郭守敬和《授时历》

2012年06月26日 10:45 华夏文明

 

中国古代历法成就极其辉煌,许多成果长期领先于世界。传说黄帝首创历法,是古六历(黄帝、颛顼、夏、殷、周、鲁)之一。《尚书·尧典》中,已有“期三百有六旬有六日,以闰月定四时成岁”的记载,证明在尧的时代已经确定一年分四季,366日,并有闰月的设置。春秋时代天文学家曾经首创十九年七闰的方法,准确地调整阴阳历之间的差距。春秋末年又出现了“四分历”,它确定的岁实(从冬至到次年冬至的天数)为365.25日,是世界上最精确的回归年天数数值,和罗马颁布的儒略历数值相同,但是比儒略历早了500年。汉武帝太初元年(前104)实施《太初历》,规定一回归年为日,一朔望月为日,并将二十四节气首次订入历法。汉武帝的《太初历》施行之后的1000多年之间,又先后编制了70余种历法,其中包括不少优秀历法,如唐代李淳风编制的《麟德历》(665年)、僧一行编制的《大衍历》都比较有名,但是各种历法行用的年代都不长,只有元代郭守敬(1231—1316)编制的《授时历》行用360多年之久,成为中国古代历法最出色的代表。

元代至正十三年(1276),元世祖忽必烈命天文学家郭守敬主持制定一部新历法,以改变国家南北历法不统一和传统历法误差越来越大的弊端。郭守敬是一位具有罕见才能和过人敬业精神的杰出科学家,在接受这项艰巨任务之初,他就认为,“历之本在于测验,而测验之器莫先于仪表。”他把研制高精度仪器当作当务之急。在察看大都(今北京)司天台那架仅存的浑仪时,他发现仪器设置的北极出地高度(相当于地理纬度)是宋代开封的北极出地高度35度而不是大都的北极出地高度,原来仪器从开封运送到大都之后根本没有作相应的调整。加上战事频繁,年久失修,这台浑仪已经环圈锈蚀,转动不灵,台上的重要仪器圭表也已经东倒西歪,无法使用。郭守敬发奋图强,三年内就研制出简仪、仰仪、玲珑仪等十二种新天文仪器,这些仪器的功能和精度都是大大超越了前人的。为了去外地使用,他还研制了便于携带的一系列仪器。

郭守敬发明的简仪(模型)。它在中国传统浑仪基础上,将众多环圈简化,只保留两组最基本的环圈系统,这是当时最先进的天文观测仪器。

在编制新历法期间,郭守敬主持了全国规模的天文观测活动,在全国建立了27个天文观测点,分布在南起北纬15度,北至北纬65度,东起东经128度,西至东经102度的广大地域。他主要进行了日影、北极出地高度(观察北极星的视线和地平面形成的夹角度数)、春分秋分昼夜时刻的测定。测出的北极出地高度的平均误差只有0.35。郭守敬还从南北朝宋大明六年(462)到元至正十五年(1278)近900年间的天文资料中选出六个比较准确的数据,经过运算,确定一回归年的长度是365.2425日。这个数据和当今世界通用的公历(格里高利历)相同,但是却早了三个世纪。法国著名天文学家拉普拉斯(P.S.Laplace,1749—1827)也承认,就以日至测影而论,在13世纪中叶,当以郭守敬的四丈高表的测量最为精确。

人们的生产、生活和大自然的季节变化息息相关,天文历法知识的不断丰富,促进了生产力的发展和生活水平的提高。图为木版年画《男十忙》、《女十忙》。

郭守敬和其他的天文学家们艰苦奋斗、精确计算了四年,运用了弧矢割圆术来进行黄道坐标和赤道坐标数值之间的换算,以二次内插法解决了由于太阳运行速度不匀造成的历法不准确问题,终于在1280年编成了这部历史上空前精确、空前先进的历法,根据古书上“授民以时”的命意,取名为《授时历》。用郭守敬自己的话说,《授时历》“考正者七事”,“创法者五事”。主要是确定了一回归年的长度为365.2425日,一朔望月的长度为29.530593日,摈弃了沿用几百年的上元积年法,以至正十七年(1280)冬至作为历元(就是与天文学所列数据、图表相对应的时刻)。它的精确度只比地球绕太阳公转一周的时间差了26秒,和现在通用的公历(格里高利历)一年的长度一模一样,但是它比格里高利历早了300年。这真是一项了不起的伟大成就。

《授时历》编制不久即传播到日本、朝鲜,并被采用。近年来日本和欧美等国的天文学家和天文学史家对《授时历》产生了新的兴趣,进行了广泛而深入的研究,并组织了翻译工作。《授时历》作为中国历史上一部优秀的、先进的、精确的历法,在世界天文学史上也占有突出的位置。郭守敬也受到国际天文学界的广泛尊敬,月球背面一座环形山被命名为“郭守敬环形山”,1964年发现的一颗小行星被命名为“郭守敬小行星”。