了对现实的描述，在一个新的概念刚开始被一个重大的改进或更根本性的解释取代之前，它被认为是最好的描述方式。从理论的建构来讲，在欧洲理性主义思想中，只有一个有效的描述、一个有效的理论。对于天文学来说，最好的例子就是两次天文学革命，伽利略让人放弃了扁平的地球模型，哥白尼让人放弃了地心说，每次都是用一个新的理论来取代旧的理论。

就中国人的思维而言，事情则要复杂得多。没有一个事先规划好的世界，各种事物是共存的，有时甚至还是相互矛盾的，但每一种事物都有自己的优点。这是决定中国宇宙观的基本要素，使得人们对同一事物的观点有多种解释，而且它们之间还是“对立统一”的，这在阴阳两种既对立又互补的表征上体现得最为明显。

为了解释宇宙的秩序，在古代中国，有三种截然不同的宇宙观。它们长期共存，并被放在一起讨论，甚至还相互影响。

盖天说

根据最古老的宇宙理论，《淮南子》向我们介绍了“盖天说”，地球是呈棋盘状的扁平正方形，上面有一个半球形的天空，如同一只倒扣着的碗。这个理论有时被称为“周髀”，因为类似的理论在《周髀算经》（约公元前600年的数学著作）中也有记载。这种正方形加圆形的形状是完美的组合，正是这个原因使乌龟在中国尤其受人尊敬，因为它有方形的平底和半球形的壳。也有人认为，为了尊重天地之间宇宙的秩序，秦始皇铸造了方孔铜钱，这也是此后两千多年中国铜钱的基本样式。在盖天说的理论中，天是被“气”（来自“道”）的力量支撑在地球上方的，它承载着太阳、月亮、行星和恒星。星星都是从东向西运动的，这是天空旋转的结果。人们有时看不见它们，不是因为它们从地球下面经过，而是因为天空在上方绕轴旋转后，天上的一些区域移动得足够远，使它们无法被观察到。

故曰：日照四旁各十六万七千里。人所望见，远近宜如日光所照。

——《周髀算经》

由于天空的旋转，对于同样的地理位置，太阳并不一直与其保持相同的距离。当太阳与之距离超过16.7万里时，太阳就会变得不可见，太阳再靠近时便又开始出现，这就造成了昼夜的更替（见图5.4）。由于还要考虑季节的变化，还必须想象成太阳在一年中沿着不同的路线在天空中运行。

《晋书·天文志》记载了一段对此做出解释的篇章，它可追溯到公元180年的汉朝末期：

日丽天而平转，分冬夏之间日所行道为七衡六间。每衡周径里数，各依算术，用句股重差推晷影极游，以为远近之数，皆得于表股者也。

《周髀算经》详细地描述了“七衡六间图”，七个同心圆圈（“七衡”）决定了太阳在不同季节运动的路径，这就相当于从春分到秋分，将一年划分成六个月，由此产生了太阳一年的周期运动。尽管盖天说的理论比较复杂，但至少在唐朝以前，它仍然是非常有效的。但也有观点认为，盖天说的影响力在汉朝末期已经开始减弱，特别是因为人们很难理解如何将半球形的天空严丝合缝地放置在正方形的大地上。另外，盖天说也难以解释不同季节中白天和夜晚时间的长度差异，因此它受到了批评和质疑。

图5.4 在盖天说理论中，地球是平的，静止在中心，被一个旋转着的半球形天空笼罩，太阳沿着不同的路径运动，这导致了季节和太阳地平高度的变化

1. 也有史料研究表明，其成书年代存疑，至今仍不可考。——编者注

2. 中国科学史家钱宝琮等认为“天圆如张盖，地方如棋局”是第一次盖天说，而《周髀算经》所记载的则是改良后的第二次盖天说，书中认为天和地是两个相互平行的圆盘。《周髀算经》的盖天说宇宙结构理论为了说明太阳运行的轨道，设计了一幅“七衡六间图”，图中有七个同心圆。每年冬至，太阳沿最外的圆，即“外衡”运行；每年夏至，太阳沿最内的圆，即“内衡”运行。——译者注

3. 1里为500米。——编者注

浑天说

浑天说是由汉朝著名天文学家张衡（78—139）提出的宇宙模型，它与盖天说模型截然不同，因为浑天说假定地球外面是一个在绕轴不停旋转的完整天球：

浑天如鸡子。天体圆如弹丸，地如鸡子中黄，孤居于天内，天大而地小。天表里有水，天之包地，犹壳之裹黄。天地各乘气而立，载水而浮……天转如车毂之运也，周旋无端，其形浑浑，故曰浑天。

——张衡《浑天仪注》（公元125年）

在这个理论中，地球的确切形状是人们经常争论的话题。蛋黄的比喻能让人立刻联想到球形的外观，但这种宇宙的模型也可以被运用至一个平坦的地球上。在关于浑天说的著作中，天文学家们非常精确地解释了天体运动、北极高度和恒星的可见性等问题，特别是全年可见的绕极恒星问题：

周天三百六十五度又四分度之一，又中分之，则半一百八十二度八分度之五覆地上，半绕地下，故二十八宿半见半隐。其两端谓之南北极。北极乃天之中也，在正北，出地上三十六度。然则北极上规径七十二度，常见不隐。南极天地之中也，在正南，入地三十六度。南规七十二度常伏不见。两极相去一百八十二度强半。

——张衡《浑天仪注》（公元125年）

发明家张衡

张衡是一位思想家，同时也是一位文学家、数学家和发明家，他无疑是中国古代极为重要的学者之一。他的许多天文学贡献和发明创造都是原创性的。即便让列奥纳多·达·芬奇来评价他，结果或许亦是如此。

张衡与古希腊时期亚历山大城的托勒密是同时代的人，他是汉朝的皇家天文学家，曾在东汉时期先后两次被任命为太史局的负责人，第一次是在汉安帝时期的公元115—126年，第二次是在汉顺帝时期的公元126—132年。

图5.5 张衡画像

图5.6 张衡为确定地震方向而发明的地动仪（复制品）

在《灵宪》一书中，张衡提出了一种新的地心宇宙理论，它叫作“浑天说”。他认为宇宙如同一个鸡蛋，地球就是最中间的蛋黄，同时他还提出了对日食的解释。

张衡在编制恒星表时，还大量地使用浑仪来观测，他也被认为是漏水转浑天仪（通过水流带动浑象转动的装置）的发明者，这在他的著作《浑天仪注》中也有所描述。不幸的是，这篇文章只有部分内容得以保存下来，被后人辑录在《后汉书》和唐宋时期的一些著作中。

张衡也是了不起的技术创新者。他被认为极大地改进了当时的纪时仪器漏刻，通过增加一个漏壶，使得水保持均匀的流量。另外，据说他还发明了计里鼓车，这是一种用于测量里程的机械。

张衡的发明中最受关注的就是地动仪，它可以被用来判断地震发生的方向。该仪器由一根被置于仪器中间的直立杆和八根与之相连的控制杆组成，可以在八个方向上触发龙嘴中的金属龙珠。一旦发生地震，通过直立杆的摆动，地震发生地点所在方向的龙珠会被释放。然后，龙珠就落入仪器下方的蟾蜍口中，发出预警的声音。所以，该装置能够快速地判断地震发生的准确方向。文献记载，地动仪可以探测到几百千米之外的地震方位。中国在2005年制作的一个复制品表明，这种仪器确实是可以实现上述功能的。

因此，浑天说理论是一种对天球旋转的描述，其倾斜的转轴穿过地球的中心。该理论还提到了中国的二十八宿及中国的古度数，将天球（一周天）分成365又1/4度（而不是360度），以匹配一个回归年365又1/4日中太阳的视运动。代表两极距离的半周天，则是中国的182.625古度（182又5/8度），在张衡那个时代，汉朝都城洛阳的“北极出地”（地理纬度）为36度，相当于现代欧洲度数标准中的35度。

张衡还在他的著作《灵宪》中对浑天说进行了描述，其中还对行星发光和日食的原理做了非常准确的解释：

夫日譬犹火，月譬犹水，火则外光，水则含景。故月光生于日之所照，魄生于日之所蔽，当日则光盈，就日则光尽也。众星被耀，因水转光。当日之冲，光常不合者，蔽于他（地）也，是谓暗虚。在星星微，月过则食。

——《后汉书·天文志》，刘昭注引张衡《灵宪》

浑天说与亚里士多德和托勒密的古希腊地心说模型有许多相似特征，其中球形的地球都位于宇宙的中心，而且被嵌套着天体的天球包围。然而，在古希腊的模型中，最后一个天球划定了宇宙的边界，而在中国的浑天说中，宇宙是无限的。为了解释季节的变化，漂浮在水面上的地球并不是静止不动的，而是在垂直方向上运动的，这就有可能解释一个事实：根据季节的变化，太阳在天空中的高度也在发生变化，于是它可以在地平线上的不同方位升起和落下（见图5.7）。浑天说与盖天说长期共存，但它自唐朝开始逐渐取代盖天说，并一直延续至17世纪。

图5.7在浑天说理论中，地球不论是球形的还是平面的，都漂浮于水面之上，并被无边无际的天球包围，季节的交替是由地球在垂直方向上运动引起的

1. 《浑天仪注》是一篇介绍浑天说的著作，其主要内容为浑天的形状、天地的关系、黄道、赤道、南北极的位置等。《晋书·天文志》在引载葛洪对浑天说的阐述时,首次引用该书的片段。南朝梁刘昭注《后汉书·律历志》中也引有题为“张衡浑仪”的文字，唐朝《开元占经》中则将葛洪和刘昭所引的部分内容合为一篇，称为《浑天仪注》，将“张衡浑仪”的其余部分称作《浑天仪图注》。唐朝之后，《浑天仪注》和《浑天仪图注》均被认为是张衡所作，但也有研究认为它们其实分别作于张衡之后一百多年。——译者注

2. 关于张衡地动仪的具体结构并无详细记载，现在已有地动仪的多种复制品及结构复原方案，但至今尚未对其形成一致的看法。——译者注

3. 根据《灵宪》的描述，月食是由于大地遮蔽了阳光，被大地遮蔽阳光的那部分被称为“暗虚”，月过暗虚就会产生月食。月食发生时，其他星还发光，那是海洋、湖泊水面的反射光照在星体上的缘故。——译者注

4. 《灵宪》原书已佚，唐朝《开元占经》、清朝马国翰《玉函山房辑佚书》、严可均《全后汉文》等均辑录了该书片段。——译者注

宣夜说

宣夜说理论的字面意思是“无穷的虚空”，这种理论通常归功于天文学家郗萌，他虽然和张衡是同时代的人，但因为没有关于他的传记，所以他的确切生平不详。关于宣夜说，《晋书·天文志》中对其做了清晰的描述：

宣夜之书亡，惟汉秘书郎郗萌记先师相传云：天了无质，仰而瞻之，高远无极，眼瞀精绝，故苍苍然也。譬之旁望远道之黄山而皆青，俯察千仞之深谷而窈黑，夫青非真色，而黑非有体也。日月众星，自然浮生虚空之中，其行其止皆须气焉。

图5.8 在宣夜说中，地球被虚空包围。在这种虚空里，太阳、月亮和恒星都是由气凝结而成的

空间虚无的思想与道家“无知”“无欲”“无为”的思想密切相关，天体由凝结的“气”组成，这是一种接近现代宇宙学理论的描述。在这个理论中，宇宙是真空的，气体因重力的作用而凝结，形成恒星和星系。这个思想与大多数旧表述形成对比，即便古希腊人也曾讨论虚空和无限的思想，但欧洲直到17世纪一直盛行的宇宙论都是主张一个具有有限空间的刚性宇宙，且它是以天球带动恒星运动的形式出现的。然而在中国，这一富有创新性的思想没有被过多关注和讨论，并且在后来被抛弃，甚至被遗忘，这可能是因为其解释过于“理论”。它只给出了一个大体的宇宙框架，与浑天说相比，它没有提供足够具体的细节方案来探究天体的运动。在汉武帝统治时期，历史学家和天文学家蔡邕则比较了三种不同的宇宙观：

蔡邕曰：“言天体者有三家：一曰周髀，二曰宣夜，三曰浑天。宣夜之学绝，无师法。周髀术数具存，考验天状，多所违失，故史官不用。唯浑天者，近得其情，今史官所用候台铜仪，则其法也。”

——《后汉书·张衡列传》 〔唐〕李贤 等注

由于盖天说、浑天说和宣夜说这三种宇宙思想流派所带来的多样性，人们可能会提出这样的问题：“地球是平的还是圆的？”或者“地球是在宇宙的中心吗？”但中国古人并没有像欧洲人那样纠结于这样的疑问。在盖天说的描述中，地球是平的、静止的；在浑天说的描述中，地球是平的或球形的，位于中心且浮于水面；在宣夜说的描述中，地球自由地飘浮在无限的空间当中。所有这些描述同时存在，也是同样有效的。所以关于地球的形状问题，每一次都可能有一个不同的答案，这视情况而定。在现实中，笛卡儿式“无悖性”理论在中国却是相对缺乏的。在中国存在着不同的推理，对一个给定的问题通常并没有唯一的答案。即使在今天，中国人的思维方式仍然令西方人惊讶，他们的同一句话也可能包含着一连串不同的论点。乍一看，这些论点似乎与其观点又是矛盾的。

另外，中国人的思想似乎是更加“全局化”，这支撑了著名的“对立统一”思想。在某些情况下，这方面可能会使中国人的方法更具创造性。因此，正如卡普拉（Fritj of Capra）的名著《物理学之道》（The Tao of Physics）中指出的那样，中国的推理似乎更适合现代物理学和量子物理学的某些理论。笛卡儿认为这是一种“矛盾”，光的波粒二象性是对立的，但中国人很自然地就能看到两者互补的方面。在现实中，事实远远不是通过古希腊理想化的“唯美主义”，就能找到一个完美的方案的，而中国古代的科学则一直倾向于思想的“实用主义”方面。虽然缺乏系统的“理论化”——这往往导致了人们对中国科学的低估，但矛盾的是，中国却发展出了一流的科技和发明。对于天文学而言，中国人观测并研究了大量的天文现象，例如彗星、太阳黑子、超新星等。

因此，中国古代的科学家并不打算在不同的宇宙理论之间做出选择，因为他们发现这些理论具有不同的互补的优点。当你在思考不同的问题时，你可以采用不同的思维方式。在建造房屋时，我们会不由自主地使用扁平的地球模型，倘若考虑地面弧度的影响，这将是愚蠢的，因为在这个尺度上，这些弧度是完全难以被察觉的。只有当我们想从地球表面的一个点移动到另一个点，甚至驶向另一个行星时，我们才有必要采用圆形的地球模型。

1. “宣夜说”最早可能出现于战国时期，到汉朝时已被明确提出。它是我国历史上的一种宇宙无限论思想，这种思想认为宇宙是无限的，宇宙中充满着气体，所有的天体都在气体中飘浮运动，日月星辰的运动也是由它们各自的特性决定的。不过，宣夜说一直不是主流的宇宙论，而且缺乏数理天文学理论的支撑。如果仅从数理角度来看，盖天说反而是最能自洽的一种理论。——译者注

天文思想

虽然新石器时期的陶寺天文台和马王堆汉墓的帛书《五星占》表明中国在很早的时候就开始系统地开展天文观测活动，但几乎没有资料表明这些活动依托了什么样的组织机构或者使用了什么样的仪器。由于都城的不断变迁，以及历代经历的长期分裂的动乱，我们寻找这些遗迹的工作变得异常困难。

1974年，当人们在河南洛阳附近进行施工挖掘时，他们发现了一个长40米、宽30米的长方形土坡。土坡的高度超过了8.5米，由夯土组成。这里曾被称为灵台，它是汉朝的皇家天文台。不幸的是，由于当时的地表建筑物很可能都是木质的，所以它们大部分都已经消失，只剩下残留的地基。洛阳的灵台是中国现存的最古老的皇家天文台遗迹之一，这里曾汇集了几百名科学家、数学家、天文学家、气象学家和星占师，他们仔细地观察着天空中最细微的变化，并对这些现象进行解释。整个灵台的遗址面积约为40000平方米，始建于东汉时期，当时，帝国的都城已经从长安向东迁至洛阳。因此，这里很有可能就是天文学家张衡在公元115年时所负责的天文台。

张衡还是一位杰出的发明家，至少我们知道他制造过地动仪和漏水转浑天仪。他还留下了一篇关于这座天文钟的精确描述，文中介绍了这件仪器的许多细节，如采用中国的传统度数（一周天365.25度）：

赤道横带浑天之腹，去极九十一度十九分之五。黄道斜带其腹，出赤道表里各二十四度。故夏至去极六十七度而强，冬至去极百一十五度亦强也。

——张衡《浑天仪注》（公元125年）

遗憾的是，张衡的漏水转浑天仪没有留下任何线索，他的著作也只有一小部分内容被保存下来，这就影响了我们对其中所述仪器的重新构建。当时已经能够制造出非常复杂的观测仪器，但至今尚未发现任何保存下来的实物痕迹。这与古希腊的情况有些类似，这些天文学仪器，例如浑仪或星盘，倘若没有当时的任何实物资料，恐怕很难使它们重现，而在中国的墓葬中也几乎没有出土过类似的天文仪器。

不过也有一个例外。1977年，人们在安徽省阜阳附近的汝阴侯墓（约公元前166年）发现了汉文帝时期的一件天文仪器。它由两个同心的黑色漆木圆盘叠加而成，下面的大圆盘直径约26厘米，周围刻有二十八宿的名称和宿度，上面的小圆盘直径为23厘米，中心有一个孔，通过它可以与下面的圆盘相连。小圆盘上还绘有北斗星图案，它的边缘标有365度的刻度，并且在冬至和春分等位置标有对应太阳方向的两条垂直线。这个物件可能不是严格意义上的观测仪器，但它可能是一种类似于星盘的教学工具，可以利用它找到一年当中太阳（甚至月球）的位置。另外，中心的北斗星座也可以被用于估算夜晚的时间，从而使该仪器成为一座“恒星钟”。

很遗憾，像阜阳二十八宿式盘这类物品在古代墓室中非常罕见，到目前为止，我们还没有找到汉朝灵台所使用的仪器。因此，我们必须更多地依靠古代文献记载中的描述。例如，我们可以知道中国使用的最古老的天文仪器是圭表，利用一根简单的直立杆子，就能通过测量其日影长度而得出许多有用的天文数据，比如回归年的长度及各节气时刻等。

图5.9 二十八宿式盘。1977年，人们在阜阳的一座年代约为公元前166年的汉墓中发现了二十八宿式盘，这是考古发掘出的最古老的天文仪器之一。通过转动上下两个圆盘，以及将木棍插入有刻度的凹槽，或者通过观测中间北斗星的位置，就可以把这件仪器当作“恒星钟”来使用

中国古代著作《周髀算经》中曾描述了盖天说理论。后来，在一个不是很确定的时间，可能是战国时期，中国第一次出现了后来被称为“浑仪”的天文仪器，它由可以转动的圆环组成，“浑仪”在拉丁文中就是“环”的意思。这些圆环被中国古代的天文学家组合在一起，用于测量天文学中的不同方位和坐标。古人通过肉眼的观察，以及利用窥管来辅助瞄准，就能很好地定位一颗恒星。这种窥管的位置是针对浑仪的不同圆环来确定的，它可以在浑仪中自由地转动，以实现观察过程中的精确定向。不过，浑仪在操作上比较复杂，需要观察者对不同坐标系有着正确的理解和判断。

为了更好地对此进行说明，我们必须回到天体力学。从地球上看，太阳和行星似乎在同一平面上运行，月球的轨道也距此不远。在历史上，这个平面被命名为“黄道面”，也就是太阳视运动位置所在的平面。黄道圈其实就是指太阳视运动中围绕地球运动一年所画的那个轨迹大圆（地心说系统）。我们可以利用黄道面定义黄道坐标系，通过测量两个不同向量的角度，即黄道经度和黄道纬度，就可以确定天体的具体位置（见图5.10）。黄道坐标系特别适合太阳系内的行星和天体，因为它们的轨道都非常靠近黄道面，它们的黄道纬度经常接近于0。

浑仪

浑仪是用来确定恒星在天空中位置的仪器。它由一个或多个有刻度的圆环及一个用于瞄准的窥管或窥衡组成，其主要用途是观测恒星的角距离。

最初的浑仪可能只有一个圆环，在这种情况下，仪器只能记录一种坐标，特别是在测量两个天体之间的角度时。后来产生了由两个垂直圆环组成的浑仪，使分别记录不同的坐标成为可能，从而能够确定一颗恒星在天球上的确切位置。此后的浑仪通常有一组固定圆环用于标注特定的参考坐标，另外还有一组圆环则是活动的。固定圆环的参考坐标也有不同的形式可以选择，所以就产生了不同类型的浑仪。

当以地平为参考坐标时，天体的位置是根据其方位角（在地平面相对于北方的角度）及地平高度来测量的，这就是地平坐标系。

当以黄道（太阳视运动轨道平面）为参考坐标时，天体的位置是根据黄道经度（黄道平面相对于起始点的夹角，通常这个起始点是春分点）及黄道纬度（相对于黄道平面的南北纬度方向角度）来测量的，这就是黄道坐标系。

当以赤道为参考坐标时，天体的位置是以赤经（赤道上相对于起始点春分点的夹角）和赤纬（相对于赤道平面的南北纬度方向角度）来测量的，这就是赤道坐标系。

因此，根据不同的坐标类型，就会有地平浑仪、黄道浑仪和赤道浑仪。有些浑仪则将多种坐标组合在一起，最常见的浑仪包括四组圆环，这使它们具有“浑圆”的外形，浑仪因此得名。

图5.10 不同的天文坐标系。天体在天空中的位置可以通过某种参考坐标在两个不同方向上的向量来确定。在天文学中，我们经常使用地平、赤道和黄道三种不同的坐标系（图a）。图b为地平坐标（方位角A和高度h），图c为赤道坐标（赤经α和赤纬δ），图d为黄道坐标（经度λ和纬度β）。选择哪种坐标系取决于研究对象是行星还是恒星，因为不同天体适用于不同的坐标系，一般行星观测采用黄道坐标系比较合适，恒星观测则采用赤道坐标系比较合适

另外，如果我们在晚上观测恒星，我们会看到它们在不停地移动，这种运动是由地球绕地轴自转引起的。特别是在北半球，如果我们看向北方的天空，就可以看到恒星围绕一个固定点旋转，该点位于北斗星和仙后座之间。所以，赤道北天极以北极星附近为标志，是地球自转轴对应在天球上的极点。同样地，在南半球，恒星也是绕着一个固定的点旋转，即南天极。与地轴垂直的平面位于这两个天极之间，正好与地球的赤道相对应，如果将地球赤道向天空延伸，就形成了假想的天赤道。与黄道的原理一样，天赤道也可以被用来标记恒星的位置。利用天赤道平面，我们就可以定义赤道坐标系，通过它可以测量赤道上两个不同向量的角度，来定位一颗恒星的具体位置，这就是赤道经度和赤道纬度。但由于历史原因，它们在西方分别被称作“ascension”（上升）和“declination”（倾斜），这个坐标系特别适合那些只受地球自转影响的恒星和星系。

古希腊人习惯使用黄道坐标来记录恒星的位置。与古希腊的天文学传统不同，中国古代的天文学家则一直偏爱更为简便的赤道坐标。这其中的原因很简单，中国人强调“天子”的重要性，他们是上天在人间的“代理者”。由于整个帝国都是围绕皇帝来维持统治的，所以对天上星星的记录也要围绕某个点展开。因此，人们在赤道北天极附近设立了紫微垣，它象征着皇帝在天上的紫禁城。

图5.11 北京古观象台的两件清朝浑仪，上图为黄道浑仪，下图为赤道浑仪

时间的测量

中国历史上一个被永久关注的问题就是时间的计量。从夏朝开始，人们就发展出了一种重复记录日期的方法，通过干支纪日就可以在年表上保持显著的日期连续性。然而，对于一天之内的纪时，这种方法就不够用了。在中国古代，人们用各种不同的工具来测量一天当中的时间，如焚香纪时或者使用漏壶。

据记载，中国在战国时期就已经开始使用漏刻。早期的漏刻一般有两个漏壶，一个在上面，一个在下面。当水开始流动之后，就可以通过水面的高度来判断时间。不过，当水面下降时，由于水的压力降低，所以其流动的速度是不稳定的。到汉朝，天文学家张衡在中间又多加了一件漏壶，以保持上面漏壶水面的稳定，时间的流逝是由浮在漏壶的刻度木棒“漏箭”的升降来测量的。漏刻是中国古代天文台的一种重要纪时仪器，人们通过它就能够精确地记录日食发生的时间。

从战国时期至公元1628年，除了其中很短的一段历史时期，中国古人通常是将一天依据十进制划分成一百等份，这就是“百刻制”。因此，其中的每刻相当于0.24小时，即14.4分钟，接近15分钟。每一“刻”还可以再分成“分”，数量从10到100不等。

图5.12 宋代的“挚壶之图”（约1155年）。通过这种四级漏壶，可以调节水流速度

图5.13 元朝延祜铜壶漏刻的复制品，它也有四个漏壶，目前在北京的鼓楼上可以看到它。最下面的一只漏壶上浮着刻有时刻的漏箭

同时，按照十二地支将一天划分为12个相等的部分，所以汉语中最初定义的“时”相当于现代的两个小时。根据这些时刻制度，现代的1个小时就等于中国古代时间的8+1/3刻。还有一种纪时方法是每“两个小时”使用一个中国十二生肖的名称来命名。直到唐朝，第一个时辰都是以子夜最活跃的老鼠命名，时间是从23点到1点。到宋朝，子时被调整为从0点到2点。

日常的报时一般是通过鼓楼击鼓来实现的，特别是在每日夜间开始和结束的时候。中国一些城市至今还有鼓楼的遗址，在北京就保存有一组钟鼓楼。

因此，选择富有特殊含义的赤道北极点，以赤道坐标系为基础的天文传统得以形成。这种最适合恒星观测的坐标系，欧洲一直到17世纪的近代才正式开始采用，而中国人则在两千年前就已经自发地选择了它。事实上，赤道坐标系也是现代天文学中最为常用的坐标系。虽然利用黄道可以很方便地研究太阳系中行星的位置，但对于其他天体，赤道坐标系却更容易跟踪和定位，这一区别也清楚地表明了古代中国传统与古希腊传统的区别。在古希腊，天文学家更加关注行星的运动，但中国的天文学家则更加关注对北天极和恒星的观测。因此，我们也可以这么说，古希腊天文学主要研究黄道体系和行星，而中国天文学则主要研究赤道体系和恒星。当然，中国的赤道坐标传统也促使了现代望远镜支架的祖先——简仪的发明。

1. 二十八宿式盘由两个圆盘组成，圆盘中心都有窟窿，可以插入圆棍相连。两个圆盘上小下大，且每个盘都由盘内斜削向盘边缘。其中，大盘上画有二十八宿距度，小盘则有许多浅小的窟窿，将圆周分为三百六十五又四分之一度（即古代的周天度数），小圆盘的中央还画有七个点，象征着北斗七星，其中的玉衡星正好位于圆心。——译者注

2. 最新的研究表明，在汝阴侯墓出土的一件“不知名漆器”可以作为放置二十八宿式盘的支架。将其展开后，可以顺利地将式盘圆盘平稳地支撑在当地的赤道平面上，式盘和式盘架相结合就形成了一架赤道式的天文观测仪器。由于在汉朝有“以圆仪度日月行，考验天运状”的记载，这件仪器的形状和功用与圆仪似乎有联系，所以它有可能就是历史上曾经失传的圆仪。——译者注

3. 如果将式盘平行放置于赤道面，将杓端两星的连线指向南，在连线南端的浅孔中插入一根细木棍，那么它与中心木棍就构成了一个子午面。当待测天体正好过子午线时，将细木棍沿圆周浅孔向西挪动，当与圆盘中心木棍所构成的平面和最近的一个二十八宿距星相合时，则这两次细木棍之间的度数就是待测天体在赤道坐标上的入宿度（即与最近一颗二十八宿距星间的赤经差）。也就是说，这件式盘很可能是某个赤道式天文仪器的一部分。——译者注

4. 从汉朝起，中国的传统天体测量仪器大致经历了一个由平面向球形发展的过程，也就是所谓的“立圆为浑”。“浑仪”这个词最早见于西汉末期，但这并不意味着这时才出现测量天体坐标的仪器。根据考古和文献资料，最晚在战国时期，中国基本上已经有了测量赤道经度数据的仪器，但是这种仪器的样式、结构及其用法在先秦文献中却没有任何明确的记载。——译者注

5. 采用黄道坐标系的是“黄道经纬仪”，采用赤道坐标系的是“赤道经纬仪”，二者皆由康熙年间比利时传教士南怀仁制作而成，依据的原型是丹麦天文学家第谷·布拉赫的天文仪器。——译者注

6. 漏刻又称“漏壶”“滴漏”“刻漏”等，是古代常用的纪时仪器。漏刻以铜为壶，底穿一孔，壶中竖一支有刻度的箭形浮标，用于显示时刻。常见的漏刻有两种：一种是在壶中插入一根标杆，这根标杆被称为漏箭。漏箭有一只舟承托，浮在水面上。当水流出壶时，漏箭下沉，漏箭上的刻度可以指示时刻，这种漏刻被称为“泄水型漏刻”或“沉箭漏刻”。另一种是让水流入壶中，上升的漏箭可以指示时刻，这种漏刻被称为“受水型漏刻”或“浮箭漏刻”。——译者注

7. 早期的漏刻只有一个壶，属于单级漏刻，海昏侯墓中发现的漏刻就是这种类型。此前，考古学家还在河北满城、陕西兴平和内蒙古伊克昭盟杭锦旗等地发现过类似的单级漏刻。由于单级漏刻水流不稳定，到西汉末期，又发展出两级漏刻，它有两个壶，上层壶流出的水可以补充下层壶的水，以此提高水流的稳定度。晋朝则出现了三级漏壶，唐朝又发展出包含四只壶的漏刻，漏刻的形制自此趋于稳定。——译者注

8. 漏刻由漏壶和刻箭两部分组成，漏壶如同钟表的机芯，决定了漏刻的精确度，刻箭如同钟表的钟面及指针，用来指示时间。古代的漏刻通常需要按节气更换刻箭，这是中国古代漏刻纪时的一个特点。——译者注

9. 如今我们通常将一天分为24小时，每小时又分为4刻，全天共96刻。由于古代使用百刻制，100无法被12整除，所以在百刻制与十二辰制的换算过程中，无法除尽的部分就被当成额外的“小刻”来处理。在南北朝的梁朝，人们就已经认识到了这个问题，并试图采用96刻制，但因其与传统不符，因此又改回百刻制。直到明末西洋天文学被正式传入中国后，中国才正式开始使用一天96刻的时制。——译者注

10. 由于百刻制的数字比较大，日常使用不便，所以人们又有了将一天划分为十二时的时辰制。十二时辰制使用十二地支来命名每个时辰，而每个时辰又可以被细分为“初”和“正”两部分，如“子时”包括“子初”和“子正”。不过，十二时辰制虽然比较符合人们平常的使用习惯，但它的划分毕竟没有百刻制精细，在天文学上使用起来不太方便。——译者注

11. 这通常是民间的纪时方式，一般不在中国古代的天文学中使用它。——译者注

太阳黑子

公元27年5月某日的日出时分，在汉都长安的上空，薄雾缓缓升起。帝国的天文学家正在观察当天的星象，这时的太阳就像地平线上的一个明亮的黄色圆盘。清晨的薄雾减弱了令人目眩的太阳光芒，太阳的表面用肉眼就很容易观测到，又因为太阳的高度几乎相当于月亮，所以它显得相当清晰。这时，灵台上的一位男子立刻注意到了让他最感兴趣的东西。河平元年三月的己未日（5月10日），他记录了如下内容：

日出黄，有黑气大如钱，居日中央。

——《汉书·五行志》

图5.14 太阳黑子。太阳表面会出现以22年为周期的黑斑，而且这种黑斑是肉眼可见的，中国天文学家从汉朝就开始系统地对其进行观察和描述，这比欧洲早了18个世纪

图5.15 明仁宗朱高炽的著作中的插图，其年代大约为1425年，内容涉及天文和气象占验，为御制之作

几个世纪以来，在此之前的天文学家就已经注意到了那些时不时就会出现在太阳表面的暗斑。他们对此做了许多描述，根据“黑子”或“黑汽”的形状和轮廓对它们进行分类，并借用“钱”或“李”等物来表明它们的大小。其中，最著名且最具诗意的描述是汉初刘安《淮南子》中的“日中有踆乌”，书中将这种令人印象深刻的天象比喻成在太阳上休息的乌鸦。

在文字的书写上，“日”字似乎也有对这种神秘的黑斑的表意。到明朝，在明仁宗朱高炽（1378—1425）著名的御制图书插图中，也有对这些不寻常黑影的描绘，就像这本书描绘的客星和彗星等其他天象一样，天文学家的任务就是仔细观察所有这些瞬息万变的天文迹象。

中国对太阳黑子的最早观测可以追溯到公元前的几个世纪，其中较早的观测记录可见于公元前185年马王堆汉墓中的帛画，其中就发现有“金乌栖息于太阳上”的象征性图案。这幅帛画曾覆盖在利苍的夫人辛追的棺椁之上，其中的太阳当中明显绘有黑色的金乌图案。关于太阳黑斑最早的描述则是在公元前800年前后的《易经》中，书中提到周文王时期有“日中见斗”“日中见沬”。

中国的历史文献中使用了许多不同的术语来描述太阳上的暗斑，如“卵”“桃”“李”“乌”等，了解它们的确切含义是非常困难的。不过，从公元前28年到公元1604年的中国的文献中，至少有139次记载是没有太多争议的。这个数值可能看起来很大，但实际上，它只是实际发生次数的一小部分，由于太阳活动有22年的周期，太阳的表面经常会出现斑点。在中文文献中，并没有明确提到观测太阳黑子所用的方法。最简单的方法是在有薄雾或者发生日食的时候进行观测，此外也可以在水盆中加入墨汁，通过太阳在盆中的影子来观察，当然也可以用透明的玉石等物品观察。这样的观察方式，以及人们肉眼对黑子的感知程度，都会显著地降低黑子被观测到的可能性。在观测条件良好的情况下，人眼可以分辨出大小为1角分的斑点，这大约是太阳直径的三十分之一。但是，即使考虑到观测中面临的各种限制，中国古人观测到的黑子的数量仍然很少。可以估计，在所有可以被观察到的太阳黑子中，这充其量只占0.1%。因此，与对彗星和客星的观测不同，对太阳黑子的观测并不是系统的。一些研究表明，太阳黑子的记录更多地出现在每个月的月初。因为在中国的阴阳合历中，月初意味着新月，也是可能有日食发生的时候，在这期间，太阳更容易被人们关注，特别是有必要通过观测太阳来确定是否发生了日偏食，以及判断日食的食分大小。毫无疑问，正是在这些关键性的时刻，才最容易关注和发现太阳黑子。

