在沒有望遠鏡的古代,祖衝之是如何準確計算出「日食月食」的

2020-12-05 醉影在心

歷史本身是自然史的一個現實的部分，是自然生成為人這一過程的一個現實的部分。——馬克思

文章類型/歷史見聞

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中國古代牛人眾多，很多牛人都是文理兼備的大學神。因為他們的傑出貢獻，甚至在世界各地受到廣泛讚譽。比如我們熟悉的數學家祖衝之，他不僅在數學方面做出了突出貢獻，而且在天文學，力學，文學等方面也做出了巨大貢獻。具體有哪些貢獻？。

祖衝之簡介

祖衝之是我國古代著名的數學家，他的科學成就與其良好的家教密不可分。他的祖父祖昌是劉宋時期的大工匠，主要在朝廷管理土木工程。其父祖碩是「朝廷所請」。因學識淵博，經常受邀參加皇家典禮和宴會，可見其家族的學術淵源。良好的家教，再加上自己的努力，從小就對自然科學和文學，哲學，尤其是天文學很感興趣，甚至在少年時代就因博學而成名。

由於從小博覽群書，興趣廣泛，祖衝之被派往當時朝廷的學術研究機構華林學省做研究工作，後赴任。當時，宗明觀是全國最高的科研學術機構，相當於現在的中國科學院。到了明代，他接觸到了當時很難與外界接觸的書籍，為他日後的研究打下了堅實的基礎。後來，他的成就遍及當時的許多方面，如數學，天文學，力學，文學等領域。具體貢獻是什麼？。

對數學的貢獻

說起他對數學的貢獻，只要上過小學的中國人都知道，那就是大大提高了圓周率的準確性。他在前輩劉輝的基礎上，將（）的數值定在現代小數點後七位的3.1415926～3.1415927之間，簡化為3.1415926。因此，祖衝之被選為世界上第一位將圓周率值計算到小數點後第7位的科學家。

為什麼我們能得到這麼大的認可，因為我們把圓周率計算到小數點後七位？因為圓周率的應用範圍很廣，比如在古代很受重視的天文曆法中，只要與圓有關的問題都需要用圓周率來計算和計算，它的準確性就非常重要。在《九章算術》和《周壁算經》中，中國科學家已經提出周長為三，是周長和直徑的三倍。後來在祖衝之的微積分中，它的精確度值得最大的提高，比西方領先了800年。

只是他怎麼得到的？古代沒有精密儀器？電腦是不是更不可能呢？因為他應用了中國古代的「轉曲為直」的觀念，將許多完整的等腰三角形以圓的形狀放置在同一中心點。並且數字越多，圓就越標準化，以便用等腰三角形的底邊長來求圓的周長，用周長的值來計算現實中放不下的大圓（因為圓越大，周長就越精確）。這比傳統的直接測量圓周長的計算要先進得多。

他的貢獻在古代製造業中也大有用武之地。例如，建造大型建築可以用來製作模型，以更好地計算真實的建築，因為比例的概念早在古代就已經存在了。此外，他還創造了「祖率」，「潤飾」等數學概念和著作。他還和兒子一起發現了計算球體積的方法，這是對後世的一大貢獻。

天文學成就

古代天文學家發現，過一段時間就會有閏年，所以古人把19年定為計算閏年的單位。古人稱「一章」，一章有七個閏年。也就是說，在每19年中，7年就是13個月。公元412年，北梁趙翼撰《元事禮》，認為六百年應插入221個閏月。

但祖衝之認為，這兩種方法都不準確。他提出了每391年144個閏月的新飛躍法。根據祖衝之的算法，一個回歸年的時間跨度為365.2428141天，與現代儀器計算的時間相比，只有46秒或不到一分鐘。除了他的堅強，我不知道該如何讚美他。

而且祖衝之繼承了前人的科研成果，不僅證實了歲差現象（太陽一年運行一次（其實地球一年繞太陽運行一次），而且不能完全回到前一年的冬至，總有細微的差別。根據現代天文學家的精確計算，年差約為50.2秒，每71年零8個月後移一次。）計算歲差的存在是每45年零11個月向後一個度。

