2000年前由中國人建立的天文坐標,已經成了現代天文學的標準坐標

2021-01-09 網易

  在中國古代的天文學中,有一個名為角宿的星宿,又稱為角木蛟,是二十八宿中的一宿。

  中國的古人,把分布在天上赤道附近的星星,分成了二十八個星宿,又把二十八個星宿,分成了東南西北四宮,這樣就形成了東宮七宿:角、亢、氐、房、心、尾、箕,北宮七宿:鬥、牛、女、虛、危、室、壁,西宮七宿:奎、婁、胃、昴、畢、觜、參,南宮七宿:井、鬼、柳、星、張、翼、軫。

  角宿就是東宮七宿中的第一宿,也是二十八宿中的第一宿。

  角宿由二顆亮星和若干小星組成,兩顆亮星分別被命名為角宿一和角宿二,根據現代天文學的資料,角宿一的赤經為13時25分11秒,赤緯為負11度9分40秒;角宿二的赤經為13時34分41.6秒,赤緯為負0度35分45秒。

  

  赤經和赤緯都是天球赤道坐標中的坐標數據,有了赤經數和赤緯數,就可以確定任何一個星星在天球上的位置。

  天球是中國古代天文學中一個非常重要的概念,就是古人站在地上仰望星空時,感覺到整個星空就像是一個非常大的球一樣,在球的內壁上布滿了日月星辰,而人和大地就像在球的中心,這個球就被稱為天球。

  中國的古人還看到,整個天球是在旋轉的,日月星辰都是從東方升起,在西方落下,而且每天的星星也不是固定的,一年之中出現在頭頂上的星星都不一樣,但一年之後的這一天,又會有同樣的星星出現在頭頂上,這就更加讓中國的古人相信天球是圓的。

  中國的古人還在觀察中看到,北極星是永遠不動的,天上的星星都是繞著北極星在轉動,尤其是北鬥七星,繞著北極星旋轉的現象更加明顯了,所以就把北極星所在位置稱之為天極。

  中國的古人認為,既然天是一個球,球又是繞天極旋轉的,那麼在南方肯定也有一個天極,於是就把北極星稱之為北天極,把南方某一個點稱之為南天極。

  北天極和南天極就形成了一條天軸,天球就是繞著天軸在旋轉的,而大地和大地上的人,就在天球的中心。

  

  這就是2000多年前,由中國的古人所建立的渾天說,東漢初年的張衡《渾儀注》:渾天如雞子。天體圓如彈丸,地如雞子中黃,孤居於天內,天大而地小。天表裡有水,天之包地,猶殼之裹黃。天地各乘氣而立,載水而浮。周天三百六十五度又四分度之一,又中分之,則半一百八十二度八分度之五覆地上,半繞地下,故二十八宿半見半隱。

  張衡的意思就是說,天就像一個球一樣包含著人和大地,所以有一半的星星在地下是看不見的,二十八宿也只能看到一半。

  又因為北極星所在的北天極,是在地面之上的,那南天極就肯定是在大地的下面,天軸和大地是斜著相交的,所以古人就認為,天是北高南低的。

  這就是張衡《渾儀注》:其兩端謂之南北極。北極乃天之中也,在正北,出地上三十六度。然則北極上規徑七十二度,常見不隱。南極天地之中也,在正南,入地三十六度。南規七十二度常伏不見。兩極相去一百八十二度強半。天轉如車轂之運也,周旋無端,其形渾渾,故曰渾天。

  張衡的意思是說,北天極就是天的中央,常年能看見,南天極卻在地的下面,是看不見的,天球就是繞著北天極和南天極這根天軸,始終像車輪一樣在旋轉。

  這位張衡,就是傳說中發明了地動儀的中國古代科學家張衡,張衡所說的就是中國古代的渾天說,渾天說很好地解釋了日月星辰旋轉的現象。

  

  中國的古人還認為,如果在北天極和南天極的中間,在天球上畫一個大圓,把天球平均分為南北兩個半球,這個大圓就是天球的赤道,也就是天赤道。

  那麼,古人是用什麼方法,來確定這個赤道的位置呢?

