三种天球坐标系的差异

在叙述史实之前，我们应该先了解清楚三种天球坐标系的差异。

1.    三种天球坐标系

 

三种天球坐标系图如下：

三种天球坐标系统：(a) 中国——赤道坐标系统；(b) 阿拉伯——地平坐标系统；(c)希腊——黄道坐标系统[4]

2.    三种天球坐标系之间的差异

 

     赤道坐标系以天极为中心；地平坐标系以天顶为中心，黄道坐标系以黄极为中心，这三个中心是不一致的，三者的空间取向也是有区别的，三种天球坐标系的差异，也正在于此。

A．赤道天球坐标系

    赤道天球坐标系在古代中国被称为浑天系，它是将天地看作一个整体，将这个整体比做一枚鸡卵，将地球比做卵中黄，将环绕地球的天穹比做卵白和卵壳。浑天系是以地体为天地的球心，以南、北两天极为轴心，亦即天地的中心；以缘地球表面向四周延伸的太空为上下四方。以北天极为上，以南天极为下，以与地球赤道相平行的二十八宿为圆形天道，以将二十八宿所标示360度等分的十二辰为划分时间的坐标，并在这一立体的“卵壳”上标示日月星辰的运行度数。正如李勇先生所指出：（由十二支标示的）“天空十二辰对观测者而言是随整个天球参与周日和周年运动。”[5]随整个天球，即是随整个地球参与周日和周年运动。因为整个天球是整个地球全方位向天穹的延伸。正如古代中国天文学典籍《太玄经》所说：南极与北极是天轴所在的处所，天旋地转由此而起，就象车轮有车轴，所以能自行旋转。众星全都移动，惟独北极固守中央不变换位置（古人所讲的用于标识北天极位置的北极星只是相对不移动位置，其实自古至今作为天轴轴心的北极星也是换了好几个的）。因此得知北极星的位置居于天地的中心，天地是倾斜的，所以（在人的视觉中）极在正北。极就象转轴的轴心，以（相对的）静经历（不停歇的）动，计量出十二时[6]。这一体系所认知的时空背景是以“极”为枢纽（中心），“时乘十二”。一年的十二月、一日的十二时，都是以极为中心对二十八宿的十二等分。用现代科学的语言讲就是以“极”为中心对地球赤道和天球赤道360度的十二等分。

B.阿拉伯地平坐标系

    阿拉伯地平坐标系是以观测者所在地的铅垂线向上、向下无限延长为天顶和天底（见《天顶与天极区别示意图》）。天球上通过天体、天顶和天底的半个大圆（从N到S），叫做该天体的“地平经圈”。从地平北点（N）起沿地平圈以顺时针向量度到天体地平经圈和地平的交点，该圆弧叫作天体的“地平经度”，也叫方位角，范围0-360度。它也可从南点（S）起量度。从地平起，沿地平圈量度到天体的角距离，叫作天体的“地平纬度”或“高度”，范围0-90度。天顶、天底是地平圈的两个极，地平圈把天球分成可见半球（午半球）和不可见半球（子半球）。因为赤道天球是以天极为中心；地平天球是以观测者为中心。所以只要观测者不在“极”的位置，天顶与天极就有交角。而且观测者所在位置不同，同一天体的地平坐标也不相同。所以，地平坐标有地方性。尽管地平圈这个大圆360度可以等分为十二份（24小时），赤道圈这个大圆360度也可以等分为十二份（24小时），但是地平天球的可见半球、不可见半球与赤道天球的南半球、北半球；东半球、西半球，在空间取向上是不同的。