对太阳黑子的观测可能是中国天文学中极具代表性的发现之一，它很好地诠释了精观细测的思路和坚韧不拔的精神，这些一直都是中国古代科学的特点，并且使其在相当长的历史时期内都处于遥遥领先的地位。例如太阳黑子的观测，中国比欧洲领先了1800年。1612年6月23日，由于伽利略使用了望远镜，他才成功地区分出了两组太阳黑子的位置，这也是欧洲人将太阳黑子的发现归功于他的原因。然而，英国人托马斯·哈里奥特（Thomas Harriot，1560—1621）和荷兰人若阿内斯·法布里奇乌斯（Johann Goldsmid，拉丁名为Johannes Fabricius，1587—1616）也分别声称在此前的1610年和1611年就已经观测到了太阳黑子。1612年，德国的克里斯多夫·沙伊纳（Christophe Scheiner，1573—1650）也紧随其后发现了太阳黑子。不过，欧洲在一种焦虑的氛围中一直回避着这样的发现，因为太阳——这个最重要的恒星，并不是像《圣经》所宣称的那样完美和永恒不变。

事实上，欧洲人似乎在更早的时候就观测到了太阳黑子，在英国“征服者威廉”之子统治的时期，伍斯特的《历代纪事》（Chronicon ex Chronicis）就记载了1128年12月8日这天，在英格兰观测到太阳上有两个斑点。不过，当时人们并不认为这是太阳黑子，他们将其与云层或者行星凌日联系起来。直到17世纪，欧洲人发现了太阳上的这些“缺陷”时，还引起了很大的轰动，因为它们如同月亮上的山脉，以及木星存在卫星这些事实一样，颠覆了基督教所宣扬的完美无瑕的天堂形象。

与之相反，在中国，人们一直认为太阳上有着乌鸦休憩，到1425年，这依然是明仁宗御制图书插图的灵感来源。中国近2000年的天象观测记录提供了一些非常宝贵的科学证据。首先，这些记录可以证实自17世纪以来的这些太阳活动是长期存在的，不是近期才发生的现象。其次，太阳黑子的数量也有一定的变化规律，这至少也是得益于中国古人的早期观测结果。太阳黑子是由太阳表面下方区域的周期性磁现象引起的，它们有时会大量出现，然后在11年的周期内消失。正如在1645年至1715年的“蒙德极小期”内，这些斑点可能在几十年中完全消失了。这个不正常的时期与小冰川期有着惊人的联系。这个时期也是法国路易十四统治期间最寒冷的时期，这也表明了太阳活动在气候变化中的影响。虽然，中国古代对太阳黑子的观测是零碎的，但是基于这些材料，1987年哥廷根大学的惠特曼（A. Whitman）和南京天文台徐振韬的研究还是表明，在过去的两千多年中，太阳黑子活动的平均周期为11年，但它的持续时间可以是从9.9年到12.3年不等。此外，可能同时还存在一个220年至250年的长周期，但其原因至今尚不清楚。

1. 原文为“Xuanzong”（宣宗）、“Zhu Gaoji（1399—1435）”（朱高基），可能是作者将仁宗朱高炽和宣宗朱瞻基混淆所致，此处应为明仁宗朱高炽。——译者注

2. 这本御制图书指的是《御制天元玉历祥异赋》，为数术类书籍，记录了各种奇异的天文现象。书中分上下栏，上为彩图，下为集注。文中多有“朱文公曰”，故相传此书为明仁宗朱高炽下令撰修。原文“Zhu Gaoji”（朱高基）有误，详见上一条注释。——译者注

3. 译者认为太阳黑子的观测频率可能也与帝王的关注程度有关。例如，明初是太阳黑子频发的时期，这就曾引起朱元璋的格外关注和警觉，甚至是担忧。《明实录》中记载的“日中有黑子”记录共计24条，仅朱元璋时期就多达21条。——译者注

4. 由于太阳磁场强度比地球高了一万倍，强磁场能够抑制太阳内部能量通过对流的方式向外传递，因此，当强磁场浮现到太阳表面时，该区域的背景温度就会缓慢下降，从而使该区域出现暗点，即太阳黑子。——译者注

5. “蒙德极小期”（Maunder minimum）也被称为“prolonged sunspot minimum”，大约是从1645年至1715年。当时的太阳黑子非常罕见。太阳学家爱德华·沃尔特·蒙德（1851—1928）在研究那段时期的观测记录时，发现在蒙德极小期当中的一段30年的时间里，天文学家只观察到约50个太阳黑子，而在平常可以观察到多达4万至5万个太阳黑子。由于此时也恰好是地球的小冰河期，有观点认为两者可能存在关联，但对此仍然没有定论。——译者注

第6章 敦煌星图

在唐朝的统治下，中国进入了一段繁荣盛世，科学和文化得到了前所未有的发展。全国各地都建有供奉佛像和装饰壁画的寺观。在其中的一座寺观中，人们发现了许多手稿，这其中就包括一张可以追溯至7世纪的星图，这也是世界上现存的最古老的星图。

汉朝以后的四个世纪一直被认为是中国的“中世纪”，因为在这一时期，国家开始衰落，未能形成大一统的王朝。在三国时期之后，晋朝实现了短暂的统一，进一步巩固了汉朝时期就已获得的知识成果。在之后的南北朝时期，中国又经历了许多王朝的更迭，最终隋朝再次统一了这个国家。隋朝虽然是个短命的王朝，但也进行了不少改革，实施了一些重大工程，例如扩建了长城，开凿了全长约1800千米的京杭大运河，这也是世界上最长的古代人工运河。

唐朝继承了隋朝的政治遗产，进一步扩大了帝国的疆域。都城长安是帝国的政治、经济和文化中心，其规模空前，人口超过百万。唐朝开疆辟壤，将国家的势力向西部拓展，使中国成为当时世界上版图最大的国家。通过与中亚地区的接触和往来，唐朝的影响力延伸到了从黑海到朝鲜半岛的大片区域。唐朝还控制着“丝绸之路”，这是一条连接长安和地中海地区的著名的陆上贸易之路。也正是因此，佛教在公元后的几个世纪得以逐渐传入中国。至公元5世纪初，佛教已经得到空前的发展。到隋唐时期，佛教的发展进入了鼎盛时期。得益于此，在帝国西部边缘的“丝绸之路”上，一批珍贵的手稿被发现了。

图6.1 千佛洞位于敦煌东南约25千米处，由数百个装饰华丽的石窟组成，这些石窟位于一段长长的断崖上

莫高窟的宝藏

大约在1892年，一个名为王圆箓的道士在距离敦煌约25千米的一处戈壁发现，长长的断崖上凿有数百个洞窟。每个洞窟中都有大量精美的壁画和佛像，规模颇为壮观。如今这里被称为“莫高窟”或者“千佛洞”，也是已知的非常古老的佛教艺术地之一。通过一份古代文献资料的记载可知，这里最早的洞窟在公元366年就已开凿。随后人们又陆续开凿了上百个洞窟，由富人家庭资助，用以雕刻佛像和绘制壁画。公元1000年左右，可能是由于遭到党项人的入侵，这里被完全废弃。尽管年代久远，但该地区干旱的气候使数千尊佛像和40000多平方米的壁画得以奇迹般地保存下来。目前这里存有492个洞窟，人们在这里可以领略佛教艺术的丰富性和多样性，这些洞窟尤其反映了佛教艺术在700多年里是如何演变的。可以说，这是一座独特的艺术宝藏。1987年，联合国教科文组织将莫高窟列为世界文化遗产。

图6.2 敦煌的每个石窟中都有精美的壁画和佛像，石窟建于4世纪至10世纪，由于当地气候干燥，它们基本被完好地保存了下来

不过，在壁画和佛像的背后，千佛洞还有一个更大的秘密。王圆箓在清理第16窟时，发现了一面虚墙。在拆除墙壁后，他又有了意想不到的惊人发现，在一个几米深的洞窟里，从地面到洞窟顶端堆叠了上千卷卷轴。这里如同一座巨大的图书馆，里面的40000多份手稿已经被保存了近1000年，其中不但有佛教经卷，还有部分医学和历法等科学著作，以及一些历谱。卷轴使用30多种文字书写，包括汉文、藏文、梵文、回鹘文、粟特文等。其中有些文字已经失传，有些虽然没有失传，如今也极少被使用了。

关于敦煌卷轴的消息不胫而走，尤其是因为王圆箓出售了一些卷轴，以资助洞窟的修缮。当时，外国的许多探险家穿行于中国各地，探寻珍贵的文物和考古遗址，其中不少人正在寻找新疆塔克拉玛干沙漠中的神秘古城，而那里刚好毗邻敦煌地区。出生于匈牙利的英国人奥莱尔·斯坦因受伦敦大英博物馆和英国印度委员会的委托，在此搜寻各类文物，希望以此扩充欧洲各大博物馆的馆藏。1907年5月15日，斯坦因正在去塔克拉玛干的路上，随后他迅速地返回了敦煌。

斯坦因在他的笔记里精心记载道：

我很高兴于1907年5月15日回到敦煌，随后我沿着敦煌东南部的小山坡去了千佛洞，直觉让我从一开始就将这里当成此行的主要目的地之一。我在那里进行了初步的考察，看到了大量的佛像和壁画。但据我的了解，这里还有大量的古代手稿卷轴，它们是几年前偶然在一个洞窟里被发现的，这让我更加渴望去探索这个地方。

过了几个星期，在与王道士紧张谈判后，斯坦因才如愿查阅了这些手稿。这些卷轴深深地吸引了他，不过他并不是特别熟悉汉文和其他东方文字，因此他对卷轴的价值只是根据其是否美观来判断的。斯坦因花了100英镑左右买了大约14000份手稿，并将它们分别装箱运出，几个月后这些手稿又被转运至大英博物馆。让斯坦因很高兴的是，这些卷轴中有两件极为珍贵的作品。一件是公元868年5月11日刊印的《金刚般若波罗蜜经》，这是世界上已知最古老的印刷书。另一件则是一份特殊的天文学文献，它是世界上现存的最古老的恒星星图。

图6.3 敦煌藏经洞，保存了超过4万件手稿，年代为4世纪至10世纪。右边的墙上就是藏经洞的入口

图6.4 1908年，汉学家伯希和在烛光下翻阅敦煌卷轴

一年以后，法国著名汉学家伯希和①在摄影师夏尔·努埃特（Charles Nouette）的陪同下也到了敦煌，他们的到来使这里名垂青史。伯希和是一位专业的汉学研究学者，他点着蜡烛，没日没夜地在藏经洞中逐一阅读这些手稿。在三个多星期里，他列出了一份清单，挑选了其中的几千件，并把它们运到了巴黎。此后，日本人大谷光瑞和俄国人奥尔登堡又分别于1911年和1914年在此盗取了不少卷轴，敦煌藏经洞也因此几乎被洗劫一空。最终，当民国政府开始抢救这批敦煌文献时，只有区区几千卷被转移至北京保存。如今，敦煌卷轴散落在世界各地。让人欣慰的是，自1997年起，大英图书馆对藏于英国的敦煌文献进行了数字化，随后法国国家图书馆、中国国家图书馆、圣彼得堡的俄罗斯科学院东方文献研究所，以及日本东京博物馆等机构陆续加入了敦煌文献的数字化工程，现在人们可以在线查阅这些不同馆藏的敦煌文献。至2017年年初，在国际敦煌项目的网站上公布的敦煌文献超过13.8万份。

1. 王圆箓（约1850—1931）因家乡连年灾荒，生活所迫，来到酒泉入道修行，人称王道士。大约在1892年，王道士发现了莫高窟，随后便长期居于此地清理洞窟。1900年，王道士偶然又揭开了敦煌藏经洞的秘密，他的墓志对此是这样记载的：“沙出壁裂一孔，仿佛有光，破壁，则有小洞，豁然开朗，内藏唐经万卷，古物多名，见者多为奇观，闻者传为神物。”——译者注

2. 莫高窟现存洞窟共735个，此处特指莫高窟南区的492个洞窟。——编者注

3. 马尔克·奥莱尔·斯坦因（Marc Aurel Stein，1862—1943），原籍匈牙利，是一名犹太人，1904年入英国籍。他是著名的探险家、考古学家、地理学家，国际敦煌学的开山鼻祖之一。——译者注

4. 斯坦因在助手蒋孝琬的帮助下仅用了4块马蹄银（大约200两白银）就从王道士那里换取了24箱写本和5箱绢画、刺绣等艺术品，其中包括完整的文书3000卷，其他单页和残篇6000多份，画作约500幅。经过18个月的长途运输后，这些文物大部分在1909年被运抵伦敦。——译者注

5. 伯希和，全名保罗·伯希和（Paul Pelliot，1878—1945），著名的汉学家和探险家。他曾就读于巴黎大学，主修英语，后又进入法国汉学中心学习汉语。他还曾师从法国汉学家沙畹（ÉdouardÉmmannuel Chavannes，1865—1918）等人学习汉学，并长期致力于中国学研究。1908年，他前往敦煌探险，购买了大批敦煌卷轴运回法国，如今这些卷轴藏于法国国家图书馆。——译者注

已知现存的最古老的全天星图

敦煌星图是在藏经洞中被发现的敦煌文献之一，如今被保存在英国伦敦的大英图书馆。该星图中绘有超过1300颗星，它们被分成257个星官。这是已知现存的最古老的全天星图，是天文学史上一个极为重要的发现。得益于敦煌地区干旱的气候，这份星图才能保存至今，向我们呈现1300年前中国古人看到的星空。敦煌星图最初与成千上万的其他手稿一同被运达大英博物馆，之后被一起编目，这份编目在1947年就已完成，但直到1957年才正式出版。根据编目，敦煌星图的编号是“S3326”（这里的“S”是卷轴“scroll”的缩写，而并非斯坦因所期待的那样，是他的名字“Stein”的缩写）。然而，它很快就被人遗忘了，因为敦煌卷轴中大多数都是佛教经典，所以它们都被委托给宗教学专家来研究，这导致这幅星图未能引起关注。只有汉学家李约瑟在《中国科学技术史》的第三卷中提到了它，这一卷出版于1959年，主要是关于古代天文学和数学的内容。书中敦煌星图的插图附有注释：“我和我的朋友陈世骧发现了这幅星图。”李约瑟还推断这幅星图的年代大约是公元940年，但他没有给出任何解释。现有的资料表明，李约瑟确实查阅过这幅星图，但他并没有时间去详细地研究它。

图6.5 敦煌星图是一幅北半球可见的全天星图，上面绘有1339颗星，分为257个星官。整幅图包括12幅以天赤道为中心的方图，以及1幅北极附近的圆图。它在19世纪90年代被发现于敦煌藏经洞，不过星图的年代可以追溯到唐朝初期，对它的年代判断要归功于星图中提供的其他线索，这使其成为世界已知现存的最古老的星图

50年后，情况依然如此。通过阅读李约瑟的书，我意识到了这幅星图的重要性。2001年，我开始搜集文献资料，希望进一步研究它，于是我去了伦敦的大英图书馆，因为从1997年开始，这些手稿就被从大英博物馆转移到了这里。令我惊讶的是，大英图书馆一位具有亚洲背景的馆员却告诉我，他这里只有一部分图例，这份特殊的天文学文献在图书馆的藏书室里被彻底“遗忘”了。事实上，在中国的出版论著中已经有好几篇与此有关的研究，最近出版的各种敦煌文献汇编中对此也有详细记载，只是没有进行更为全面的分析。这幅珍贵的卷轴仍然在那里沉睡着，就像欧洲博物馆里堆积的其他珍宝一样，没有人去揭示其中暗藏的秘密。在国际敦煌项目的支持及与大英图书馆国际敦煌项目部主任魏泓和巴黎天文台默东分台（Paris-Meudon Observatory）弗朗索瓦教授的合作下，我们根据该星图的高清数字版进行了多年的研究。2009年，这项研究成果最终得以发表。我们的研究表明，这份星图手稿不但非常精确地描绘了天上的恒星，还使用了令人惊叹的投影方法（见图6.9）。

敦煌星图全部为手工绘制，使用了不同颜色的油墨，整幅卷轴长约4米、宽25厘米，纸张的厚度不超过0.04毫米。分析表明，敦煌星图所用纸张是古代十分高档的桑皮纸。卷轴除了开头的标题和落款部分，其他内容都被保存得非常好。卷轴的第一部分内容并不直接涉及恒星，而是各种云气占，其中描绘了26幅云气图，并附有80列文字，长度约为2米。卷轴的第二部分才是12幅矩形的星图，描绘了天赤道南北的星空，还有1幅反映赤道北极附近星空的圆图。在卷轴的末尾，还有1幅人物图，图中人物穿着传统的服装，作搭弓射箭状，旁边注有“电神”字样，这可能暗示着卷轴后面应该还有另一部分专门描述大气现象（闪电等）的内容。

图6.6 敦煌手稿“S3326”结尾有一个弓箭手的形象，他被称为“电神”。左边写有“解梦及电经一卷”，这是一篇已经遗失的文字。星图上绘有257个中国星官，其中大多数都有各自的名称，它们加在一起共有1339颗不同的恒星。中国可见的全天恒星都被细致地描绘了出来，图中使用了三种不同的颜色（黑色、红色和黄色）来表示恒星。使用不同颜色是从战国时期的三位天文学家石申、甘德和巫咸发展出来的，这与对恒星分类的三种不同流派有关，汉朝历史学家司马迁也曾引用这三家星表。敦煌星图试图将三家星表合而为一，但通过保留不同的颜色以标记其不同的源流。另外，敦煌星图还是最早描绘星官形状和排列的星图，其中大多数中国星官的名称早在汉朝初期的星表中就已出现

敦煌星图包括12幅以天赤道为中心的连续方图和1幅绘有环绕北极区域的恒星的圆图。该卷轴从右往左读，全图以赤道为中心，天空则被自东至西分成12幅跨度约为30度的方图，它们分别代表一年12个月的中天星象。每幅星图的左边都有一段文字，描述了该月的七十二候、十二辰次，以及分野等信息。在每幅星图的底部还有一段文字，介绍了这个月太阳所处的宿度及昏旦中星等内容。

敦煌星图上的星官

紫微垣

北天极附近的区域被称为紫微垣，它是天上最为显要的地方。每一个星官的名字都被详细地记录在星图上，紫微垣的下面绘有“北斗”，两边就是紫微垣的两道“城垣”，如同紫禁城的宫墙。紫微垣有“天柱”“女史”“尚书”“四辅”“天棓”“华盖”“天床”“天厨”“天牢”等星官。正中间是天赤道“北极”，下方的“天一”和“太一”则是更早的两颗极星，由于岁差，这两颗星在当时已经不再被视为极星。

图6.7 北极。紫微垣显示了北极附近的星官，紫微垣的两边分别由不同星官组成“左垣”和“右垣”，其形状如同紫禁城的宫墙。正下方还有北斗七星，对应西方的大熊座

“参”宿

方图中的第5幅对应猎户座的区域，星座中心的三颗星代表战士“参”，他挥舞着他的旗帜（“参旗”）。在他的脚边有“玉井”“九旗”；北边是“五车”和“诸王”；东北方向是“井”，旁边还有“四渡”“水府”“天壿”；东边是“军市”；南边是“军井”和“厕”。

图6.8 “参”宿（猎户座）。参宿包括图正中间的三颗星，如果将其与“参旗”和“玉井”等星官相连，得到的图形就与西方的猎户座（右）惊人地相似

图6.9 墨卡托投影是将地球上的每一点通过赤道进行圆柱投影的投影方法，但使用这一方法对两极区域投影的效果不理想

从敦煌星图来看，中国的星官体系与欧洲的星座传统完全不同。欧洲的星座建立在古希腊天文学传统的基础之上，主要根据希腊神话将恒星划分成数量相对较少的星座。因此，古希腊天文学家托勒密（大约在公元150年）将北半球可见的星空分成了49个星座。如今，现代天文学又在此基础上增加了南半球的恒星，将整个星空分成了88个星座。在中国的传统星官体系中，星空被划分得更为细致，以至于有更多的星官数量（近300个），有时甚至单独的一颗星也能成为一个星官。另外，中国的星官名称大多数与人间的人物和事物相关，如帝王和一些官职的名称。

对天区进行详细的划分，有助于在没有坐标线的情况下提供更为精确的位置标记，甚至仅通过一些尺度较小的星官名称，就可以确定某天象在天上发生的具体位置。当星空日夜旋转时，这些星官组成的“界标”还可以被用于精确的时间计量。在敦煌星图中，许多小的星官也都被用线连接了起来，可见不但主要的星官形象得到了很好的体现，还可以通过想象赋予许多小星群合理的标识。

1. 此前，席泽宗院士经研究认为是1359颗星。——译者注

2. 中国古代的星图最初采用的是从北天极投影的圆图（或者叫“盖图”，因其起源与盖天说有关，科学史家钱宝琮最早使用了“盖图”这一名称，后来该名称被大家认可，成为惯用的称法），然后古人又发展出直角坐标投影的方图（或者叫“横图”），并将圆图和方图结合使用，敦煌星图就是已知最早将两种投影方法结合的实例。——译者注

3. 苏珊·怀特菲尔德（Susan Whitfield），中文名为魏泓，大英图书馆国际敦煌项目部主任，也是“丝绸之路”方面的历史学家和作家。——译者注

4. 弗朗索瓦（Francoise Praderie）是巴黎天文台前副台长、《天文学与天文物理学》（Astronomy and Astrophysics）杂志前主编，主要研究恒星地震学。——译者注

5. 在中国古代的星图中，基本上以“北极天枢”作为北极星。由于岁差现象，如今的北极星已经变成了勾陈一（小熊座α）。而在更早之前，“帝”星才是北极星。本书作者认为“天一”和“太一”也是较早时期的极星。——译者注

6. 此处是作者自己对“参”宿的理解。——译者注

7. 墨卡托投影即正轴等角圆柱投影，由荷兰地图学家墨卡托（Gerardus Mercator，1512—1594）于1569年发明。——译者注

星图谜团

我研究敦煌星图的主要目标之一，就是为其判定年代。在没有明确日期和作者落款的情况下，必须搜集多方面的线索。首先，在第一部分的一幅云气图中，有一段注有“臣淳风言”几个字。李淳风不仅是唐朝著名的天文学家和数学家，还是唐朝初期皇家天文机构太史局的负责人，并且修订了《九章算术》等《算经十书》，因此李淳风有可能是这幅卷轴的作者。其次，我们可以根据星图中的天文学特征来确定其绘制时间。在一幅星图中，随着时间的推移，唯一会发生变化的只有北极点和天赤道的位置。由于岁差现象，根据星图中使用的投影，极点的位置表明了其时间为公元700年左右，这与此前学者将其判断为公元600—800年是基本吻合的。最后，卷轴中的避讳能为我们提供另一条线索。在中国古代，一般禁止在官方文字书写中使用在位皇帝的名字，这就是所谓的“避讳”。即便要写皇帝的名字，也需要在其名字的笔画和字形上做些微调整。这种避讳原则通常贯穿了皇帝的整个统治时期，甚至更长时间。在敦煌星图中，避讳了“民”字，这正好就是唐太宗李世民（626—649年在位）的名字，但其中并不避讳“旦”字，这说明星图的绘制时间应该在唐睿宗李旦即位（710年）之前。

李淳风：唐朝数学家

李淳风（602—670）是唐朝初期一位非常著名的数学家、天文学家和历史学家。在唐太宗在位时期，他25岁就进入太史局供职，随后还被委以改革历法的重任。公元648年，他被擢升为太史令，又因天文学和数学水平高超，很快被皇帝召去编撰数学经典《算经十书》。其中一本包含大量算题的基本数学著作就是《九章算术》，它在中国古代数学著作中具有极高的地位，常被认为可与欧几里得的著作媲美。李淳风为《算经十书》作注，使得这些算经有了更方便阅读的新版本，这些注释带有“臣淳风等谨按”字样，在敦煌星图中其实也有类似的文字。李淳风还给出了圆周率的一个精确数值，即π=22/7（即3.14285）的近似分数值，而不是通常使用的“周三径一”，取整数值3。作为一名历史学家，他还主持编撰了《晋书》和《隋书》中的《天文志》和《律历志》部分，并且系统地整理了此前中国历代天文学的成就。

图6.10 李淳风画像

最后，卷轴末尾的“电神”人物像的装束也是一条线索，他戴的帽子为软脚幞头，这是中国9世纪以前才有的帽子样式，而在那之后，中国开始流行硬脚幞头，垂下的两脚变成了硬脚。李约瑟曾认为此星图的年代可以追溯至公元940年左右，但根据以上的线索，我们差不多可以将这个时间往前推三个世纪，也就是大约公元650年，只有这个年代才符合星表的各种特征。根据司马迁的记载，中国古代的恒星划分有三家流派，三国时期的天文学家陈卓将三家的方法综合在了一起，随后唐朝天文学家瞿昙悉达在其《开元占经》中记载了这些现在已经遗失的内容。敦煌星图很可能就是在同一时期完成的，其作者有可能就是李淳风，因为要绘制这样一幅星图，必须同时具备扎实的天文学和数学方面的专业知识。

最后一个谜团就是该星图是如何绘制的，因为在手绘过程中要保持正确的比例关系是一件不容易的事。正如研究所显示的那样，星图中没有任何迹象表明作者使用了网格坐标来绘制恒星的位置。因此，这幅敦煌星图有可能不是原件，而是复制于另一幅星图。敦煌星图的精妙之处在于，其作者能够按照投影的方式绘制和描述星图的许多细节，如上百个星官的位置及注释，这些内容几乎完全没有涂改的痕迹。在两米多长的卷轴上精心绘制这些图像，对绘制的水平及所用纸张质量的要求都是非常高的，这也说明该星图是一件不同寻常的宝贵物件。古代的星表和星图通常是帝王用于星占的工具，被认为是非常机密的资料，它们的使用和传播通常都会受到严格的控制。敦煌星图出现在“丝绸之路”上，被发现于帝国边境的一座与世隔绝的佛教洞窟中，这是非常令人惊讶的。这样的星图本该被存放在弘文馆这样的皇家档案馆里。因此，它是不是被盗走后又被买卖至此的呢？这一切都显得那么神秘。

图6.11 早期中国的天空被分为五宫：围绕北极的中宫，以及沿着天赤道的其他四宫，它们分别对应着四种神话动物，与地理方位也有关

1. 唐朝国子监内设立算学馆，置博士和助教指导学生学习数学。唐高宗显庆元年（656年）开始将《周髀算经》《九章算术》《孙子算经》《五曹算经》《夏侯阳算经》《张丘建算经》《海岛算经》《五经算术》《缀术》《缉古算经》十部汉朝至唐朝千年间的经典数学著作当成国家最高学府的算学教科书，后世将其统称为《算经十书》。——译者注

2. 在古星图的绘制中，岁差也会带来一些影响。例如，战国时期测定的冬至点位置为“牵牛初度”（中国古代以冬至点作为黄道起点，而非春分点），也就是二十八宿中牛宿的距星的位置。由于岁差现象，冬至点在汉朝时已经移动到斗宿二十一度，到清朝则已经到了箕宿附近。所以在不同时期的星图中，冬至点的位置是不同的。——译者注

中国的天宫

中国已知最早的对天空的划分方法产生于汉朝，司马迁在《史记·天官书》中将天空分成五大部分，即“五宫”，它们分别象征着五个方位。其中，“中宫”相当于北天极，也就是后来的紫微垣区域。其余四宫则是以赤道为中心划分出来的四个天区，并分别配以不同的神话动物：东方青龙、西方白虎、北方玄武和南方朱雀。这四宫各包含二十八宿中的七宿。随后，到了唐朝，“三垣二十八宿”的体系基本形成。除了紫微垣，又增加了天市垣和太微垣，每个垣的两边都有一连串的恒星相连，将其与外界隔开，如同围墙一般。

中国的二十八宿

与希腊的黄道十二宫不同，中国将黄道和赤道附近的天区划分成28个部分，称为“宿”。每七个“宿”组成一个“象”（见表6.1）。这些“宿”的名称来源及意义并不明晰，商朝的甲骨文中就已经提到其中的一些宿，二十八宿的完整名单则最早出现在《淮南子》和司马迁的《史记·天官书》中，另外还出现在于阜阳出土的二十八宿式盘中。长期以来，人们一直认为，二十八宿有可能源自印度或者阿拉伯地区，印度也有“月宿”的传统概念，这里曾使用二十七宿“纳沙特拉”（Nakshatras），以标记一个月中的每一天（公元前2世纪左右）。另外，阿拉伯天文学中也有类似27个或28个“月站”（manazil）的用法。不过，一项重要的考古发现表明，二十八宿的确是中国一种非常古老的传统概念。1977年，人们在湖北随州发现了曾侯乙墓（约公元前433年），墓中除了出土一套共65件的编钟，还有一个漆箱。漆箱的盖子上写有完整的二十八宿的名字，以及青龙、白虎和北斗的图案（见图6.12）。

由于在中文资料中没有明确提到“宿”与月亮有关，所以一般认为“宿”在中国主要是一种用于测量的坐标标记。每一个“宿”实际上都是由一个被称为“距星”的参照星确定的，每个“宿”的跨度范围也不尽相同。这些距星的选择依据也并没有被阐明，它们尽管都非常接近天赤道，但并不与赤道完全吻合。法国天文学家毕奥猜测“宿”的概念大约出现在2400年前，但可能由于岁差现象，一些宿的位置发生了偏移，但是它们总体上还是对应的。实际上，这些星的选择似乎与绕极星有关，这样就可以知道它们在各宿中的位置，即便它们在这些星座中有时并不可见。二十八宿也时常出现在中国的其他星图中，比如在苏州石刻《天文图》上，各宿的分界线就延伸至环极区域，这在星图中表现得相当明显（见图6.15）。

图6.12 二十八宿漆箱。1972年，人们在曾侯乙墓中发现了这个漆箱，其年代大约为公元前433年（战国时期）。漆箱的盖子上写有二十八宿的名称，中央则是用篆书写的“斗”字，代表北斗星。在漆箱的左右两侧还分别绘有两种神话动物——“青龙”和“白虎”，它们在天文上分别对应着四象中的东方和西方的天区。这一重要的考古发现表明，中国的二十八宿最早可以追溯到战国时期

表6.1 中国的赤道二十八宿

1. 让-巴蒂斯特·毕奥（Jean-Baptiste Biot，1774—1862）是法国物理学家、天文学家和数学家。毕奥是第一个发现云母独特的光学性质的人，他还研究了通过溶液的光的偏振现象，以及电流和磁场之间的关系，并与另一位物理学家菲利克斯·萨伐尔共同提出了毕奥-萨伐尔定律。为了纪念毕奥，月球上有一个陨石坑是以他的名字命名的。——译者注

北极点的进动

北极在中国古代象征着天帝，是人间帝王在天上的反映。中国古人对赤道北天极非常关注，这是由于一个重要的天文现象，即被所有恒星绕着旋转的天极其实并不是固定不变的。随着时间的推移，天极也会稍有移动，这种现象被称为“岁差”，这是地球自转轴的周期性倾斜变化造成的。由于岁差的变化有着很长的时间周期，所以岁差产生的效果在短期内并不是特别明显。地球自转轴缓慢地倾斜转动着，使地球大约用25800年绕完一个完整的圆。地轴的进动有两种不同的方式，我们不妨以公元2000年太阳的位置为例，在每一年的同一时间里，例如春分日（3月20日），太阳相对于恒星的位置将发生30度（准确地说，是27.94度）的偏移，这相当于黄道星座的移动。同时，天极也会在天上画出一个圆弧（见图6.13）。古希腊天文学家希帕恰斯和托勒密通过太阳在二分时刻（春分和秋分）位置的偏移，发现了岁差现象。而中国古人则是通过极点位置的偏移发现岁差的，因此，在中国古代有好几颗不同的恒星在不同时期都被命名为“极星”。大约在公元前2500年，北极星是“天一”（天龙座α，紫微右垣一）；在公元前1200年左右，最靠近北极的星是“帝星”（小熊座β）；到公元800年，北极星变成了“天枢”，这其实是鹿豹座中的一颗弱星（HR4893）。这些星大都是各个时代靠近天赤道北极的最明亮的恒星。根据历史学家班大为的说法，夏王朝和商王朝宫殿的遗迹（二里头遗址和安阳殷墟）是以南北轴线为走向的，但其方位有几度的偏移，这可能就与极星的位置发生偏移有关。

图6.13 北极点的进动。公元前2500年至公元2000年，地轴所指方向绕出了一段弧线。北极的方向已经从天36龙52_座figα_6变-12成b了小熊座α。地轴的运动引起了天赤道相对于恒星的位移，在每年的同一时间，例如春分日，太阳的位置相对于黄道也在缓慢变化，出现“岁差”现象。在公元前2500年，春分点的位置是金牛座，如今它在双鱼座。到公元2700年前后，春分点将继续移动至宝瓶座

在中国古代，晋朝天文学家虞喜在公元320年左右通过观察冬至日（而非春分日）太阳位置的偏移，发现了岁差。虞喜已经注意到，在经历了2500年之后，一年中冬至日的黄昏时刻，位于上中天的恒星不再是“昴”宿，而是“壁”宿，两者相差了53度，他据此推断天极大约每50年会发生1度的偏移，古希腊的希帕恰斯和托勒密得出的岁差却是每100年偏移1度，而岁差精确的现代值则是每71.6年偏移1度。

1. 班大为（David Pankenier）是美国著名汉学家，美国理海大学（Lehigh University）现代语言文学系教授。——译者注

2. 《宋史·律历志》记载，“虞喜云：尧时冬至日短星昴，今二千七百余年，乃东壁中，则知每岁渐差之所至”，岁差因此而得名。——译者注

中国的古代星图

在敦煌星图之后，中国还出现了许多其他类型的天象图，其表现形式多种多样。

《步天歌》（约590年）

《步天歌》是以七言绝句的形式，将天空分为四象、三垣和二十八宿来进行描述的诗篇。这些独立的星官描述并不能构成一幅完整的星图，而只是目前已知的中国星官体系中的早期版本之一。这部著作的确切年代还无法确定，它可能是由隋朝的丹元子于约公元590年完成的，随后在唐朝初期广为流传。

苏颂星图（1092年）

苏颂星图（见图6.14）载于《新仪象法要》一书，由天文学家兼工程师苏颂（1020—1101）绘制而成。该书共绘有五幅星图，其中包括三幅圆图（两幅分别从赤道南北极投影的星图，以及一幅赤道北极附近的星图）和两幅以赤道为中心的方图（柱状投影），赤道上标有二十八宿的宿度和相应的分区。

图6.14 苏颂星图

苏州石刻星图（1193年）

苏州石刻星图为一幅北半球可见的全天星图，又称苏州石刻《天文图》。公元1193年，天文学家黄裳为宋宁宗（1195—1224年在位）创作了此图。天文图下方有说明文字，介绍了赤道、黄道、白道和天汉（银河）等内容。1247年，这幅图被刻于一块约2米高的石碑上，通过拓印可以拓出许多拓片，这也是当时常见的一种印刷方式。该石碑现藏于苏州碑刻博物馆。

图6.15 苏州石刻《天文图》

苏州石刻《天文图》采用以天球北极为中心的投影方法（极投影），据下方的文字记载，该图共包含1565颗星，它们分布于283个星宿中。我们可以在这幅星图中发现，古代中国不像西方那样使用黄道十二宫来划分天空，而是将天赤道分为二十八宿，星图上用28条从圆心引出的分割线来划分二十八宿的不同区域。在该星图中部，有一个小的内圈，它表示一年四季都可以看到的天区（即恒显圈），在它的外面有两个相交的圆圈，分别为赤道和黄道。星图中还用线条勾勒出了银河的走向，非常准确地反映了银河的大体形状。