祖衝之也是我國天文學史上第一次提出「月球交點」（月球連續兩次通過黃道白道同一交點的時間）的概念。估算的時間為27.2123天，與科學家用電腦計算的數據僅相差十萬分之一，甚至不到一秒。他的貢獻對古代日食和月食的預測具有重要意義，因為日食和月食都發生在黃道和白道附近。後來，祖衝之利用自己計算的天文知識，重新制定了曆法「大明曆」。他標記的日食和月食的時間與後來實際發生日食和月食的時間相差不大。

在前人的基礎上，他還更精確地計算了木，火，金等五大行星在天空中的運行軌道和一周所需的時間：木星為11.858年，現代科學家測得時間為11.862年；火星為780.031，與目前科學家計算的時間僅相差0.094天。土星為378.070天，與現代科學家探測到的具體時間僅相差0.022天，金星與目前科學家探測到的時間相差583.931天，水星為115.88天。與現在科學家探測到的時間僅相差0.002天。在古代沒有計算機的情況下，他真的很擅長得到這麼精確的時間。

機械成就

作為傑出的數學家和天文學家，他還設計和改進了許多機器，如：水磨，銅機傳動，計時器等，甚至說他還製造了「木牛流馬」。他的貢獻在史書中也有記載：

「使追古法。衝改造銅機，自馬軍後未有。」

文學成就

以上都是他在科學和工程方面的成就，但頂尖科學家在文學方面也取得了很大的成就。比如，他對古代經典作注釋，整理成書，有《易學》《老子易》《莊子易》《史論語》《史孝經》等。不幸的是，它們已經丟失了。他的文學作品流傳於世，目前只能在《太平御覽》中看到，如《述異記》，《安邊論》等，其中《安邊論》仍是一篇關於邊防的文章。此外，他還精通音律和棋藝。