C.希腊黄道坐标系

    以黄极为中心的希腊黄道坐标系，是以太阳为中心，以平行于黄道两侧8度范围内的12个星座，也称十二宫为坐标。黄道是指地球上看太阳于一年内在众星之间所走的视路径，即地球的公转轨道平面和天球相交的大圆。由于地球每年绕太阳公转一周，故太阳在天球上每月沿黄道移动30度，相当于每月位于一个星座。赤道和黄道之间有23度左右的交角，赤道大圆与黄道大圆的空间取向也是不一致的。见《黄赤交角图》:早在晋·司马彪撰《后汉书·志·律历中·贾逵论历》中就分析了赤道和黄道在测定天体位置上的区别，“臣前上傅安等用黄道度日月弦望多近，史官一以赤道度之，不与日月同，如今历弦望至差一日以上，辄奏以为变，至以为日却，缩退行。于黄道，自得行度，不为变。……《五纪》论‘日月循黄道，南至牵牛，北至东井，率日日行一度，月行十三      度十九分度之七’也。今史官一以赤道为度，不与日月行同，其斗、牵牛、（东井）、舆鬼，赤道得十五，而黄道得十三度半；……夫日月之术，日循黄道，月从九道。以赤道仪，日冬至去极俱一百一十五度。其入宿也，赤道在斗二十一，而黄道在斗十九。两仪相参，日月之行，曲直有差，以生进退。故月行井、牛，十四度以上，其在角、娄，十二度以上。皆不应率不行。”也就是说，单就月亮这一天体而言，依据黄道和依据赤道所测 “弦望”日期及运行速度是不一样的。对其他天体的测定自然也是如此。                                               

 

3.    权威人士论差异

 

    赤道坐标系与黄道坐标系并无直接的关系，“正如德·沙素（de Saussure，1740-1799）的名言所说：希腊天文学是‘黄道、角度、真实、周年’”；而中国天文学是赤道、时间、平均、周日’。按照某些拱极星的指引定出赤道上的标志点，系统观测这些拱极星的中天，中国人从未迷失逐时变化的星座方位，因此他们能确定太阳、月亮不可见时的位置。”[7]拱极星是指恒显圈和恒隐圈内的星。恒显圈内的星总在地平圈之上，故可观测到它们的上中天和下中天。恒隐圈内的星，总在地平圈之下，永不上升，故看不见。见《恒显圈图》: 也就是说，赤道坐标系是依据恒显圈内环绕北极星的北斗星等天体的观测来确定时间。这一系统有异于西方天文学的一个重要特征就是：“它是天极、赤道的，而不是行星、黄道的。”黄道坐标系则是“观察恒星的偕日出和偕日没，也就是观测黄道附近的恒星在日出前或日没后瞬间的出没。我们都记得古埃及著名的对天狼星的偕日观测。进行这种观测并不需要天极、子午或赤道等的知识，也不需要任何测时系统，它自然地导致人们熟悉黄道各星座，以及距黄道远近不等的和黄道星座同时出没的恒星。……”[8]

    赤道与黄道，就象两股道上跑的车，走的不是一条路。赤道的星宿与黄道的星座，如同高速公路与普通公路的停靠点和出站口有所不同一样。我们不能去高速公路上寻找普通公路的停靠点和出站口，也不能去普通公路上寻找高速公路的停靠点和出站口。同理，不能去赤道坐标系的十二辰中寻找十二宫的客观依据，也不能去黄道坐标系的十二宫中寻找十二辰的客观依据。

    对三种天球坐标系之间的差异，李约瑟先生做了如下的论述：“希腊坐标基本上是黄道的，依黄道和黄极测量恒星的位置。阿拉伯系统是利用地平，采用地平经度和地平纬度，这种系统具有很大的缺陷，仅可用于地球上某些单个的特殊点。在中国根本没有地平系统，可能仅在很晚时受阿拉伯影响才出现。另一方面，希腊系统确实在唐朝就出现了，当时几位印度科学家正在中国工作；如某书中说，某星在黄道南或黄道北几度，但这已是公元八、九和十世纪的事了。所有的文明都用过这三个不同类型中的一种或其它的坐标系统，现代天文学采用的显然是中国式。关于这一点，我也许要对牛顿博士所作的结论表示怀疑，如果他认为所有古代系统最初都是地平式的。我认为，很难说中国古代天文学的情况是如此，因为在中国文化中，天极——赤道坐标的出现是很早的。”[9]早到何时？据1987 年河南濮阳西水坡仰韶文化遗址发现的M45号墓，墓中由蚌壳堆塑而成的一组包括北斗和苍龙、白虎星象的天文图，证实中国的赤道坐标系统，在距今6460±135年以前就出现了。因此， 我们大可不必因为“如果牛顿博士有结论”的话，而有丝毫的顾忌。