朝鲜李氏王朝星图（1395年）

朝鲜李氏王朝建立后，其开国君主太祖李成桂（1335—1408）于1395年下令在石碑上刻下了这幅名为《天象列次分野之图》的全天星图（见图6.16）。最初的石碑因年代久远，碑文基本上已经难以辨认。后来在1688年，朝鲜肃宗李焞（1661—1720）又命人使用白色大理石再次刻碑复制了该星图，如今它被保存在韩国民俗博物馆。星图中共有306个星官、1463颗恒星。根据中国传统的十二次和二十八宿分区，星图平面以放射状线被划分成不同区域，图上还绘有赤道、黄道、北极恒显圈和银河。这幅星图和苏州石刻星图非常相似，其底本可能来自中国唐朝初期的一幅星图。

图6.16 《天象列次分野之图》

中国古代天文坐标系

为了标记恒星的坐标，中国天文学家使用了一种不同于古希腊人和古巴比伦人所用的坐标体系。他们没有把天球圈分成360度，而是把它分成若干中国的“古度”数，天球一圈的度数相当于一个回归年，即365.25度。也就是说，太阳在黄道上平均每天移动1“古度”，而不是欧洲的0.9856度。这种方法有着独特的优点，因为这样很容易就能直接换算出坐标。

此外，中国古代的天文学家还采用了基于天赤道的坐标体系，这与现代天文学家常用的坐标体系基本一致。在这种坐标中，第一个向量是“入宿度”（字面意思是进入恒星某宿的度数），以某宿的距星作为测量的起点，相当于现代的“赤经”。第二个向量是“去极度”（字面意思是距离北极点的度数），即与北极的角距离。

因此，中国古代天文坐标系与现代的赤道坐标系唯一较大的区别就是，它们在赤道上选用的起点不同。现代赤道坐标系一般使用春分点作为经度向量的计算起点，而中国古代则以二十八宿的距星分别作为各宿的参照起点。同样地，现代的“赤纬”是指从赤道开始进行南北纬度测量，而不是像中国古代那样从极点开始测量。因此，现代的“赤纬”与中国古代的“去极度”是余角关系，即去极度=90度-赤纬。

中国古代天文坐标系的另一个特点是使用百进制来表示角度，而我们现在使用的是六十进制。中国古代将1度分为100分，再将1分分为100秒。例如，在公元1280年的星表中，玉衡（大熊座ε，北斗七星之一）的“入宿度”为“轸宿十一度三十分”，“去极度”则为“去极三十一度九十分”。

图6.17 中国古代天文坐标系。中国古代天文坐标系相当于现代的赤道坐标系，它是建立在地球赤道基础之上发展而来的坐标体系。中国古代的“赤经”和“赤纬”分别是以各宿的距星和北极作为起点进行测量的

欧洲的星图

尽管绘制星图和制作天球仪常被认为是古希腊天文学家所擅长的，然而与柏拉图同时代的欧多克索斯的星图并没有被保存下来。可以追溯到公元2世纪的最古老的天球仪法尔内塞天球，也只是对古希腊神话中的星座进行富有诗意的图像描绘，并没有描绘出具体的恒星。到中世纪，欧洲的天文学发展明显停滞，由于亚里士多德关于天空纯净和完美的观念，恒星的观察和星图的绘制工作在欧洲长期都不受重视。

一份法国加洛林王朝（Carolingian Dynasty）的手稿（818年）根据阿拉托斯的描述绘有一些星座，这份手稿有时被称为欧洲第一幅恒星图，但实际上它只绘有一些星座的想象图案，上面也并没有具体的恒星。随后，伊斯兰天文学家开始接替西方，在天文学方面开展了一系列的观测。伟大的波斯天文学家苏菲（al-Sufi，903—986）可能是环地中海文明中第一个较为精确地绘制了完整恒星图的人。他以托勒密的《天文学大成》中的星表为基础，在其《恒星图像》（Book of Fixed Stars）一书中不但给出了各个星座的图形，还绘出了各星座的亮星。然而，遗憾的是，该书的底本没能被保存下来，现存最早的抄本也只是12世纪的。不过，由于该书中的每个星座都是分别绘制的，它们其实并不能构成一幅完整的全天星图。在欧洲，真正意义上的全天星图到文艺复兴初期才出现。欧洲最古老的全天恒星图是一份维也纳手稿（约1440年），上面包含了北半球的主要星座，但其恒星的数量也非常有限。此外，这幅星图还是以黄道北极为中心投影的。

1. 天球一圈的度数在中国古代被称为“周天度数”。——译者注

2. 欧多克索斯（Eudoxus），古希腊数学家、力学家和天文学家。——译者注

3. 法尔内塞天球（Farnese Atlas）为大理石雕刻，由希腊神话中的擎天巨神阿特拉斯（Atlas）扛在背上，因此又被称为“阿特拉斯扛天”。天球上绘有古希腊的星座图案，但没有标出具体恒星。——译者注

4. 阿拉托斯（Aratus，前315/310—前240），古希腊极具名望的诗人之一，有长诗《物象》（Phaenomena）传世，其中的内容对古代天文学和气象学研究有极大价值。——译者注

第7章 唐朝子午测量

在唐朝统治的三个世纪中，佛教逐渐在中国发展起来，并由此促进了中国与印度的科学交流。当时，一位僧人天文学家开展了一次意义深远的子午线测量活动，这比欧洲相应的测量活动早了一千多年。

唐朝延续了隋朝开始的官方机构的重组和改革，大唐帝国管理着有15个主要行政区域的广大疆域。通过实行科举制度等一系列的措施，朝廷招募了成千上万的官僚，其中不乏诗词歌赋、书法绘画方面的人才，也有天文方面的技术人才。唐朝人还修路架桥、征收税款，并且制定了非常全面的法典。完成于公元624年的《唐律》就是中国历史最悠久的刑法之一，它的内容流传至今，其中的一些基本刑罚制度对20世纪的中国依然有借鉴之处，它还影响了当时亚洲的其他很多国家，例如越南、日本和韩国等。

庞大的帝国

不过，唐朝很快就不得不面对在西域快速增长的伊斯兰势力。到唐朝中期，帝国的安西都护府在与阿拉伯的阿拔斯王朝及突厥人的军事对抗过程中遭受了损失。公元751年，在位于今天的吉尔吉斯斯坦西北的怛罗斯之战中，由于唐朝战败，大量的中国人被俘于撒马尔罕，中国的造纸术很可能就是在这期间被传播至西方的。唐朝的军队最终撤出了塔什干（今乌兹别克斯坦共和国境内），在西域地区开始了战略收缩，塔里木盆地及周边地区的门户向阿拉伯人洞开。唐朝和此前的汉朝一样，曾数次放弃都城长安，向东迁都洛阳。在失去了对西域“丝绸之路”的控制后，中国的经济重心开始向南方转移。隋朝时开凿的近1800千米的大运河，到唐朝时已经成为一条重要的内河交通线路，南方的一些城市，例如扬州或广州的经济都得到了迅速的发展，“海上丝绸之路”的贸易也开始兴盛。

唐朝大力支持佛教的发展，唐玄宗（712—756年在位）是唐朝皇帝中在位时间最长的一位，他就曾极力鼓励开展佛教活动。一些佛教僧人，如瞿昙悉达（印度名字为Gautama Siddha），甚至在天文机构太史局担任高级官员，印度的天文学著作和星占学概念，以及印度的一些数学知识也被介绍到中国。在这一时期，一些规模较大、组织严密的天文观测活动也得以陆续开展。

1. 怛罗斯之战（怛，音dá）是天宝十年（751年）唐朝安西都护府的军队与阿拉伯帝国的穆斯林和中亚诸国联军在怛罗斯相遇而引发的一次军事冲突。——译者注

2. 也有观点认为唐朝迁都是因为国内政治原因。——译者注

圭表测影

一行（683—727）是一个僧人，他本名张遂，后来皈依佛门，法号为一行。在后人绘制的一行标准像中，他被描绘成一个胖乎乎、脸上堆满笑容的人，温和的神情中透出中国古代天文学家的朴素。一行是个非常活跃的人，他也是一位天才数学家，能轻松地完成最复杂的数学计算。一行曾经与印度僧人交流，并由此获得了一些印度数学知识，这些印度僧人向他介绍了数学家阿耶波多的工作成果。阿耶波多是一位伟大的印度数学家，他在6世纪时使用了一种数字标注方法，用符号来标记“0”。在天文学方面，他还使用了一种类似正弦和余弦的算表，这在后来也启发阿拉伯人编制出了三角函数表。阿耶波多的著作都被写在贝叶上，一行应该没有看过他的原著。幸运的是，有些知识通过被抄录在中国的纸张上，得到了更好的传播。长期以来，中国的造纸术一直不为外界所知，直到怛罗斯之战之后，这一发明才被世界知晓，并被迅速传播开来，从而影响了知识的流传和扩散。

图7.1 一行的圭表。通过用圭表对日影进行测量，中国的天文学家在公元721—725年进行了一次规模空前的子午线测量。其中，天文学家南宫说于723年建造的一座圭表得以保存。现在它仍然竖立在阳城（今河南登封告成镇）的登封观星台附近。登封观星台的主体是后来元朝在此建造的一座四丈高表

在玄宗时期，圭表日影的长度引起了争议。在中国古代，人们发现在正午时刻，不同地区的圭表影长会不一样，于是在汉朝就有日影“千里差一寸”的说法，也就是南北距离差一千里（唐朝的1里为443米），圭表的影长会有一寸的差异。然而，几次的测量结果都与此说法不一致。在隋朝，天文学家刘焯就已经上奏隋炀帝：

今交、爱之州，表北无影，计无万里，南过戴日。是千里一寸，非其实差……请一水工，并解算术士，取河南、北平地之所，可量数百里，南北使正。审时以漏，平地以绳，随气至分，同日度影。得其差率，里即可知。

——《隋书》

刘焯的请求没有得到批准。到了唐朝，这个问题再次引起了关注。唐玄宗时期，帝国的版图得到前所未有的扩张，北至贝加尔湖，南至交趾（位于今越南），西至中亚的咸海。然而，要想真正解决这一问题，只有通过天文大地测量。公元724年，皇帝召见御用天文学家南宫说，商讨解决“千里差一寸”的问题。

开元十二年四月二十三日，命太史监南宫说，及太史官大相元太等，驰往安南、朗、蔡、蔚等州，测候日影，回日奏闻。数年伺候，及还京，与一行师一时校之。

——《唐会要》

1. 阿耶波多（Aryabhata，476—550），或称阿里亚哈塔、阿耶波多一世，是5世纪末印度著名的数学家及天文学家。他的作品包括《阿耶波多历书》，书中给出了精确度达5个有效数字的圆周率近似值。此外，他还根据天文观测解释了日食与月食的成因。1975年，印度发射的第一颗人造卫星即以他的名字命名。——译者注

2. 该圭表一般被称作“周公测景台”，有观点认为这是南宫说在相传周公测景之地阳城所立的纪念性圭表，没有实际的观测功能。——译者注

一行的子午测量

这次子午线测量实际上前后开展了4年（721—725），共建立了十多个观测点，南达林邑（北纬17度，今越南中部），北达蔚州（北纬40度，今河北蔚县），所经之地连起来相当于一条超过23度的子午线弧（从南到北约2500千米）。其实，这其中还有一些地名让人联想到地理位置更靠北的铁勒（北纬52度的贝加尔湖附近）。如果这些记载属实，这将是一个南北相距3800多千米的范围，可以想象这次天文大地测量的规模有多大。在唐朝的统治下，帝国境内的交通网络得到了很好的改善，官道沿途有成百上千的驿站，它们的间距通常不到20千米，不少道路都是遇水架桥、过山开路而建设出来的。中国人利用聪明才智，为政府官员和商人远行提供了保障。不过，由于中国的马匹数量不多，他们大部分时间都是用牛或骡子拉车前行，这样远距离的跋涉仍然是一项巨大的挑战。

根据皇帝的诏令，这些天文学家在每个观测点都得到当地工匠的帮助，在地面竖起了8尺高的圭表（8尺略短于2米）。日影测量的关键，是要在一年当中的两个特定时间进行，也就是夏至日和冬至日。它们分别对应正午太阳在天空中的地平高度为最高和最低的时间，以及太阳的影子在一年中最短和最长的时间（见图7.2）。从长安被派出的天文学家在帝国的主要中心城市进行了一系列的测量，皇帝还向遥远地区加派了人手。

由于各个观测点的日影长度测量都非常精确，所以只要测量出两个地点之间影长的差异，以及两个地点之间的精确距离，就可以通过简单的比例来验证两者的关系。南宫说在河南做了最后一次测量后，将所有的观测数据交给了一行。根据计算，最终的测影结果表明，“千里差一寸”的说法并不准确。度量结果显示，圭表的影长差一寸，实际上对应的地理距离只有250里。也就是说，按照一行的计算方法，为了使北极点的高度改变1度，他需要在南北子午线上行走351又80/300里。这一伟大成就使得一行声名鹊起，因为他解决了一个长期困扰人们的疑问。不幸的是，这位天文学家没有时间来享受这一荣耀。仅仅在两年之后，一行就圆寂了，享年44岁。

在测量子午线的过程中，中国的长度单位“里”与天文学紧密地联系在了一起，就像1791年欧洲定义了“米制”（现一般称为“公制”）单位一样。不过在这方面，中国已经领先了世界十多个世纪。

图7.2 圭表影长和北极高度。在同一个地点，一座高为H的圭表，其影长L会随着太阳在地平上的高度变化而改变。由于正午太阳的高度在不同的季节也是不同的，冬至时太阳的地平高度最低，影子最长；夏至时太阳的地平高度最高，影子最短。我们很容易证明H/L=tanα。倘若在同一天，在两个纬度不同的地方同时使用高度为H的圭表来测影，其影长L会因为纬度φ的不同而改变。在接近赤道的地方，圭表的影子较短；在接近北极点的地方，圭表的影子则较长。在春分和秋分时刻，当太阳在天赤道上时，我们可以证明L/H=tanφ。因此，圭表影长的变化可以被用来量度不同的地理纬度

一行通过测量确定了纬度1度约对应子午线上的155千米。后来，在康熙年间的1702年，最新的测量结果显示为108千米。1791年，法国的德朗布尔和皮埃尔·梅尚通过更为精确的测量，得出了111千米的结果。不过，在此十个世纪之前，考虑到一行在当时测量过程中面临的各种困难，以及计算水平的局限，他的子午线测量仍然是值得称赞和骄傲的。这次测量活动在相当短的时间内就取得了如此突出的成果，堪称天文大地测量工作的典范。

一行在河南选取的子午线测量地点位于登封附近，这里原名“阳城”，自汉朝以来一直被认为是中国的地理中心。在这里竖有一座有梯形底座的圭表，它在夏至时的影子正好投射在圭表基座的边缘（见图7.3）。圭表上有“周公测景台”的铭文，但实际上它是在公元723年天文学家测量子午线的过程中由南宫说奉旨在此设立的。就在离这里不远的地方，是13世纪时元朝建立的有四丈高表的登封观星台，这也是中国古代最重要的天文台之一。

图7.3 南宫说圭表。公元723年，参与子午线测量的天文学家南宫说建了一座有梯形基座的圭表，其基座的倾斜角与夏至时太阳光线的角度完全一致，此时太阳把圭表的影子正好投射到基座底部的边缘。如今，这座圭表仍被保存于登封观星台

一行的计算结果也表明，他使用了某种类似于现代三角函数的方法。对于子午线上的每一个点，一行都精确地给出了冬至日圭表的影长和北极点的高度。这些数据似乎并不全是直接测量的结果，而是一行在其基础上进行数据拟合后得出的。这就意味着，他需要一份精确且完整的三角函数表，以此来完成这些计算。当时，有一些印度数学中的三角学知识已经被传入中国。

1. 即中国古代的天文历法术语“北极出地”。——译者注

2. 德朗布尔全名让-巴蒂斯特·约瑟夫·德朗布尔（Jean-Baptiste Joseph Delambre，1749—1822），法国天文学家和数学家，曾任巴黎天文台台长。1790年，法国科学院准备引进一种新的计量单位米制（其长度被定义为从北极到赤道距离的千万分之一），并计划组织考察队测量敦刻尔克到巴塞罗那之间的子午线弧长度。1792年，德朗布尔负责北方考察队在法国南部从敦刻尔克到罗德兹这一段的经线测量。——译者注

3. 皮埃尔·梅尚（Pierre Méchain，1744—1804），法国天文学家，于1795年成为巴黎经度管理局（Bureau des Longitudes）的成员，并于1800年担任巴黎天文台台长，直至去世。——译者注

早期的“科学革命”

虽然被喜马拉雅山脉阻隔，印度和中国还是通过陆上和海上“丝绸之路”的贸易，以及借助佛教的传播，展开了在天文学和数学等领域的科学交流。在唐朝，不但有一行这样的僧人天文学家，还有像瞿昙悉达这样具有印度血统的天文学家服务于官方的天文机构——太史局。

唐玄宗开元年间，瞿昙悉达完成了《开元占经》。《开元占经》全书包含130多卷，其中包括一些中国古代已经失传的文本，如李淳风的作品等。《开元占经》还包括一些翻译自印度天文学的内容，例如，其中的第104卷就有公元6世纪源自印度的数理天文学方法。其中包括一些关于计算“九曜”（梵文Navagraha）位置的知识，即行星运动理论，以及太阳和月亮的经度计算方法。书中可能还有数学家阿耶波多的工作成果，中国第一次使用符号来表示数字“0”可能也是受他的影响。另外，书中还有一份间隔为3°45'的正弦函数表。由此看来，一行使用的计算方法有可能就是基于印度的三角学知识。

一行：天文学家和数学家

一行是中国古代天文学家和数学家，他于22岁时皈依佛门。在与佛教僧侣的交流中，他学习了一些印度的数学和天文学知识。公元717年，他首次被召到都城长安为皇帝服务。一行在公元721年进入太史局，负责历法改革工作。他还以改进了水运浑象而闻名。文字记载，他曾为玄宗造了一台浑象天球仪，这台仪器可以由流水带动运转，能真实地再现一天和一年中的天体运动。由于使用了类似擒纵机构的设计，它在精度上超过了以前张衡制作的浑象。不过，可惜的是，一行的水运浑象没有详细的史料记载。

图7.4 一行画像

公元721年至 725年，天文学家南宫说组织了全国范围的天文大地测量，这使一行可以对帝国的疆域进行精确的计算。这时候，一种新的修正太阳视运动的方法（日躔求盈缩法，即计算地球轨道的中心差）被用来计算太阳视运动的不规则性，这项修正值是地球的椭圆形轨道引起的。从公元724年开始，一行等人在其新编修的《大衍历》中采用了这种方法，《大衍历》也最终得以在公元727年颁行。

与此同时，另一位印度天文学家瞿昙悉达在公元729年出版了占卜学著作《开元占经》，书中介绍了一部受到印度天文学影响的历法，也就是《九执历》。

图7.5 《开元占经》中的正弦函数表格

“三角学”的字面意思就是“测量三角形的各边”，它是观测天文学和计算天文学向前发展的决定性的一步，在角度和长度的计算之间建立了联系。

古希腊人对角度的概念并不十分认同，也并没有在这方面表现天赋，以便更好地掌握这些角与边之间的关系。他们发展出了一种更为复杂的“弦”理论，即圆弧和角度之间的关系。当给定的角与一个圆弧相接时，圆弧的长度被认为近似于这个弦的长度，也就是连接弧两端线段的长度。不过，圆弧与弦之间的这种操作很快就遇到了发展瓶颈，以至于直到今天，我们仍然很难从角度的概念来理解古希腊人的三角学计算。

印度人在三角学上的创新很可能要归功于数学家阿耶波多。他的想法是使用一个比率来表示角度，而不是用弦长或者弧线来表示，这样就能通过圆的半径和对应的三角形两边形成正弦和余弦的关系。例如，使用正弦函数表和余弦函数表这两种计算表格，就能让大多数的天文计算变得像比例计算一样简单。后来，阿拉伯的一些天文学家和数学家，如公元10世纪的巴塔尼及公元13世纪的纳绥尔丁·图西等，都在这一方法的基础上发展出了三角函数方法，以至于后人常将“三角学”的发展归功于他们。

印度天文学对当时及之后的中国产生了深远的影响吗？似乎没有，因为两种文化在科学思维方式上仍然相去甚远。在中国，人们通过精确的观测，然后使用代数学等数学拟合的方式来定量描述自然规律，而印度则是依靠一些如同诗文般晦涩的文字来阐述理论的。因此，阿耶波多唯一流传下来的著作内容表述得并不清晰，如同一种编码式的语言，只有确定了文本中的每个约定含义之后，才能真正将其破译。对于每一份文本都会存在不同的解读，这使它不如中文文本那么严谨而有效，也不太容易被广泛理解和使用。

很显然，尽管唐朝的一些天文计算方法与印度的方法非常接近，但后者并没有深入影响中国的传统天文学。虽然中国天文学家在当时采用了一些新的计算方法，但中国的基本天文学理论并没有发生变化。这里可以用具体的例子来说明，例如，尽管印度像古希腊和阿拉伯一样，将圆周划分为360度，但中国古人总是遵循周天365.25度的划分方式，以保持太阳“日行一度”的传统定义。此外，印度借鉴了古巴比伦和古希腊的方法，将黄道分为十二宫，而中国则始终保持着二十八宿的传统。

唐朝是中国一个比较开放的王朝，它善于吸收和学习其他文明的科学和文化，当然，前提是它们不会对汉族的传统文化产生冲击。这一时期是世界科学史上的一个十字路口，印度的三角学与中国的数理天文学结合，形成了最早期的“科学革命”，这些知识也是现代天文学发展必不可少的基础。

中国的计量单位

中国传统的计量单位在很早之前就已经被建立起来了，中国古人以脚的长度“尺”为基本长度单位，最初这个值为20~30厘米，后来随着时间的推移，尺的长度也变长了。比这更大的单位是“步”（约6尺），而1里则为300步，约1800尺。再大些的单位是“丈”，1丈为10尺。当然，“尺”还可以继续往下细分为“寸”，1寸为1尺的十分之一。

为了满足天文学的计量要求，必须对各种单位进行严格的标准化。圭表的标准高度一致为8尺，不过在元朝曾建有更大的圭表，其高度达到40尺。角度的计量单位为“度”，这里的度是以一个完整的365.25度的圆周定义的，这个数值与回归年的天数相同。也就是说，中国古人将1度定义为太阳视运动平均1天移动的距离，所以中国古代的1度约等于现代的0.985度。

在天文学中，还有一些长度单位也被用来表示角距离或天空中天体的尺寸，例如，表示彗尾的大小所用的单位也是“丈”“尺”“寸”。通过对公元前2世纪至公元13世纪中国古代天文观测资料的分析，我们可以看出，在这种情况下，长度1尺大约对应角度1度。

路易十四与中国大地测量

1698年前后，与路易十四同时代的康熙皇帝想要对全国进行精确的天文大地测量，以便了解帝国的疆域。当时，比利时耶稣会传教士、在康熙朝廷的钦天监担任要职的安多（Antoine Thomas，1644—1709）被委托绘制一幅精确的中国地图。因此，他建议重复唐朝时一行等人当年的子午线测量，以核实不同纬度上的距离。1702年，安多在北京南城开阔的空地上竖起了圭表，通过精确地测量北极高度，得到了北京的地理纬度。他发现1纬度对应195又6/300里。于是康熙皇帝决定重新定义该值，取用整数200里，也就是说，地球一周360度对应72000里，1里被重新定义为地球周长的1/72000。

法国直到1791年才正式提议将地球周长的1/4000万，或者严格地说是“北极到赤道距离的千万分之一”，定义为米制的基本单位。法国米制测量单位的确定是在法国大革命时期完成的，但早在路易十四时期，G.D.卡西尼就发起了这项工作，J.卡西尼在1718年已经取得了初步的成果。

在当时，一些耶稣会传教士在中国的观测数据也被传回了法国科学院。在路易十四统治时期，“太阳王”路易十四和康熙大帝建立了频繁的外交往来。1685年，路易十四甚至派了一个由5名耶稣会传教士组成的“国王数学家”团队来到中国，帮助中国开展天文测量及舆图的绘制。同时，康熙年间的天文大地测量有可能也促使了法国类似测量活动的开展。

法国的子午线测量是由天文学家德朗布尔和他的助手皮埃尔·梅尚完成的，1791年，他们分别从敦刻尔克和巴塞罗那测量了长度超过1000千米的子午线弧。法国的测量活动产生了比此前中国的天文大地测量更为深远的全球影响，使得米制单位成为世界通用的长度计量单位。

1. 古代印度天文学家将日、月、五星，以及“罗睺”和“计都”合称为“九曜”，其中“罗睺”和“计都”为假想的“隐曜”，它们是由与交食的计算有关的“白道升交点”和“月亮远地点”等概念演变而来的。——译者注

2. 这些印度天文学知识出现在《开元占经》所载的《九执历》中，其序文有言：“九执历法，梵天所造，五通仙人承习传授。”《九执历》给出了一种类似正弦函数的数表，并运用了相应的正弦函数算法，其中正弦函数表被称作“月间量命”。——译者注

3. 巴塔尼（al-Battani，约858—929）是著名的阿拉伯天文学家和数学家，开展了大量的天文测量工作，发现了太阳远地点的进动，并且测量出了黄赤交角。他还改进了古希腊托勒密的天文学，用三角学取代了传统的几何计算。——译者注

4. 纳绥尔丁·图西（Nasir Al din Tusi，1201—1274）是13世纪波斯数学家和天文学家，也是中世纪著名的百科全书式的学者之一。在数学方面，他曾注释欧几里得、阿基米德、托勒密等许多古希腊学者的著作。在天文学方面，随着蒙古大军于1258年攻陷巴格达，在图西的建议下，新成立的伊尔汗国的国王旭烈兀在马拉盖城附近的山岗上建造了一座规模宏大的天文台，即马拉盖天文台。图西随后还被任命为台长，长期在此开展天文观测，并且于1272年在此完成了天文学著作《伊尔汗历》。——译者注

5. 中国古代天文学中习惯使用长度计量单位来描述角距离。——译者注

6. G. D.卡西尼全名为乔凡尼·多美尼科·卡西尼（Giovanni Domenico Cassini，1625—1712），又被称为卡西尼一世，出生于热那亚共和国的佩里纳尔多。1671年，巴黎天文台建成后，他成为该天文台的第一任台长，在此任职直到去世。——译者注

7. J. 卡西尼（Jacques Cassini，1677—1756）是G. D. 卡西尼次子，后来接替父亲担任巴黎天文台的台长，并且继续父亲生前从事的子午线弧测量工作。——译者注

第8章 宋朝的客星

宋朝的时候，整个社会发生了深刻的变化，这一时期常被人称为“中国的文艺复兴时期”。在天文学方面，出现了以苏颂为代表的一批天文学家。苏颂是一位天才科学家，他完成了包括水运仪象台等重要的发明，为后来的天文学发展打下了基础。

公元907年，唐朝灭亡，中国再次陷入了大约50年的短暂分裂时期。从960年开始，宋朝重新统一了这个分裂的国家，并将统治维系了300多年。北宋时期，工业和商业的繁荣引起了巨大的社会变革。这个时代的特点就是知识分子的活跃、佛教的衰落和儒家新古典传统的回归。得益于海上运输，贸易规模也在不断扩大，还出现了世界上最早的纸币。当时的科学进步更是引人注目，包括活字印刷术、火药、指南针（罗盘）、水磨等。此外，制图学的发展也达到了前所未有的高度。

然而，由于宋朝与西边的突厥等民族一再起冲突，加之北方的契丹人、蒙古人势力日益强大，贸易交通路线被迫重新集中到了南方，形成了新的“海上丝绸之路”。宋朝的都城位于今天的河南开封，在北方的军事压力下，这个王朝逐渐失去了中原地区的领土。1132年，大运河南端的临安（位于今浙江省杭州市）成为南宋都城。宋朝太史局的天文学家拥有相当高的创造力和活力，他们设计并制造出了许多极为复杂的仪器。

图8.1 1054年客星产生的蟹状星云。由于特别的外形，这个壮观的星云被称为蟹状星云。这张图片是1999年11月由位于智利的甚大望远镜阵列中的一架大型望远镜拍摄到的，它是1054年7月4日发生的超新星爆炸的遗迹。宋朝天文学家目睹了这次大爆炸，为我们记录了事件发生的整个过程，从而使我们能够理解大质量恒星生命终结的复杂机制

1. 甚大望远镜（Very Large Telescope，缩写为VLT）是欧洲南方天文台建造于智利帕瑞纳天文台的大型光学望远镜，由4架口径同为8.2米的望远镜组成。这4架望远镜既可以被单独使用，又可以组成光学干涉仪进行高分辨率观测。——译者注

1054年7月4日的“客星”

一个盛夏的清晨，在开封司天监的观象台上，天文学家杨维德没有错过这样的一次天象奇观。这是宋朝第四个皇帝仁宗在位时期的至和元年（1054年），农历的五月刚刚开始。就在己丑日这天，在东方的地平线上，月亮正在逐渐落下，太阳即将升起。夜晚即将结束，杨维德也准备结束这一天的天象观测任务，他望着即将迎来天明的地平线，发现了天关星附近的一种奇怪的光芒。

这种光芒如此强烈，以至于他虽然不能完全分辨这颗亮星，但可以确切地知道它的存在。强烈的光使它如同满月一样明亮，但这时还只是月初，月牙此刻应该位于地平线稍上的位置。即使在两个小时之后的黎明时分，太阳已经出现在地平线上，杨维德仍然可以看到这颗亮星，它就像金星一样。他意识到，在这个国家正在发生一件非同寻常的事情。作为一名经历过严苛的训练，且在激烈的竞争中脱颖而出的皇家天文官员，他非常清楚地知道，那些在他之前的皇家天文学家，都担负着记录这些历史天象的职责。在唐朝的时候，以及在大宋开国之初乃至在此之前的48年，都曾有这样的天象出现。杨维德断定，此时出现的这颗亮星应该是“客星”。为了确保它不是与此现象极为相似的彗星，杨维德又连续观测了几天。他发现发光点仍然处在同一个位置，一颗崭新的亮星在那里，就守在天关星附近。两个月之后，这位皇家天文学家终于写下了他对此的观测记录：

至和元年七月二十二日（1054年8月27日），守将作监致仕杨维德言：伏睹客星出现，其星上微有光彩，黄色。谨案《黄帝掌握占》云：客星不犯毕，明盛者，主国有大贤。乞付史馆，容百官称贺。诏送史馆。

——《宋会要辑稿》，卷五十二

图8.2 根据《宋会要辑稿》的记载，在宋仁宗时期，出现了一颗和金星同样耀眼的客星，它在出现后第23天，在天上仍然清晰可见

杨维德一直关注着这颗亮星，将近两年后，当它即将消失时，他再次记载了这件大事：

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。

——《宋会要辑稿》，卷五十二

1054—1056年，宋朝都城开封的观象台一直关注着这颗客星的出现与消失。《宋会要辑稿》由清朝史学家徐松于1809年编撰而成，辑自1408年出版的《永乐大典》。其他几处资料来源也证实了这一事件，如编写于1345年的《宋史》中的《天文志》，以及1317年马端临编撰的《文献通考》中的《象纬考》：

至和元年五月己丑（1054年7月4日），客星出天关东南，可数寸（约0.5度），岁馀消没。

——《文献通考》，卷二百九十四

图8.3 在中文文献中，1054—1056年观测到的超新星，其位置非常接近敦煌星图上的天关星（左图）。在欧洲星座（右图）的位置中，天关星是超新星附近唯一一颗明亮的恒星

总的来说，在当时一共有五位中国人和两位日本人或多或少地记载了这一特殊天象的细节：1054年7月4日，出现了一颗与金星一样亮的新星，它距离天关星不到1度。在近一个月的时间里，它在白天仍然可见，大约两年后才彻底消失。与彗星的记录一样，尽管关于这一天象的大量历史记载资料经过了各种抄写和汇总，但它们还是以可靠、翔实的形式被保存下来，这表明了中国古人对天象记录的重视。近一千年过去了，中国古代天文观测的高精确度和简洁性依然给我们留下了深刻的印象。在非常紧凑的几句话里，有着相当精确的日期及这个天文现象所有的细节，包括它的强度、持续时间和它在天上的精确位置，这与如今所使用的现代观测记录的形式非常相似。正是由于这些精确的中国史料，现代天文学家才得以理解宇宙中这次最壮观的天体物理现象：一颗被称为“超新星”的大质量恒星是如何死亡的。

1. 此处指1006年的骑官客星。景德三年（1006年）四月初二，司天监发现了一颗景星，并将其取名为周伯星。《宋史·天文志》记载，“周伯星见，出氐南，骑官西一度，状如半月，有芒角，煌煌然可以鉴物”，由于其形同半轮明月，亮度很高，令人目眩，人们甚至在夜间也可读书写字。这种情形持续了将近三个月，这次的周伯星被认为是超新星。——译者注

寻找“客星”

1758年，一名伟大的“彗星猎人”——法国天文学家查尔斯·梅西耶用望远镜巡视着太空，期待能观测到哈雷彗星的返回。他在金牛座中发现了一个模糊的亮点，由于这个亮点没有发生运动，所以它不是彗星。梅西耶在他整理的《梅西耶星团星云表》中，将这些容易与彗星混淆的模糊天体称作星云。金牛座中的这个亮点首先被命名为M1（梅西耶1号），但实际上这个星云在1731年时就已经被英国人约翰·贝维斯独自发现了。直到1844年，天文学家罗瑟勋爵更加细致地观察了这个亮点，因为它弯曲细丝状的细节看起来像螃蟹，所以它最终被称为“蟹状星云”。几十年后，由于第一批大型望远镜（例如美国的威尔逊山望远镜）投入使用，人们开始继续深入研究它。1921年，美国天文学家卡尔·朗普兰德（Carl Lampland，1873—1951）在洛厄尔天文台（Lowell Observatory）观测到了蟹状星云结构的变化。几周后，他在威尔逊山天文台的同事约翰·查尔斯·邓肯（John Charles Duncan，1882—1967）证实了这一观测结果。这一天体十多年来被拍摄出来的大量照片表明了它正在膨胀。同年，美国利克天文台（Lick Observatory）的一位瑞典天文学家克努特·伦德马克（Knut Lundmark，1889—1958）产生了从中国文献中寻找线索的想法。法国汉学家爱德华·毕奥（Edouard Biot，1803—1850）帮助父亲，即天文学家让-巴蒂斯特·毕奥翻译这些中文资料，最终整理出了在中国观测到的60颗新星的记录，并指出1054年的这颗“客星”非常靠近蟹状星云。

1928年，美国著名天文学家埃德温·哈勃（Edwin Hubble，1889—1953）将“客星”的日期与星云的扩张联系了起来。通过测量星云的膨胀速度，他推断，星云达到现在的大小，应该是它膨胀了大约900年的结果，这与中国史料中记载的日期非常吻合。由于不同国家和时代的人对这个天文事件在位置和时间上的观测记录都完全相符，我们几乎可以毫无疑问地得出这样的结论：1054年的“客星”和蟹状星云只是同一天文现象的两个不同阶段。最后，1968年12月27日，天体物理学家大卫·施特林（David Staelin）和爱德华·赖芬斯坦（Edward Reifenstein）公布了从该星云中心发射的周期性脉冲信号，精确到33毫秒。这次辐射来自一颗脉冲星，它只是一颗微小而紧凑的恒星，它的质量相当于太阳，但半径只有20千米。脉冲星像一个疯狂旋转的陀螺，可以以每毫秒30圈的速度旋转，它是恒星大爆炸后的遗迹。