  第一種方法,就是先確定正東方的位置,《淮南子天文訓》:正朝夕,先樹一表,東方操一表卻前表十步,以參望日始出北廉。日直入,又樹一表於東方,因西方之表,以參望日方入北廉,則定東方。兩表之中與西方之表,則東西之正也。

  《淮南子》的意思就是說,先在早上太陽剛升起時,插兩根杆子A和B相隔十步並對準太陽,讓太陽跟兩根杆子成一條直線,再在傍晚太陽下山前,再插一根杆子B1,讓A和B1跟太陽連成一條直線,然後找到杆子B和B1的中心點,再將杆子A和杆子B與B1的中心點連接起來,這就是正東西方的方向。

  

  確定了正東和正西的方向之後,就可以在傍晚時,在正東方找到一顆星或者天球上的一個點,根據這顆星或這個點運行的軌道,在天球上畫一個圓圈,這就是天球赤道。

  第二種方法就是利用日晷,因為日晷上的晷針和晷面是垂直的,只要將晷針對準了北極星,再用眼睛將晷面瞄到天球上,也就是把晷面延伸到天球上,就可以找到天球上的赤道了。

  如果要利用晷面來確定正東西的方向,也只要在晷面上找到水平線,這條水平線就是正東西的方向。

  

  確定了赤道之後,就可以在天球上標出經線和緯線了,天球上的經緯線和地球上的經緯線原理是一樣的,把天球上連接南北天極,又跟赤道垂直的線稱之為經線,把天球上平行於赤道的線稱之為緯線,赤道的經度簡稱為赤經,赤道的緯度簡稱為赤緯。

  在確定了天球的經線和緯線之後,又怎麼來確定具體的度數呢?

  中國的古人,把星星與北極星之間的度數,來作為赤緯度數,稱之為去極度,如圖中PA、PB的度數,就是這兩顆星星的去極度;再把某個星宿設置為標準距星,通過測量星星與某個標準距星之間的度數,來作為赤經度數,稱之為入宿度,如下圖中假設A是作為標準的距星,那麼B星的入宿度就是ab的度數。

  

  現代的天文學,雖然測量方法與古人有所兩樣,但是所依據的思想是完全一樣的。

  現代天文學把春分點設置為赤經0時,就是太陽剛好運行在赤道上的時候,太陽所處在天球上的位置,也就是春分點的位置,設置為赤經0時,赤經的單位用時來表示,相當於小時的概念,因為天球繞著人旋轉一周剛好24小時,就把赤經設置為24時,由春分點開始往東分別為1時2時3時。

  赤緯就是把天球赤道設置為0度,把赤道往北到北天極設置為0到90度,把赤道往南到南天極設置為0到負90度。

  按照以上的坐標,角宿一就是在春分點的東面13時多一點,在赤道的南面11度多一點,角宿二也是在春分點的東面13時多一點,在赤道的南面0度多一點。

  如果以整個角宿來看,角宿差不多就在春分點東面13.5時的位置,角宿的上面那顆角宿二,差不多就處在赤道上了。

  從角宿的經緯坐標可以知道,中國古人所創建的天球赤道坐標體系,非但在古代非常的科學,就是現代天文學所用的,依然是天球赤道坐標的體系。

  

  知道了角宿的赤經度,就可以根據春分時間,來計算春分時角宿的升起時間了。

  根據現代天文學,2021年的春分時間為3月20日17時37分19秒,也就是說,在3月20日17時37分19秒的時候,太陽剛好處在天球的赤道上,而此時的角宿正在太陽的東面13.5時的位置上,如果把13.5時換算成度數的話,就是202.5度,表示角宿還在地平線的下面。

  假設太陽剛好在下午的六點鐘下山,則太陽下山時,角宿還在地平線下1.5時,也就是22.5度的位置,差不多要到晚上七點半的時候,角宿就會在東方升起。

  從二十八宿的周天度數表上可以查到,從角宿到壁宿的度數,差不多是157.5度,也就是10.5時;從壁宿到角宿則就是202.5度,也就是13.5時。

  因為春分點與角宿的度數是13.5度,而壁宿與角宿的度數,也是13.5度,由此可知,在春分的時候,太陽正處在壁宿的位置上,也就是說,2021年的春分點就在壁宿。

  從現代天文學的資料上看,壁宿一的赤經為0時13分14.2秒,壁宿二赤經0時8分23.27秒,的確非常靠近春分點。

  所以,我們可以確定,現階段的春分點就在壁宿的位置上,以後會隨著歲差,慢慢向室宿移動。

  經過以上推算就可以得知,春分這一天晚上的七點半,東方七宿中的角宿,就會在東方升起,《爾雅》:數起角亢,列宿之長。故角之見於東方也,物換春回,鳥獸生角,草木甲坼。

  《爾雅》的意思是說,當角宿在晚上從東方升起的時候,便是萬物復甦的季節。

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