书城科普读物科学文库——讲述天文故事
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第14章 天文历法的变更

历法指根据天象变化的自然规律来计量较长的时间间隔、判断气候的变化、预示季节来临的法则。根据月相圆缺变化的周期来制订的历法叫阴历,以地球围绕太阳的运转周期为根据而制订的历法叫阳历。我国的古代历法把回归年作为年的单位,把朔望月作为月的单位,是一种兼顾阳历和阴历的阴阳合历。

我们在日常生活中会使用到日历,这是对日期的详细规定,也是历法在生活中最直观的表达形式。时间长河是如此漫长,我们有时会迷失在这个漫长的过程中,幸好我们拥有历法。正因为有了历法,我们才能准确地记录历史,也才能很好地安排生活。历法的三大要素是年、月、日,它在理论上与天然的时间单位相等,即回归年、朔望月、真太阳日,我们通常称其为历日、历月、历年,它们是历法必不可少的部分。

象征天文历法的工艺品

我国古代的科学技术十分发达,历法在很早以前就已经产生。相传黄帝首创历法,不过这个创造的过程和结果现在只留下片言只语,所以很难确定其真伪。春秋末年的四分历是最早的成文历法,它是当时世界上最进步的历法,该历法认为一年应该等于365.25日,这在当时世界上非常精密。四分历确定了19年7闰的规则,一百六十年以后,希腊人才发明这个方法,置闰使历法更加精确。西汉时期,我国民间天文学家落下闳创制了太初历,这个历法于汉武帝太初元年开始实行。自有科学历法以来,太初历是第一部资料完整的传世历法,历法采用行星汇合周期,相关数值非常准确。该历法规定以正月为岁首,首次计算了日月交食的发生周期,并且首次引入了二十四节气。

朔望月周期是阴历定月的方法,初一是朔望月的开始,其时间跨度为29.5天,农历大月30天,小月29天。地球的运动规律是阴历定年的依据:月绕地球12.3周即地球绕日一周,一年内之月数不能有奇零,所以一年12个月354日,与实际数字相比还余11日,三年便余33日,所以每隔三年就要设置闰月。如此还余3日或4日,再积二年,共余25日或26日,又可设置闰月,平均计算得出每19年须置7闰。闰月是有节无气之月,有闰月的一年是闰年,闰年有13个月,闰月的名字与前面月份的名字相同,如果前面月份是8月,闰月就是闰8月,平年只有12个月。农历平年有12个月,全年354天或355天,闰年为13个月,全年383天或384天。因为每月的天数不能有奇零,所以阴历月份有29日或30日。

祖冲之编制了大明历

祖冲之是南北朝时期杰出的天文学家和数学家,他编制了我国著名的大明历。大明历首次引用了岁差,虽然数值精度不高,却是历法史上的重大改革,为以后的历法起到了示范作用。经过祖冲之的推算,得出回归年的日数是365.24281日,交点月的日数是27.21223日,这些数值与现在的数值十分相近,体现了祖冲之缜密的思维和高超的技术。大明历中的置闰法与以前相比有所不同,历法采用了391年中设置144个闰月的新闰周,比19年7闰更加精密。

一行是唐代的僧人,同时也是杰出的天文学家,大衍历就是由他编制的。公元724年,一行组织了我国历史上第一次规模宏大的天文大地测量,这次测量使我国在子午线长度的实际测定上走在了世界的前例,也为制定更精确的历法大衍历打下了坚实的基础。大衍历正确掌握了太阳周年视运动的规律,过去的历法把全年平分为二十四节气,这个错误在大衍历中得到纠正。

人类社会在不断发展,历法在以后还会继续改革。现在世界上通行的几种历法,没有哪种称得上完美。理想的历法应该使用起来十分方便,人们记忆也十分容易,历年的平均长度等于回归年,历月的平均长度等于朔望月。这些要求现在根本无法同时达到,经历了很长的时间之后,平均历年不可能与回归年相等,平均历月也与朔望月有出入。怎样做到既精确又方便呢?现在人们还没有找到最好的答案。找到历法精确和方便的结合点,将永远是历法改革的方向和目标。

具有明确的起始点是历法的基础,一年的开端是“岁首”,计算的年代是“纪元”,这两项都不可缺少。除此之外,每年的日数、如何划分月份、每月的天数等等都是确定历法应该考虑的问题。在制定历法时,安排日月年的关系是最重要的事情,由于日月年三者之间没有最大公约数,所以这个问题看起来很简单,其实需要进行长期连续的天文观测,而且需要相当高超的智慧,三者的关系最终才能确定。世界各地在不同历史时期出现过千差万别的历法,但可以简单归纳为3种,即太阴历、太阳历和阴阳历。3种历法各自有各自的优缺点,现在世界上通行的公历就是一种太阳历。