宇宙中的一次恒星大爆炸的场景如今正在被重建：杨维德在史料中记载了超新星确切的爆炸日期；在近一千年后，天文学家在他当年记录的位置附近发现了一团星云；最后，天体物理学家在这团星云的中心发现了恒星死亡后的“致密心脏”。这三个关键因素帮助我们揭开了被称为“客星”的超新星之谜。

根据中文史料记载的位置和日期，我们可以进一步讨论这次超新星爆炸。最详细的一段文字明确地记载了这颗超新星位于金牛座的“东南”，或者蟹状星云东北1°7'。

由此看来，这里的文字说的位置很有可能是天关星相对于客星的，而不是客星相对于天关星的。另外，两颗星的角距离不是以角度单位来表示的，而是使用了长度单位“寸”（约为拇指长），1“寸”等于0.1“尺”。事实上，在这段文献中，中国古代的天文学家使用了距离单位来表示角度。对公元146年至1238年的行星位置记录的研究表明，中国古代天文上的1“尺”约等于1度。因此，几“寸”其实表示角距离小于1度，尽管这略小于如今的实际距离。不过，天关星的确是距离客星最近的明亮恒星，因为另一颗稍近的星则位于距离这里6度以上的五车。关于客星出现的确切日期，根据宋朝文献的记载，客星出现在己丑日，即7月19日。实际上，这个日期也是极为可靠的。

蟹状星云是人们理解超新星爆炸的“罗塞塔石碑”，它与文献记载十分吻合，可以被用来检验超新星的理论模型，这给我们带来了惊喜。1998年，通过星云的图像，人们又重新测量了它的膨胀速度，如果我们将这个速度视为不随时间的推移而变化的恒定值，那么反推出的爆炸时间是1130年，但这个时间却比实际情况晚。这一新发现表明，其膨胀速度并不是稳定的，而是有一个未知的加速过程，星云中心的脉冲星辐射出强烈的能量，这可能是造成膨胀加速的原因。

此外，目前的脉冲星理论使我们能够评估它们旋转速度减慢的原因，这是由它们辐射的能量决定的，这样我们就能估计它们诞生以来所经历的时间。根据这些理论可以得出，蟹状星云的脉冲星的“年龄”应该为1250~1300年，而实际上爆炸距今只有大约960年。因此，我们对中子星自转的演变过程似乎仍然知之甚少。这些差异表明，我们如今的理论尚存问题，还需得到进一步的完善。

历史总是惊人地相似。第谷·布拉赫对火星进行的精确观测帮助开普勒完善了其行星运动定律，如今，中国古代的天象观测加深了我们对超新星的认识。对于目前的天体物理学研究来说，这样翔实而精确的古代天象资料是极为难得的。除了美索不达米亚地区少量的日食记载，现在我们还没有发现具有实用价值的古希腊人或古巴比伦人的天象观测记录，而中国的天象观测记录至今还在被现代出版物大量引用。

新星和超新星

新星是指在历史上某个时期的天空中突然出现的一颗崭新的星。当然，这样的“奇观”并不表明恒星的“诞生”，只是恒星的光度突然发生变化，使得它们突然可见，而它们之前则因光度太弱，没有被人们观测到。现代天文学根据光度的不同，将“新星”和“超新星”区别开来。“新星”的亮度一般较低，这是由于致密恒星发生了热核爆炸，爆炸通常是由白矮星吸积伴星的物质造成的。“超新星”则更加明亮，它至少还可以再分为两种不同的类型。坍缩的超新星都是大质量恒星爆炸后的产物，当恒星内部由于缺乏燃料而不能产生足够的能量来支撑自己时，就会发生这场大灾变。然后，恒星在几分之一秒内剧烈地坍塌，它极其巨大的外壳聚向中心，压缩它的内核后再弹开，以每秒几千千米的速度向外猛烈喷射。在大多数情况下，爆炸后的中心只留有恒星被压缩后的致密内核（中子星或脉冲星），其周围则被大量炙热的膨胀气体（星云）包围。这些超新星来自不同的机制，要么来自白矮星的完全解体，要么来自两个白矮星的爆炸融合。

光度的剧烈变化和新星保持的可见时间，使得确定超新星的类型成为可能。爆炸发生后，这些超新星在光度变化上有着明显的差异，这是一条至关重要的信息，只能由目击者来证实，而中国古代的史料中就经常有这样的记载。

超新星不仅是一次壮观的爆炸，还是宇宙中碳、铁、铀、金等各种化学元素产生的唯一途径。所有这些元素在宇宙形成之初都不存在，它们逐渐形成于恒星的内部，并且永远聚集在那里。正是由于爆炸，这些多样性的物质才会被喷射到新星之外。地球自身就是其他恒星喷发的这些富集物质形成的，我们身边的每个原子，除了氢和氦，都来自这些已经消失的恒星。另外，爆炸在空间引起的冲击波，也有助于压缩宇宙间的物质，促使新的恒星形成。

超新星是比较罕见的天象。据估计，在我们的银河系聚集了超过1000亿颗恒星，但每一个世纪只有2~3颗恒星爆炸。即便如此，由于位置和距离的因素，它们也并非都能用肉眼看见。自从望远镜被发明，也就是说在超过400年的时间里，人们在银河系中没有观测到任何恒星的爆炸。最新发现的一颗肉眼可见的超新星SN1987A是在1987年2月被发现的，它位于邻近的大麦哲伦星云，属于一个较小的星系。

1. 查尔斯·梅西耶（Charles Messier，1730—1817）是一位法国天文学家，他最著名的成就在于制作了深空天体列表，将星云、星团和星系等天体编排了号码，这就是著名的《梅西耶星团星云表》。梅西耶制作该表的目的主要是帮助天文学家（尤其是像他这样的“彗星猎人”）区分天空中的永久性天体及短暂的视觉漫反射物体。——译者注

2. 约翰·贝维斯（John Bevis，1693—1771）是一位英国外科医生和天文学家，他最大的成就是于1731年发现了蟹状星云。——译者注

3. 罗瑟勋爵，全名为威廉·帕森思（William Parsons，1800—1867），是一位爱尔兰天文学家，在天文学研究领域有着开拓性的贡献，特别是发现和观测了螺旋星云。——译者注

4. 罗塞塔石碑原指以古希腊文字、古埃及文字和当时的通俗体文字刻上了古埃及国王托勒密五世诏书的石碑，后指解决一个谜题或困难事物的关键线索或工具。——编者注

5. 当一颗白矮星有一颗红巨星或超巨星作为伴星时，它有可能从伴星中吸积物质。这些被白矮星吸积的物质含氢丰富，聚集于白矮星表面，被重力压缩后，会造成温度上升。当温度达到热核聚变的温度时，白矮星会迅速开始热核聚变，然后抛出一些物质，同时释放大量的能量，它的亮度也会瞬间增加。——译者注

6. 超新星是大质量恒星演化到末期所发生的爆炸。它分为Ⅰ型和Ⅱ型，其中Ⅰ型可以再分为Ⅰa、Ⅰb、Ⅰc三种。一般认为Ⅰa型是白矮星吸积过多物质后坍缩成中子星，并放出大量能量造成的。这种超新星比其他的超新星暗，但比新星亮。其他类型的超新星大多是大质量恒星的内核坍缩成中子星或黑洞造成的。——译者注

古代天象记录

中国古代的天文学对现代天体物理学的贡献是巨大的，至少在过去的2000年中，中国提供了大量非常完整和准确的天象记录。1966年，两位中国天文学家——席泽宗和薄树人翻遍所有的中国古代史料，整理出了所有可能与新星和超新星现象有关的记录。这些记录有90多条，不但有1400—1700年的新星记录，也有古老的商朝甲骨上的记载。中国古代天文学家使用了一个很有诗意的术语“客星”，字面意思是“来做客的星”。当然，并非所有的“客星”都是新星或超新星。一些恒星并没有发生爆炸，但它们本身的亮度也可能会有很大的变化。另外，一些其他的天象有时也比较像新星，例如，彗星刚出现时的尾巴非常短小，它就有可能被错误地当成客星。尽管如此，中国古代的天象记录仍然是我们寻找历史上的超新星最为宝贵的资料。

尽管科学家采取了很多现代手段，但要在太空中找到这些大爆炸的遗迹并不容易。这些爆炸最初是非常壮观的，但这种可见的状态一般只会持续几个星期，最多也就几个月。然后，这些爆炸产生的气体就会迅速膨胀和冷却，即使通过望远镜也很难探测到爆炸后产生的星云。然而，由于在爆炸过程中物质被快速地喷出，形成接近光速的加速粒子，所以它们发射的不只是可见光，还有电磁波或X射线等。这些电磁波可持续数千年，可以通过射电望远镜或在大气层上方卫星上的X射线望远镜对其进行探测。天文学家从中国古代客星天象记录中已经发现超过15个这样的大爆炸遗迹，其中有不少是最近才被发现的（见表8.1）。

表8.1 现代天体物理学发现与中国客星记载的对应

① 原书为1532年，实际应为1523年。——译者注

图8.4 2004年，XMM-牛顿卫星获得的超新星遗迹G347.3-0.5星云的X射线图像。恒星爆炸的遗迹是略低于图像中心的那个亮点

图8.5 公元393年，晋朝天象记录中的一次客星现象

图8.6 2004年，根据XMM-牛顿卫星的观测和天文学家的研究，该星云可能是公元393年在尾宿位置爆炸的超新星遗迹

2004年7月，欧洲天文学家利用XMM-牛顿卫星绘制了一幅非常精确的星云图，该星云是位于天蝎座的超新星爆炸遗迹，其坐标为G347.3-0.5（见图8.4）。它与地球的距离为4000光年，从星云的膨胀速度和现在的大小来看，它仍然很年轻，形成时间大概可以追溯到1500年前。中国的史料描述了公元393年3月在这个天区发生的一次客星现象（见图8.5）。在晋朝都城建康，中国的天文学家记录道：

（孝武帝）太元十八年二月（393年2月27日至3月28日），有客星在尾中，至九月（393年10月22日至11月19日）乃灭。

——《晋书·天文志》

尾宿是四象中东方青龙的尾巴，它由天蝎座末端的九颗恒星组成，其中心距离XMM-牛顿卫星发现的G347.3-0.5星云不到1度。因此，天体物理学家在公元393年的1600多年之后再次发现的，很可能就是当时超新星爆炸所形成的星云。几个月后的2004年11月，另一组来自纳米比亚HESS（高能立体镜系统）天文台的研究人员在同一星云所在区域监测到了一个非常强的伽马射线辐射源，从而再一次证实了这一结果。研究表明，该辐射源的能量非常高，是最近一次爆炸产生的遗迹。

2006年9月，欧洲航天局XMM-牛顿卫星和美国钱德拉X射线卫星的天体物理学家研究了太空中另一个名为RCW86的辐射源。先前他们认为这团星云已经存在超过1万年，但他们在测量其确切的膨胀率后发现，这颗超新星遗迹存在的时间不超过2000年。中国古代的天文学家再一次给他们提供了一些有价值的线索。公元185年，东汉灵帝统治时期，在都城洛阳的灵台工作的一位天文官员这样记载道：

中平二年十月癸亥（185年12月7日），客星出南门中（半人马座），大如半筵，五色喜怒稍小，至后年六月消。占曰：“为兵。”至六年，司隶校尉袁绍诛灭中官，大将军部曲将吴匡攻杀车骑将军何苗，死者数千人。

——《后汉书·天文志》

这段出自《后汉书·天文志》的天象记录伴随着占星预测，但其中的天文内容，尤其是恒星的日期和位置，是相对准确的。客星位于半人马座内最明亮的两颗星附近，不过，还是多亏了XMM-牛顿卫星，因为这颗超新星的位置距离半人马座最亮的恒星（α-Cen）还不到2度。近2000年后的RCW86星云遗迹与公元185年所记录的天象事件十分吻合，而这样的事情还在持续地发生。

目前，有不少于14次中国古代新星和超新星历史事件的相关记录已经被重新发掘出来，虽然并非所有这些记录的关联性都能得到充分的证明。例如，已知最古老的超新星记录——公元前1400年左右被刻于商朝甲骨之上的一段天象记录——就被认为对应的是1980年被发现的伽马射线辐射源。

图8.7 《后汉书》中记载的公元185年半人马星座中出现“客星”（从右至左前两列）

图8.8 RCW86星云距离半人马座最亮的恒星（α-Cen）只有2度左右。这张于2011年拍摄的图像是X射线（XMM-牛顿卫星和钱德拉X射线卫星）和红外射线（WISE卫星）的数据叠加而成的。该星云是公元185年超新星的遗迹

1. 观察天文图时一般将其置于头顶仰视，故其方向与俯瞰的地图相反。——译者注

2. 欧洲航天局的XMM-牛顿卫星（又名多镜片X射线观测卫星）于1999年12月发射升空，它的名字源于X射线多镜面设计，也是为了纪念英国著名物理学家牛顿。这颗卫星装备了三架X射线望远镜，卫星飞行轨道奇异，使得望远镜可以长时间、不间断地观测深空，并因此成为迄今为止最灵敏的X射线太空望远镜。——译者注

3. 太空的高能伽马射线有时会击中地球的上层大气，形成一股发出微弱蓝光的粒子流，这就是所谓的切伦科夫辐射，它可以提供有关超新星和太空中其他爆炸的线索。2002年9月，由德国马普学会核物理研究所主持的欧美合作项目HESS天文台在纳米比亚落成，这座耗资300万美元的天文台是迄今为止最灵敏的高能伽马射线天文台。高能伽马射线非常罕见，很少能被卫星捕捉到，而该天文台的望远镜系统则成为研究超新星的有力工具。——译者注

欧洲和超新星

1543年，哥白尼的日心说理论被公布；1609年，伽利略首次用望远镜观测月球。这两件事被人们普遍认为是欧洲科学革命的关键事件。其实，1572年11月11日这一天，第谷发现了超新星，这也是欧洲科学革命开始的标志事件。实际上，哥白尼的理论在很长一段时间内都不为人知，也很难被理解，甚至有些内容还模糊不清。而伽利略对木星的卫星及金星相位变化的观察，则是在更晚一些的时候才有效地支持了哥白尼的理论。而1572年第谷超新星带来的最初震撼，动摇了始终一成不变的天空。在欧洲，人们开始第一次去揭示这种天象。1604年，开普勒又有了一次机会去描述超新星的爆炸。这也是迄今为止，我们能用肉眼看见的最后一次超新星爆炸。

第谷·布拉赫的发现

丹麦的天文学家第谷·布拉赫是第一个关注天空中出现的新星的人。1572年11月11日晚上，这位天文学家回到家，在抬头仰望仙后座时，他注意到了一些非同寻常的东西。

当我凝视天空时，我注意到了一颗新出现的奇怪的星，它超越了所有星的光辉……因为从童年时起，我就很熟悉天上所有的星。在我看来，这一片天空从来没有出现过这么亮的一颗星，即使是光芒稍弱一些的星也没有出现过。

——第谷·布拉赫《论新星》（1573年）

这颗恒星是如此明亮，以至于它在将近一个月后依然可见，然后它的亮度逐渐下降，并在一年多后消失。第谷惊呆了，于是在两部著作中对这颗星进行了非常详细的描述。第一部是《论新星》，其确切的标题是《论新星：关于一颗1572年11月新诞生的星》（De nova et nullius aeui memoria prius visa stella, iam pridem annoànato Christo 1572）。

图8.9 《论新星》

人们可以通过阅读他书中的序言来理解在当时被宗教禁锢的欧洲，这样的陈述所暗含的复杂心情：

这是不同寻常的、令人印象深刻且难以置信的。所有的哲人都知道，一颗从来没有被观测到的新恒星出现在天空中是不可能的。此外，我觉得神学家也认为这是不可能的，否则世界上的许多奇迹般的事件都可以得到解释……这就是我为什么决定要记录下一些关于这颗新星的数据，而不是去探究它的成因，以及它为何会来到这个世界。我承认，这些都是我无法确定的。

对“神学家”解释的直接引用，清楚地表明了当时来自天空和许多其他领域的事物仍然在宗教把持的专属范围之内。

欧洲一直标榜它在世界范围内的科学优势，但它却错过了1054年的超新星——这个在天文学中极为壮观的天象之一，这无疑是欧洲的烦恼。于是许多欧洲历史学家研究了各种可能的说法，希望能找到蛛丝马迹。有些人认为已经找到了欧洲人描述1054年超新星的记录，但是我们在阅读这些内容时会发现，倘若将其与中国的文献相比，现实结果是非常残酷的。可以说，欧洲关于这颗超新星记载最准确的文本只是奥登布尔格（Oudenburg）的圣彼得教堂描述的1054年4月19日教皇利奥九世（Léon Ⅸ）去世时的情况。其内容如下：

在上面提到的圣彼得教堂建造后的第二年，5月18日（1054年4月14日），即星期一的中午，利奥教皇愉悦地离开了人间。在世界上的任何地方，人们都可以看到一个非常明亮的光环，它在天空中持续出现了半个小时。（1898年）

要从这段摘录的文字中找到1054年超新星的可靠证据，的确需要一双充满自信的眼睛。书中以拉丁文给出的日期“18 Kal. Maii.feria 2”（即儒略历5月18日）是错误的，因为利奥教皇于4月19日去世，而不是4月14日。另外，这段文字对天象的描述似乎也无法与超新星直接联系起来，特别是时间的长短也与之不符。

另一种常被引用的历史文献源自一部编年史，书中叙述了当时的事情，但它显然是作于15世纪的。这部书被称为《博洛尼亚编年史》（Corpus Chronicorum Bononiensum）或《兰波纳编年史》（Cronaca Rampona），但其中也只记载了如下文字：

在1058年，……这是亨利一世（法国国王）时期。在此期间，一颗非常明亮的星在日历上第13天的夜晚出现于月亮的路径上。

——阿尔巴诺·索贝利（Albano Sorbelli），《博洛尼亚编年史》

这里提到的日期是1058年，它与实际时间存在很大的差距，而且内容被描述得非常模糊和简单，仅记载了这颗星在夜晚是可见的，而在1054年7月出现的超新星在日出前后都可见。

来自过去的天文电报

中国古代对超新星的观测内容，生动地说明了中国古代天文学家使用的方法是非常科学的。只要将这些历史记录与我们当前的方法进行比较，就足以证明这点。天体物理学家如今可以探测到很远距离之外的非常强大的超新星，有时它们也被称为“超超新星”。对于这些在遥远星系发生的天文现象，卫星可以观测到其非常短暂却极其强烈的高能伽马射线，即“伽马射线暴”。天体物理学家在每次观测到伽马射线暴之后都会通过发送“天文电报”GCN（伽马射线暴坐标定位网络）向整个天体物理学界报告，消息在几分钟或几小时内就会被发布在互联网上，以便其他的空间望远镜团队跟踪这一事件。例如，2009年2月3日10时14分，GCN第8877号电报显示了如下信息：

A. von Kienlin（马克斯普朗克研究所）代表费米伽马射线空间望远镜（FERMI卫星）团队报告：

“2009年2月2日8时19分30秒，FERMI卫星监测并找到了GRB990202。其位置为赤经268.9度、赤纬-2.5度，不确定度为2.3度……光曲线显示有单峰，其持续时间约为66秒，幂律指数为-1.31±0.06……”

在内容形式上，这份报文与中国的史料记载惊人地相似。报告简明扼要地说明了天文事件的基本要素：日期、发生时间、位置和持续时间。例如，公元前49年汉朝天文学家观测到的客星记录如下：

（汉元帝初元元年四月）客星大如瓜，色青白，在南斗第二星东，约四尺。

——《汉书·天文志》

这些记录揭示了中国古代科学思想务实和严谨的特征，也是全球范围内的真正原创。在大多数其他文明中，日期和地点的记录通常只是大概的，人们往往不会特意记载如此精确的历史事实。对于现代天文学家来说，可以直接分享一位2000年前的观测者的观测结果，这是令人震惊的。这表明，与普遍认同的观点——我们将近代科学的发展归因于其带来的新方法——相反，实际上这些方法在很早之前就已经存在于人类的历史中，只不过它们的目的有所不同罢了。当我们审视古人在诗歌、哲学、建筑或天文学等不同领域所取得的成就时，我们会被当时的人们具有的创造力，以及他们展现的能力和素质深深地打动。正如科学史家托马斯·库恩所说，与当前知识是金字塔形的累积进步这一观念相反，我们看到的似乎只是一种简单的变化，人类的创造精神是始终不变的，只是成就的形式发生了变化。

1. 《论新星》（De nova stella）出版于1573年，书中记录了第谷对一颗超新星的观测和研究结果。此星后来常被称为“第谷超新星”。该书的出版使第谷在欧洲天文学界崭露头角。——译者注

2. 在1582年10月4日之前，欧洲普遍使用的都是儒略历。当时儒略历的5月18日为现在格里高利历的1054年4月14日。——译者注

苏颂的天文钟

宋朝的天文学家不仅是眼光敏锐的观测者，随着这个时代技术的进步，他们还能设计出如今看来仍然令人惊叹的仪器，这其中最为壮观的大概就是苏颂制作的天文钟（即水运仪象台）了。根据中国古代各种历史文献的记载，由于地球的昼夜更替现象，古人曾尝试利用水钟来制造一种天体仪，即被称作“浑象”的演示仪器，以此来再现地球自东向西运动时天空的变化。至少从汉初以来，中国是唯一使用复杂的漏壶和天体仪的国家。在这两者中，一台是用于掌握时间流逝的纪时仪器，另一台是展示恒星运动的演示仪器，如果将两者结合起来，就能够制作出兼具两种功能的天文钟。根据历史文献，这一成就要先后归功于汉朝天文学家张衡、唐朝天文学家李淳风和一行。其中，一行的天文钟可以通过水流来驱动。不过遗憾的是，所有这些仪器都未被保存下来，也没有关于它们的足够详细的文献记载。

图8.10 天文钟的总体布局和内部结构图（出自《新仪象法要》）

就苏颂而言，至少他完成的著作《新仪象法要》得以保存。书中记载了不少于47幅图，对天文钟有许多具体的描述，还记录了在他指导下的整个建造过程。公元1086年，宋哲宗要求苏颂重铸一台新的浑天仪，当时苏颂身边有一支完整的技术团队，其中就有天文学家兼数学家韩公廉。他们首先制作了一个具有传动机构和动力机构的木制模型，并在完成后检查了其运行情况。天文钟最终被安装在了都城东京（今河南开封），并于1088年被呈献给皇帝。随后在1090年，他们又正式使用青铜重新铸造。1094年，就在即将完工时，苏颂撰写了《新仪象法要》来描述这座天文钟。

这座天文钟共有三层，超过12米高，非常壮观。最下面的一层为报时和动力系统，被漏刻和各种传动齿轮占据。这些齿轮驱动着一系列标记着不同时间的小雕像进行转动，用来报时。第二层有一台浑象，第三层有一台浑仪。整座天文钟结合了几项举世瞩目的技术革新，包括可以控制水轮做均匀间歇转动的类似擒纵机构的装置，还有可以驱动浑象一同转动的链传动机构。这些是关于这种机械构造已知的最古老的记载。

公元1101年，苏颂在制造完这台仪器不久后就去世了，该仪器依然被置于东京，直到这座北宋的都城在1127年被金国占领。金人对这一仪器的印象也非常深刻，下令将其完全拆解后运往金大都，显然它此后就无法被重新装上了。在南宋建立后，南宋的第一位皇帝高宗希望重造天文钟，因此向苏颂的儿子苏熹询问。尽管苏熹的父亲曾经完成了天文钟这样的杰作，但此后却无人能重造这台仪器。虽然苏颂在书中留下了翔实的记载，但这毕竟是他当年为皇帝介绍天文钟而作的，里面的许多具体细节描述过于简单，特别是在一些机械构造方面。当然，或许是为了保护其中的制造秘密，他似乎也没有记载其中的某些核心部件。尽管有这些缺点和遗憾，但汉学家李约瑟对其复杂的构造印象极为深刻，并耐心地分析和重构了这座天文钟。如今，在中国北京、中国台湾及英国伦敦都可以看到它的一些现代复原品。

苏颂：与众不同的学者

苏颂是中国古代一位与众不同的科学家，他的生平在《宋史》中有详细的记载。在宋哲宗在位期间，苏颂主要担任外交和司法方面的官职，但却在天文历法方面取得了瞩目的成就。苏颂还在公元1070年左右参与编撰了一部关于植物学和矿物学的著作（《本草图经》）。虽然与著名天文学家沈括（1031—1095）是同时代的人，苏颂仍然被选中负责天文钟的建造。在这项工程中，他搜集了许多其他方面的技术资料，例如，他的著作《新仪象法要》中就有一组特别的星图，这五幅星图呈现了整个天空。

1. 水运仪象台分为上、中、下三层，最上层设有浑仪，上有可以开闭的屋顶，中层为浑象，下层是报时系统。在报时系统中，显示和击报时刻的装置又分为五层，放在机轮之前，五层中各有木人，“第一层，时初木人左摇铃，刻至中击鼓，时正右扣钟；第二层，木人出报时初及时正；第三层，木人出报十二时中百刻；第四层，夜漏击金钲；第五层，分布木人出报夜漏箭”。此外，这三层还用同一套传动装置和一个机轮连接起来，当漏壶的水冲动机轮时，会带动浑仪、浑象、报时装置一起转动起来，设计极为精巧。——译者注

第9章 元朝的天文台

到了13世纪，唐宋之后的中国经历了北方蒙古的入侵，中国由此第一次被少数民族统治，并从蒙古帝国的扩张和对外交流中受益匪浅。也正是在这个时候，中国建立了巨大的天文台，制造了大量的天文仪器。

蒙古铁骑在13世纪统一了整个中国，他们坚信，中国不久将会被他们长期统治下去。这个行踪不定的游牧民族在草原和大漠搭起了蒙古包，这与充满了丰富多彩的诗歌和书法等优雅文化的南宋城市生活有着天壤之别。公元1203年，成吉思汗所率领的蒙古军队开始攻打西夏。自1215年起，在成吉思汗的指挥下，蒙古人征服了中国的东北和北方地区，然后入侵了花剌子模王国（今乌兹别克斯坦、土库曼斯坦和伊朗一带），并且将势力逐渐渗透至印度的西北部。成吉思汗的儿子窝阔台则于1234年征服了中国北方的所有地区，并在随后数年内将蒙古帝国的疆域扩大至俄罗斯大草原、黑海海岸及东欧大部分地区。

图9.1 登封观星台。1276年，元朝的统治者在中国“地中”竖立了四丈高表，这座保存至今的高表有12米高，太阳可以将它的影子投射到20米远的地方，它可被用于测量节气和回归年长度

新的王朝

1260年，成吉思汗的孙子忽必烈在北京以北直线距离约270千米处的开平（元上都的前身）成为大汗。1266年，他下令在原来金大都（今北京）的旧址上建造一座新城，这座城就是后来的元大都，也被称为“大汗之城”。忽必烈于1271年宣布成为中国的皇帝，这标志着一个新的王朝——元朝的到来。

这是第一个完全控制了汉族的少数民族王朝，与预期相反的是，强悍的蒙古族和后来清朝的满族一样，都毫无困难地接受了汉族的传统习俗和文化。正是因为他们使用过大量的纸币，如今的人民币上依然留有这个王朝的名字。

随着蒙古人的到来，中国的政治中心再次回到了北方。在庞大的帝国内部，随着京杭大运河的新修及“丝绸之路”的重新开通，中国与当时世界上大部分地区都保持着联系，使臣、游客、商人，以及其他官员不断地涌入北京。1275年，著名的旅行家马可·波罗对他看到的大汗宫殿感到无比惊讶，当然，他对宫殿的记载也可能是他从其他旅行者那里听说的。与此对应，中国人也从不同的贸易站出发，到达撒马尔罕或者君士坦丁堡（今伊斯坦布尔），并将中国的火药等技术传到西方。

忽必烈对科学与技术有所追求，他将很多科学家和天文学家聚集在身边，这些科学家和天文学家在促进天文学观测的发展方面发挥了惊人的作用。忽必烈统治期间，在天文学家和工程师郭守敬（1231—1316）的指导下，元朝都城建成了司天台，并造出了赤道坐标天文仪器简仪及其他多种天文观测仪器。简仪的安装和使用在很多方面都与现代的望远镜非常相似，如今，南京紫金山天文台还保存着这台仪器在1437年前后的明朝复制件。

元朝是中国天文学发展史上又一个关键时期，当忽必烈还在大都当大汗的时候，他的弟弟旭烈兀征服了波斯等地区。兄弟俩在天文方面展开了一场竞赛，中国的数学和天文学也因此受益于与波斯地区的科学交流。中国的天文学家前往波斯地区的马拉盖天文台，波斯地区的伊斯兰天文学家也在中国服务于刚建成的伊斯兰司天台。在交流中，中国人受到阿拉伯的影响，产生了建造超大型天文仪器来提高恒星观测精度的想法，这一想法同样也为几个世纪后的欧洲科学革命奠定了基础。

1. 忽必烈发明了“钞”，即纸币。他把钞票引入流通领域，使其成为财政的基础。1264年，他颁布了一条法令，规定用纸币来计算主要商品的价值。作者认为如今人民币的货币单位“元”应该与“元朝”的名称有所联系。——译者注

2. 该简仪制作于明朝正统年间，在明清时期一直被置于北京古观象台。1931年，“九一八事变”爆发，为了保护简仪、浑仪和圭表等古代天文仪器，政府将它们运往南京，这些仪器现存于紫金山天文台。——译者注

3. 旭烈兀（1217—1265）是成吉思汗之孙、拖雷之子。他与忽必烈、蒙哥和阿里不哥是兄弟，四人皆为拖雷正妻唆鲁合贴尼所生。旭烈兀率军征服中亚地区，于1258年攻占阿拉伯帝国首都，后来建立了伊尔汗国。——译者注

4. 阿拉伯天文仪器具有大型化的特点，因为阿拉伯人认为仪器的尺度越大，测量的精度越高。这样的理念后来也影响到中国的一些天文仪器，比如，有观点认为登封观星台采用四丈高表，而非此前一直沿用的八尺圭表，或许就有这方面的考虑。——译者注

四丈高表

郭守敬是中国历史上极有才华、极富创造力的科学家之一。元朝建立之初，郭守敬已经40岁了，他发现忽必烈对天文学颇为关注，于是建议对当时的历法进行改进。在过去的几个世纪里，之前使用的历法再次显示了其局限性，观测的结果和历法预报的结果出现了一些细微的差别。然而，对于一个遵循传统又具有雄心的新王朝来说，历法所产生的偏差是不能被忽视的。在如今的原子钟时代，这些历法似乎显得毫无用处，但在古代，得知一年的精确时长是至关重要的，否则随着误差的积累，即便一年的时间只偏差了一个小时，也会造成整个二十四节气前后相差一天。郭守敬熟知他的先辈一行等人的经历，一行在唐朝时曾用约两米高的圭表在帝国不同的地方进行了测影（对影子最长和最短时的长度分别进行比较），确定了影长与地理位置的关系。从影子最长的时刻到最短的时刻，再到最长的时刻，时长刚好是一年。但事实证明，使用这些小型仪器进行测量，结果并不十分理想。于是，郭守敬有了这样的想法：建造一座尺寸远远大于标准圭表的高表，按比例放大影子的长度，从而减少测量误差。这个想法虽然很简单，但并没有人尝试过，于是他开始构想建造一台超大型的天文学仪器。

1276年，郭守敬在象征帝国地理中心的登封建起了四丈高表。在那里，还有一行时期留下的子午线测量遗迹——周公测景台。郭守敬的这座高表高十余米，它其实就是一座雄伟的建筑。这座高表由两座正南朝向的塔楼组成，高表中间的顶部装有一根水平杆，高度刚好为40尺，略小于10米。每当正午太阳照射水平杆时，光线就会在地面的石圭上投射出一道影子。整台设备非常大，以至于在冬至时它的影长达到近20米。地面的石圭长度超过31米（正好为128尺），它也建在正南北的方向上，且完全与地面水平，上面还有刻度。为了保证石圭的水平，石圭圭面刻有水槽，注水后就可以判断它是否处于水平状态并加以校正。

不过，像其他许多发明家一样，郭守敬还必须面对一个他事先没有预料到的难题。在建成这座四丈高表之后，他意识到，太阳投射出的影子反而变得更加模糊。实际上，郭守敬在这里面临的是一个永恒的天文学难题，即半影的问题。由于太阳不是天空中理想的一个亮点，而是一个明亮的圆盘，太阳中心和边缘的光线都会投射出影子，这使得阴影的边缘变得模糊。当投影距离不长时，这种效果影响不大，很难被察觉到。然而，对于郭守敬这台巨型仪器来说，这无疑是一种灾难，很可能会导致他的发明失败。不过，这位中国学者还是找到了一个巧妙的解决方案，他发明了一种叫作“景符”的小装置。根据《元史》的记载，郭守敬在石圭上放置了一个用铜板制成的景符，其中心钻有一个直径为2毫米的小孔，景符可以沿着石圭移动。这样，只要将景符垂直于太阳光线，光线通过小孔，就会在石圭上投射出清晰的影子，这正是利用了小孔成像的原理。使用这样的小装置，当金属杆的投影刚好与太阳的亮斑相切时，切点就是影长的位置。

图9.2 四丈高表。登封观星台四丈高表的顶端有一根水平的金属杆，它被放置在这座建筑的高9.46米的露台上。正午时，金属杆的影子会出现在地面有刻度的石圭上

图9.3 石圭。石圭约有31米长，圭面刻有水槽，可以用于判断并校正石圭的水平状态。如今，石圭上面最初的刻度基本上都已磨损不见

图9.4 登封观星台示意图。登封观星台使我们能够精确地测量一年四季太阳投射出的影子的长度，得益于景符的发明，我们可以轻松准确地读出冬至和夏至时刻的影长

图9.5 景符是一个巧妙的装置，我们可以用它确定影子的确切位置。它由一个钻有小孔的铜板组成，利用了小孔成像的原理

这项改进使四丈高表成为一台能够精确测量影长的仪器。通过计算影子最长和最短时刻的时间间隔，郭守敬计算出回归年的长度是365.2425天，这与现代结果相比仅有23秒的误差。在1276年就能将回归年的长度精确测量出来，把误差控制在数十秒之内，这绝对是一个了不起的成就。

5个世纪以后，法国伟大的物理学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯（Pierre-Simon de Laplace，1749—1827）称赞了郭守敬的这一非凡成就及其方法的有效性。拉普拉斯利用古代中国、古希腊和阿拉伯的观测结果，证实了由于黄赤交角的变化及地球轨道的偏心率，回归年的长度不是恒定不变的，而是大约每世纪减少0.5秒。他高度评价了郭守敬的测量结果在其研究中起的重要作用：

从1277年至1280年的这些观测结果对于准确判断这个数据是相当有价值的，并且它们无可争辩地证明了，黄赤交角从那时到现在一直在减小，地球轨道的偏心率也在变化。这要归功于郭守敬，他以非凡的精度测量了1280年的冬至时刻及恒星的位置。

——皮埃尔-西蒙·拉普拉斯《宇宙体系论》（1796年）

郭守敬和他的同事们根据这些新措施，为忽必烈大汗制定了新的历法《授时历》，该历法于1281年颁行，前后被使用了360多年。《授时历》的精度相当高，这不仅是因为它基于精确的天文观测，还与它所采用的数学方法有关。为了计算太阳、月亮和行星在一年中任何时刻的位置，天文学家首次使用了三次内插法（即三次多项式），这与4个世纪之后牛顿的有限差分法非常相似。

