中國古代五大天文學家 ---石申

2020-12-04 桃子有事說

月球背面的環形山,都是用已故的世界著名科學家的名字命名的。以中國科學家命名的環形山共有5座,其中有一座就是以戰國時代魏國天文學家石申命名的。

關於石申的生平事跡,史書記載極為有限。從現有史料來看,石申又名石申夫,生卒年代不詳,大約生活在公元前4世紀。他著有《天文》8卷。後人把這部著作與當時另一位天文學家甘德的著作《天文星佔》合起來,稱為《甘石星經》,是世界上最早的天文學著作。

石申是戰國時代中期著名的天文學家。他經過長期觀測,曾系統地觀察了五大行星運行的規律,測定121顆恆星方位,測出恆星138座,810個。他不但編制了世界上最古老的星表,而且在四分曆、歲星紀年、行星運動、天象觀測和中國古代的佔星理論等方面,都做出了重要的貢獻。

一、佔卜星象,探尋奧秘

群星閃爍的天空絢麗而神秘。從古自今,人類不斷探尋星空的奧秘,內心總是充滿虔敬。古人甚至把日月星辰奉為神明,希望能夠通過星象的變化預測人間的禍福。

天文學是我國古代最為發達的自然科學之一,文獻數量可與數學並列,僅次於農學和醫學。但「天文」最初卻是「數術」的一種,主要用來推測「吉兇」。它既包括星象的分布和運行,又包括對雲氣的觀察,更包括「星氣之佔」。古代佔星家為了通過天象的變化來佔卜人間的吉兇禍福,將天上的星空區域與地上的國家相對應,常常根據星辰位置的移動來判斷戰爭的勝負。因此,人們對星象年復一年地進行著長期觀測,天文學才漸漸發展起來。

春秋戰國時期,以「天」為直接對象的學派有兩個,一個叫「佔候家」,一個叫「星象家」。佔候,就是以天地氣象的變化預測人間禍福,雲氣、風勢、日色、虹掛、霧象、電光、雷聲、海潮、月暈、塵土、陰霾等,都是佔候家觀測玄機的對象。星象家也叫佔星家,就是以天上星辰的變化,預測人事國運的學問家。石申是魏國的星象家,他通過觀測星象的變化預測天意,告訴國王是戰是和,順天行事。

石申所研習的學問,與巫師佔卜、陰陽五行、堪輿之術等神秘流派有著極大的不同。他是「究天人之際」的淵深學派,也是人世體察天機的異能之士。自夏商周三代開始,國王通常有兩個固定的官身預測家,一個是卦卜的巫師,另一個就是佔星的星象家。而諸如陰陽家、堪輿家等,則極少有朝臣資格。兩者相比,卜卦較為流行易懂,尤其在周文王演繹八卦和孔子撰寫爻辭之後,普通的讀書人對卜卦都能有所了解,卦卜的心理威懾和影響力也就日漸減弱了。相反,星象家卻始終保持著曲高和寡的神秘,等閒學問家根本無法窺知其中的奧秘。正因為星象是如此的深奧,又如此難以為常人所掌握,所以星象家常常出言成讖,化成神秘的預言。

二、觀測星空,著書立說

從遠古時代起,夏商周曆代都有星象家輔佐王室。進入春秋戰國時代,也有不少觀測星宿運行的佔星家。他們不僅為各國諸侯佔卜吉兇,而且還紛紛通過觀測和研究著書立說,試圖對宇宙萬事萬物作出解釋。其中,對後世影響最大的,一個是齊國的甘德,另一個就是魏國的石申。他們的著作合稱《甘石星經》,是世界上最早的天文學著作。

《甘石星經》其實並非由甘德和石申合作完成。他們各自觀測天象,各自寫出著作。甘德的著作名為《天文星佔》,石申的著作名為《天文》,都是8卷。他們的書雖然以佔星術為主要內容,但其中也包含著關於行星運行和恆星位置的許多知識,對於天文研究有很高科學有價值。後人就把這兩部著作合起來,稱為《甘石星經》。

《甘石星經》詳細記載了五大行星的運行情況及出沒規律,還記錄了800多顆恆星的名字,其中121顆恆星被測定了方位。後人把甘德和石申測定恆星的記錄稱之為「甘石星表」,它是世界上最早的恆星表,比希臘天文學家測編的歐洲第一個恆星表大約早200年。

近代的天文學家通常把星宿劃分成若干區域,稱之為星座。其實,在我國古代,天文學家也有類似的劃分。他們把天空中的星星劃分出區域,稱之為二十八宿。據《開元佔經》記載,包括二十八宿在內,屬於石申區劃的星宿就有120個,計星815顆。二十八宿是我國最早的天文座標圖,五大行星的運行,彗星、新星、流星的出現,都可以在這個座標圖上標定出方位來。根據恆星的方位,又可以比較準確地推算出一年中的重要季節的到來。

