易学春秋 追溯从天文到人文的易学发展之路(14)

十四,天文观测技术的进步与黄道的建立黄道是地球绕太阳公转的轨道平面与天球相交的大圆,是地球上的人看太阳于一年内在恒星之间所走的视路径,即地球的公转轨道平面和天球相交的大圆。简单地来…

十四,天文观测技术的进步与黄道的建立
黄道是地球绕太阳公转的轨道平面与天球相交的大圆,是地球上的人看太阳于一年内在恒星之间所走的视路径,即地球的公转轨道平面和天球相交的大圆。简单地来说,地球一年绕太阳转一周,我们从地球上看成太阳一年在天空中移动365或366圈,太阳这样移动的路线叫做黄道。太阳在天球上的“视运动”分为两种情形,即“周日视运动”和“周年视运动”。“周日视运动”即太阳每天的东升西落现象,这实质上是由于地球自转引起的一种视觉效果;“周年视运动”指的是地球公转所引起的太阳在星座之间“穿行”的现象。

如上图所示,此为北回归线以北、北极圈以南地区的太阳“周日视运动”轨迹:其中间的那个圆周轨道是每年春分和秋分那两天中,太阳在白天运动时所走的轨道圈;在两顶端的两个圆周轨迹圈分别是夏至和冬至那两天的太阳运行轨迹圈,其中上顶端的是夏至轨迹圈、先秦时称为“日北至”,下底端的是冬至轨迹圈、先秦时称为“日南至”;而在夏至轨迹圈和冬至轨迹圈之间,分布着太阳其他各天的运行圆周轨迹,从夏至到冬至的过程中此圆周轨迹圈逐日下移、直到冬至时到达底端,而从冬至到夏至的过程中此圆周轨迹圈逐日上移、直到冬至时到达顶端。
所有轨道圈的集合就是“黄道”。中国最早的天文著作、也是“盖天说”的主要文献——《周髀算经》中就已提出“七衡六间”的概念:其中,最内侧夏至太阳运行轨道所在的“内衡”与最外侧冬至太阳运行轨道所在的“外衡”之间被涂以黄色,以显示“黄道”;另外以周地为中心,以16.7万里为半径所画出的圆(盖天说认为,日光可照到的距离为16.7万里),就是居住在周地的人所能看到的天体范围,这个部分被涂以青色,称为“青图画”。如下图所示:

但这样的黄道显然过于庞杂繁琐,不便于快速准确的查找定位每时每刻太阳所在的位置,所以需要一套简洁明了的坐标来标注太阳的运行轨道。经过研究分析,先哲将整个“黄道周年运动轨迹”通过一套类似“经纬度坐标”的定位系统来标注整个黄道:尽管太阳每天的升起落下的位置不同,但每天运行轨迹所在的平面都与天赤道所在平面平行,故只需确定出太阳全年初升位置,再通过赤道来定位就能找出每时每刻太阳在天穹上的位置——其原理与今天通过经纬度来定位目标所在位置的原理相同,天赤道与黄道就好比几何坐标体系中的坐标轴、通过两轴的聚焦可得出太阳每时每刻的具体位置。
为了满足定位坐标系统的需要,须在天赤道之外另造一套能反映将全年日出位点的系统,这就是今天被称之为“黄道”的系统。巧合的是,以日出位点相连接形成的“黄道”所在的平面恰好与地球的公转轨道平面相重合,所以现代天文学中以“黄道”来指代地球公转轨道、但这并非黄道最初的本义。但中国的二十八星宿起初是天赤道体系,而天赤道反映的是以北天极为旋转中轴所在的天球运行轨迹、不能反映太阳在全年中每天日出位点的变化——古人发现太阳并不像天赤道那样初升点始终位于正东方,而是在夏季时的初升位置偏东北、冬季时偏东南、春秋二季时近正东。因此为了满足新需求,就需同样以恒星为坐标来制造一套新的坐标体系,即黄道体系。
建立黄道体系的关键的问题在于:人肉眼能看到太阳时,是看不到夜空中的群星的,反之亦然——那我们该如何用何种方法,把两个本是“参商不相见”的体系,有机结合在一起呢?这还须回到两个昼夜转换的时间节点上——黎明与黄昏——因为这两个时间节点上,是唯一能在太阳与群星之间产生交集的时间段、其他时段都无法做到。那么是使用相对简单的黄昏观测星宿法,还是选择难度较大的黎明来观测呢?
考虑到建立太阳定位系统的需要,黄昏时太阳即将入地、定位黄昏时太阳所在位置对建立搜索体系没有丝毫帮助,所以只能选择黎明,故东西方的先哲们都不约而同的选择黎明时分来观测。又因为需要用星宿定位太阳的初升位置,所以在黎明时不能使用相对容易观测的西方星宿来做标记、这样无法定位太阳初升位置,故只能选择紧贴太阳的东方星宿来做定位。
而太阳只有在黎明旭日初升的一小段时间内,呈现肉眼可以直视的红球状、这时太阳的位置也相对能被准确的定位;过了这段时间后太阳就会发出耀眼的光芒,不仅人的肉眼无法直视,连太阳的轮廓都会显得模糊不清——因为太阳此时已经不再是一个点而是边界模糊的巨大一团、而且太阳耀眼的光芒也遮盖了微弱的星光,所以此时无法用星宿定出其在天球上的具体点位。由此可见,要建立黄道体系的话,就只能选择日出时的短暂时间来观测日出位点与星宿宿度间的关系。
不过,黎明测星宿的难度是远大于黄昏时测星宿的。首先,人的自然作息规律是“日出而作、日入而息”,要观测黎明时太阳与星宿的位置就必须在黎明前就早做准备;而在没有“闹钟”的古代,就必须提前到黎明前相当一段时间来做准备、甚至整夜不眠来守候。其次,同时观测黎明时太阳旁边的东方星宿只限于太阳初升时的一小段时间内,观测者须准确而迅速的把握这一瞬间。
另外,当太阳出现时星宿就隐没于太阳光芒中,所以当日真正用于定位太阳初升位置的星宿并非实测所得,而是通过观测其旁星宿、并借助于已知的星宿宿距推算得出,这就需要相对精确的计时工具来辅助完成。由此可见,黎明时日出位置的观测必须在稍纵即逝的短时间内完成,一旦错过就无以弥补;且必须建立在已经掌握了各星宿位置的基础上,才能推算得出,并需要借助于较精密的计时工具——这对天文观测者的专业要求很高,非具有一定水平的专业天文观测人员是无法完成此复杂而艰巨的工作。
总而言之,黎明观测定黄道的难度是大大高于黄昏观测定天赤道,这也是为何先有天赤道体系,而后才有黄道体系的缘由所在。
那么,测日出定黄道对上古先民来说就是“不可能完成的任务”吗?其实不然,即使在上古简陋的客观条件下,古人还是有能力来完成这看似复杂而艰巨的工作。首先,当时已经有了依据天赤道来建立的二十八星宿体系,因为黄道与地球赤道的夹角在23.6°、这也是相应的天赤道与黄道的夹角,所以天赤道星宿与黄道星宿的多数部分不是重合的、就是相距不远可资借鉴的——因此,在计算星宿与星宿之间的宿距时,可以二十八星宿为依据进行天文推算;并以原始二十八星宿为模板、稍作改动,就能变为黄道体系、鬼、牛、女等星宿的改造正源于此。
其次,在计时工具上,可以使用漏刻来计时。虽然我国最早提及漏刻的文献是《周礼》,其成书年代最早也不早于西周初年的公元前1000年左右,但这并不等于说之前就不可能有漏刻了。因为《周礼》所提及的漏刻是已经能用于日内准确到15分钟左右的计时装置,“百刻”漏刻,所以很难想象周人能在短时间内从无到有、一步登天的发明了如此准确的计时装置,在这之间一定有一个逐步发展演变的过程。
这就像文字学家对甲骨文的分析那样——甲骨文已经是种相当成熟的文字,虽然目前还没发现比甲骨文更早的文字,但一定曾有过比甲骨文更早、更幼稚的文字起源——这个分析同样适用于漏刻的发展演变:最早的漏刻肯定不是庞大复杂的“百刻”漏刻,最早的漏刻的计时范围或许就只有一个时辰、甚至一个时辰都不到,但这就是最早的计时工具,简陋、却实用。
其实,观测并计算黎明时日出位置的宿距,也并不需要“百刻”漏刻这么精密的计时器,因为本来“黎明日出”就是个不到一个时辰的短暂时间段,所以只需要一个能满足一个时辰内的准确计时就足够了。而要制造个一时辰内准确计时的漏刻就容易多了,只需在白天能用日晷计时的时候对漏刻进行精度矫正、就能用于昼夜任何时段内的短时间计时了。以此种漏刻为计时工具,就不仅能计算出星宿与星宿之间的宿距,还能计算日出位置所在的星宿位置:
对天文观测者来说,他无需整晚都用守着漏刻来计算何时日出,只需看到东方露出鱼肚白的时候开始启用漏刻来计时,并同时记录此刻这段时间内的星宿位移变化,直到日出后阳光完全遮掩星光。然后再将所测得的数据与已掌握的二十八星宿的宿距进行对比,就能得出每天日出时刻太阳所在位置;再把全年的日出位置串联起来,就得到了整个“黄道”的全貌。

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