导读中国古人计算太阳的视位置是从冬至点开始的,这使他们对于冬至点在星空间位置的测定十分重视。传统的观测方法是测定昏、且时刻的中星,这样可以容易地推算出夜半时刻的中星位置,并进而根据此时与中星对冲的太阳位置,按照太阳在天空中日行一度的规律,求出冬至点。公元前四世纪,古人运用这种方法观测得到的冬至点在牵牛初度,这个观测结果在汉初的历法中一直在沿用。 岁差的发现然而,冬至点在星空间的位置并不是固定不变的,但在岁差发现之前,这一点却始终没有得到承认。第一次可能认识岁差的机会出现在公元前104年,当时的天文学家邓平、落下闳等人奉汉武帝之命新制《太初历》,他们显然已经觉察到,当时的冬至点位置与战国四分历所定的起于牵牛初度的情况确有不合,但这并没有影响他们最终仍然忠实地接受传统的观测结果。 一百年以后,刘歆通过改定《三统历》终于把对冬至点位置的怀疑公开了,但他对于究竟是将冬至点重新定在当时所观测到的斗、牛之间,还是因袭牵牛初度的旧说始终表现得犹豫不决,最后他只能含糊地承认,冬至点常常会在牛宿和它之前四度五分之间移动。这种左右为难的局面到东汉初年得到了彻底的改变,当时的民间天文学家贾连通过实测肯定地指出,冬至点的赤道位置已由牵牛初度移至斗宿二十一度,这种观点理所当然地遭到了来自朝廷的排斥。 然而,冬至点的位移在当时已经十分明显,这个事实是不能无限制地被忽略的,后来甚至连太史局的一般人员都懂得了冬至之时日在斗二十一ー度的道理,于是朝廷不得不重新修定当时的历法。经过数年辩难,由编诉、李梵等人主持修定的《四分历》终于颁行。新历确定了斗宿二十一度四分之一为新的冬至点,从此,冬至点在牵牛初度的陈旧说法便无人再提了。 这种明显的天象变化之所以没能使汉代的天文家获得任何不同于他们前人的认识,其原因并不在于冬至点的位移难于观测,而在于他们盲目地抱有“天周岁终”的成见。根据长期主表观测的结果,古人以为从冬至到下次冬至的一岁周内, 太阳在星空间自西向东正好行移一周,这种天周与岁周不分的做法甚至导致了他们以岁实(365.25日)作为确定周天度数(365.25度)的依据。当然,这些早期的观测工作并非毫无意义,正是这些直至公元四世纪时还在进行的关于二分点和二至点移动的种种讨论,终于使虞喜完全认识了岁差。 冬至点在移动,因此冬至日的昏中星也会随之移动。人们也许还记得,《尚书・尧典》曾经留下了冬至时昴星昏中天的记载,这与东晋的天象已有很大差异。 虞喜来了到晋成帝时代(330年前后),天文学家虞喜注意到,当时在冬至日黄昏出现于南中天的星宿已不再是昴宿,而是壁宿,这使他领悟到,太阳从冬至点出发环行一周天,经过一个回归年后,并没有回到原来的点上。换句话说,虽然一年的长度是不变的,但太阳在天上并没有走完一周,而是每岁渐差。这种二分点与二至点沿黄道连续不所地缓慢西退的现象就是岁差。 虞喜的工作并没有到此结束,他把《尧典》的记录看作是距他之前2700年的古老天象,由此求得每五十年冬至点在黄道上西移一度的差值。这个岁差值虽是基于昏中星的变迁得出的,但它反映的却是冬至点赤道度数的变化。 按现代理论推算,东晋时代的赤道岁差积累值约为703年差一度,显然虞喜所定的差值并不理想。 这个差值到公元七世纪时得到了进一步改进,隋代天文学家刘焯和张胄玄分别提出冬至点沿黄道每75年或83年西退一度的新值,与实际情况已相去不远。 冬至点为什么会逐渐在恒星间向西移动?对于这个问题,虞喜当然没有能力解答。 英国科学家牛顿首先指出,产生岁差的原因是太阳和月亮对地球赤道隆起部分的吸引,这种引力作用造成地球自转轴围绕黄道轴(即与黄道面垂直的轴)旋转,从而引起与地轴垂直的赤道沿黄道向西滑行,相应的是赤道与黄道的两个交点(二分点)以及二至点也一起沿黄道向西缓慢退行,绕行一周约需26000年,折合每年50.3角秒或71.6年一度。这个差值看起来很微小,但逐年的累积则会引起节气时刻的显著改变,从而直接影响到历法的正确性。南朝时期,祖冲之克服了极大的阻力,首先把岁差引入了历法计算,尽管他采用的差值不够精确,但仅就在历法中引入岁差这一点,便足以开辟中国天文学一个新的时代。 事实上,中国古代始终存在着可能发现岁差的另一条途径,这就是对北天极的观测。我们知道,由于地轴的进动而产生岁差,所以岁差对于天极的位置则起着重要的作用,使它以黄极为中心做大的圆周运动。现在的天极自然十分接近现代天文学的极星一一小熊座(勾陈一),但大约11000年以后,它将移到天琴座的织女一(天琴座)附近,这意味着织女星将成为那个时代的北极星。由于中国天文学重视拱极星的特点,古代天算家对北天区的观测投入了极大精力,这使他们可能很早就发现了天极环绕黄极旋转的现象。 但是很不幸,古人始终没有将这种认识与岁差加以联系。中国古代极星变迁的历史反映出一些有趣的事实,大约于公元前3000年,真天极的位置恰好处在紫微垣宫门的左枢和右枢两星之间,自那时起沿着天极所经过的路线,可以找出一连串在不同时期充当过极星的星。最早的极星可能是右枢(天龙座),它离当时的天极最近。到公元前十世纪北极位移到帝星(小熊座β)附近的时候,帝星取代右枢而充作了极星,随后是庶子(小熊座5)和后官(小熊座4),大约从汉代开始,天枢(鹿豹座32H)充当了新的极星,它的位置几乎恰在天极的轨道上。 但是随着时间的推移,汉代的极星位移愈来愈明显,到公元六世纪初,祖冲之的儿子祖已发现它离开真天极已一度有馀,而到十二世纪,当时在真天极的位置上实际已经没有星了。 北宋熙宁年间(1068-1077年),沈括利用窥管试图找到真正的北极,最初,他通过窥管所能看到的星很快便移出了视野,于是他逐步扩大窥管,直至使极星只在视野内移动而不消失。用这种方法,沈括发现天枢与真天极已相去三度多了。 但是,在同一条轨道上既能放弃一串极星又同时能找出新的极星,这种现象并没有使古人领悟到它可能是由于岁差造成的,他们只把极星的不断更新简单地归咎于前人观测的失误,即使像沈括这样有见地的科学家,也没有能摆脱掉旧观念的束缚,这在中国天文学史上是一件颇为令人遗憾的事情。 结语虞喜发现了岁差,从此人们才有可能将恒星年与回归年加以区分,它对于天文学的意义是怎么称道也不过分的。公元前125年,古希腊天文学家喜帕恰斯首先发现了岁差,他似乎比他的同代人幸运得多,因为至少从公元前三世纪开始,多少次可能发现岁差的机会都与中国的天算家失之交臂,直至公元四世纪,虞喜才独立地认识了它。但另ー方面,在隋代刘焯提出冬至点75年差一度的积累值的同时,西方人却还在墨守着喜帕恰斯的每百年差一度的旧值,这个值即使在喜帕恰斯的时代也是很不准确的。 |
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