郭守敬：中国的第谷·布拉赫

郭守敬是中国古代伟大的科学家之一，是13世纪元朝统治时期的天文学家、数学家和工程师，后来被16世纪来华的耶稣会传教士称为“中国的第谷·布拉赫”。

1266年，忽必烈下令在原来金大都的旧址上建设新的都城，郭守敬因为治水经验丰富而被朝廷召见。1276年，他被调至太史院，与王恂和张文谦等人一起负责改革历法。在登封建成四丈高表后，他又于1279年负责为太史院的司天台制造天文仪器，并陆续制造了至少15种不同的仪器，其中包括三台大型仪器，分别为浑仪、浑象和简仪。在1281年颁布的《授时历》中，郭守敬做出了非常重要的贡献，特别是在1277年7月至1280年1月期间，他通过四丈高表为《授时历》精确地测量了冬至时刻等基本天文参数。另外，根据《元史》的记载，他还使用了三次内插法，以多项式的形式计算了日月的精确位置，并且提供了一个非常精确的黄赤交角的数值。

图9.6 郭守敬画像

此外，郭守敬因解决了大都的供水问题而闻名于世。通过拦截神山（今北京昌平凤凰山）脚下的白浮泉，他成功地利用一条约30千米长的运河把水引至北京城，形成了如今仍然存在的人工湖泊昆明湖。

郭守敬的四丈高表历经岁月流逝，奇迹般地被保存了下来，它现在位于登封市东南12千米的告成镇，且依然保存完好。自从附近的少林寺建成之后，该地区名声大噪。少林寺的僧人习练扬名在外的中国武术，吸引了来自世界各地的武术爱好者。郭守敬的四丈高表曾在20世纪初期进行了一些修缮，但基本上保持了原来的布局。16世纪，德国著名的耶稣会来华传教士汤若望（Johann Adam Schall von Bell，1592—1666）在了解到郭守敬的工作后深受震撼，他将郭守敬称为“中国的第谷”。实际上，郭守敬的四丈高表是世界上已知最古老的观象台之一，也是唯一留存的保存状态完好的早期观象台。它被认为是17世纪才出现的子午线天文装置的始祖，相当于法国巴黎天文台（始建于1667年）的卡西尼大厅和意大利博洛尼亚天文台的子午线大厅（1655年）。在欧洲，直到1576年丹麦天文学家第谷·布拉赫才在他的天堡天文台使用了如此大型的仪器。

1. 《授时历》行用于1281年至1385年，随后明初的元统等人在此基础上完成了《大统历》的修订，《大统历》沿用至1644年。《授时历》和《大统历》加在一起被使用了360多年，它们是中国古代沿用时间最长的历法。——译者注

郭守敬的简仪

郭守敬是元朝太史院司天台的创始人。1279年，新的元大都刚刚建成，忽必烈就要求在此建造最为完备的天文台。同年，郭守敬、张文谦和王恂一起在大汗的宫殿外，设计了这样一座巨大的综合性天文台。里面有多座建筑，配备了一系列非常精密的仪器。

1556年，《马可·波罗游记》法文版的译者约翰·隆吉（Jehan Longis）描绘了马可·波罗来到元大都这座“大汗之城”时的情形，其中的一些内容表明马可·波罗显然不是一个天文学行家：

关于“大汗之城”的占星师，他（马可·波罗）说至少每年有5000人左右，他们由大可汗供养。他们都有一个星盘，上面刻有行星的符号、时间和全年的位置标记。

——《马可·波罗游记》法文版（1556年）

事实上，北京的第一座天文台与此前中国所有的天文台一样，汇集了各种人员——数学家、天文学家、占星家、气象学家、漏壶守护者等都在那里工作。这里的主要观测设备在史料中也被记载得非常详细，多达17件，《元史》对它们都做了具体的介绍。在设计这些仪器时，郭守敬从前辈的著作中受益匪浅，其中就包括苏颂的名著《新仪象法要》。该书通过详细的图解，分析了水运仪象台的设计构造，还绘有大型浑仪和浑象等图。不幸的是，公元1127年北宋都城东京沦陷，这些仪器也就散落遗失了。

郭守敬在元大都司天台安装的新式仪器中，至少有三台仪器的高度超过两米，它们分别是浑仪、浑象和简仪。其中最后一台仪器引起了极大的关注，因为它无疑是中国天文学中极为重要的创新之一。为了理解这一点，我们先要了解天文学家在定位和追踪恒星运动时需要面临的复杂问题。如果要确定日月和行星的位置，使用黄道坐标系是很方便的。但如果要确定恒星的位置，就更适合使用赤道坐标系，因为恒星都是沿着与天赤道平行的路径转动的。最后，在某个特定观测点观测恒星，则更适合使用地平坐标系，因为可以方便地得到它们的地平高度和方位角。同一恒星可以用三种不同的天体坐标系来定位，这就需要制造各种不同的仪器。在古希腊的传统中，人们对行星尤为感兴趣，所以通常使用黄道坐标系。阿拉伯的天文学家主要须解决圣城麦加的方位问题，因此他们倾向于使用地平坐标系。中国的天文学家则习惯使用赤道坐标系，以此来表示极点、天赤道和恒星的位置。这一点非常重要，因为赤道坐标系是迄今为止最简单的坐标系。由于赤道坐标系基于地球的绕轴运动，最适合在观测恒星时使用，因此它也是当今全世界的天文学家最常用的坐标系。

在欧洲，人们较晚才认识到赤道坐标系的优点，第一个使用这种坐标系的人是第谷·布拉赫，因为他当时面临着建造大型天文仪器的任务，不过他也并没有大范围地使用它。直到16世纪末，来华的耶稣会传教士也没能意识到赤道坐标系的巨大优势，他们仍然倾向于使用黄道坐标系。在中国古代，和其他文明一样，人们最初也试图在同一台浑仪上同时加入黄道、赤道和地平坐标系，以满足不同的观测需求。然而，无论从机械加工的角度还是从使用的角度来看，这一设计都显得过于复杂和烦琐。

因此，郭守敬发明了一种更简便的仪器，并将其命名为“简仪”。简仪由一个高5.5米、宽3.6米的青铜底架支撑，被置于大理石底座上。青铜底架上设有凹槽，注入水后，可以校验仪器是否为水平状态。简仪由4根弧形拱柱及4根辅助的直柱加固，它们起支撑仪器的作用。每根柱子上都有非常华丽的中国云龙图案的装饰。

图9.7 1437年前后明朝复制的郭守敬简仪一直留存至今，目前它被保存在南京紫金山天文台。该仪器主要包括一个位于赤道平面的“赤道环”和与之垂直的“四游环”，两者分别用于测量赤道经度和纬度坐标。在仪器的右侧、赤道坐标装置的下方，还有另一套较小的用于测量地平坐标的装置（相互垂直的“立运环”和“阴纬环”）

简仪的主体由直径为两米的一个主圆和与其同尺寸且垂直的另一个次圆组成，其中次圆可以绕赤道轴自由旋转。主圆实际上是双层圆环，由两个同心圆环组成（分别为赤道环和百刻环），圆环上面都有刻度，且两者之间可以相对自由地滑动。次圆（四游环）上也是有刻度的，其轴线上固定着一根叫“窥衡”的管子，它可以沿着圆周向各个方向转动，用以瞄准天体。由于环上皆有刻度，所以可以精确地读出在赤道经度和纬度向量上的角度。这台仪器的独创性在于，它的主体结构不是垂直的，而是非常精确地向北倾斜，即与地轴线的方向平行。主圆的转动正好补偿了观测期间地球的旋转，并可以测量天体在赤道经度上的坐标，次圆则使测量赤道纬度成为可能（见图9.8）。事实上，次圆并不是直接测量天体的赤道纬度，而是测量“去极度”，也就是赤道纬度的余角。因为在选定测量起点时，确定北极点要比选择赤道面更简单、更方便。

图9.8 郭守敬简仪示意图。该仪器被置于水平的方形底架之上。通过最上方的小圆环（“定极环”，D）瞄准极星，可以校正这台赤道仪器，使其主轴能精确地朝向南北方向。在赤道坐标装置中，“赤道环”（A）用来测量赤道经度，“窥衡”（B）用来瞄准和定位天体，“四游环”（C）用来测量赤道纬度。在仪器右边的地平坐标装置中，也有两个相互垂直的环：“阴纬环”（E）和“立运环”（F）。此外，立运环上也有一个窥衡（G）

郭守敬在两个方面有重大的创新。一方面，就像高表一样，郭守敬加大了仪器的尺寸，以达到更高的观测精度。在此之前，由于浑仪结构的复杂性，它的尺寸一般较小。另一方面，他简化了仪器的构造，使它可以非常精确地测量赤道坐标。在赤道装置北侧的下方，还有一套测量地平坐标的装置。此外，该仪器具有不同于其他文明的度量标准，例如，它使用二十八宿来划分赤道坐标，而且将1度分成100分，而不是60分。

这样的设计使得郭守敬的“简仪”与现代望远镜的赤道座架有了一致的结构，可以说，它与现代的望远镜有着惊人的相似之处。它的主体结构与最早的现代大型望远镜之一——威尔逊山天文台的胡克望远镜是相同的。简仪中用于瞄准天体以定位的是“窥衡”，虽然在望远镜中它已经被直径为2.5米的镜片替代，但整个赤道装置的布局还是一样的。直到近代，世界上所有的大型望远镜才采用这样的赤道装置布局来设计，这极大地简化了望远镜的运动，因为在夜间跟踪恒星时，只需要让望远镜绕单一的轴运动即可。不过，最近这些年，随着计算机控制技术的发展，由于地平坐标系的方位角和地平高度的相关操作比较复杂，一些巨型望远镜重新开始使用地平坐标系。在这种情况下，望远镜需要同时沿两条轴进行非常精细的运动，才能调整至准确的位置。

图9.9 威尔逊山天文台的胡克望远镜。现代的第一架望远镜是安装在地球自转轴上的赤道式仪器，这与郭守敬的简仪结构很相似。1917年，美国洛杉矶北部的威尔逊山天文台建起了第一架大型望远镜，它就是拥有直径为2.5米的镜片的胡克望远镜。该望远镜的镜片被安装在穿过赤道平面的南北方向的镜筒上

郭守敬为元大都司天台制造的仪器沿用了很长时间，但其背后也有一段曲折的历史。1368年，明军攻克了元大都，明朝取代了元朝，开国皇帝朱元璋下令将所有天文仪器搬到新的都城南京。1403年，永乐皇帝朱棣决定迁都北平，并将其改名为北京，以现在的紫禁城为中心建设了新的都城。在当时，郭守敬制作的天文仪器的命运是相当不确定的，它们并没有被全部转移至北京，其中一些原件留在了南京。不过，我们知道，1437年钦天监曾将这些仪器制成木质模型，然后把它们运至北京，按木模使用青铜重新铸造。16世纪末，当来华耶稣会传教士看到这些仪器时，它们都还被保存于北京古观象台。其中，留在南京的郭守敬简仪的明朝复制品如今仍然保存完好，且陈列于紫金山天文台。

赤基黄道仪

文艺复兴初期，在欧洲有一种叫作“赤基黄道仪”的仪器，它与郭守敬的发明有一定的相似之处。根据天文学家彼得·阿皮安在1540年前后给出的描述，它是由一个黄道基座和一个带有可移动圆盘的赤道平面组成的（见图9.10）。它的发明要归功于穆斯林天文学家贾比·伊本·艾夫拉赫（Jabir ibn Aflah，1100—1150），不过由于该仪器结构复杂，所以制作出来的尺寸一般都很小，不能将其用于实际的观测。在实际使用中，它只是能将黄道坐标和赤道坐标互相转换而已。天文学家第谷·布拉赫对这一仪器的评价也非常低，他在自己的书中写道：

另一种被称为赤基黄道仪，我认为它是由阿拉伯人或迦勒底人发明和使用的。它的圆形平面与前面的浑仪及其圆形平面具有相同的用途。我不打算制作赤基黄道仪，因为它必须有精确的尺寸，一旦自身的重量使它发生变形，问题就会非常难处理。如果有人想知道它是如何被制造出来的，可以去阅读彼得·阿皮安的著作《御用天文学》。

——第谷·布拉赫《机械学重建的天文学》（1508年）

然而，第谷是欧洲第一个放弃古希腊黄道坐标系的人，他于1585年制造了一台巨大的赤道式浑天仪，并且只使用了赤道坐标系，这很接近郭守敬的发明。

图9.10 1540年，彼得·阿皮安在《御用天文学》中提到了“赤基黄道仪”这种仪器。它是一种复杂的仪器，结合了黄道基座和赤道面，可被用于坐标转换

1. 《马可·波罗游记》的法文版于1556年出了第一版。该书由不同的书商同时印刷，目前发现了三种版本，其中一版的译者是约翰·隆吉，另两版的译者分别是文森特（Vincent Sertenas）和埃蒂安纳（Estienne Groulleau）。——译者注

2. 1127年，金人在攻占东京城后，将水运仪象台拆运至后来的金中都大兴府（今北京），但未按原貌将浑仪和其他零件重新组装。最终，“天轮赤道牙距拨轮悬象钟鼓司辰刻报天池水壶等器久皆弃毁，惟铜浑仪置之太史局候台”。——译者注

3. 在天文观测中，测定天体在天球上的位置是最基本的问题，而这就需要选择采用某个坐标系。天文学上的坐标一般都在球面上，常用的坐标系有地平坐标系、黄道坐标系、赤道坐标系。一般来说，使用黄道坐标系来测量太阳、月亮和五星的位置比较方便，因为这些天体的视觉轨道在黄道上或者在黄道附近。但如果用其测量恒星的周日视运动就会比较复杂，使用起来就不太方便了，这时赤道坐标系更为合适。——译者注

4. 主圆和次圆其实就是赤道坐标中的赤道面和赤纬平面。郭守敬的简仪主要由一台赤道经纬仪和一台地平经纬仪构成，底架上还有水平槽，并装有正方案，用于校准仪器的水平和朝向。简仪摒弃了将三种不同坐标的圆环集于一体的方法，除了废除黄道坐标环，还将地平和赤道两个坐标环分开，即分为所谓的地平经纬仪和赤道经纬仪。此外，他还废弃了浑仪中的一些圆环，在赤道装置中仅保留四游、百刻、赤道三个环，在地平装置中除了地平环，另增加了一个立运环。——译者注

5. 永乐十九年（1421年），明成祖朱棣下诏正式迁都北京。当时南京作为陪都，仍保留了一套行政机构。由于天文仪器搬运不易，所以它们留于南京钦天监被继续使用。迁都初期，因朝廷忙于建造宫殿和加固城池，并拓展北京南城，加之元太史院也被改为贡院，作为科举考试的场地，所以当时北京钦天监并无大型天文仪器，也无固定的观测台址，钦天监官员只能在齐化门（今朝阳门）附近的城墙上用肉眼观测天象。——译者注

6. 正统二年（1437年），钦天监监正皇甫仲和奏请派人到南京复制仪器木模，然后回北京校验，铸成铜仪。正统四年（1439年）十月，这批仪器正式开始铸造，正统五年（1440年）已完成了简仪、浑仪、浑象、八尺圭表等主要仪器的铸造。为了安置这些仪器，以将其用于观测，明朝廷决定新建一座观象台。《明实录》记载，“正统四年（1439年）十月丁亥，造浑天仪、璇玑玉衡、简仪。正统七年（1442年）二月壬子，造会同馆及观星台；三月戊子，以造观星台成；四月癸卯，建……钦天监……于大明门之东”。——译者注

7. 这台简仪因为1931年“九一八事变”才被运至南京加以保护，它被保存于紫金山天文台，实际上并非明朝南京钦天监旧物。——译者注

8. 彼得·阿皮安的《御用天文学》（Astronomicum Caesareum）一书最长边长近45.7厘米，书中有非常精美的彩色手绘及许多结构复杂的活页。这本书是献给神圣罗马帝国皇帝查理五世的礼物。——译者注

大汗的科学宫

蒙古人在几个世纪的时间里取得了巨大的成功，他们征服了亚欧之间的广袤区域，这使得知识和思想得到了自由的交流和传播。蒙古帝国可以说是人类历史上最庞大的帝国，它第一次将亚欧大陆彻底连接起来，疆域从中国的东北一直延伸到欧洲的多瑙河两岸。

这也是科学史上至关重要的一个时期，时至今日，它仍然被大大地低估了。它终结了两种伟大的天文学传统之间相互隔离的状态，是天文学发展中的一个重要的十字路口。从世界范围来看，中国天文学的持续发展只是一个例外。对于世界其他文明，例如古希腊文明，其中的许多知识无疑源于古埃及文明，古希腊人的大部分天文学工作甚至都是在古埃及完成的。然而，在公元2世纪，古希腊的天文学传统突然衰落了。为了解释这次衰落，人们经常将其归咎于亚历山大图书馆被焚毁，这导致许多珍贵的古希腊文献彻底消失了。不过，事实并非完全如此。基督教的出现使得古代一些哲学和科学著作，要么因为与教义冲突而消失，要么被隐藏于宗教文献中。就这样，在欧洲很长的一段历史时期内，只有亚里士多德的水晶球模型得到了保留，因为它与上帝创造的完美世界产生了共鸣。在中世纪，关于地球的球形概念甚至都在逐渐消失。中国则在将近6个世纪里，在全球范围内依然保持天文学领域的领先地位，继续探索着天空。

然而，当一个宗教对某种事物有所消除时，另一个宗教也可能会出于某种原因将其恢复。公元622年，伊斯兰教的出现使得天文学在中东地区开始了一次复兴。当然，这种复兴的目的不是讨论宇宙的起源问题，也不是讨论离奇的天象问题，而是解决某些与宗教仪式有关的具体问题。尤其是必须采用一种纯粹的阴历，以确定正常的祈祷时间，以及任何一个地方朝向圣地麦加的方向，这些问题只有在天文学中才能找到解决的办法。由于人们对这些问题的关注，产生了经常被提及的所谓的阿拉伯天文学，不过这种说法其实不恰当。它实际上只是以阿拉伯语为交流工具的天文学，但其主要贡献者则是波斯文化、叙利亚文化、安达卢西亚文化等。从8世纪到13世纪，阿拉伯语是常用的沟通语言，就像今天的英语一样。因此，仅仅因为人们用阿拉伯语进行科学交流，就将这种科学当作阿拉伯科学，这是不合适的。这就如同我们将现代科学说成英语科学或美国科学一样令人惊讶。事实上，这场出现于中东并在地中海的北非海岸迅速发展起来，然后蔓延至西班牙和南欧的科学运动，其根本动力因素是统一的伊斯兰教，可以说这是一种“伊斯兰科学”。

到了公元800年左右，一些古希腊的文献被重新发现，还被翻译成了阿拉伯文，并且被广泛地评论和修正。这些文献被当作第一手材料，但正如我们之前已经提到的那样，伊斯兰天文学有侧重于地平坐标系的传统，这有利于地平坐标系的发展。伊斯兰天文学家还广泛地使用了起源于古希腊的星盘，不过目前还没有找到这种星盘的任何原始模型。如果它确实存在过，那么也只有在伊斯兰时代，它才能得到有效的发展。星盘是根据计算尺的工作原理设计的一种扁平的装置，它通常是便携式的，体积较小，设计巧妙。星盘上的各种刻度盘能使我们将恒星在天空中的位置与其地平坐标联系起来。和六分仪一样，它测量出的恒星的地平高度也能被用来确定时间。伊斯兰教的兴起促进了意义深远的知识运动的发展，并由此催生了一个伟大的天文学流派。该流派首先在大马士革和巴格达（约820年）发展起来，然后又蔓延至其他不同地区，例如伊朗的伊斯法罕（Esfahān，约986年）和赖伊（Rayy）。苏菲、巴塔尼、比鲁尼（al-Bīrūnī）和伊本·沙提尔（ibn al-Shatir）等大名鼎鼎的天文学家不断地涌现。第一次在中国之外出现了独立发展起来且与中国天文传统并道而行的天文学。

但是，蒙古人的到来很快就打破了这种隔离。在大汗的统治下，这两种天文传统终于结合在了一起。在忽必烈统治中国的同时，他的弟弟旭烈兀从1255年开始攻打并征服了波斯，定都于位于如今的伊朗西北部的马拉盖城，它位于大不里士以南100千米处。

1256年，旭烈兀占领了位于阿拉穆特的要塞，这是什叶派的伊斯玛仪派分支尼札尔派的所在地，这个教派的成员也被称为“刺客”。在要塞中，旭烈兀抓获了著名天文学家和学者图西，他的波斯名叫纳绥尔丁·图西。图西完成了150多部波斯文和阿拉伯文著作，他还将欧几里得、阿基米德和托勒密的著作翻译成了阿拉伯文。1258年，在巴格达被攻占之后，图西成了旭烈兀的科学和占星顾问，他设法说服了大汗在马拉盖建立一座天文台，以便编撰一份可以精确计算行星位置的天文表。大量的资源被用于建造这个当时已知最大的天文学中心，尤其是那些原本被用于清真寺维修的税收也为此提供了资助。马拉盖天文台建在乌米亚湖附近的一个小山坡上，那里有一片开阔的平地。天文台四周建有围墙，里面不仅有各种天文仪器，还有一家教学中心、一家仪器厂、一座清真寺和一座图书馆，馆内收藏了4万册图书。天文台里面甚至还有一座小宫殿，它被用于迎接旭烈兀大汗。（见图9.11）

图9.11 马拉盖天文台模拟图。如今我们可以根据建筑仍然存在的地基，来假想马拉盖天文台当时的状态。天文台的主体建筑是一座15米高的塔楼，里面有一台巨大的象限仪，用于测量太阳的地平高度。此外，这里还有图书馆、工作室，甚至还有一所学校

来自“伊斯兰帝国”各地区的天文学家来到这里，创立了“马拉盖学派”，他们主要是为了寻找托勒密天文学模型的替代方案。众所周知，图西已经证明了古希腊天文学家的地心模型所采用的某些方法，如本轮的计算，都是不可行的。如今，人们认为他的著作至少在一定程度上激发了哥白尼改变地心说的模型。

马拉盖天文台的修建自1259年开始，一直持续到1262年甚至更晚。图西曾计划连续12年测量行星的位置，从而覆盖木星的会合周期（12年）。但是在1274年，他还未完成该计划就去世了。不过，图西在1272年出版了他的伟大著作《伊尔汗历》，其中的天文表在之后的很长时间内一直在被使用。

现在这座天文台只剩下建筑地基的废墟，其中有7个圆形的地基，以及一个直径为24米的主体建筑的地基。在这座主体建筑的中心，至今还有一段约1米高的石砌圆弧，中间有一条凹槽，这是建筑中的巨型象限仪诞生的地方。它的总高度超过了10米，用于测量太阳的地平高度。在正午时，太阳的光线会通过小孔投射到巨型象限仪的圆弧上。

除了一件于1288年制作的小天球仪至今还被保存在德国德累斯顿国家艺术收藏馆，马拉盖天文台的其他重要仪器皆下落不明。这件小天球仪上面有“Muwayyad-al-Din al-Urdi”的标记，它是天文学家乌尔迪（al-Urdi）的儿子的名字，他曾为图西制造了马拉盖天文台中的大多数仪器。

图9.12 马拉盖天文台的巨型象限仪遗迹。它是伊朗西北部靠近大不里士的马拉盖天文台遗址上唯一的天文仪器的遗迹，象限仪残留部分的地基是它的初始部分，其总高度约为15米

图西的马拉盖天文台与郭守敬在元大都的司天台有相似之处，它们都是巨大的综合性天文台，且都装备了一些大型的天文仪器，这就引发了两种天文文化是否曾经相互影响的疑问。这些仪器的发明是否为独立完成的，或者两者之间是否存在知识的交流和传播？又有哪些知识被哪些人传播过？通过中文史料，我们知道忽必烈和旭烈兀兄弟在中国和波斯地区之间有着密切的往来。中国天文学家曾前去参观马拉盖天文台，甚至参与了天文台的修建。作为回应，《元史》中详细地记载了天文学家札马鲁丁（Jamāl al-Din）在1267年由旭烈兀派遣至北京，给旭烈兀的哥哥忽必烈带来了新式的天文仪器。其中提到了七种不同的天文仪器，包括一台浑仪、一台天顶测量仪、两座圭表、一台天球仪、一台地球仪和一个星盘。

札马鲁丁是一位波斯伊斯兰天文学家，他曾与旭烈兀接触，并参与了马拉盖天文台的修建，后被图西取代。抵达北京后，他成为伊斯兰司天台的负责人，主持天象观测和预报活动。签名，天球仪的底座他还在秘书监工作，秘书监藏有欧几里得的著作、托勒密的《天文学大成》，以及苏菲的星图著作等，这也说明了中国和伊斯兰两大天文学流派之间的联系。这些不同的天文学流派后来形成了一种相互竞争的关系，它们共同为中国的皇帝服务。在多个世纪之后，明朝晚期的大统历科、伊斯兰历科和耶稣会的历局就曾分别参与了崇祯年间的历法改革，在天文学方面展开竞争。

图9.13 马拉盖天文台的天球仪。这台天球仪是与马拉盖天文学流派有正式联系的少数天文仪器之一，它如今被保存在德国德累斯顿国家艺术收藏馆，时间可以追溯到公元1288年。天球仪的直径只有15厘米，上面有997颗恒星分布在48个星座中。在北极附近，有参与建造天文台的天文学家乌尔迪之子的签名，天球仪的底座是17世纪加上去的

1. 尼札尔派是伊斯兰教什叶派的伊斯玛仪派分支派别之一，11世纪末形成于波斯和叙利亚地区，西方学者称其为阿萨辛派（Assassins）。该派属于以暗杀为手段的极端派别，被认为是恐怖主义的始祖。——译者注

2. 札马鲁丁来到中国之后，深得忽必烈的信任和重用。至元八年（1271年），忽必烈在上都设置伊斯兰司天台，以札马鲁丁为提点，作为天文台的最高负责人。这座天文台被用来安置札马鲁丁带来的七件西域天文仪器，不过由于这些仪器与中国传统仪器差异很大，且名称怪异，所以它们一直不被汉人天文学家了解。——译者注

3. 根据《元史·天文志》的记载，这七件仪器的西域名称和汉译名称分别为：“咱秃哈剌吉”，汉译为浑天仪（即黄道浑仪）；“咱秃朔八台”，汉译为测验周天星曜之器（即托勒密长尺）；“鲁哈麻亦渺凹只”，汉译为春秋分晷影堂；“鲁哈麻亦木思塔余”，汉译为冬夏至晷影堂；“苦来亦撒麻”，汉译为浑天图（即浑象）；“苦来亦阿儿子”，汉译为地理志（即地球仪）；“兀速都儿剌不”，汉译为定昼夜时刻之器（即星盘）。——译者注

4. 札马鲁丁又名札马剌丁。关于札马鲁丁早期的经历目前尚有争议，李约瑟曾推测他的名字为Jamāl al-Dīn ibn Muhammad al-Najiari，他来自著名的马拉盖天文台。《元史》记载，“世祖在潜邸时，有旨征回回为星学者，札马剌丁等以其艺进，未有官署”，这说明札马鲁丁来的时间较早，与参与马拉盖天文台建设的时间不符。另有资料记载，1287年札马鲁丁升任集贤院大学士中奉大夫行秘书监事，官至二品。——译者注

5. 根据《秘书监志》的记载，秘书监曾藏有一百多部数学、天文学、地理学、机械学等方面的波斯文著作，其中包括欧几里得的《几何原本》十五卷及托勒密的《天文学大成》。——译者注

有限的接触和交流

中国天文学家学习了欧几里得的几何学、托勒密的地心说体系及三角学知识等，而伊斯兰天文学家也开始意识到赤道坐标系的重要性，并且丰富了他们关于客星、彗星及中国星图方面的知识。然而，尽管中国天文学与伊斯兰天文学之间有着诸多联系，但这种联系并没有颠覆中国的天文学传统。事实上，这两派天文学家很难开展交流。伊斯兰天文学家使用地平坐标系，并将黄道十二宫分成360度；中国天文学家使用二十八宿，将一周天分为365.25度。两派即便有可能交换信息，也会保留各自的传统和方法。因此，至少从历法角度来看，伊斯兰的贡献似乎不是决定性的。1267年，札马鲁丁准备了一部历法，但它却只被使用了几年，这就是被翻译成汉文的《伊斯兰历法》。它基于伊斯兰天文表格，还包括一份中国星官与伊斯兰恒星相互对应的黄道坐标星表。但在1281年，它被著名的《授时历》取代，这还得归因于郭守敬的高表测影。郭守敬高表的使用方式也似乎表明了它是通过一种完全独立的方式被建造出来的。此外，郭守敬采用三次内插法来计算行星的位置，这有时也被认为是受到伊斯兰数学的影响。事实上，这些方法在中国早期的数学发展中就已经存在。在唐朝，人们已经开始使用简单的一次线性插值算法计算行星的位置，到宋朝已经有了二次插值的算法。到郭守敬这个时代，只是在此基础上增加到三次插值，以达到更高的精度。

另外，这一时期的许多波斯天文表都有一个所谓的“契丹历”（Chinese-Uyghur）章节，其中保留了中国的二十四节气等基本内容，但这并不意味着它会取代纯粹的伊斯兰太阴历。因此，交流虽然已经开始，但双方对彼此的贡献到底有多大，仍然很难评估。天文仪器也是如此，札马鲁丁带到北京的仪器与郭守敬的仪器设计并不完全相同。虽然它们可能有些类似，但郭守敬的仪器完全不是“阿拉伯风格”的，而是带有典型的中国特色。倘若这些仪器真的使用阿拉伯特有的黄道十二宫及度数标准，那么这必然会让后来的来华耶稣会传教士惊讶不已。

马拉盖天文台建于位于元大都的司天台之前的几年，但它的大型仪器在当时还没有被运抵中国。事实上，这两个天文台的仪器设计也是非常不同的。所以，为了测量太阳的地平高度，以及回归年和季节的长度，马拉盖的天文学家选择使用巨型象限仪，让太阳的光线经过小洞投射到象限仪的圆弧上，而郭守敬则使用四丈高表，让金属杆的影子被投射到平放在地面的石圭上。

目前仍然很难确定，中国和伊斯兰的天文学家是通过何种方式交流这些仪器的设计传统的，以及他们交流到了何种程度。伊斯兰的仪器设计传统通常是小型化，一小群科学家使用小型便携式的仪器，而中国已经拥有强大而悠久的大型天文台传统，天文台装备了大量的大型仪器。这种传统本可以影响波斯地区，然而没有确切的证据来证实这一点。

不过，这两种天文传统之间的接触和交流，无疑创造了一种模仿和协同的结果，极大地促进了天文观测。这个历史时期时常被人遗忘，但它却是非常重要的时期，它的火花点燃了世界范围内的天文学革命，塑造了新的知识。对于未来的天空探险者，北京和马拉盖的天文台将会成为标杆，并作为两座灯塔指导他们前进。它们将作为现代天文学的基石，给几个世纪后的欧洲带来深刻的变革。到13世纪末，世界发生了一些新的变化，伊斯兰教的辉煌走向消亡，而中国人也只是在停滞中简单地重复前人的成果。由于望远镜的发明，欧洲在17世纪恢复了天文学的发展，并将在这一双重遗产的基础上建立自己的天文学。波兰天文学家哥白尼从欧洲的图书印刷品中汲取了马拉盖学派的丰硕成果，他开始明确地对托勒密的体系提出疑问，并由此发展出了他的日心说。丹麦的第谷·布拉赫也可能在很大程度上受到了来自北京耶稣会传教士的书信的影响，从而改变了自己的观察手段和方法。

1. 此处可能是指契丹族学者耶律楚材（1190—1244）借鉴了伊斯兰天文学的《麻答巴历》，可惜它已经失传。——译者注

2. 没有证据表明元朝开展了《伊斯兰历法》的翻译工作，《伊斯兰历法》是在明朝洪武十八年左右由西域天文学家马沙亦黑等人完成翻译的。——译者注

3. 美国学者席文（Nathan Sivin）认为，中国天文学家和伊斯兰天文学家之间缺乏交流，可能是因为受到蒙古族统治者的治理政策的影响，这些政策是为了防止不同族群彼此交换信息，从而联合起来反抗他们的统治，所以他们既要保留知识来源的多样性，又要阻止这些知识之间的合作和交流。具体参见《科学史方法论讲演录》。——译者注

4. 例如，阿拉伯的《伊尔汗历》中就有一个章节介绍了中国历法的基本内容，有研究表明这些内容可能与金朝的《重修大明历》有所关联。——译者注

第10章 日食的天意

明朝统治者建立了一个强大的帝国，使其能够组织规模庞大的船队去探索世界。这时的中国逐步放开海禁，加大了对外贸易的规模，同时开始允许欧洲耶稣会传教士来华传教。这些欧洲的传教士将与中国的传统天文学家在日食预报方面展开旷日持久的较量。

图10.1 北京古观象台。它位于北京市区的长安街上，紧挨着北京的明朝城墙。该观象台高约14米，建于1442年的明朝初期，位置在1279年建立的元朝太史院司天台稍南的地方。这张照片摄于1989年，当时古观象台还没有被如今的这些摩天大楼包围。古观象台上有许多明清时期的青铜天文仪器，它们属于中国现存最早的一批天文仪器

1368年，明朝开国皇帝朱元璋攻占了元大都，新建立的明朝取代了之前的元朝。针对元朝的起义开始于1351年，但直到1387年，朱元璋才最终统一了整个中国。朱元璋将明朝的都城建在了南京，但他的儿子永乐皇帝朱棣却在1403年决定迁都北京。朱棣在北京重新修建了宫殿，这就是如今我们熟悉的紫禁城。在这一时期，中国与世界的联系也进一步加强，大规模的航海活动开始逐步展开。从1405年到1433年，在皇帝的支持下，郑和率领一支由几百艘船组成的庞大船队七次下西洋。一个世纪后，由于欧洲的海上扩张，葡萄牙、西班牙和荷兰等国也与中国建立了贸易往来，中国和欧洲在这个时候开始了密切的科学与技术交流。到17世纪，随着耶稣会传教士的到来，欧洲文艺复兴时期的科学和中国古代传统科学和文化将发生一次直接的碰撞。

从科学发展的角度来说，明朝是一个相对停滞的时期。在此期间，古老的知识似乎被遗忘和忽略了。1644年，清军入关，一个新的王朝——清朝正式登上了中国的历史舞台，这也是中国古代的最后一个王朝。这些统治者并不单纯地依赖汉人，最初，他们在一定程度上也受到了耶稣会传教士的影响，特别是在天文学和数学领域。另外，这次中西碰撞将在中国留下深刻的欧洲基督教影响的烙印，并将导致一种可怕的误解，而这种误解至今还影响着欧洲人对中国的看法。

这时的欧洲正处于一个关键时期，在短短的几十年间，欧洲爆发了以哥白尼的日心说、第谷·布拉赫的天文观测成果，以及伽利略和开普勒的新发现为代表的科学革命。欧洲的传教士尝试将这些知识引入中国，中国的皇帝也对他们的天文学相当感兴趣，甚至任命他们为钦天监的管理者。这也造成了欧洲人对中国传统科学与文化的傲慢态度，他们不懂得理解和欣赏中国曾经的辉煌成就，对中国传统知识产生了严重的偏见和贬低之意，这种看法一直持续到今天。