這樣的人貢獻很大。難怪他們頻頻被國外郵票選中，作為傑出科學家的代表出現。像祖衝之這樣的全能科學家，實在值得我們千年驕傲。

歷史本身是自然史的一個現實的部分，是自然生成為人du這一過程的一個現實的部分。——馬克思

相關焦點

  • 你了解人們常說的日食與月食嗎?
    月食與日食月食與日食，或許是人類在不藉助望遠鏡時，能夠觀察到的最壯觀的天文事件。它們在古代被認為是巨大好運或災難的預兆。而現在，我們知道它們的發生是與地球和月球相對於太陽運行的軌道有關。這意味著每隔一段時間（每年會有數次），月球會在夜間，經過地球投出的陰影，阻礙我們對月球的觀察，我們就將這種現象稱之為月食。同樣地，月球也會在白天繞到太陽和地球之間，暫時擋住我們觀察太陽的視線，這種現象就被稱為日食。而今，我們的觀念已不同於古人，我們知道這些現象不是由神召喚出來的，而是一種通過計算月球和地球在太陽系中運行的軌道的可預測的結果。
  • 為什麼日食和月食每隔一定時間後重複一次?
    古代中國、巴比倫和埃及的一些研究天象的人他們從實際的觀測和研究工作中，知道了日食和月食每隔6,585天8小時會重複一次。這就是說，這次出現的日食(或月食)，隔了18年11天又8小時(如果在這段時期內有5個閏年，那麼是18年10天又8小時)，它又會重新出現一次。古代人們就利用這個周期來預言日食和月食發生的日期。但是，他們並不明白為什麼目食和月食會這樣周期性地出現。
  • 日食和月食只是地球、太陽、月亮三體利用光影演出的一出視覺大餐
    日食和月食之自古以來人類最關注的一個天文現象，這個現象早就被現代科學所破解。但是迄今為止，還有一些人對這個很平常的天體運行鬧不明白，時空通訊就來科普一下。其實日食和月食就是太陽、地球、月球這三個球玩的一出捉迷藏遊戲，是通過相互的光影遮蓋上演給人類的一出出視覺大餐。
  • 同是天象,日食和月食的差別原來這麼大!
    月食就不一樣了，不但可以直視，更可以使用望遠鏡觀看。不過月食發生時，地球在太陽和月球的中間，月球在最外側的位置。在月食過程中，月亮看上去比平時要更暗淡一些，這是因為地球擋住了部分照向月球的陽光，月球在此時只反射地球光芒的緣由。與日食不一樣，月食只分為月全食、月偏食和半影月食三類。
  • 為什麼會有日食和月食現象出現?
    他們發現，日食出現的時候，天空會變暗，並伴隨有星辰的出現，但月亮卻並未出現。這是因為日食總是發生在月亮從西向東，超過了太陽，並在天空中呈現出新月形的日子裡。當月亮從太陽面前經過時，會將太陽全部遮住，於是我們此時就看不見太陽了。不久，當月亮移走後，太陽又會再次出現在天空中。 　　如果上述情況屬實，那麼為什麼不是所有新月出現的日子裡都會有日食發生呢？
  • 中國古代圓周率π的計算史:祖衝之和圓周率的高效計算
    本課程介紹中國古代圓周率的計算史。首先從劉徽割圓術講起，通過介紹割圓術的算法思想和計算方法，以及劉徽不等式的證明，探尋其中所蘊含的對現代數學影響巨大的數學思想。接著介紹了祖衝之對於圓周率的高效運算和他所得到的的高精度結果。由於記載著他的方法的《綴術》失傳，後世學者為探索其可以精確的計算圓周率結果的方法，做出了各種各樣的嘗試，本課程也一一進行了簡單介紹。
  • 祖衝之如何算出圓周率?用編程還原計算過程,結果令人感嘆不已
    OMG好吧，其實我想問的問題是：祖衝之如何計算出如此精確的數字呢？祖衝之使用的是周長法。通過測量（計算）正多邊形的周長，用周長與直徑的比值計算圓周率π。周長法原理原理就是這樣的，但當時祖衝之是如何測量、如何計算，至今仍是未解之謎！
  • 5種古代文化如何解釋日食
    2017年8月21日，日食的總體路徑將使整個太陽被月亮遮蓋，這是近100年來的第一次，它將穿越美國的廣闊範圍。了解一些早期的文化和宗教如何試圖解釋和理解日食。1.中國古代與食龍日食的最早記載之一（儘管應該注意這可能是一個古老的妻子的故事）可以追溯到公元前2136年。
  • 日食的生死力量,古人如何將日食與命運聯繫?
    我們現在都知道日食是一種自然現象，是月球運動到太陽和地球中間，如果三者正好處在一條直線時，月球身後的黑影正好落到地球上，這時發生日食現象。而在古代日食則被稱為厄運，尤其是對於國王來說更是如此，那麼古人是如何將日食與命運聯繫？
  • 2020年日食時間表 中國日食月食發生時間地點一覽