阴历以月亮的视运动规律为依据,并在此基础上设置的历法。月亮的运动规律是阴历定月的依据:白道是月球运行的轨道,白道与黄道是天体上的两个大圆,它们以5度9分的角度斜交,月球绕地球一周,要在黄道上出没两次,月球公转一周所需的时间为27日7小时43分11.5秒,这就是通常所说的恒星月。当月球绕地球转动的时候,地球的位置因公转有所变化,公转一周大约前进27度多,月球每天转动13度15分,其公转一周所需的时间是29日12时44分2.8秒,这就是通常所说的朔望月。现在我们常说的一个月,实际上指的是朔望月,与恒星月没有什么关联。

英国著名的巨石阵与历法有关

太阳历是以太阳的视运动为周期的历法,该历法的每一个历年都近似于回归年,每一个历年中的月日与太阳在黄道上的位置符合,如春分点永远在3月21或22日,一般来说不会超过这两天。根据阳历的月份,我们可以准确地看出四季的寒暖变化,不过阳历也有不足,根据阳历的日期,我们不知道月亮的朔望和上下弦。由于一个回归年的十二等分约为30.5天,与两个朔望月相差不大,所以阳历同阴历一样,也把一年分为12个月。阳历里所说的月只是空名,与朔望月没有什么关系,更不能体现出月亮圆缺的变化周期。

太阳历产生于古埃及,古罗马的儒略历和格里高历也都是阳历,我们现在所说的公历就是格里高历。公历只是我国人民对格里高历的称呼,《汉英词典》上没有公历的英语单词,只有格里高历的解释。格里高历现在在世界各国通用,它是一种阳历,所以我们可以说公历是阳历,但是阳历是类名不是专名,如果说阳历是公历便是错误的。公历里虽然没有二十四节气的名称,可是二十四节气在公历里有固定的月和固定的日,年与年之间最多相差一两天,而二十四节气在农历和藏历里有可能出现在月头、月中和月尾,并没有固定的日期,因此我们不能说二十四节气是阴历,它是阴阳合历的农历和藏历中的阳历部分,它们由太阳在黄道上的位置来决定,与太阳的变化没有什么关系。

在阴历和阳历之外,有一种截然不同的历法,它就是阴阳历。阴历和阳历不能相互兼顾,它们的一年含有12个月。阳历的平均历年等于回归年,但月份和日期与朔望月和月相无关;阴历的平均历月等于朔望月,但日期与季节和农时不同;阴阳历则兼顾阴历和阳历,既要平均历年等于回归年,又要平均历月等于朔望月。人类最早使用的历法是阴历,后来有些地方改用阳历,另一些地方则试图找到阴阳兼顾的途径,将一年12个月的传统打破,如我国和古希腊等的历法就是如此。

阴历与月亮运行的周期有关

阴阳历与阴历有共同点,它们都规定小年为12个月,大年为13个月,其中含1个闰月;都使平均历月等于朔望月,即保证日期与月相对应。阴阳历的安排使得小年相当于阴历年,大约为354天,比回归年短了11天;大年则接近384天,比回归年多了18~19天。只要按一定比例把大年和小年相间排列,就可以在历月等于朔望月的同时,又使历年的平均长度等于回归年,这就是阴历和阳历结合的优点。例如我国祖先在两千多年前发现的19年7闰法,在19年中排12个小年和7个大年,就可以近似地达到上述目的。

阴阳历能够兼顾回归和朔望,但是并非十全十美。阴阳历的历年虽然平均等于回归年,但日期并不能与节令对应上。阳历设置的是闰日,大年和小年之间相差一天,阴阳历设置闰月,一闰就是一个月,这样过了一个小年,阴阳历日期会比节令或公历提前11天,经过一个大年,阴阳历日期会比节令或公历推迟18~19天。按照阴阳历的规则,我国安排了农历中的月日,如正月初一这个阴阳历日期,平均发生于立春这个节令,即公历2月4日或5日,但这个数字并不是固定的,正月初一有可能在立春之前,也有可能在立春之后。阴阳历日期在节令附近跳动,农业生产必须按季节或节令安排,用阴阳历日期来安排农事活动极为不便,有可能会造成减产。现行历法都有这样那样的缺点,如何找到最恰当的历法,仍然需要后来人的努力。

天文历法与农业生产有密切联系,因此历代封建统治者对天文观测与制定历法都十分重视,元代是天文学大发展的时期,天文学在这个时期取得了很大的成就。元朝对天文技术的发展和推广十分重视,据有关史料记载,元朝很多天文技术当属世界一流。元代朝廷在天文历法方面做了很多工作,主要表现在组织天文观测、建天文台和颁布实施《授时历》3个方面。