1. 明朝在北京建造的观象台位于长安街建国门的西南角，现称“北京古观象台”。观象台始建于明朝正统七年（1442年），最初被称作“观星台”，后又被改称为“观象台”，属于明朝钦天监。此观象台后来被沿用，至1929年止，它被用于天文观测近500年。——译者注

耶稣会的交食预报

崇祯二年五月初一（1629年6月21日），明朝的钦天监官员遇到了大麻烦。他们根据中国传统历法《大统历》预报，这一天将会发生日食，然而这次他们失误了。于是，皇帝下令让三组不同背景的天文学家在日食和月食预报方面展开较量，以判断各自的优劣。这对皇帝来说是至关重要的，因为他的职责是保证上天的和谐，以及对重要天象的有效掌控。与大统历科和伊斯兰历科一起竞争的是大臣徐光启领导的历局（也称“西局”）。徐光启还是一位皈依天主教的中国教徒，他受到利玛窦（Matteo Ricci，1552—1610）的洗礼入教，教名为保禄。

1601年，在意大利的耶稣会传教士利玛窦第一次来到北京时，耶稣会已经成立了60余年。随着欧洲的大航海接近尾声，欧洲的教会意识到，似乎有必要将天主教的教义带到世界的每一个角落。从拉丁美洲到非洲，再到亚洲，耶稣会传教士承担起了这个使命，他们向当地的民众传播福音，告诉他们应该接受基督教的信仰。从这时起，他们不断地向其他民族传播具有欧洲特色的世界观，包括其文化和信仰。利玛窦是第一位来华的耶稣会传教士，随后耶稣会传教士在中国的传教事业取得了一定的进展。但事实上，与美洲和非洲不同，耶稣会在中国必须面对一个延续千年的文明，这个文明从西方吸纳了许多元素，但在宗教方面却相对保守。

不过，耶稣会传教士的运气着实不错。1609年，当他们陆续到达中国时，欧洲正在进行自然科学革命。这一年，伽利略使用望远镜首次观测了月球，证明了月球表面的沟壑山谷与地球表面非常相似。几个月后，他又发现了木星的卫星，这些围绕木星的卫星也都是行星绕太阳运动的有力证据，这间接表明了地球不是宇宙的中心。同样在1609年，开普勒出版了他的《新天文学》。在这部著作中，他通过两个定律提出了他著名的假说，以解释行星的运动，特别是关于火星的不规则视运动。开普勒由此得出，行星的轨道不是圆的，而是椭圆的。这些发现无疑对已经盛行近两千年的托勒密天文学体系有所颠覆，水晶球模型遭到了彻底的否定，因为宇宙不再由几何上完美的圆形天球构成，也不再以静止的地球为中心。

耶稣会传教士无法立即终结这样一个时代，因为教会不会允许他们对上帝所创造的完美世界秩序和教义产生任何怀疑。耶稣会传教士还将继续宣扬长期占主导地位的托勒密宇宙模型和第谷宇宙模型，他们仍然被禁止宣传日心说。

1609年给欧洲带来的不仅是在神学和宇宙论方面的影响，还有实用性的成果。开普勒除了提出他的行星运动定律，由于当时的计算技术有限，他还完成了最新的天文算表——《鲁道夫天文表》，这很快会给耶稣会传教士带来很大的帮助。这些天文算表是在1623年完成的，但由于开普勒与第谷的家庭成员有冲突，它们最终于1627年才正式出版。

图10.2这幅版画出自1735年出版的《中华帝国全志》一书，其内容基于耶稣会传教士在中国的通信。上面三人从左至右分别是：利玛窦、汤若望和南怀仁（Ferdinand Verbiest,1623—1688），下面是徐光启及其孙女

《鲁道夫天文表》：耶稣会的秘密武器

开普勒接替丹麦天文学家第谷·布拉赫，继续为神圣罗马帝国皇帝鲁道夫二世工作。他利用第谷获得的观测数据，经过多年的努力，终于在1627年出版了《鲁道夫天文表》。通过书中一系列的算表，人们可以确定行星的位置，并且明显地提高计算的精确度，这是一种革命性的数学工具。开普勒还在书中第一次使用了对数，这是在那之前几年刚由苏格兰人纳皮尔（John Napier，1550—1617）发明的。这种特殊的数学运算方法使计算非常大的数字变得更加容易，它将极大地简化天文学计算。此外，在数字计算器被发明之前，也正是对数的发明使得进行复杂的计算成为可能。直到50年前，所有的工程师每天都还在使用著名的布瓦尔和拉蒂尼对数表。

比起天文学的知识，对数的发明和这些高效的计算方法更能确保耶稣会在中国的成功。但是这个秘密武器过了很久才传入中国，德国耶稣会传教士邓玉函（Johann Schreck，1576—1630）在其中发挥了重要作用。他在这个过程中也遇到了一些困难，这是耶稣会传教士在欧洲科学中的复杂地位造成的。邓玉函曾在帕多瓦大学学习，这使他得以接触伽利略。邓玉函其实是一位颇有医术的植物学家，而不是天文学家。当他面对日食问题时，他自然就想到了伽利略这位朋友并多次向他求助，但都没有成功。1616年，天主教徒伽利略被宗教法庭传唤，教会的宗教法庭指责他将哥白尼的理论当作事实，而不是当成一种假说。由于担心因传播与教义相反的知识而再次受到指责，伽利略并没有对他的德国朋友邓玉函的要求做出回应。当然，更深层的担忧还包括，就在十几年前的1600年，布鲁诺已经因此在罗马鲜花广场被施以火刑而殉难。邓玉函转而求助新教徒开普勒，开普勒立即同意将他的天文算表通过前往澳门的波兰耶稣会传教士卜弥格（Michal Boym，1612—1659）交给邓玉函。不幸的是，当时正在爆发三十年战争，整个欧洲四分五裂，这些天文表格很难被送到中国。直到1647年，也就是邓玉函死后17年，这一计划才取得成功。有意思的是，正是新教徒开普勒的支持使天主教的耶稣会传教士在中国意外地取得了科学上的成功。

开普勒的《鲁道夫天文表》采用了约翰·纳皮尔发明的对数，特别是接纳了英国数学家亨利·布里格斯（Henry Briggs，1561—1630）发明的一种更简单的形式，利用它能够得到小数点后14位的三角正弦和正切表。这种新的计算能力对中国人来说是全新的，它特别适用于天文学的计算。不过，对于1629年的那次日食，耶稣会的优势还不是决定性的，因为开普勒的天文算表还没有到达中国。预报日食首先需要一种能够非常精确地计算太阳和月球位置的历算方法。这样的历算方法是以严格的观察和经过不断调整的计算手段为基础的，这使得我们能够预测未来的天象。这种方法不需要特别的几何模型就可以使用，中国的天文学家很早就已经建立了非常有效的历法，他们并不受几何模型的限制，只需借助代数公式就能在日食的预报上取得成功。

图10.3 开普勒的《鲁道夫天文表》出版于1627年。右侧显示了如何使用对数计算土星、木星、火星和金星这些行星的位置

1629年6月21日这天中午发生了日食，太阳位于天空正中。那一天的日食并不是日全食。大统历科、伊斯兰历科和耶稣会三方被同时召来预报日食发生的时刻和食分大小，竞争非常激烈。中国的大统历科在这次日食发生时间的预报上只有一分钟的误差，耶稣会传教士的预报时间早了十多分钟，伊斯兰历科的预报则更不准确，几乎差了一个小时。不过，耶稣会传教士在食分的预报上却最为准确，他们估计月球覆盖太阳的比例为16%，实际结果是20%，但中国的大统历科的预报为32%。由此看来，由徐光启领导的耶稣会传教士在这次日食预报中做得还是很不错的。这场没有真正赢家的天文竞赛仍然给耶稣会带来了一些好处。由于崇祯皇帝对这些新的西方知识印象深刻，他决定设立一家新的天文机构，并任命徐光启为负责人，与大统历科和伊斯兰历科一起独立开展历法改革工作。终于，皇帝第一次承认了来自西方传教士的知识，他们为了获取皇帝对传教的支持，以及对建造教堂的批准，已经等待了相当长的时间。

图10.4 比利时耶稣会传教士费迪南德·维比斯特的肖像，他的中文名叫南怀仁。1666年，他接替汤若望，担任了北京钦天监的监正

这次事件让耶稣会传教士认识到了科学的重要性，尤其是天文学在中国可能是比神学更有效的工具。著名的耶稣会传教士南怀仁在几年后总结了这一情形，他用拉丁文写下了这样的话：“Imo ipsa sacra religio stelliferam astronomiae pallam passim induta。”（在天文学的帮助之下，我们神圣的传教事业更加一帆风顺。）

事实上，1629年的日食使得中国开始逐步向传教士开放，皇帝下令，命天主教的皈依者徐光启负责主持历法的改革。徐光启得到德国耶稣会传教士邓玉函的协助，后者也是较早将天文望远镜介绍到中国的人。1630年，邓玉函死后，德国耶稣会传教士汤若望及他的意大利同事罗雅谷（Giacomo Rho，1593—1638）接替了他，继续进行历法改革工作。与前任相比，汤若望在澳门时就已经写了一部关于望远镜的书《远镜说》，可以说，他有着更高的天文学造诣。接下来，他与徐光启一起合作，他们不但开展了历法改革，而且翻译了一整套真正介绍欧洲数学和天文学知识的巨著，汤若望还在许多中国助手的帮助下对该书进行了中文润色。这套书令人震撼，它共由135卷组成（另有图1摺，星屏1架，合计137卷），从编撰到正式雕版印刷，前后花费了5年。然而，在这套书完成之前，徐光启在1633年就过世了。1635年，这套书最终被进呈给崇祯皇帝，并被命名为《崇祯历书》，但是崇祯皇帝一直犹豫是否要颁行这部新的历法。直到1644年，中国发生了重大的政治动荡后，耶稣会传教士的改历活动才最终得到了皇帝的认可。

图10.5 德国耶稣会传教士约翰·亚当·沙尔·冯·贝尔，中文名为汤若望。1635年，他参与了明朝末年的崇祯改历，但新的历法最终到1645年的清朝才被正式颁行

1. 三种不同的背景是指钦天监的大统历科、伊斯兰历科，以及新成立的以耶稣会传教士为主力、试图采用西洋历法的历局。——译者注

2. 《新天文学》又名《论火星的运动》，该书虽然主要讨论火星的运动，但其中的定律同样适用于其他行星及月球的运动。——译者注

3. 《中华帝国全志》（Description géographique, historique, chronologique,politique, et physique de l’empire de la Chine et de la Tartarie chinoise）作者为让-巴普蒂斯特·杜赫德（Jean-Baptiste Du Halde，1674—1743），他是法国 神父，也是著名的汉学家。——译者注

4. 该对数表第1版由卡米耶·布瓦尔（Camille Bouvart）和阿尔弗雷德·拉蒂尼（Alfred Ratinet）两人于1905年出版，到1980年已经出版了74版。——译者注

5. 实际上，邓玉函的天文学水平高于汤若望。1611年，邓玉函因为在医学、天文学和植物学等领域学识卓著，被由贵族费德里科·塞西（Federico Cesi）创建的猞猁科学院吸收为第七位院士，这仅仅比伽利略晚了几天。该荣誉是当时一流科学家才能获得的殊荣，由此可见，邓玉函的学术造诣非同一般。——译者注

6. 《崇祯历书》的成书历史极为复杂，该书前后至少经历了五次进呈。——译者注

“历狱”的灾难

1644年6月6日，清军占领了北京城，结束了近300年的明朝统治。但与13世纪的蒙古族一样，他们也开始遵循汉人传统。当时清朝的顺治皇帝只有5岁，在北京的天坛举行祭天仪式后，他正式登基为“天子”。因顺治皇帝年幼，大权实际上由摄政王多尔衮独揽。对于耶稣会传教士来说，最紧迫的事就是如何赢得新统治者的信任，天文学由此成了一座很好的桥梁。与所有其他朝代一样，这个新帝国要想承袭正统，就需要一部权威的历法。在清军进入北京后，汤若望奇迹般地保住了藏在耶稣会天主教堂的珍贵的历法书。然后，他将明朝的《崇祯历书》稍做修订，并更名为《西洋新法历书》，然后将其进呈给清廷。

一开始，清廷对耶稣会传教士存有好感，并从中受益。但这些中国的新统治者对他们刚刚建立的政权是缺乏信心的，他们对汉人强加了一些非常苛刻的规定，比如蓄发留辫。他们也担心天象会被别有用心的人曲解利用，于是开始求助于正在中国传教的耶稣会传教士。1645年，汤若望承担起了钦天监的“治理历法”工作。钦天监是礼部的下属部门，虽然钦天监监正只是一个正五品的官职，但这却是第一次由一个外国的耶稣会传教士来负责中国的天文机构，不得不说，这是个奇迹。在这位耶稣会传教士的努力下，基于欧洲天文学知识的西洋历法被命名为《时宪历》，并得以正式颁行。顺治皇帝甚至下诏，要求钦天监的所有官员改为学习西方天文学知识。

图10.6 明朝的朝廷等级制度结构图。这张图源自葡萄牙耶稣会传教士安文思（Gabrielde Magalhaes，1609—1677）于1649年完成的一部作品。天文机构钦天监常被耶稣会传教士误称为“数学宫廷”，它是位居第三层级的衙门，主要负责与天文相关的活动

不过这种融洽的关系只是短暂的，顺治皇帝在24岁时就驾崩了，他的继任者康熙皇帝在登基时只有7岁。康熙在位长达60多年，从1661年一直到1722年，他与路易十四几乎是同一时代的人。虽然钦天监的官员大多对西洋历法颇有好感，但也有一些保守的天文学家对此怨声载道，他们对汤若望把持钦天监事务特别反感。于是，他们越来越迫切地要求朝廷免去传教士在钦天监的职务，反对把历法这种与政权息息相关的事务交给外国人负责。他们还反对传教士对年轻的皇帝间接地施加影响。终于，他们利用传教士的一次失误，开始攻击耶稣会的声誉。

汤若望因将新历法取名为“西洋新法”而遭到攻击，因为“西洋”这个词挑起了中国人敏感的神经。他们或许能够接受传教士使用的历法，并承认这是“新法”，但他们无论如何也不情愿将其与“西方”联系起来。汤若望很清楚这一点，因为他曾在信中写道，“西洋”这个词并不被大多数中国人接受，而且皇帝也从未强调“新法”这个词。虽然“西洋”这个词容易被曲解，但为了增加耶稣会的影响力，汤若望还是坚持强调“西洋新法”的合法性。

更为严重的是，一些钦天监的官员接受洗礼，加入了天主教，他们因为朝代的更迭而更加肆无忌惮地批评中国的传统文化，并且认为会得到满族人的支持。1664年，在汤若望的支持下，加入天主教的天文学家李祖白出版了一本书，书中认为基督教是最古老、最完美的宗教。根据他的说法，中国人的祖先甚至就是亚当的后裔。

这对耶稣会的反对者来说是个良机，杨光先借机向皇帝和礼部呈上《请诛邪教状》，并在一本名为《不得已》的著作中对耶稣会进行了批判和攻击。汤若望只是在自己的著作中说亚当和夏娃是人类的祖先，他并没有刻意强调世界上所有人都是他们两人的后代，但李祖白却指出中华民族的祖先伏羲是天主教之子孙。就这样，中国古代的皇帝、圣贤和哲学家一下子都成了“异教”的后代，中国的传统经典和圣人的理论也成了“异教”思想。杨光先等反对者如何能容忍这些诽谤呢？难道这是要让大清的子民改从“邪教”，背弃祖先和先圣吗？这分明就是邪说惑众、蓄谋造反。

耶稣会传教士在中国的地位与其宣扬基督教的愿望和能力之间存在差距，这件事的后果越发严重，因为很多人认为传教士非但不尊重中国的传统与文化，还公然表现傲慢的态度，这势必会给帝国带来大麻烦。这一次，还没有亲政的年轻皇帝康熙对这些涉嫌谋反的言论非常敏感，为了回应杨光先的指控，1664年9月，他下旨查办汤若望、南怀仁等在北京的耶稣会传教士。在长达数月的案件审理过程中，杨光先不断地指责传教士煽动叛乱、传播邪教、故意传授错误的天文理论等。最终的结果是这些传教士被判处死刑，不过幸运的是，一次日食的发生挽救了他们的性命。

1. 后来杨光先对此反驳道：“夫《时宪历》者，大清之历，非西洋之历也；钦若之官，大清之官，非西洋之官也。以大清之官，治大清之历，其于历面之上宜书‘奏准印造时宪历日’，颁行天下，始为尊皇上而大一统。今书上传‘依西洋新法’五字，是暗窃正朔之权以予西洋，而明谓大清奉西洋之正朔也，其罪岂止无将已乎？”——译者注

2. 杨光先在《不得已》中写道：“若望之为书也，曰男女各一，以为人类之初祖，未敢斥言覆载之内，尽是其教之子孙，君子直以妄目之而已矣。祖白之为书也，尽我大清而如德亚之矣，尽我大清及古先圣帝圣师圣臣而邪教苗裔之矣，尽我历代先圣之圣经贤传，而邪教之绪余之矣，岂止于妄而已哉？实欲挟大清之人，尽叛大清而从邪教，是率天下无君无父也。”——译者注

日食和地震

1665年1月16日是农历初一甲辰日，根据预报，这一天可能会发生日食。钦天监不同部门的天文学家再次展开了竞争，纷纷上报了他们的预报结果，其中也包括了在监狱里的这些耶稣会传教士。当时，已经72岁的汤若望因为心脏病发作，身体非常虚弱，代替他参与这场新的天文学之战的，是年轻的耶稣会传教士南怀仁。他认为这次竞争对他们的命运至关重要，于是他拿出了最新的武器——开普勒的《鲁道夫天文表》。这次日环食在稍晚的时刻终于出现了，月球的阴影只遮住了太阳的中间部分，环食过程持续了7.5分钟。通过将观测结果与不同的预报比较，这一次耶稣会传教士几乎完美地预测了日食发生的时刻，而杨光先的误差有15分钟，负责采用伊斯兰历法进行预报的吴明炫也有30多分钟的误差。

可以肯定，这次事件是一个重要的转折点，耶稣会传教士对这次日食的预测比中国的传统天文学家更为精确，我们能相信他们吗？我们是否应该无视和放弃“西洋人”的这些本领呢？尽管进行了多次审讯，几个月后，这些耶稣会传教士还是被判有罪，并被判处死刑，尤其是因为他们在选择顺治帝之子荣亲王的葬期时，误用了洪范五行等内容。然而，1665年4月16日，北京发生了地震，这被认为是一个相当坏的迹象，于是朝廷下旨大赦天下。当时，汤若望和南怀仁两名西方耶稣会传教士被释放，然而汤若望的门徒和合作者——包括李祖白在内的5名中国的耶稣会信徒依然被处决。

在这一阶段的天文学争斗中，耶稣会传教士明显处于劣势，而杨光先从中获益最多，他声称“宁可使中夏无好历法，不可使中夏有西洋人”。钦天监的监正顺理成章地开始由杨光先担任，而不是继续由那些不懂得尊重中国文化的西洋耶稣会传教士来担任。不过，杨光先的天文学水平真的很一般，接下来发生的一些事使得胜利的天平开始倾向耶稣会传教士这一边。1667年，14岁的康熙皇帝开始亲政，并逐渐掌握了权力。为了稳固自己的统治，他希望对历法做一些改进。当得知历法屡次出现严重的错误后，康熙下令在中国传统历法和西洋历法之间再次开展竞争，竞争的内容包括预测一根8尺长的圭表在特定某一天正午的影子的长短，以及推算太阳和行星的具体位置。当比试结束后，南怀仁明显胜出，他顺利地夺回了钦天监监正的职位，一场危机终于过去了。南怀仁为了满足这位年轻皇帝的好奇心，甚至会经常教授皇帝欧洲的数学知识。不过，传教士的职责范围也被限制在仅为宫廷服务，以及完成皇帝交代的其他任务，这其中就有让南怀仁负责为北京古观象台铸造新的西式天文仪器。

北京古观象台

北京古观象台位于长安街上，这座建于1442年明朝初期的古观象台如今却被高楼大厦包围着。尽管历经沧桑，它还是得以保存至今，但明朝铸造的那些天文仪器如今已经不在台上了。可以说，北京古观象台充满了曲折和传奇的历史。

这座天文台原名“观星台”，它原本紧挨着明朝城墙，在如今的建国门附近。古观象台的台高有14米之多，它是一座气势雄伟的方形建筑，让人联想起登封的观星台。事实上，这座建于15世纪的天文台的台上面积超过500平方米，且拥有数量可观的天文仪器，它也是保存至今的最古老的皇家天文台之一。

图10.7 1669—1673年由耶稣会传教士南怀仁负责重新修建的北京古观象台的台上部分的版画。可以看到，六台西式天文仪器已经取代了此前的中国传统天文仪器。在南怀仁的指导下，这些西式天文仪器仿照第谷·布拉赫的仪器设计（版画摘自1735年出版的《中华帝国全志》一书）

图10.8 1925年拍摄的北京古观象台的照片，可以发现它与200多年前的布局差别不是太大

我们知道，北京古观象台在刚建成时使用的是元朝设计的天文仪器，例如郭守敬的简仪。在北京和南京分别设立的两个天文台中，明朝显然小心翼翼地保存了这些在元朝就已被使用的仪器，并将它们详细地记载在《元史》当中。天文台最初至少有8台仪器，包括一座圭表、一台浑仪和一台浑象。甚至在耶稣会传教士到天文台服务之前，这些明朝的仪器就给来华的利玛窦留下了深刻的印象。1600年，当利玛窦在南京见到它们时，他这样写道：

（在山顶）……我们看到他们在这里安装了金属铸成的天文仪器，其规模和设计的精美程度，都远远超过了我们在欧洲所能看到的类似东西。这些仪器虽经受了近二百五十年的雨雪和天气变化的考验，却毫发无损地保持了它们原有的光彩。

——金尼阁《利玛窦中国札记》，卷四第五章（1616年）

这些传统的中国仪器具有非常独特的特点，而耶稣会传教士对此却完全不了解。其中一个特点就是，它们的赤道圈是依据太阳的视运动划分的，即划分为365.25度，对应的每日太阳的平均视运动为1度，这与欧洲采用360度的六十进制的西方传统相斥。当然，这种对赤道的划分方式让那些接受过古希腊天文学传统训练、习惯了黄道坐标系的传教士迷惑不解。同时，中国的天文学家将1度划分为100分，而不是60分，这也让传教士感到十分困惑。毫无疑问，利玛窦确信了这些缺点。一旦他不再对它们感到惊奇，他就这样记录道：“北京有一座中国数学家的学院（即钦天监），南京也有一座，它们之所以闻名，只是由于其辉煌的建筑，而不是天文学家的学问。因为他们不具备太多的学识，更没有任何科学上的造诣。他们不过是依据前人的方法不停地修订节气和历书而已。”

图10.9 目前在北京古观象台上能看到的仪器，大多是1673年南怀仁根据第谷·布拉赫的仪器样式，并结合中国的风格铸造出来的。图中的这台青铜象限仪用于测量恒星的方位角和地平高度

图10.10 欧洲版画中的象限仪，它是南怀仁设计的那台象限仪的原型，源自第谷·布拉赫的著作《机械学重建的天文学》

当康熙皇帝要求南怀仁改进天文仪器时，南怀仁并没有费劲地去了解中国传统仪器的特性，而是简单地抛弃了现有的仪器，改为采用他认为更合适的西式仪器。这些仪器很有可能借鉴了第谷·布拉赫在其著作《机械学重建的天文学》中的设计。

由于中国工匠高超的铸造技术和艺术水准，这些青铜仪器还被加上了精美的装饰。南怀仁负责制造的六台新仪器，即赤道经纬仪、黄道经纬仪、地平经仪、象限仪、纪限仪和天体仪至今保存良好。1674年，南怀仁在制作这些仪器的基础上，出版了著作《灵台仪象志》。他在书中对它们分别进行了详细说明，并强调了它们与传统的中国仪器相比所取得的显著进步。其中，他还使用了以对角线比例进行读数的装置，这种装置可以更精确地读取仪器上的坐标数据。

与此同时，正如李约瑟所指出的那样，南怀仁移除了中国传统的赤道仪器，更多地使用了欧洲的黄道仪器，从而让中国的天文学重新回到几百年前的状态，中国人的这项创新（赤道坐标仪器）却因欧洲近代科学的飞速发展而被人遗忘。另外，南怀仁还尽其所能地对北京古观象台的仪器进行了完善，但这些只不过是比欧洲晚了一个世纪的第谷·布拉赫式仪器。由于来华耶稣会传教士长期远离欧洲，与欧洲本土的交流并不顺畅，而且他们的主要职业为传教士，不是专业的天文学家，所以他们在天文学方面的水平也是比较有限的，他们介绍到中国的天文学知识，大多是欧洲的一些过时的内容。

图10.11 1673年南怀仁为北京古观象台建造的天体仪。南怀仁还在《灵台仪象志》一书中详细地描述了它的构造，并绘制了这台天体仪的版画

图10.12 图10.11中天体仪的版画

北京古观象台仪器的传奇历史

北京古观象台的中国传统仪器最后都去哪里了？它们的命运一直很曲折。一些耶稣会传教士后来声称，它们被存放于观象台的库房中。然而，有些仪器最终在18世纪初期至中期被后续来此工作的耶稣会传教士销毁了，目的是确保西洋天文学在这里的主导地位。

1713—1754年，先是耶稣会传教士纪理安（Kilian Stumpf，1655—1720），接着是戴进贤（Ignaz Kögler，1680—1746）和刘松龄（Augustin von Hallerstein，1703—1774），他们试图进一步补充和完善天文台的仪器。可能是缺少制作新仪器的铜料，他们选择熔毁明朝留下来的一些传统旧式仪器。在新铸造的仪器中，有一台为地平经纬仪，可以测量天体的地平高度和方位角，还有一台为玑衡抚辰仪。通过这种方式，他们消灭了在元朝就已经存在的这些古老且富有创新性的中国传统天文仪器。幸运的是，一些保留在南京的天文仪器并没有遭受这样的命运，于是郭守敬的简仪等才最终得以保存下来。这一事件不但令中国许多天文学家感到震惊和遗憾，还妨碍了传教士对中国古代天文成就的正确认识和评价。

后来，北京古观象台一直使用西式仪器，它们最后的结局也与欧洲人有关。1900年，义和团围攻北京的外国使馆（1900年6月20日到8月14日）。随后，包括法国和德国在内的八国组成联军，开始了军事干预，并在55天内占领了北京。北京遭到八国联军的入侵，很多地方被洗劫一空，这其中就包括北京古观象台。接着，法国人和德国人将这些天文仪器作为战利品瓜分。法国分到的仪器被放置于北京的法国使馆，德国分到的仪器则被运回德国波茨坦，其中包括那台非常壮观的天球仪。在这场危机之后两年，因为中国人的强烈抗议，法国人不得不将这些仪器归还中国。对于德国人来说，事情则更为传奇和复杂，这些仪器后来被放置于德国皇帝威廉二世的波茨坦宫殿中，它们似乎再也没有被归还的可能。然而，1914年德国在“一战”中战败，根据《凡尔赛条约》的一项条款，德国需要归还所有这些仪器，最终它们于1921年被重新运回了北京。

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图10.13 北京古观象台的天文仪器：（a）地平经仪（1673年）；（b）地平经纬仪（1715年）；（c）纪限仪和赤道经纬仪（1673年）；（d）玑衡抚辰仪（1744年）。这几台仪器分别在1673年、1715年和1744年由南怀仁、纪理安和戴进贤负责制造

1. 金尼阁（Nicolas Trigault，1577—1628），字四表，原名尼古拉·特里戈，出生于如今法国的杜埃城。他于1610年抵达澳门，随后开始了在中国的传教生涯。作为明末来华的传教士，他和利玛窦开启了用拉丁文为中文注音的先河。金尼阁在欧洲各国搜集了7000余部西书并将其运至中国，这极大地影响了当时的中西科技与文化交流。1613年2月，他返回罗马晋见教皇，在回欧洲的漫长旅程中，他将利玛窦用意大利文写就的回忆录手稿《基督教远征中国史》改为《利玛窦中国札记》，并将其翻译成拉丁文。这本著作在刊印后在欧洲引起了轰动，耶稣会内掀起了来中国传教的热潮。1618年，金尼阁率领新招募的传教士离开里斯本，再次来华。1628年，金尼阁在杭州病逝。——译者注

2. 例如，明朝正统年间的浑象在康熙年间因不符合西洋新制，且已部分损坏，而与明朝成化时期的另一台浑象一同被熔毁，并被改铸成故宫宁寿宫门前的一对铜狮。民国时期中央观象台代理台长常福元曾在《天文仪器志略》中对此感慨道：“康熙五十四年（1715年），纪理安奏制地平经纬仪，将台下所遗元明旧器尽作废铜充用，古人法物，一扫而空，诚吾国天学界之大不幸也哉！”——译者注

3. 康熙五十四年（1715年），德国传教士纪理安设计制造了地平经纬仪。关于此仪由来的文献记载不多，从结构上看，它属于将南怀仁所造的地平经仪和象限仪加以整合所成之物。另外，地平经纬仪上有阿拉伯数字，且采用欧洲文艺复兴时期的装饰，这与台上其他仪器采用中式图案装饰和汉字数字不同。因此有观点认为，此仪可能是法国国王路易十四赠送康熙之物。不过，也有观点认为，这只是纪理安为了炫奇而故意采用法国的艺术装饰，与路易十四无关。——译者注

4. 乾隆九年（1744年），乾隆皇帝又命传教士戴进贤和刘松龄再造一台新的仪器，并将其命名为玑衡抚辰仪。玑衡抚辰仪也成为北京古观象台上最后一台大型仪器，不过此仪其实是按照中国传统浑仪的形制制成的，以宣扬乾隆的文治武功，它的实际观测用途并不大。——译者注

5. 如今南京紫金山天文台的简仪和浑仪是明朝正统年间铸造的。其实这些仪器原本在明清两朝被保存于北京古观象台，直到1931年“九一八事变”之后，为了保护这几件仪器，政府才把它们运至南京，保存于紫金山天文台，所以这些仪器实际上并非当时南京钦天监的旧物。——译者注

6. 1900年8月14日，八国联军攻进北京城，因古观象台位于德军的“军管区”内，台上的天文仪器也就成了德军的战利品。法军统帅以这些天文仪器的制造曾得到法国传教士的帮助为由，要求平分这些仪器。最终，天体仪、纪限仪、玑衡抚辰仪、地平经仪和浑仪被德军占有，而地平经纬仪、象限仪、黄道经纬仪、赤道经纬仪和简仪则被法军占有。1900年12月，这些仪器被拆散并搬出古观象台，分别运往德国和法国驻华使馆。其中，法军劫去的五台仪器一直被藏在法国驻华使馆内，后来法国迫于世界舆论压力，于1902年将它们归还中国。德军劫去的五台仪器于1901年被装船运往德国不来梅港，最终被安放于波茨坦的德皇威廉二世皇家花园之中。——译者注

7. 第一次世界大战德国战败后，中国作为战胜国参加了巴黎和会，在会上，中方代表要求德国归还被德军劫去的古天文仪器。最后，《凡尔赛条约》第一百三十一条规定，德国应在十二个月之内将其归还中国。后来，这批仪器于1921年被运至北京，由荷兰驻华公使欧登科出面将它们交给古观象台，并由荷兰使馆人员指导把仪器安装回原来的位置。——译者注

耶稣会的误解

基督教内部的宗教派系发生的严重冲突使耶稣会的来华传教活动受到了影响，其中包括耶稣会和多明我会的“礼仪之争”。中国的耶稣会传教士非常务实地认识到，面对中国这样一个庞大的文明古国，必须采取更为宽容的传教策略，尤其是对这些新入教的皈依者，应允许他们在遵循基督教教义的同时，保留中国传统的一些礼仪和习俗，如祭拜祖先和尊崇孔子。多明我会抓住这个机会，指责耶稣会鼓励迷信活动，违背官方教义，破坏了教皇和天主教会的权威和声望。1633年，一场旷日持久的拉锯战终于开始了，直到1704年和1715年教皇两次颁布谕令才得以平息。然而，教皇克勉十一世（Clement Ⅺ，1649—1721）发往中国的谕令却遭到了康熙皇帝的强烈反对。1721年，康熙在一项政令中谴责了这种宗教行为：

览此告示，只可说得西洋人等小人，如何言得中国之大理？况西洋人等，无一人同（通）汉书者，说言议论，令人可笑者多。今见来臣告示，竟是和尚道士，异端小教相同。彼此乱言者，莫过如此。以后不必西洋人在中国行教，禁止可也，免得多事。

1724年，康熙的继任者雍正皇帝也认为耶稣会传教士是不受欢迎的，并最终将他们驱逐至澳门。在近两个世纪中，中国和欧洲之间的科学和文化交流时好时坏，如果想要维持交流，那就需要一定的策略。耶稣会传教士无疑是勇敢和不屈不挠的一群人。17世纪，这些传教士在中国的生活很艰难，他们完全处于孤立无援的状态，只能依靠自己的力量生活在一个完全陌生的国度里。对于他们当中的许多人来说，语言就是一个很大的障碍，更不用说清朝内部错综复杂的官僚体制和变化无常的外交政策了。

然而，耶稣会传教士并不是一般的探险家，他们完全理解在中国面临的这些障碍。传教的使命使他们对与宗教有关的问题产生了非常狭隘的看法，耶稣会传教士让-巴普蒂斯特·杜赫德在1735年于巴黎出版的《中华帝国全志》一书中也提到了这个问题。在欧洲启蒙运动的高潮时期，我们可以发现如此令人惊叹的评价：

中国古代圣贤和哲学家所讲的那些话都是值得称颂的，他们追随真理，并在此过程中开展一些实践。基督教教徒却认为，一切真理都是完美的，他们只认为耶稣基督是真理，是至高无上神的智慧。中国的圣贤确实也知道一些真理，但他们和古代哲学家从不吹嘘，并不认为已经完全掌握了这些真理。只有基督教的教义才自诩找到了完全的真理，并且认为只有教义才能使人获得真正的智慧。……中国人也没有完全忽视其他的科学领域，他们取得了很大的进步吗？根据我带回的这些东西是可以对此做出判断的。我们至少知道，耶稣会传教士是如何帮助他们完善其中的一些科学的，特别是他们最精通的天文学，并教给他们一些他们不知道的数学知识。

这种居高临下的宗教使命一直充斥着耶稣会传教士所处的那个时代，我们必须承认，即使在欧洲的科学革命开始之后，受宗教身份束缚的耶稣会传教士也不会拥有真正科学家的见解和自由。例如，他们被禁止如实地报告科学的进展，特别是关于日心说的内容。因为这些与宗教权威和《圣经》的教条背道而驰，这的确是一场艰难而持久的斗争。只有通过这种方式，才能实现欧洲宗教在许多个世纪以来持续对科学施加的严密控制。

耶稣会传教士通信中所传送的信息在以任何形式出版之前，都会有一定的修改或者删减，并且最后还要受到更加严格的审查。任何人都不能自由地发表作品，所有作品的发表必须获得不少于三个人的批准。面对礼仪之争这场冲突，教皇进一步施加了这种宗教压力。例如，1700年，索邦神学院审查了耶稣会传教士的著作《耶稣会士中国书简集》，因为书中对中国的礼仪之争有偏见，在1762年法国颁布解散耶稣会的命令之前，这些内容都一直遭到封禁。