    2020年將有兩次日食、四次月食，現分別介紹如下：一、1月11日 半影月食　　見食地區　　這次月食，在北美洲西北部和東北部、大西洋、非洲、歐洲、北冰洋、亞洲、印度洋、大洋洲、太平洋(除東南部)可以看到。中國可見全過程。
  • 月食和日食的區別?混合日食是什麼?
    日食，無論是日食還是月食，都發生在太陽、月亮和地球相互對準的時候。日食，就像2017年8月21日的日食，是太陽光被月亮擋住的時候。月食是指月亮從地球後面進入它的陰影。當太陽光通過地球折射時，月球在地球正後方移動時，陰影會使月球呈現出紅橙色。
  • 源於未知的恐懼,淺談日食和月食的迷信
    關於太陽的迷信：在中國早期，日食被認為是天象，是「天上的徵兆」，它揭露了國家和皇帝的未來，並將文化和超自然世界結合在一起。據他們說，在月食的時候，一條巨大的天龍吞下了太陽，以顯示它的憤怒和憤怒。日食是令人敬畏的現象。
  • 2020年日食季來了!兩次月食和一個日食!
    精彩的日食和月食即將來臨！準備翹首以盼吧！在接下來的幾周裡，將會發生三次日食：一次是太陽，兩次是月亮。但是，這些事件在北美都看不到。可惜的是，由於COVID-19大流行的旅行限制，不太可能有人嘗試旅遊去看它。為了發生日食或月食，我們的月球必須幾乎與太陽和地球直接成一條直線。
  • 2020日食月食簡報
    以下是2020年六次日/月食的概況： 2020年的日食和月食 Credit: Callan Carpenter 一年裡日食和月食的次數加在一起，最多7次，最少4次。不過7次的年份不很常見，上一次是1982年，已經很久遠了。2020年，日月食的組合很有意思：兩次日食都是「中心對稱式」的（一次日全食，一次日環食），而四次月食全是非常不醒目以至於很難被注意到的「半影月食」。
  • 日食與月食的成因
    日食位置關係圖>當月亮位於地球與太陽之間時，也就是陰曆的初一時，月亮有時會遮擋住太陽就是日食現象。月食位置關係圖當地球位於太陽與月亮之間時，也就是陰曆十五時，地球會遮擋太陽光而出現月食現象。理論上每個陰曆月的初一和十五就會出現日食與月食，但是並不是，究其原因是地球繞日軌道-——黃道，月亮繞地軌道——白道，黃道與白道之間有夾角，不共面，所以並不會每月都發生日食與月食現象，一定是恰好共面共線才會發生。
  • 圓周率是如何計算的?祖衝之的『綴術』居然失傳了
    從古希臘時代開始，由於科學研究和工程技術的需要，圓周率的計算就一直沒有停止過。直到今天，圓周率依然是檢驗計算機計算能力的方法之一。日本某個無聊的出版社居然出了一本一百萬位的圓周率的書《円周率1000000桁表》，全書只有一個數字：π。你知道人們最開始是如何計算圓周率的嗎？
  • 關於日食和月食的天象,夏朝就有文字記載,人們進一步認識了天空
    當時人們把這一情景刻在一塊甲骨上，為人類歷史留下最早的一次可靠的日食記錄。根據文獻記載推算，最早的日食記錄還要早得多。《尚書·胤徵》篇記載夏代的一次月食，當在公元前二千年前後。我國從公元3世紀開始的日食記錄和從公元5世紀開始的月食記錄十分豐富，觀測從未中斷，直至近代。《春秋》一書中就載有二百四十四年中37次日食，其中32次已證明是可靠的。這是當時世界上最完整的日食記錄。有人統計，我國從春秋到清代乾隆年間就有919次記錄。對於日食的成因和周期性，我國古代天文學家早就有了比較深刻的認識。
  • 沒有阿拉伯數字,沒有小數點,祖衝之怎麼記載圓周率?
    （一）圓周率是指圓周長與直徑的比值，我們習慣性把它簡稱為π，而它的具體值也是經歷了很長的時間，其中由祖衝之計算出的值比西方早了近一千年，最重要的是準確到小數點後第七位，即3.1415926，也因此把圓周率稱作是「祖衝之圓周率」。
  • 日食和月食的發生有什麼規律?
    日食和月食哪個發生的機率更高？日全食之所以能發生，純屬巧合。月球直徑約為太陽的1/400，而日地距離正好為地月距離的400倍。從地球上看，月球和太陽的視直徑幾乎相等，因而月球有可能遮住太陽而發生日全食。日食和月食，哪個更常見呢？根據地球和月球運行規律，大約每18年零11天，也即一個沙羅周期，日月食的發生順序就會重複一遍。
  • 古代沒有計算機,祖衝之是怎樣把圓周率計算到小數點後七位的?
    祖衝之是我國南北朝時期傑出的數學家、天文學家，他在數學、天文曆法和機械製造三方面，為我國的科學進步做出了不可磨滅的貢獻。其中一個比較重要的貢獻是，把圓周率精確到小數點後七位，確定了圓周率數值在3.1415926和3.1415927之間。