三、完善曆法,星月紀年

由於年代久遠,有關石申的生平已很難查考。他活動的年代在公元前四世紀中期,當時魏國已經由盛轉衰,秦國漸漸成為最強大的國家。在他的著作中能夠看到當時戰亂相尋的形勢,記錄著為政治事件佔驗的各種說法。

戰國時期,諸侯各國都在國君即位之初改變年號,導致各國紀年不統一,不利於各國之間的交流。後來,有人創立了四分曆,又設計出只與天象相聯繫,而與社會變遷無關的紀年方法,這就是歲星紀年法。石申在魏國頒行四分曆,使用幹支紀日法循環紀日,使用歲星紀年法循環紀年,對發展完善四分曆和歲星紀年法起到了重要的作用。

「四分曆」是我國古代曆法的一種。因為採用這種方法計年,每年要餘四分之一日,所以稱「四分曆」。四分曆的問世,標誌我國曆法已經進入了相當成熟的時期。戰國時代是創立四分曆並使之完善和系統化的時代。石申在四分曆發展過程中起到了相當重要的作用。他有推算五星出沒動態的方法,並已涉及火星、金星逆行的計算。他在魏國頒行推行四分曆,使用每年365+1/4日,每月29+499/940日,十九年七閏,七十六年季節一循環的法則。其基本數據和格局與《史記·曆書》類似,故各種文獻都略而不載。

「歲星紀年法」,就是根據歲星在天體中運行的規律用來紀年的方法。歲星就是太陽系行星中的木星,圍繞太陽的公轉周期為11.8622年。以地球為觀測點,以相對不動的恆星為背景來觀測歲星在天空的視運動,正好約十二年繞天一周。歲星每年要行經一個特定的星空區域。每一星空區域都有一個特定的名稱,共有十二個這樣的星空區域。歲星在哪個區域,就用哪個區域的名稱紀年,十二年循環一次,周而復始。石申的歲星紀年法獨樹一幟,甚至能預測以12年為周期的冶、亂、豐、欠、水、旱等。

四、勤奮觀測,發現驚人

石申勤於對天空中的恆星作長期細緻的觀測,建立了全天恆星區劃命名系統,對全天恆星的分布位置等予以定性的描述。除對恆星的觀測取得巨大的成就外,他對行星運動的研究,也是具有劃時代意義的。他推算出木星的回合周期為400天整,比準確數值398.88天差1.12天;還識到木星運動有快有慢,經常偏離黃道南北。他推算出水星的回合周期是136日,比實際數值115日誤差了21日,基本掌握了水星的運行規律。他還首先發現了火星的逆行現象,推算出火星行度周期為410度780日,接近於實際日期。

石申對木星的觀測尤為精細,觀測到了木星的最後的衛星木衛二。而對於木星的衛星的發現,近代是在十七世紀初望遠鏡發明之後,由義大利大科學家仰利略於1610年用它觀測木星時才發現的,比他晚近兩千年,

石申和他的門徒長期觀測星空,取得了許多重要的天文發現。他不僅測制了世界上最早的星表,第一次建立起完整的坐標概念,也是黃赤交角數據的最早測定者。他掌握了推算行星出沒動態的方法,發現行星逆行現象,首先觀測到太陽日珥,首次發現日冕,最早留下了有關太陽黑子的紀錄。他還發現了月亮運動有遲疾的變化和偏離黃道的運動,最早對彗星進行分類,最早記載下日食、月食是天體相互掩食的現象。他最早對恆星進行系統的觀測,比歐洲的阿里斯拉魯斯與鐵木查理斯還早60餘年。

在沒有精密儀器可用,僅肉眼觀測的情況下,能有如此之多的驚人發現,實在有些不可思議。這些發現也許並不全是石申本人所測,而是他所創始的天文學派在長達數百年間長期觀測的結果。但是即便如此,也不妨礙石申的偉大,他對於早期天文學的貢獻是十分突出的。

戰國時期,各諸國出於各自農業生產和戰爭、星佔等的需要,都十分重視天文的觀測記錄和研究。各國都有掌握天文的官員,他們根據天象的變化對國提出解釋。他們觀測研究天象,測算星辰日月的運行,觀測氣候,並以此定方位,分四時,定節氣,記時日,修著帝王年譜。