在两次争论中，耶稣会传教士大多选择寻求宗教权威的庇护，而对中国的知识做出了完全错误的解释。在既定的亚里士多德和托勒密观念的束缚下，利玛窦首先强调的是，在他看来中国是如何的荒谬：对中国人来说，地球是扁平方形的，天空如同一顶圆形的帽子，他们没有想到地球还有另外一面。他们只认为有一个虚空的宇宙，恒星在虚空中移动，而不是像托勒密那样认为宇宙由十个同心水晶球组成，天体都附于水晶球上转动。他们也不知道空气是什么，一提到空气，他们就认为它是空的。在基本元素中，他们加入了金和木，却去掉了气，形成了由金、木、水、火、土组成的五行说，而不是采用欧洲的四元素说。更为糟糕的是，他们认为这些元素相生相克，可以想象，他们接受的知识是多么微不足道。而且，由于这些都是从祖辈那里学过来的，也就没有人敢于对此质疑。

即使利玛窦承认中国科学的优点，他也会淡化这些内容，将其与欧洲取得的最卓越的成果进行比较：“在中国的科学体系中，中国人受过良好的教育。令人钦佩的是，这样一个从未与欧洲有过关系的国家，可以通过自己的方式，在医学、伦理学、数学、天文学、算术，以及机械学和人文科学方面，取得几乎与我们相同的成果。”

耶稣会对中国的这种傲视态度是长期存在的，这将对事实造成一些曲解，并且这种曲解持续存在，以至于西方至今对中国现代科学的成就还有着错误的认识。因此，欧洲人经常会认为“是耶稣会传教士将天文学传入中国的”。毫无疑问，如果考虑到实际情况，这首先表明了西方对另一种文化的绝对无知，或者至少是完全缺乏了解。这种盲目的自信不可避免地造成了一种持久的错觉，那就是中国没有真正意义上的科学。

就天文学而言，经过实际比较后，我们得出的结论是截然相反的。即使在耶稣会传教士最擅长的历法领域，人们也不得不承认，上千年以来，中国已经具备了一套完善的历算系统，可以精确地掌握宇宙运转的规律。在欧洲，历法的偏差却延续至16世纪（直到教皇格里高利十三世进行历法改革，在1582年将回归年的长度定为365.2425天）。同样地，在日食预报方面，虽然欧洲17世纪的计算方法有着决定性的优势，但无可争辩的是，中国日积月累地进行了那些令人印象深刻的日食观测记录，这如同巨大的宝藏。至于其他天文现象，由于传教士与中国天文学家缺乏真正的接触，这甚至造成了在认知上的完全误解。1628年，耶稣会传教士邓玉函惊奇地发现，中国人在两千多年前就已了解了太阳黑子。

对于彗星和超新星，中国人的观测活动也多得多，欧洲很晚才发现这些天象的重要性。所以，至少我们可以公正地说，是中国将天文观测带到了欧洲。除了一小部分人发掘其中丰富的天文学内容——例如法国的耶稣会传教士宋君荣（Antoine Gaubil，1689—1759）曾经认真、仔细地整理了这些古老的中国文献，大多数具有一定知识的传教士都没能认识到这些文献的重要性，甚至低估了其影响力。由于耶稣会传教士的这些偏见，至少是在天文学方面的，欧洲人对中国古代的科学知识更加疏远，而不是主动地去接近它们。我们可以说，欧洲错过了这样的一次“约会”。此外，耶稣会对涉及中国内容的文献就像它一贯的那样，基本上都存有偏见。

虽然在18世纪的欧洲也曾兴起一阵“中国热”，但这不过是为欧洲人提供了一种有趣的异国情调而已。只有像伏尔泰及莱布尼茨这样的伟人才会发现这其中特别有用的东西，并以此来发展出一种与他们那个时代不同的思想。不过，这些思想仍然带有一些宗教的烙印。伏尔泰被中国人的自然神论及丰富而多样的哲学吸引，莱布尼茨也通过中国表意性的文字来寻找数字编码理论的灵感。毫无疑问，这是在中国彻底结束帝制，以及两次鸦片战争冲突之前真正有益的一次交流。

1. 多明我会（Dominican Order），也称“多米尼克派”，是天主教托钵修会主要派别之一，1217年由西班牙人多明我创立。除了传教，多明我会主要致力于高等教育事业。1645年，多明我会的黎玉范向罗马教廷指责有葡萄牙背景的耶稣会宽容中国信徒祭祖和尊孔，这引发了旷日持久的中国礼仪之争。——译者注

2. 《耶稣会士中国书简集》是西方汉学的奠基性著作，它收录了明清时期西方来华耶稣会传教士寄送自中国的书信，以亲历者的视角向西方详尽地介绍了中国社会生活的方方面面，包括传教士对当时中国的政治体制、社会风俗、自然地理、工艺技术的观察和理解。——译者注

3. 莱布尼茨通过与来华耶稣会传教士白晋等人通信，了解到中国《易经》中的八卦符号，并赋予其特殊的二进制解释。——译者注

第11章 当代中国的望远镜

在经历了相当长时间的衰微之后，1949年成立的新中国克服了重重阻碍，开始重新注重科学的发展。20世纪90年代以来，中国已经成了在天文学和太空领域的重要国家，取得了举世瞩目的成就。

19世纪以来，经济繁荣的西方国家觊觎中国市场，特别是丝绸、茶叶和陶瓷等产品，清朝的统治在这种环境中无法存续，两次鸦片战争标志着清朝衰落的开始。1839年，清政府严禁进口鸦片，并在广州收缴、销毁大量鸦片，为此英国发动了第一次鸦片战争。最终中英双方签订协议，中国允许英国在中国五口通商，并割让香港岛。随后的第二次鸦片战争依旧以中国的失败告终。1860年，英法联军占领北京，并火烧圆明园。

图11.1 国家天文台兴隆观测站。该观测站位于中国北京东北方向约150千米处。2009年，这里建成并启用了目前世界上口径最大的大视场望远镜LAMOST（大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜），这标志着中国重返科学强国的前列

风雨飘摇的清廷日益衰微，1911年10月，辛亥革命爆发，1912年，中华民国在南京成立。1931年，日本开始侵略中国，并扶持清朝末代皇帝溥仪成立傀儡政权伪满洲国。

艰难的重建

第二次世界大战后，中国人民在抗日战争中取胜，并于1949年10月建立了中华人民共和国。中国饱受长期的战争摧残，并经历了史无前例的大屠杀，天文学的复兴任重道远。从当时的世界形势来看，中国与美国一直处于对立状态，与苏联结盟为新中国科学的建立和发展奠定了基础。1964年，法国宣布承认中华人民共和国，这有助于扩大中国与发达国家的联系。

当时，中国天文学的建设主要是出于经济上的考量。即便经历了这些困难的时期，中国的天文学也逐渐回到了前沿领域，这表明中国并没有放弃作为一个科学大国的地位。早在1957年，中国政府就决定在国内建造一台大型天文望远镜。

见证人类首次登月

中华人民共和国再次选择了北京作为首都。然而，位于市中心建国门的观象台已经不能满足现代天文观测的需求。为了摆脱城市的光尘污染，必须移址位于北京东北方向的长城之外的燕山山脉进行天文观测。

虽然当地的基础设施落后，但之所以选址兴隆观测站，主要还是整体考虑了观测条件和交通因素，取名“兴隆”也是寓意繁荣兴盛。观测站位于一座960米高的山峰上，虽然海拔不高，易受大气影响，但这里气候干燥，能确保晴朗和黑暗的观测条件。建造望远镜前后经历了30多年的时间。1957年，中国著名的天文学家程茂兰回国，他曾在法国待了30多年，任职于法国里昂天文台和上普罗旺斯天文台。回国后，程茂兰向政府表明了关于购买爱尔兰帕森斯公司制造的望远镜的想法，这种望远镜与法国上普罗旺斯天文台刚刚投入使用的望远镜相似。帕森斯是一家老牌的天文仪器制造商，它当时为欧洲最大的天文台提供了口径2米的望远镜，而且它生产的望远镜将装备爱尔兰、法国和南非的众多天文台。

政府立刻批复，同意推进这个项目，该工程可以让首都北京拥有值得夸耀的天文台。协议进展顺利，帕森斯公司承诺在两年后的1959年交付望远镜。此时，中国正向着成为世界天文大国的目标迈进。然而不幸的是，帕森斯公司正在经历一场大罢工，业务陷入了瘫痪。为了履行和中国签署的合同，他们希望尽快得到中国政府的资金支持，但中国不愿以此来干预和平息工人的罢工，双方的合同随之终止。

随后，中国政府号召人们通过自力更生来促进国内的生产。年轻的学生和研究人员倾注了极大的热情：中国将建造自己的大型望远镜！但由于国内局势动荡，且先前没有制造大型望远镜的经验和技术，因此望远镜的制造过程一波三折。最终，中国的第一台自主研发的望远镜于1969年诞生。就在天文学家骄傲地宣布这台望远镜投入使用时，美国的阿波罗11号已经成功搭载尼尔·阿姆斯特朗实现了人类的首次登月。

中国的科学活动直到1974年才真正恢复，随后又一个大型望远镜的项目开始立项。最后，这台大型望远镜在1987年重新开始改造，前后经过32年的努力之后，于1989年竣工。中法的合作取得了第一批科学成果。这台口径为2.16米的望远镜全部由中国自主制造，主要由中国科学院南京天文仪器厂（NAIF）完成。望远镜所在的建筑高30米，上面有一个直径为21米、重近250吨的圆顶（见图11.2）。这台望远镜最初安装的镜片是一面32厘米厚的耐热玻璃镜，它是在20世纪60年代该项目开始时委托苏联研制的。1990年，它被一面较轻的微晶玻璃镜取代，由NAIF打磨完成。然而，对于中国科学家来说，他们从这一成功中尝到的却是苦涩的滋味。30多年过去了，其他先进国家早已使用了口径超过4米、功能更加强大的望远镜。

图11.2 兴隆观测站口径为2.16米的望远镜

1. 早在1958年，我国就将研制2.16米望远镜列入了国家重点研究项目，但由于接踵而至的困难，这一项目被迫中断。1989年6月，望远镜最终被制造出来，从南京运至北京天文台兴隆观测站。由于当时北京天文台要参与和法国天文学家共同发起的国际联合观测项目，只有使用这台2.16米光学天文望远镜才能完成任务。——译者注

郭守敬望远镜

20世纪80年代末，一个新的挑战出现了：建造最大的大视场望远镜。这种望远镜名为“施密特摄星仪”，是为了向发明这个概念的爱沙尼亚光学设计师致敬。设计这种望远镜的目的是从天空中一次拍摄到一幅巨大视场内的完美图像。这是一项极为复杂的工作，为了达到这一目标，必须在光阑膜上放置一面薄而曲率极低的非球面透镜，即施密特修正板，以此来抑制光学的球面像差。于是中国着手建造世界上最大的施密特望远镜，它的主镜尺寸为5.7米×4.4米，可以提供一个5度左右的视场，这大约相当于10个满月大小的天空区域。这个项目直到1997年8月才被正式立项，而中国经济的繁荣发展使这台望远镜在不到10年内就得以建成。2008年10月，位于兴隆观测站的LAMOST望远镜（见图11.3）终于完工，并于2009年6月正式启用。它由两座巨大的圆柱形塔楼组成，塔楼通过一个倾斜的通道连接，其中心的主镜位于一个穹顶内，用以聚集光线。镜片采用了一种非常巧妙的设计，由很多块六角形球面镜拼接而成，每块子镜的对角径有1.1米长，却只有75毫米厚。通过实时控制这些子镜，可以达到要求的精确形状，从而生成质量尽可能高的图像。望远镜中还安装有4000多根光纤，这样就可以一次性接收和分析4000个不同天体的特性。

中国终于拥有了世界上最大的施密特望远镜——LAMOST望远镜。它的镜片口径在4米以上，这远远超过了世界上其他同类型的望远镜，例如美国帕洛马山天文台1.8米的望远镜，或者德国耶拿附近的图林根邦立天文台2米的望远镜。

LAMOST被命名为郭守敬望远镜，以纪念发明简仪的元朝伟大的天文学家郭守敬。该望远镜不仅可以测量恒星的位置，还可以测量出数百万颗恒星的距离，从而在2012年9月制作出了第一张环绕我们的宇宙三维分布图。2016年6月，该图已经统计了超过700万个天体，准确地说，是7681185个天体。假以时日，这份宇宙图册将囊括天体数量比现在多5~10倍的完整星表。在珍贵的敦煌手稿中，我们发现了代表着公元7世纪人类最为完整的全天星图的敦煌星图。在此之后，中国的天文学家在先辈辉煌成就的基础上，再一次完成了最新的宇宙三维图像。再过几年，中国或许将会弥补过去4个世纪以来的遗憾，再次回归世界天文学之巅。因为世界上最大的射电望远镜的建成已经表明，中国在不久的将来会在征服太空方面取得突破性进展。

图11.3 LAMOST大视场望远镜，又被称为郭守敬望远镜，具有长5.7米、宽4.4米的反射式施密特修正板，这也是目前世界上最大的施密特修正板。它还有一组外形为正六边形的可变形子镜，能够校正图像的畸变

FAST：宇宙的大耳朵

2016年9月，中国建成并启用了世界上最大的射电望远镜FAST（见图11.4），它又名“500米口径球面射电望远镜”。该望远镜的有效面积达到25万平方米，这相当于30多个标准足球场的大小，比以前同类型的阿雷西博射电望远镜大近三倍，后者位于波多黎各岛。FAST射电望远镜造价约为1.6亿欧元，只用5年就建成了，这样的建造速度也创下了历史纪录。

FAST是一台由4450块反射面面板组成的巨型射电望远镜。为了控制反射面，使其变形，它将上千个支撑结构和驱动器组成一个球形大网兜，大网兜的节点之间是边长为11米的等边三角形。这样通过精确调节每个节点间的距离，就可以纠正风或温度带来的干扰，使得球面变形成精确的抛物面，这极大地提高了观测质量。

FAST也被称作“天眼”，它被建在中国西南部贵州省的自然盆地洼坑中。它的大小足以探测中性氢区产生的射电辐射。中性氢是形成星系的原始物质，其距离地球约80亿光年，通过它可以了解星系是如何形成的。这台射电望远镜还可以甄别出大约4000颗新的脉冲星，这些脉冲星都是致密的天体，可以揭示时空扰动，特别是由引力波引起的扰动。最后，中国的科学家还打算利用这台大型望远镜的一小部分工作时间来“聆听宇宙的声音”，试图通过这个巨型无线电“大耳朵”捕捉可能存在的外星文明的信号。

图11.4 FAST射电望远镜

1. 一般的望远镜只有很窄的视野，视野直径只有1度到2度。因为视野狭窄，在巡天观测时就必须要花费多年时间和巨大投资，这就需要效率更高的大视场望远镜。——译者注

2. 发明者伯恩哈德·沃尔德马尔·施密特（Bernhard Woldemar Schmidt，1879—1935）是一位爱沙尼亚光学设计师。1930年，他发明了可以修正球面像差、彗形像差和散光像差的施密特摄星仪。施密特时代之前的大口径大视场望远镜在视野中央有锐利的影像分辨率，但离开视野中心的影像分辨率会快速下降。这种状况下的恒星影像将会放大并变成彗星状，这是被称为彗形像差和像散的两种像差造成的。在施密特之前，人们无法制造一台没有这些像差困扰的高焦比大口径反射望远镜。——译者注

“玉兔号”的挑战

2013年12月14日，“玉兔探月”的新闻并没有得到应有的反响。与美国在航天飞机每次执行任务时都有热情洋溢的报道截然不同，中国对探月的报道相对谨慎得多。然而，这是近37年来人类再次将探测器投放至月球。在现场的录像中，那个小小的远程遥控机器人就是中国的“玉兔号”探月车（见图11.6），它是一辆140千克的六轮车，正缓缓下降抵达月球表面。对于中国人来说，这只“小玉兔”源自一个非常古老的神话传说，据说古人曾在月球表面的阴影中看到了这种动物的形状。

多亏了“玉兔号”，中国才与美国和苏联一样，进入了“登月俱乐部”。上一次的登月发生在1976年，当时苏联探测器“月神24号”于8月18日至19日到达月球，从两米深的月球土壤中取样，并将170克月球岩石带回地球。虽然“玉兔号”不会从月球返回，但它将在一个多月里分析月球土壤的成分。这是一台比其他项目更加雄心勃勃的探测器，因为中国是目前唯一正在进行月球表面科学探索的国家。

1. “嫦娥三号”是自苏联“月神24号”后第一台实现月球软着陆的探测器。它此次登陆也携带了一些科学仪器、摄像机，以及一台名为“玉兔”的微型探测器，用以开展一些科学实验。——译者注

中国的航天规划

一直到几年之前，几乎没有人认为中国会参与太空探险活动，特别是它还有着严密的实施规划。中国的太空探索可以追溯到1970年4月第一颗中国人造卫星“东方红一号”（见图11.5）的发射。然而，中国在太空的雄心抱负并没有立即取得成效。中国第一个载人航天项目“714工程”（在中国的重大项目中，很多项目都会采用前两位数字表示年份，用其后的一个数字标记其优先顺序）于1971年4月立项，但由于政治动荡而未能实现。第二次类似的尝试，即1986年开始的“863计划”，也因经济状况而不得不推迟。最后，中国在1992年终于启动了“921工程”，它通过发射一系列的神舟飞船，为中国进入太空铺平了道路。

图11.5 1970年4月24日，中国的第一颗人造卫星“东风红一号”被送入轨道。这个直径为1米的太空舱重173千克，它装有一台无线电发射器，播放着毛泽东时代的歌曲《东方红》

中国的航天历程

1960年11月：中国第一枚导弹“东风一号”

1970年4月：第一颗人造卫星“东方红一号”

1990年4月：第一颗国际商业卫星“亚洲一号”

1999年11月：“神舟一号”无人飞船

2003年10月：杨利伟搭乘“神舟五号”宇宙飞船

2007年10月：第一颗绕月轨道卫星“嫦娥一号”

2008年9月：“神舟七号”宇宙飞船

2010年10月：人造太阳系小行星“嫦娥二号”

2011年9月：“天宫一号”空间站

2011年11月：“神舟八号”首次对接“天宫一号”空间站

2012年6月：“神舟九号”和“天宫一号”空间站自动对接

2013年12月：“嫦娥三号”月球软着陆

2016年9月：“天宫二号”空间站

未来计划

2018年：“嫦娥五号”无人月面取样

2020年：“天宫三号”空间站

2030年：中国成功登月

图11.6 2013年12月14日，中国首辆月球车“玉兔号”登陆月球，它持续工作到2014年1月25日

中国太空计划的重启在很大程度上要归功于1991年苏联的解体，在此之后，中国能够从其邻国俄罗斯购买“联盟号”宇宙飞船技术，这不仅使俄罗斯的太空声誉大有提高，也使其太空服和系泊系统技术大受好评。“神舟号”飞船最初是仿制俄罗斯的“联盟号”，但中国很快地吸收了这些技术，并采用了更先进的技术对其进行改进。同时，中国经济的腾飞使中国在短短的10年里开展了一项雄心勃勃的计划，让还不太成熟的载人航天成为可能。如今，中国已经成了一个主要的航天大国。1999年11月20日，“神舟一号”飞船进行了首次无人飞行，随后又于2001年和2002年进行了三次飞行试验，飞船上还开展了动物和人体模型实验。在短短4年后，也就是2003年10月15日，“中国的加加林”杨利伟搭乘“神舟五号”飞船进入太空，中国也成了第三个将人类送入太空的国家。美国人和俄罗斯人分别把宇航员叫作“astronaut”和“cosmonaut”，而中国人选择了“taikonaut”（太空人）这个词，它的意思是进入太空的人类。而且，中国人同样使用“宇航员”这一称谓指代在宇宙中航行的人。

第一次成功之后，中国有条不紊地进行着航天计划，接连创造了许多个“第一次”。2005年，“神舟六号”飞船搭载两名中国宇航员进入地球轨道长达5天。2008年，“神舟七号”飞船搭载了三名宇航员，其中的两人还完成了太空行走任务。2011年9月，中国首次将8吨重的空间站“天宫一号”送入轨道。一个多月后，“天宫一号”与“神舟八号”飞船实现自动对接。2012年6月，“神州九号”在执行为期13天的任务期间，也与“天宫一号”成功对接，在航天过程中，由中国首批航天员刘旺执行手控交会对接任务。2013年6月，“神州十号”飞船再次完成与“天宫一号”空间站的对接，与上次任务一样，这次也是由包括一名女性航天员在内的三名宇航员完成的飞天任务。2016年9月，重约9吨的中国“天宫二号”空间站投入运行，并很快与搭载两名宇航员的“神舟十一号”对接（见图11.7）。2011年美国中止航天飞机任务以来，中国和俄罗斯是仅有的将男女宇航员同时送入太空的国家。中国的太空计划从一开始就表现了一颗雄心：探索月球，然后成功登月。

图11.7 2016年9月，在太空部署的中国空间站“天宫二号”。它表明中国已独立掌握低地球轨道太空技术

图11.8 中国探月工程CLEP（ChineseLunar Exploration Prog-ram）的标志。该工程的目标很明确，那就是在2030年之前将中国的宇航员送上月球

2013年降落在月球表面的“玉兔号”月球车，是中国的第三次探月飞行中以中国神话中的月亮女神嫦娥命名的探测器所携带的一辆探测车。“嫦娥一号”和“嫦娥二号”已经分别于2007年和2010年首次进入绕月轨道，获取了月球表面的高分辨率图像，这有助于今后选择精确的月球着陆点。“嫦娥三号”探测器作为一个登陆月球的基地，如同月球上的一座天文台。它位于月球的雨海区域，配有口径为15厘米的紫外线望远镜、照相机和岩石分析仪，它是迄今为止人类在月球上最为精密的登月舱。另外，它包括一架“月基紫外天文望远镜”（LUT），这架望远镜不受地球上任何大气层的影响，完美地工作了两年，并于2016年7月交付了第一批通过紫外线观测的近90000颗恒星的图像。

图11.9 2013年12月14日，“嫦娥三号”探测器在月球着陆。它的重量超过3吨，携带着包括紫外线望远镜在内的多种科学仪器，以及“玉兔号”月球车

这次任务是一个先导项目。2018年，随后的“嫦娥五号”还将计划进行月球表面岩石样品采集，而在此之前还会进行一次与此类似的“嫦娥四号”任务。从长远来看，虽然未来的任务日期并不确切，但中国正计划在2020年部署新的“天宫三号”空间站，以及在2030年之前登上月球。

图11.10 中法合作卫星SVOM包括两台法国仪器和两台中国仪器，主要用于观测某些恒星爆炸产生的伽马射线暴，预计将于2021年进入太空轨道

1999年之后，西方国家对中国的太空计划表现出了极大的怀疑态度，美国及其欧洲盟国对中国出口的先进技术也逐步实行严格的管控和禁运，而这种管制如今也日益严格。“玉兔号”月球车表现出色，且由中国独立完成研制，这也表明了中国在太空领域的强大竞争力。经过40年的奋力追赶，中国的科技在世界舞台上开始逐渐占据一席之地。目前，我们还无法预测，中国的科技领域在不久的将来还会发生什么，但不可否认，许多个世纪以来，中国一直是世界的主导力量。2010年，中国成为世界第二大经济体，尽管美国在这一时期也取得了相当大的进步，但很难想象会有什么能够阻止中国继续向神秘的火星进行探索的脚步。

中国将重新成为主要的科学大国，并将与欧洲，特别是与法国进行新的天文学领域的合作。毫无疑问，双方的第一批合作项目包括SVOM太空望远镜项目，它是法国原子能和替代能源委员会天体物理部、图卢兹空间中心天体物理学和行星学研究所及中国科学院共同合作的一个项目。SVOM的目标是观测遥远的恒星爆炸产生的伽马射线暴。在法国国家空间研究中心（CNES）和中国国家航天局（CNSA）的支持下，该卫星预计在2021年发射，这将是中法之间在天文学方面极为重要的合作。

中国未来的主要天文项目

2011年，中国科学院全面推进“创新2020”计划的实施，其中包括多个天文项目。2015年12月17日，中国发射了暗物质粒子探测卫星“悟空号”（DAMPE），其任务主要是探测暗物质，这种形态不明的物质构成了85％的宇宙总物质。2016年4月，“实践十号”卫星进行了一次微重力实验。2016年8月，量子科学实验卫星（QUESS）“墨子号”进入太空轨道，开始了第一次量子加密通信测试。2017年6月15日，用于探测宇宙伽马射线的“硬X射线调制望远镜”（HXMT）卫星发射成功，并被命名为“慧眼”。另外，中国还在建造采用软X射线波段实时动态巡天监测的“爱因斯坦探针”（EP）和太阳专用观测卫星“先进天基太阳天文台”（ASO-S）等。而在地面上，12米光学红外望远镜和口径为8米的中国巨型太阳望远镜CGST也在研制之中。

1. 本书的法文版原书出版于2017年。2020年1月17日，中国航天科技集团在《中国航天科技活动蓝皮书（2019年）》发布会上表示，嫦娥五号探测器拟于2020年发射，实施首次月球采样返回。——编者注

2. 2014年1月25日凌晨，“玉兔号”进入休眠。2014年2月12日晚，“玉兔号”全面苏醒，并最终于2016年7月31日晚超额完成任务，停止工作。——编者注

3. 雨海（Mare Imbrium）是月球上第二大月海，那里保存着完好的玄武岩熔岩流。——译者注

第12章 中国与欧洲的误解

亚洲和欧洲没有真正相互了解过，历史上四次尝试和解的努力也都失败了，甚至由此引发了流血冲突。如今，倾向机械观的欧洲正与注重整体观的中国再次相遇。

“丝绸之路”长期以来一直是两个大陆之间的纽带，因为欧洲和亚洲之间商业、贸易、科技和思想的交流，它们有时被称为亚欧“超大陆”。亚欧大陆虽然很好地对应了地理上最大的地球板块，但从文化上说，亚欧大陆从未存在。特别是欧洲和亚洲两端的地区，它们尽管不断地进行交流，但仍然不断地漠视彼此。矛盾的是，尽管各国可以通过越来越有效的通信手段实现和解，但随着中国经济崛起带来的“威胁”，这种漠视似乎正在加深。20世纪初，亚洲人口的飞速增长已经引发了关于“黄祸”的担忧。如今，新的“黄祸”是经济问题，其根本原因是欧洲担心中国会永远取代其在世界政治和经济舞台上的位置。这种忧虑使得人们在某种程度上贬低了中国经济发展和改革所取得的成果。

错失了四次良机

除了极少数时期，欧洲对中国及其文化的负面评价几乎是长期存在的，很少有欧洲人能深刻地意识到中国文化在世界文明中的独特性及其丰富历史文献资料的价值。不过，还是有一些人对这些资料有着浓厚的兴趣。法国汉学家沙畹就是这样的人，他翻译了司马迁《史记》的一部分内容，还称司马迁是公元前2世纪的狄德罗。据他所言：

中国历史的伟大，并不在于它像人们有时认为的那样如同神话般古老，而在于它的清晰和精准。倘若我们回顾一下历史，回到公元前9世纪中叶，又有多少文明能够说清它们的真实历史，而不是那种神话传说故事。在这样一个遥远的时代，往往只有一些著名的历史片段得以流传。其他国家很晚才记载历史重要事件，而中国早已向我们提供了详细的编年史，几乎每个月发生的事件都被精确无误地记录了下来。

——沙畹《司马迁〈史记〉导论》，第90页

因此，中国的历史及其史料提供了另一种看问题的方式，这是一种与欧洲不同的调查研究和积累知识的方式，它本可以给欧洲人带来启发。但是，由于中国和欧洲在历史上的四次主要的误解和冲突，欧洲人最终和这样的机会擦肩而过。

第一次误解可以追溯到13世纪。中世纪欧洲的探险家像著名的马可·波罗那样，大约在1298年时就已描述了中国文明在当时所取得的非凡成就，但很多人都认为这是完全不可能的。对于欧洲人来说，在大航海之前的200年，他们还没有打破欧洲作为世界中心的观念，很难在这个时候接受世界上另一个地区取得了远远超过欧洲的成就，这绝对是不可想象的。

第二次误解是17世纪的宗教问题。在马可·波罗之后300年，当欧洲的耶稣会传教士与中国建立了长期的交流时，没有人愿意相信，中国人不信上帝，甚至没有排外的宗教观念，他们对自然界和天堂的关系也仅仅是哲学思想层面的定义。在这种对文化的误读中，中国的科学成就，尤其是在天文学领域的成就，被广泛地误解或完全忽视，尽管中国在许多领域都比欧洲更为先进、更具创新性。

第三次误解是19世纪中后期的半殖民化。当欧洲人重返中国时，他们开始对中国进行系统性的掠夺。除了窃取敦煌壁画和帝王陵墓的文物，1860年由英法联军组成的侵略者还破坏和劫掠了位于北京的圆明园。这座奢华的皇家宫苑，面积是紫禁城的近5倍，包含了众多亭院、湖泊和各式建筑，是中国艺术的宝库和奇观。然而，在第二次鸦片战争期间的1860年，以及在1900年，这里先后被外国侵略者报复性地烧毁和掠夺，如今这座园林仅剩下残存的废墟。另一座被破坏的园林是颐和园，在后来的1902年，这里由慈禧太后下令重建。维克多·雨果在其1861年的一封著名的信中强烈地谴责了这一破坏珍贵文化财产的事件：

在世界的某个角落，有一个世界奇迹，这个奇迹被称为圆明园。……这个奇迹已经消失了。有一天，来自欧洲的两个强盗闯进了圆明园。一个强盗洗劫财物，另一个强盗放火。……我们把欧洲所有大教堂的财宝加在一起，也许还抵不上东方这座了不起的富丽堂皇的博物馆。……我们欧洲人是文明人，中国人在我们眼中是野蛮人，这就是文明对野蛮所干的事情。将受到历史制裁的这两个强盗，一个叫法兰西，另一个叫英吉利。

——雨果给巴特勒上尉的信（1861年11月25日）

图12.1 《鸿慈永祜》（出自1744年清廷画师为高宗乾隆皇帝绘制的绢本画《圆明园四十景图》）

图12.2 谐奇趣主楼废墟（1873年德国人恩斯特·奥尔末拍摄）

在这些被利益蒙蔽了双眼的征服者眼里，中国甚至连保护本国财富的合法权利都没有，这种掠夺至今仍会使中国人的心中产生一种强烈的羞辱感。

第四次误解至今仍然存在，它就是意识形态的对立。在第二次世界大战中，中国遭到了日本的侵略。中国人选择了马克思主义作为政治方向和国家重建的理论基础，这使得中国被欧洲和美国当作敌对势力而遭到遏制和封锁。在整个“冷战”

期间及“冷战”之后，中国长期处于政治受敌视状态，近些年中国尽管在经济和金融领域不断地向西方学习，但仍然遭到严格的高科技产品禁运。事实上，西方人暗地里依旧认为中国是一个潜在的敌人，也是一种潜在的危险。这种思想导致产生了一个新的壁垒，阻碍了当前双方进行更深的交流。

1. 沙畹是19世纪末至20世纪初世界上极有成就的汉学家之一，被誉为“欧洲汉学泰斗”。他是法国敦煌学研究的先驱，也是世界上较早开始整理和研究敦煌与新疆文物的学者之一。沙畹还曾将中国著名的史学著作《史记》和《后汉书》的部分内容翻译成了法文，他的门生伯希和与马伯乐也都是法国著名的汉学家。——译者注

2. 《圆明园四十景图》是清朝宫廷画师的艺术作品。经过雍正年间的第一轮扩建，圆明园在乾隆初年已有四十余处景观。乾隆帝将园中原本风格比较朴实恬淡的景点名称改为“镂月开云”“澹泊宁静”等庄重雅致的名称，并从中钦定“圆明园四十景”，由宫廷画师沈源、唐岱奉旨将其绘成彩色绢本画，乾隆帝还为每幅图所绘景物题诗。四十景中的“鸿慈永祜”又称安佑宫，为清朝皇家祖祠，仿照景山寿皇殿所建，是圆明园内规模最大、规格最高的建筑。——译者注

3. 谐奇趣是乾隆十六年（1751年）建成的圆明园内的第一座欧式水法大殿。谐奇趣主楼共三层，顶层三间，一、二层皆有七间，楼前左右九间为弧形游廊，连着两层八角楼厅，这里是为皇帝演奏中西乐器的地方。——译者注

中国是近代科学的先驱

如今，欧洲能否与一种它已经从中受益良多的文化重新建立联系呢？这些文化交流往往带有极端的偏见，包括对中国科学发现的重要性的认识，而这些发现使欧洲的繁荣得以实现。马镫、瓷器、冶铁术、火药、造纸术、印刷术、纸币、天文钟、赤道装置、活塞式风箱、转轴舵、司南等，中国这一连串的发明创造对世界历史产生了重大影响。这里我们举其中的第一项作为例子，自公元3世纪开始，马镫的使用对社会产生了巨大的影响。这种马具可以让骑手在马背上更好地保持身体平衡，使在马背上使用长矛和弓箭成为可能。它在大约7世纪被传入欧洲，欧洲骑士阶层由此出现，一直到14世纪都还维系着欧洲封建制度的统治。

此后，中国人又发明了火药。火药在公元9世纪的唐朝就已经被普遍使用，但到公元1300年左右才在欧洲出现，这再次对欧洲社会产生了深远的影响。这一次，它使得摧毁城堡成为可能，从而结束了封建制度，促进了商业资产阶级的发展，为现代的欧洲扩张埋下了伏笔。

公元105年，中国的蔡伦发明了纸张，不过这一发明长期不为外界所知。直到公元751年的怛罗斯之战后，造纸术才得以向阿拉伯传播。这种新的技术支撑，当然还包括来自中国的印刷术（见图12.4），它在15世纪被传播至欧洲，成为科学革命的重要基础，因为它使得知识可以被更为广泛地传播。此外，中国发明了著名的指南针——司南（见图12.3），它被用于伟大的大航海之中，确立了欧洲在全球的统治地位。因此，很明显，始于伽利略天文发现的17世纪的欧洲科学革命，在很大程度上也得益于与中国的早期知识交流。1620年，英国哲学家和科学方法理论家弗朗西斯·培根在观察东方文明后指出：“印刷术、火药、指南针曾改变了整个世界，变化如此之大，以至于没有一个帝国，没有一个教派，没有一个赫赫有名的人物，能与这三种发明在人类社会发展事业中产生的力量和影响相提并论。”

图12.3 司南是中国古代的重要发明。这件汉朝的司南模型的中间为匙形的磁石，它与北斗七星的形状相似。磁匙被放置于刻度盘上，指向南方。刻度盘中心为圆形，四周为方形，象征着“天圆地方”，盘上还刻有八个基本方位及二十八宿名称

图12.4 《金刚般若波罗蜜经》被发现于敦煌藏经洞中，是已知最古老的印刷书。此书是一本印刷于纸上的佛经，扉页版画绘有佛陀和他的弟子们，上面还印有日期：公元868年。这本书采用雕版印刷，纸张和印刷术是中华文明的重要载体