至元十六年,元政府组织有关人员进行了天文观测活动,这次活动规模空前,其范围“东极高丽,西至滇池,南逾朱崖,北尽铁勒”,共设南海、大都、阳城、上都、和林等27个观测点,也就是每隔10纬度就有一个观测点,其最北面的北海观测点已经靠近北极圈,达到了北纬64.5度的地方。这些观测点只有河南登封县境内的测景所保存至今,其余都已经消失在历史中,测景点负责测量夏至日日影长度和昼夜长短。元朝政府组织这样大规模的观测活动,是为了通过实际观测掌握材料,以此作为制定历法的依据。

上都回回天文台和大都天文台是元代最著名的两个天文台。至元八年,上都天文台开始修建,它是元朝设置最早的回回天文台,该天文台的设置同阿拉伯天文学家札马鲁丁有关。至元四年,札马鲁丁被忽必烈召见,他具有渊博的天文学知识,忽必烈对他非常赏识,并且将他编制的万年历颁行北方,这对阿拉伯天文学在我国的传播起了重要作用。至元十六年,大都天文台开始建造。该天文台的灵台共3层,高24米,上层是平台,中下两层各有回廊。中室位于下层,是太史院长官办公的地方;中层有8室,分藏多种天文仪器和历代天文图集;顶层陈放着郭守敬设计的简仪、正方案和仰仪等仪器,可以用于实际观测。大都天文台最初名为“司天台”,主要用于用于观测天象。大都天文台是当时世界上规模最大、人员最多、设备最完善的天文台,推动了世界天文学的发展。

金天会五年,大明历得以确定,元初沿用的历法便是该历法。该历法使用时间长达一百多年,出现了许多数据和天象不符的情况,元代的农业生产和人民生活受到了影响,刘秉忠为此提出修历的建议。至元十三年,忽必烈接纳了他的建议,决定成立改修新历的太史局,许衡、王恂、郭守敬等人是太史局的主要成员。郭守敬制造过简仪、仰仪、圭表、景符等天文仪器,他知道修订历法必须要靠天文观测,正如他所说:“历之本,在于测验。”朝廷采纳了郭守敬的建议,于是出现了大规模的天文观测活动。这次观测获得了许多精确结果,为新历法的修订提供了充足的资料。在精确结果的基础上,王恂和郭守敬埋头苦干,至元十七年,他们编成了新的历法,这就是授时历,此历法在产生之后沿用多年。

1楼昵称:简单美

我们知道每四年有一个闰年,闰年要闰一个月,如何确定闰哪个月?有闰正月的吗?为什么?

2楼昵称:凡人无忧

从来没有听说过闰正月,想来是没有的。

3楼昵称:回忆录

二十四节气有节气和中气之分,中气和节气从冬至起相间安排,小寒为节气,大寒为中气。现代农历按照地球在轨道上的位置为标准,把二十四节气定为360度,两节气之间相隔15度。冬至时地球位于近日点,因而太阳在黄道上移动15度的时间不到15天。夏至时正好相反,移动15度超过了16天。由于两个节气的长度平均约为30.5日,阴历每月平均只有29.5日,因而每月的节气必然会推迟1天或2天,这样就有月份只有节气而没有中气,这个月就是“闰月”。

4楼昵称:幻想天亮

由于定气方法的采用,冬季节气的平均长度约为29.74天,节气逐月向后推迟的速度很慢,所以冬季设置闰月的可能性很小。夏至附近地球运动得慢,因而夏季及其前后几个月闰月设置较多,如农历三、四、五、六、七月,现在我们还没有遇到闰正月。

很久以前,有一个非常有志气的青年,他的名字叫万年。万年看到当时节令很乱,想把节令定准。他在上山砍柴时还想着这个问题,坐在树底下休息时,树影的移动启发了他,他设计了测日影计时的晷仪。可是晷仪在天阴雨雾便没有作用,万年受到山崖滴泉的启发之后,动手做了五层漏壶。就这样天长日久,万年发现每隔360多天,天时的长短就会重复。

祖乙是当时的国君,天气风云总是变幻莫测,这让他感到十分苦恼。万年带着日晷和漏壶去见祖乙,对他讲述了日月运行的道理。祖乙听后感到非常高兴,认为有希望掌握风云变幻,于是把万年留下,并在天坛前修建日月阁,筑起日晷台和漏壶亭。

祖乙满怀期待地对万年说:“希望你能测准日月规律,推算出准确的晨夕时间,并且创建出精确的历法,这是为天下的苍生造福啊!”万年便留在日月阁进行工作,当他完成了历法的初步工作时,祖乙亲自登上日月阁看望他。万年对祖乙说:“现在正是12个月满,旧岁已经结束,新春马上开始,国君给新春取个名吧。”祖乙说:“春为岁首,那就定为春节。”

日子就这样一天一天过去,又是一个冬去春来之时。万年经过长期观察,再加上精心推算,制定出了准确的太阳历。当万年把太阳历奉给继任的国君时,昔日的青春已经不再,他已经满面银须。国君对万年的奉献精神非常感动,为了纪念他的功绩,国君下令将太阳历命名为万年历,万年就是日月寿星。