石申是天文學家,也是佔星家,當時天文學與佔星學本來就是一體的。與其他佔星家相比,石申的天文學貢獻無疑是最大的,在世界天文史上有著特殊的地位。正因為他對天文學有傑出的貢獻。所以他的名字登上了月球。

《石氏星經》,古代漢族天文學著作。由戰國時代魏國天文學家石申(一名石申夫)所著。據南朝時代梁阮孝緒的《七錄》說﹐石申著《天文》八卷﹐這大概是石申著作的本名﹐大約在西漢以後才被尊稱為《石氏星經》。

他們的書都冠有「石氏」字樣﹐如﹕《石氏星經簿雲》等。《石氏星經》原著和石氏學派其他著作都已失傳。不過﹐在唐《開元佔經》中有大量節錄。其中最重要的是標有「石氏曰」的 121顆恆星的坐標位置(今本《開元佔經》中佚失 6個星官的記載)。計算表明﹐其中一部分坐標值(如﹕石氏中﹑外星官的去極度和黃道內﹑外度等)可能是漢代所測。另一部分(如二十八宿距度等)則確與公元前四世紀﹐即石申的時代相合(見三垣二十八宿)。自三國時代吳太史令陳卓總合石氏﹑甘氏﹑巫鹹三家星官成283官﹑1﹐464星的星座體系後﹐出現了綜合三家星官的佔星著作﹐其中有一種稱為《星經》或《通佔大象歷星經》。」因此﹐自宋以後又稱它《甘石星經》。但該書中有唐代的地名﹐而且有巫鹹這一家的星官。因此﹐它與戰國﹑兩漢時代所流傳的《石氏星經》完全是兩回事。

甘德

甘德,戰國時齊國人(一說楚國或魯國)。生卒年不詳,大約生活於公元前4世紀中期。先秦時期著名的天文學家,是世界上最古老星表的編制者和木衛三的最早發現者。他著有《天文星佔》8卷、《歲星經》等。後人把他與石申各自寫出的天文學著作結合起來,稱為《甘石星經》,是現存世界上最早的天文學著作。這些著作的內容多已失傳,僅有部分文字為《唐開元佔經》等典籍引錄,從中可以窺知甘德在恆星區劃命名、行星觀測與研究等方面有所貢獻。甘德還以佔星家聞名,是在當時和對後世都產生重大影響的甘氏佔星流派的創始人,他的天文學貢獻同其佔星活動是相輔相成的。

張衡

《靈憲》是張衡有關天文學的一篇代表作,全面體現了張衡在天文學上的成就和發展。原文被《後漢書·天文志》劉昭注所徵引而傳世。文中介紹的天文學要點如下:張衡認為宇宙是無限的,天體的運行是有規律的;月光是日光的反射,月蝕起因於地遮日光,月繞地行且有升降。他認識到太陽運行(應是地球公轉)的某些規律,正確解釋了冬季夜長、夏季夜短和春分、秋分晝夜等時的起因。他指出在中原可以見到的星有2500個,與今人所知略近。他經過對某些天體運轉情況的觀測,得出一周天為三百六十五度又四分度之一的結論,與近世所測地球繞日一周曆時365天5小時48分46秒的數值相差無幾。

郭守敬

郭守敬(1231年-1316年),字若思,漢族,順德府邢臺縣(今河北邢臺市邢臺縣)人。元朝著名的天文學家、數學家、水利工程專家 。早年師從劉秉忠、張文謙,官至太史令、昭文館大學士、知太史院事,世稱"郭太史"。元仁宗延佑三年(1316年),郭守敬逝世,享年八十六歲。著有《推步》、《立成》等十四種天文曆法著作。郭守敬在天文、曆法、水利和數學等方面都取得了卓越的成就。 他自至元十三年(1276年)起,奉命修訂新曆法,歷時四年,制訂出了通行三百六十多年的《授時曆》,成為當時世界上最先進的一種曆法。為修訂曆法,郭守敬還改制、發明了簡儀、高表等十二種新儀器。

祖衝之

祖衝之(429-500),字文遠。出生於建康(今南京),祖籍範陽郡遒縣(今河北淶水縣),中國南北朝時期傑出的數學家、天文學家。祖衝之一生鑽研自然科學,其主要貢獻在數學、天文曆法和機械製造三方面。他在劉徽開創的探索圓周率的精確方法的基礎上,首次將"圓周率"精算到小數第七位,即在3.1415926和3.1415927之間,他提出的"祖率"對數學的研究有重大貢獻。直到16世紀,阿拉伯數學家阿爾·卡西才打破了這一紀錄。由他撰寫的《大明曆》是當時最科學最進步的曆法,對後世的天文研究提供了正確的方法。其主要著作有《安邊論》《綴術》《述異記》《歷議》等。

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