1. “四大发明”能否展现中国古代科技文明的全貌？中国古代到底有哪些其他的重要发明创造？对此，中国科学院自然科学史研究所于2016年发布了88项中国古代重要科技发明创造。——译者注

2. 在敦煌发现的《金刚般若波罗蜜经》（以下简称《金刚经》）内容包括卷首画、经文及施刻人。卷首的扉页版画是世界上最古老的版画作品之一，画的左上角书有“祗树给孤独园”，主题为释迦牟尼在舍卫国祗树给孤独园向弟子们宣说《金刚经》。卷末印有题记：“咸通九年四月十五日王玠为二亲敬造普施”。可知该经卷雕印于唐懿宗咸通九年（公元868年）。此卷曾在很长一段时间内是公认的世界上现存最早的标有明确刊刻日期的印刷品。此后虽有刻印年代稍早的韩国庆州武则天时代的《无垢净光大陀罗尼经》及日本奈良的《陀罗尼经》等印刷佛经相继被发现，但它们远不及咸通印本《金刚经》内容完整、刻印精细。——译者注

现代观测天文学的奠基者

在天文学方面，我们也需要同样的观察。尽管如今欧洲人意识中的天文学史，仍然几乎完全是建立在古希腊天文学的基础之上的，这也为科学革命提供了基石，但现实却与此不完全相同。在这本书的最后，我们可以了解到中国对天文学发展所做出的伟大的历史贡献，与其他科技领域一样，中国在天文学领域的许多重要发现领先于欧洲。比如，在对偶发和异常天象的观测方面，中国的天文学家最早且频繁地观测了恒星、彗星和太阳黑子等。

中国的天文学家还测算出了各种天文规律和周期，很早就得出了月食发生的时间周期，并且通过发现极点的运动计算出了岁差。坚持不懈的时间计量工作使得他们制作出了一系列的历法，这些历法的精确性长期以来无出其右。同样，他们很早就形成了各种不同的宇宙观，即便这些宇宙观被认为是对现实世界的不同补充，而不是某种理想化的模型。此外，他们也是现代观测天文学的奠基者，他们通过不断的努力，将简单的恒星星表升级为有系统方法的星图，这些星图的投影方法惊人地具有现代元素，赤道坐标系也被此后的望远镜普遍采用。可以说，这其中的许多成就，在后来欧洲所谓的“科学革命”中被“复制”再现。科学革命带来的巨变被认为起源于从地心说向哥白尼日心说的转变，在第谷·布拉赫发现超新星后，人们关于理想化的天空和固定化的宇宙的概念发生了根本的改变。人们通常认为，这是科学革命独立产生的改变，不受任何外界的影响。然而，现实肯定比这复杂得多，伊斯兰天文学家的工作成果产生的影响也已经被认为是关键性的。科学史家乔治·萨利巴（Georges Saliba）最近的研究表明，哥白尼的巨著《天体运行论》中就有不少内容源自以波斯天文学家图西的作品为代表的各种著作。图西在书中解释了如何将线性运动转变为圆周运动，其描绘的图形与此后哥白尼著作中的图形也完全相同。

同样地，得益于中国和阿拉伯天文台的早期实践，第谷·布拉赫成功地制作出了一批大型天文仪器。伴随着中国和波斯地区大型天文观测仪器的出现，我们很难说清在这两种文化中，究竟是哪一种文化促进了天文观测的重大进步。尽管存在争论，但中国官方的天文学家对准确性的持续关注，以及由此带来的天文学进展，通过某种尚未弄清的途径进入了欧洲。我们很难确切得知，在第谷·布拉赫建立天文台之前，他曾参考了哪些资料。但他在德国长途旅行的过程中可以查阅大量著作并了解世界其他地区的相关工作成果，这无疑也得益于印刷术的兴起。其他影响则要微妙得多，我们知道在人们长期严格遵从亚里士多德天体模型理论的环境下，哥白尼的日心说要在欧洲传播是多么困难。早期来华的耶稣会传教士向欧洲传递了中国人与众不同的宇宙理论，如无限虚空的宇宙论，这可能间接地帮助了人们摒弃地心说或削弱了地心说的影响。

由于每种文化都有固化的意识形态，客观地写出一个故事总是相当困难的。因此，在欧洲人们仍然声称“耶稣会为中国带去了天文学”，而与此对立的是，中国人主张“西学中源”说，即“西方知识皆来自中国”。在当时的中国人看来，耶稣会的天文学知识仅仅是中国传统天文学的改进版本，这些知识很早就自中国扩散至欧洲，然后回流至中国。事实上，历史永远都是模糊不清的。根据最近的研究工作，天文学的历史或许会在将来的某一天被完全改写，但这一点显然已经超出了本书的范畴。

李约瑟难题

根据中国天文学的最新发展，一个问题出现了：“尽管古代中国对人类科技发展做出了很多重要的贡献，但为什么现代科学没有在近代的中国产生？”这一问题也被称为“李约瑟难题”。没有人能对这一问题做出回答，但这位英国的汉学家在1946年的一次会议上说道：“我个人认为，所有的西方人——包括欧洲人和美国人——通常都自负地认为现代科学技术诞生于欧美，而我们的亚洲朋友则在潜意识里有一种焦虑，因为他们觉得自己的文明在这方面是落后的。”

1995年，李约瑟去世之后，他的观点和看法依然一直被人们关注，并在法文文献中被不断地提及，如1973年出版的《西方与中国科学》（La science chinoise et l’Occident）和1999年Alliage杂志（一份法国人文杂志）刊载的物理学家勒布隆（Jean-Marc Levy-Leblond）于1974年的访谈，另外还有1983年导演乔亚伦（Alain Jaubert）在纪录片中的采访。

这个问题是令人困扰的，因为很明显，中国的科学发展在科学革命之前就已硕果累累。如果我们研究一下现代科学的发展，我们就会发现，很多基础性的研究发现实际上都曾经存在于中国。中国现代的天体物理学家最有理由相信并完全认同前人在科学上的准确性和精确性。他们认为，对自然现象敏锐而完全的观察是科学中不可或缺的组成部分。中国的科学已经在很多个世纪之前就具备了现代科学的这种因素，这使中国古人对现实世界有了惊人的洞察力，否则如何能够解释他们发现了在太阳上并不起眼的太阳黑子，以及磁匙会因某种隐藏的力量（即磁力）朝着特定的方向运动呢？我们不能无视这一点，与其他文化不同，中国古代的天文学家是唯一较为系统和完整地记载天象的人，这些记录在许多个世纪之后的今天仍然有用。

然而，中国很晚才搭上现代科学技术这趟列车。尽管有数以百计的学者对这个问题进行了分析和研究，但他们并没有确切的答案，因为人们对此有着不同的解读。中国的社会组织及官僚体系庞杂，而且中国人过分尊崇传统，这些都是制约创新的因素。事实上，许多例子表明，在为皇帝服务的过程中，一个新的想法不仅不会带来职位的晋升，还有可能成为引发冲突的根源。对古代文献的极大推崇，也使得人们不敢轻易修订它们。在大多数情况下，对古代文献的更正，只是在保留原文的前提下增加一些注疏。

随着清朝统治的开始，中国发生了深刻的变化。以清朝统治者为代表的满族人虽然吸纳了汉人的各种风俗习惯，却经常将汉人的一些伟大思想排斥在外。正因为如此，耶稣会教士来华时期的中国与欧洲的科学交流是不成功的，这部分原因来自康熙皇帝本人，他是与路易十四和彼得大帝同时代的君王。康熙对汉人缺乏信任，特别是在与天文有关的占验方面，他担心这可能会削弱他的权力，所以他倾向于直接采用欧洲人的成果，而不是促进中西知识的融合。与此同时，他也不是十分信任耶稣会传教士，并拒绝使用他们带来的望远镜。这让法国耶稣会传教士巴多明感到意外，他在1735年给法国科学院的一封信中写道：

皇帝并没有强迫他的数学家接受望远镜和钟表，也没有命令他们使用。我很难说出其中的原因，皇帝深知它们的功用及在观测中的必要性，但还是强烈地提出了反对。这是出于我们大家都不了解的考量，但我毫不怀疑，对新奇事物的警惕和一些利益纠葛也是其中的原因。

汉人对满族人的抵触也是一个重要原因，很多汉人仍然忠于明朝，拒绝为清廷服务。李约瑟、席文、詹嘉玲（Catherine Jami）等汉学家都强调了清初天文学家王锡阐和薛凤祚等人对天文学进行改进的尝试。这些天文学家最早在1640年左右开始分析和改进了第谷·布拉赫的行星模型及哥白尼的理论，而数学家梅文鼎在他的书中也试图会通中国和欧洲的知识。但是，这些尝试并没有持续下去，从而导致了中国科学发展的停滞。相比之下，欧洲在经历了15个世纪的科学禁锢之后，开始全身心地投入对这个已经忽视许久的真实世界的探索。随后，欧洲的近代知识逐渐被中国采用，但这两种完全不同的知识从未真正融合。如今，中国基本上全盘接受了现代科学的方法，这从它在空间领域的成就及天体物理学家做出的越来越多的贡献就能体现出来，但这些成就和贡献在很大程度上与其辉煌的科学发展史仍相去甚远。

1. 巴多明（Dominique Parrenin，1665—1741）出生于法国杜城，他凭借自己的语言天赋、外交才能及广博的科学知识得到了康熙的青睐。他还曾担任教廷、葡萄牙和俄国使臣的翻译，并在宫中教授拉丁文，培养外交人才。——译者注

两个世界互补的愿景

科学被认为是普遍的，但它仍然是由拥有不同哲学和思想眼界的科学家构思出来的。正如我们从过去学到的那样，它可以产生不同的表征和概念。中国文化能否以不同的方式影响当前的科学进程？对于这个问题，一位中国宇宙学家给出了一个经典的例子。如果你将西方思想与中国思想进行比较，你会看到一方倾向于细节分析，另一方注重从整体把握。科学家应该能够从这两者中得到借鉴。例如，当他去哥本哈根参观尼尔斯·玻尔研究所时，他看到了玻尔家族的徽章，上面有中国道教的标志，阴阳两极互补，相辅相成，这是中国哲学的思想。这种阴阳观念与玻尔的互补原理非常相似，即现代物理学中的波和粒子在同一时刻是互斥的，但它们在更高层次上是统一的。玻尔意识到了他的概念和与中国的这一思想是一致的。

1922年，玻尔获得诺贝尔物理学奖，他是公认的“量子力学之父”。这位伟大的丹麦科学家是对20世纪物理学理论进行重大变革的关键人物之一，他对纯粹地描述笛卡儿坐标的位置方面有所质疑，例如它的独立性，以及物体与观察者的因果关系。玻尔在1937年前往中国，开始接触中国的哲学思想，并意识到这是另一种解决问题的方法。他选择了阴阳图案作为他的徽章符号，上面写有拉丁文“Contraria sunt Complementa”（对立与互补）。后来，美国物理学家卡普拉在其1975年出版的著作《物理学之道》中推广了这种会通和调适的案例。

图12.5 丹麦物理学家尼尔斯·玻尔是量子力学的重要奠基人，他在受封为爵士时，选择了一个带有中国道教哲学的阴阳图案的徽章，以解释量子世界的二元性

中国人的思想从未形成一种机械论的世界观，它形成的是一种被李约瑟称为“有机”的整体观，其中每一种现象都是与其他现象相互联系、相互依存的，一切都是有机的互补。最好的例子就是中医，特别是针灸术，器官从来不被认为是独立的，而被认为是相互联通的。因此，中国的传统方法基本上是务实的，以对事物的细致观察为基础。“科学”在汉语中的字面意思是“分类的知识”。与此同时，人们对中国科学的批评之一就是，它没有系统的理论，所以不能被认为是“科学的”。然而，理论自身的意义也是颇受质疑的，因为从严格的词源上来说，它在希腊语中的意思就是“沉思”（θεωρíα）。事实上，在欧洲的思想中，它被简化为这样的概念，即对于每一种现象都必须使用单一的法则来描述。最好的例子就是万有引力，物理定律的这种支配地位，往往更加接近于一神论的宗教教义，即一种具有创造性的有序思想占据主导地位，通过普适和理性的法则来支配宇宙。

但是随着现代科学的进步，这个概念带来的问题似乎比它解决的问题还要多。因此，可以把物质分解成一系列可以被再次分离的粒子，而这些粒子的特性更多地反映在它们与其他物质的相互作用上，这是德国物理学家恩斯特·马赫提出的猜想。如今物理学的发展已经使人认识到，宇宙最重要的组成部分可能不是我们在望远镜中所看到的，而是可以演化出其他一切事物的真空。我们永远无法通过严密地关注那些孤立的元素而接近真实，一旦绝对的法则和概念只被用来描述部分现实，它们很快就会显示局限性。

显然，中国的思想可以提供另一种更加整体化的思维框架。理论从来不具有绝对的规律，而只是作为不同的观点就同一现实进行讨论。因此，在中国人看来，把地球想象成既是平的又是圆的，这是稀松平常的事。因为这取决于我们需要解决的具体问题，是要在地面上建造房屋，还是要把地球当作一个天体。另外，中国人使用代数拟合的方法，而不是几何学的方法来计算行星的运动。有机的而非分析的，实用的而非理论的，代数的而非几何的，这就是中国科学思想不同于欧洲古典科学思想之处。然而，令人惊讶的是，它的一些理念似乎为现代科学指引了潜在的发展方向。经过多年的研究，李约瑟似乎确信：“从此以后，中国在知识发展史中所扮演的角色，将可以与古希腊在西方文艺复兴中的角色相提并论，它们都起了无可比拟的作用。”经过两千多年断断续续的交流，东西方科学的大交汇终于有了可能。

1. 恩斯特·马赫（Ernst Mach，1838—1916），物理学家、哲学家。他的物理学研究领域主要包括光的传播规律和超音速现象，马赫数和马赫带因他而得名。马赫强调了经验主义和实证主义在科学研究中的重要性，这为科学哲学的发展奠定了基础。——译者注

译后记

自古以来，灿烂壮丽的星空一直吸引着地球上不同人类文明的关注。哲学家康德说过：“世界上有两种东西能震撼人们的心灵，一是我们心中崇高的道德标准，二是我们头顶灿烂的星空。”作为一门与星空打交道的科学，天文学的魅力不仅在于它能使人领略星空的璀璨、宇宙的广袤，还在于它可以令人谦卑，是一种可以塑造人的性格的学问。

天文学让我们意识到，在漫无边际的宇宙面前，人类是如此渺小。从空间上来看，我们所处的银河系就包括数千亿颗恒星，而这在宇宙中只是微不足道的一部分，即便是我们能够观测到的宇宙，也只占整个宇宙的约4%。其他96%的宇宙基本上是由“暗物质”和“暗能量”构成的，它是我们无法看到却又真实存在的。从时间上来看，自宇宙诞生已经过去了138亿年，地球也已经存在了46亿年。人类不过是在地球历史的最后一刻才诞生的，如果把地球的历史看作一天24小时，那么人类就是在23时59分才出现的，而人类文明延续的时间甚至还不到1秒。

2012年8月，“旅行者1号”成为第一个穿越太阳圈，进入星际介质的宇宙探测器。2020年4月，它正处于距离太阳148.8 AU的位置（AU为1个天文单位，即日地之间的平均距离，1AU≈1.496×10^8千米），这也是人类探测器目前到达的最远距离。1990年2月14日，“旅行者1号”接到一个紧急指令：掉转镜头回望太阳系，给太阳系拍一张“全家福”（见图1）。当时这个提议遭到了不少科学家的反对，他们认为这样的拍摄距离太过遥远，几乎不可能从照片中得到任何有用的科学信息。但在行星科学家、科普作家卡尔·萨根的一再坚持下，美国宇航局还是同意了这一提议，拍下了这些如今看来依然富有哲学意味的照片。

在这些照片中，金星、地球、木星、土星、天王星、海王星等天体都不过是阳光中暗淡的小圆点而已。在其中一张被命名为“暗淡蓝点”的照片中，地球只占整张照片的0.12像素（见图2）。这也是人类第一次从距离如此遥远的地方回望自己，悬浮在阳光中的这粒“尘埃”就是我们安身立命的场所。“旅行者1号”至今依然在向太阳系之外探索，当年它的回眸一望，显示了人类曾经的自大和愚昧，让我们明白自己所处的星球只是被一片漆黑包裹的浩瀚宇宙中不起眼的一粒微尘。

探索宇宙既可以在科技方面给我们带来一些实际的好处，也可以给我们提供一些纯粹的乐趣，满足我们的好奇心。当然，更重要的是，它让我们将目光放得更加长远。这种长远不仅可以像“旅行者1号”那样，使我们在空间上进行自我审视和反思，也可以使我们在时间上，即从过去的历史中吸取经验和教训。正如丘吉尔评论的历史能够带来的作用，“回溯往昔，你向后能看多远，展望未来，你向前就能看多远”。因此，为了我们将来能够“看得更远”，我们也要向后“看得足够远”，在探索未来的路上，我们也需要了解天文学的历史及先辈探索宇宙的历程。

图1 太阳系的“全家福”

图2 “旅行者1号”及其拍摄的“暗淡蓝点”

不同的文明有着各自不同的天文学发展道路。对于中国人来说，天文学曾经是一门非常重要的科学，在古代的天、算、农、医四大科学中，天文学担负着“历象日月星辰，敬授民时”的重要任务，它与生产和生活息息相关。同时，在古代中国，天文与政治和皇权紧密相关，甚至长期被奉为官方“正统”之学。

在出土和传世的天文文物中，既有与生产、生活相关的器具，也有可以“窥天”的国之重器，它们向我们展示着古人的智慧和对未知事物探索的执着。中国古代典籍中保存着最为丰富的天象观测记录，这些都是古人辛勤劳动和智慧的结晶。科学的星图、精致的仪器、精确的历法、深邃的思想及无穷的想象力，无论是在物质层面还是在精神层面，古代天文中都有我们可以汲取的养分。

中国古代从司马迁著《史记》开始就形成了一种编修史书的传统，历朝历代的史料可以通过官方机构编纂的史书流传下来，如著名的二十四史，它们又被称作正史。在这些官方史书中，一般都有专门的章节记载天象内容，这种章节大多被命名为《天文志》。另外，一些重要的天象在帝王的本纪等部分也会有所反映，这些资料往往可以互相印证。除了正史，诸如《文献通考》《通志》《会要》等其他史书中有时也有专门章节记载天象，很多地方志文献中也有不少与天象有关的内容。

在近代之前，中国人一直是世界上最为勤勉、最为精确的天文观测者。历朝历代的皇家天文台都有专职人员负责，他们日夜不停地进行天象观测活动，为后世留下极为丰富的天象记录，这使得中国古代对很多天象的记载在世界各文明中是最丰富的，也是持续时间最久的。这些珍贵的史料不但为我们了解天文发展的历史提供了大量资料，有些对现代天文学的研究也具有重要的现实意义，是全人类最为珍贵的科学遗产之一。

例如，中国古代对日食和月食的记载都达到了一千次以上，这些内容对研究地球自转速度的变化很有价值。人们通常用一天作为时间计量的基准，然而长期的天文观测表明，地球的自转不是匀速的，这就使得在天文学中不得不采用历书时和原子时系统，以区别依据地球自转而确立的世界时。通过古代日食和月食发生时间的记录，人们可以证实地球自转是长期减慢的。虽然如今的一天比一个世纪之前只多了大约0.001~0.002秒，但别小看这个微不足道的数值，它经过日积月累会变得相当可观。倘若回到公元1000年，这个时间的累积量就有30分钟以上，如果是公元前700年，累积量更是高达数个小时。除了日食和月食，历史上关于彗星、新星、超新星及太阳黑子等天象的记载，对现代天文学的研究也都有着不可替代的作用。

景德三年（1006年）四月初二，北宋司天监发现一颗景星，并将其取名为周伯星（见图3），《宋史·天文志》对此也有记载。这次的周伯星被认为是超新星，它是恒星在接近生命终点时猝然爆炸的产物，可以在极短的时间里成为银河系中最亮的天体。不久后的1054年，又发生了一次超新星爆炸，这也是人类历史上最重要的天文事件之一。当时宋朝的天文学家不仅目睹了这次天象，还完整地记录下了这次超新星爆炸，从而使我们如今能够更好地理解大质量恒星生命终结的复杂机制，这是中国古代天象记录服务于现代天文学的又一突出案例。可以说，中国古代较为系统和完整的天象记录是一座极有价值的宝库。或许，古人自己都没有想到，这些曾被古代帝王用于星占的天象观测，如今却以另一种形式散发出新的魅力。

为了方便观测和记忆，古人将夜空中的繁星划分成群，联合成象，由此形成了不同的星官或星座。为了传播和交流，人们将这些星官绘制于不同的材质上，逐渐便形成了后来的星图。星图是描绘天上恒星分布和排列组合的图像，它不仅是人们认识和记录星空的一种形式，也是研究和学习天文学的重要工具。星图在古代中国也称天文图，作为重要的天文资料，中国古代星图历史悠久，种类众多，绘制精美细致，是中国古代科学文明的一项重要成就，这在世界历史上也是不多见的。

图3 《御制天元玉历祥异赋》中的“周伯星占”（古代星占中有“国欲昌，周伯黄光”的说法，周伯星散发的黄色光芒预示着国家的繁荣昌盛）

著名科技史学家李约瑟在其《中国科学技术史》天文卷中就曾征引萨顿等科学史家的观点：“直到十四世纪末，除了中国的星图，再也举不出别的星图了。”他认为，“欧洲在文艺复兴以前，能和中国天文制图传统相提并论的东西可以说很少，甚至根本就没有”。另外，中国古代的星图曾被传播至日本和朝鲜半岛等地区，这些星图构筑了整个东亚地区共有的独特星象体系，也是古代科学与文化传播的重要纽带之一。

天文仪器是人们认识天体运动规律、探索宇宙的重要工具。由于人的器官感知能力是非常有限的，只有通过天文仪器的研制，才能帮助人们取得更准确的观测结果，为天文学的发展提供强有力的保障。从天文学的整体发展来看，人们对日月星辰坐标位置的测定，对天体的方位、出没和中天的时间的测量，以及对天象发生的过程的观察无不依赖于天文仪器。

中国古代的天文仪器大致分为三类。一是测角仪器，如圆仪、浑仪、简仪、仰仪和正方案等；二是纪时仪器，如圭表、日晷和漏刻等；三是演示仪器，如浑象、假天仪等。这些仪器制作精美、构思巧妙、用途广泛，无不展现了先人的智慧，其中不少仪器还是古代非常重要的发明创造。古人通过将这些仪器相互配合使用，构建了一套完善的体系，这对中国古代天文观测技术水平的提高做出了非常大的贡献。

中国古代的历法在漫长的历史岁月中延续了完备的纪日制度，这使我们的历史从公元前841年至今都有确切的时日可考。很多此前无确切日期的重大历史事件，我们也可以结合天文、历史、考古等方法得到它们大致的年代。这些成果在世界上也是不多见的，中国古代历法对历史年代学的贡献由此也可见一斑。中国古代使用阴阳合历，这使得人们既要考虑太阳视运动同气候变化的内在联系，又要考虑月亮视运动、月相变化同人们的夜间生产活动的关系。通过大小月和置闰等方法，太阳和月亮的周期被巧妙地结合起来。为了表达季节气候的变化，古人还创立了二十四节气，用来指导农业生产，这在世界上也是独有的。2016年11月30日，二十四节气被联合国教科文组织正式列入人类非物质文化遗产代表作名录。在国际气象学界，二十四节气甚至还被誉为“中国的第五大发明”。

中国的天文学也历经沧桑，经历过“荣辱兴衰”。自明末耶稣会传教士带来欧洲科学革命的新知识后，中国传统天文学虽然得以与西方的天文学相互碰撞与交融，但从总体上来说，它就如同整个国家的命运一样，在一段时期内逐渐衰落，并大幅落后于西方。如今，中国的经济体量已经位列世界第二，得益于经济的迅猛发展，中国的天文学也逐渐复兴，开始追赶西方，甚至在某些方面已经引领世界。

多年来，中国建成了1.56米和2.16米光学望远镜、1.26米红外望远镜等天文观测设施，这有力地促进了天文学研究的开展。2009年，中国建造并启用了一台口径为4米、焦距为20米的反射施密特望远镜LAMOST，并以元朝天文学家郭守敬的名字为其冠名。这也是目前全世界光谱获取率最高的望远镜。2019年，“郭守敬望远镜”凭借其优异的性能和高超的效率，发现了迄今为止质量最大的恒星级黑洞。

2013年12月，中国的“玉兔号”月球车随着远程运载火箭成功地登陆了月球。2016年，中国的500米口径球面射电望远镜FAST建成，这也是中国建国以来最大的天文工程。FAST成为目前世界上最大的单口径射电望远镜和世界级的射电天文研究中心。与美国同类型的305米口径射电望远镜相比，FAST的综合性能有了大幅提高，并将在未来20~30年内保持世界领先水平。在投入运行后不久，FAST就已经取得了一系列重要的观测成果。例如，2018年4月28日，中国科学院国家天文台宣布，FAST首次发现了毫秒脉冲星，这得到了国际的认证，该毫秒脉冲星也是至今发现的射电流量最弱的高能毫秒脉冲星之一。

得益于FAST望远镜等一系列的天文学进展，中国已经成为世界上“看得最远的国家”。在不久的将来，随着SVOM太空望远镜等项目的实施，我们将更好地在太空观测和研究宇宙中能量最强的现象——伽马射线暴。我们有理由相信，届时中国的天文学发展会再现历史上的辉煌。

本书是法国天体物理学家让-马克·博奈-比多的一部关于中国天文学发展史的著作。作为一名科学家，博奈教授不但在现代天文学的多个领域颇有建树，还热衷于科普事业，他尤其对中国的古代天文学感兴趣，这源于他在20世纪80年代末来华考察的经历。博奈教授一直从事新星和超新星的相关研究，中国古代丰富的天象记录让他印象十分深刻。当时，在中国科学院自然科学史研究所众多天文学史专家的帮助下，他开始借助中国的史料记载，尽情地发掘这其中的巨大财富，并将其运用于自己的研究工作。近些年来，他还与大英图书馆合作，开展了对世界上现存最早的全天星图——敦煌星图的考证和分析工作。所以，本书的超新星和敦煌星图等相关内容，都基于作者自己的研究经历和体会，它们也是全书最为出彩的部分之一。

博奈教授撰写这本书的初衷是结合自己的个人科研经历向西方读者，尤其是向欧洲读者介绍中国古代的天文学发展历史。对于中国读者来说，这样的一本书是否值得阅读呢？我们能从中学到什么，得到怎样的启发？正如历史学家朱维铮先生所说的那样，外国人研究中国历史有什么意义？他的回答是：中国的历史就像一间屋子，中国的历史学者坐在屋子里，虽然他们可以看清屋内的每个细节，但他们的视野却只限于屋子内部，他们无法从更高的维度来看清这间屋子所处的位置，而这个问题只能由站在屋外往里看的人，也就是外国的学者来提供答案。或许，这正是我们读外国人撰写的中国历史著作的最大价值所在。

作为一位法国天体物理学家，而非一位专业的汉学家，博奈教授撰写的这本书在一些细节上或许不太容易满足一些“挑剔”读者对史实的追求。但作为一位有着丰富科研经历的西方现代天文学家，他在书中很好地做到了“古今结合”和“中西结合”，这些不一样的视角也让这本书更加生动、更加精彩和富有启发性。读者不仅能了解天文学的发展历史，还能感受到历史如何影响现代天文学的进程，甚至了解古人丰富的天象记录遗产如何为现代天文学研究提供重要依据，重新展现魅力。当然，为了满足国内读者对历史细节的追踪，我作为译者也为本书添加了大量注释，以使其内容更加丰富。

我第一次见到博奈教授是在2012年11月28日法国巴黎第七大学“古代世界的数学科学”（Mathematical Sciences in the Ancient World，简写为SAW）项目学术工作坊的讲座上，这次研讨会的主题是“李淳风与中国唐朝正史中的志书研究”（Workshops on Li Chunfeng and on the Treatises in the Official Histories Written in Tang China），当时博奈教授的报告题目是《李淳风是敦煌星图的作者吗？》（Li Chunfeng as the Author of the Dunhuang Star Map?），这也是他在本书中重点介绍的内容之一。而我当时也对博士后阶段的工作之一做了名为《律历志中的天文算表：立成的产生和使用》（Astronomical Tables in Lülizhi: On the Creation and Adoption of Licheng）的报告。这次短暂的共同工作经历让我们对彼此都有很好的印象，这也为后来本书翻译工作的开展奠定了相互信任的基石。

我第一次见到这本书是在2017年12月8日，当时我正在法国巴黎天文台访问。那天下午，在查阅完天文台图书馆的耶稣会传教士手稿后，我顺便浏览了图书馆的其他最新藏书，就是在那时我发现了刚出版不久的这本书。作为一名研究天文学史的学者，任何与此领域相关的图书文献都是我需要关注的。当晚一回到酒店，我就立刻在法国亚马逊的网站上订购了这本书。事实上，由于繁重的科研工作，我当时未能及时细致地阅读这本书。待到2018年春节之后，我回到单位上班，研究所科研处的王莹女士找到我，说法国使馆方面希望翻译这本书，以此纪念中法合作的SVOM太空望远镜项目。最终，由于我的专业背景及作者给予我的极大信任，翻译任务被委托于我。该书中文版的顺利出版要感谢作者博奈教授及时反馈我在翻译中遇到的诸多细节问题，他在原书的基础上还更新了部分内容，做了不少有针对性的修订，以满足中国读者和市场的需求。此外，王莹女士和茹志涛先生不遗余力地给予了组织和联络上的帮助，中信出版集团的韩笑、陈弘芳、杨杉杉三位女士承担了繁重的编辑工作。当然，本书的出版也离不开法国驻华使馆、中国驻法使馆科技处、中国科学院等单位的大力支持。

李亮

2018年中秋于北京草房

2020年元旦修订于北京苹果园

附录 古代星图及文字说明

图片提供/中国科学院自然科学史研究所

文字/李亮

〔唐〕敦煌星图（北极天区部分）

图1 敦煌星图由十三幅图和五十行文字组成，星图中绘有1339颗星，它们被分成257个星官。科技史学家李约瑟称其为“世界上现存最早的科学星图”。星图前面十二幅图对应十二个月，且每幅图的左边配有相应月令的文字，最后一幅是北极天区星图。北极天区被绘制得非常清晰,中间有四个红色黑边圆点，它们分别为小熊座γ、小熊座β、小熊座5和小熊座4，另有一个浅色红点为北极星。整个北极天区共绘有144颗星，大致对应中国古代星图中的紫微垣

〔北魏〕洛阳孟津元乂墓星图

图2 北魏元乂墓星图位于墓室顶部。该图呈不规则圆形，被施以淡蓝色波纹的银河纵贯南北，图中绘有300余颗大小相似的红色星点，有的亮星之间还用红线连接，以组成不同星官。由于从战国到两汉时期的墓室壁画星图多为象征性的，星数一般都不多，位置通常也不够精确。元乂墓星图则具有一定的写实性，是已知星图中较早具有写实性质的星图。它反映了魏晋和南北朝时期示意性星图向基于天文观测的实测星象图的转变

〔南宋〕苏州石刻《天文图》

图3 苏州石刻《天文图》是根据北宋元丰年间（1078—1085）的天文观测结果完成的，它由黄裳于南宋光宗绍熙元年（1190年）绘制献呈，最后由王致远于南宋理宗淳祐七年（1247年）刻制而成。碑石上共刻有恒星1400多颗，银河斜贯其中，刻画清晰，银河分叉处也非常细致。这幅星图由于被刻在石碑上，非常方便拓印，加之构图严谨规范，镌刻精致有序，因此流传极为广泛，影响深远

〔辽〕河北宣化张世卿墓星图

图4 张世卿墓星图由若干同心圆构成，其中心嵌有一面铜镜，铜镜四周绘有莲花花瓣，花瓣有两层，各为九瓣，为红、白二色加墨线勾绘而成。外面一圈则是二十八宿，各星为红色星点，由红线连接组成各宿星官，共绘有169颗星。二十八宿之外有间距相等的十二个圆圈，圆圈中绘有黄道十二宫，其中金牛宫的图像则因为恰好位于盗洞处而无存。图中十二宫的形象已经中国化，如人马宫并非西方人首马身射箭形象，而是一人执鞭牵马状；双子宫非西方孪生幼童形象，而是一对男女拱手而立状

〔明〕北京隆福寺藻井星图

图5 隆福寺始建于明朝景泰三年（1452年），它曾是明朝的皇家寺院，其万善正觉殿藻井绘有彩色全天星图一幅。星图使用深蓝色为背景，用沥粉堆金描绘星点，约有1400余颗星。星图的绘制年代大约为15世纪中期，但它所依据的底本可能是某幅不晚于唐朝的古星图。作为保存至今的古建筑星图，该图绘制规范，藻井的仰视效果给人以身临其境的感觉，是一幅具有很高的科学和艺术价值的古代星图

〔明〕汤若望《见界总星图》

图6 《见界总星图》由德国传教士汤若望绘制于崇祯年间。星图上文下图，包括《见界总星图解》一篇和圆形星图一幅。该星图以北天极为中心，采用极投影将全天可见的恒星绘于圆形的平面上，边界相当于恒显圈，靠近南天极、无法被观测到的恒星则不绘出。这与中国古代传统的盖式星图类似，不过恒隐圈的范围要小很多，也就是说，图上的天区范围比中国的传统星图更广

［朝鲜］《天象列次分野之图》（15世纪）

图7 《天象列次分野之图》是古代朝鲜最重要的星图之一，目前存有石刻碑两块，且有刊印本和拓片流传。其内容源自中国古代星图，虽历经重刻，但它依旧保存了中国隋唐以前的部分星象。它也是传世作品中较早根据实测绘制的中国传统星图．具有重要的科学和文化价值，也见证了朝鲜半岛同中国科技与文化交流的悠久历史

［朝鲜］《浑天全图》（18世纪）

图8 《浑天全图》包括南北星座336座，共1449颗恒星。该图内容主要基于乾隆年间《仪象考成》之《恒星全图》。星图上方“七政周天图”和“日月交食图”分别介绍了日月、五星大小和轨道距离，以及日食、月食的原理。星图下方的“七政古图”和“七政新图”分别介绍了天文学家托勒密和第谷的宇宙模型

〔清〕马俊良《京板天文全图》

图9 《京板天文全图》由清朝马俊良绘制，大约完成于乾隆年间。该图上方为一幅北天赤道星图，下方为《舆地全图》。星图中分别使用红色、绿色和黄色表示三垣、二十八宿和银河

戴进贤《黄道总星图》（道光重印本）

图10 《黄道总星图》由德国传教士戴进贤绘制而成，该图于雍正元年（1723年）使用铜版印刷，嘉庆和道光年间使用雕版重印。星图上图下文，图形镌刻细致准确，具有明显的西洋风格，其装饰借鉴了意大利天文学家布鲁纳奇（Francesco Brunacci，1640—1703）的星图。《黄道总星图》具有两个特点。第一是采用黄道坐标系，也就是说，该星图是以黄极为中心分别绘制的黄道南北二幅恒星图。第二是星图中缝及四周绘制了当时欧洲使用望远镜获得的诸多最新天文发现。例如，图中部的上方绘有太阳黑子，中间绘有水星相位，下方绘有月面山海，左上角绘有木星及其卫星，右上角绘有土星光环及其卫星，左下角和右下角分别绘有金星相位和火星表面