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郭守敬,授时历,祖冲之,天文,天文学细节:

出品 | 网易科技《知否》栏目组(公众号:tech_163 )

知否|古代中国人用什么仰望星空?牛到超乎想象

古代中国人其实对于世界天文学贡献了很多.总体上可以归纳出三句话:卓越不凡的古典天文仪器、不断更新的古代天文历法、丰富而系统的古代天象记录.

卓越不凡的古典天文仪器

距今3000 多年前,中国最古老的天文仪器圭表就诞生了.圭表和日晷一样,也是利用日影进行测量的古代天文仪器,早在公元前20 世纪,陶寺遗址时期就开始使用了.据说,日晷还是在它的基础上发展起来的.

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圭表是测定正午的日影长度以定节令,定回归年或阳历年.在很长一段历史时期内,中国所测定的回归年数值的准确度都居世界第一.通过进一步研究计算,古代汉族学者还掌握了二十四节气的圭表日影长度.这样,圭表不仅可以用来制定节令,而且还可以用来在历书中排出未来的阳历年以及二十四个节令的日期,作为指导汉族劳动人民农事活动的重要依据.

北宋时期,天文学家苏颂等人还创建了水运仪象台.它是集观测天象的浑仪、演示天象的浑象、计量时间的漏刻和报告时刻的机械装置于一体的综合性观测仪器,实际上是一座小型的天文台.

水运仪象台是十一世纪末我国杰出的天文仪器,也是世界上最古老的天文钟.国际上对水运仪象台的设计给予了高度的评价,认为水运仪象台为了观测上的方便,设计了活动的屋顶,这是今天天文台活动圆顶的祖先;浑象一昼夜自转一圈.从水运仪象台可以反映出中国古代力学知识的应用已经达到了相当高的水平.英国科学家李约瑟等人认为水运仪象台"可能是欧洲中世纪天文钟的直接祖先".

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到了元代,1279 年前后,元代杰出天文学家郭守敬在河南登封的告成镇设计并建造了一座测景台,即河南登封观星台,它是中国现存最早的古代天文台.整个观星台相当于一个测量日影的圭表.通过测量一年当中影子长度的变化,可以确定1 年的长度.圭表测时的精度是与表的长度成正比的,这个硕大的"圭表" 使测量精度大大提高.

郭守敬的贡献还不止于此,他在天文、历法、水利和数学等方面都取得了卓越的成就. 他自至元十三年(1276 年)起,奉命修订新历法,历时四年,制订出了通行三百六十多年的《授时历》,成为当时世界上最先进的一种历法.为修订历法,郭守敬还改制、发明了简仪、高表等十二种新仪器.

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郭守敬是十三世纪末、十四世纪初世界最伟大的科学家,他的科学成果不仅在中国,而且在全世界都是非常卓越的.1970 年,国际天文学会以郭守敬的名字为月球上的一座环形山命名为"郭守敬环形山".1977 年3 月,国际小行星中心将小行星2012 命名为"郭守敬小行星" .中科院国家天文台也将国家重大科技基础设施LAMOST 望远镜命名为"郭守敬天文望远镜".

不断更新的古代天文历法

中国古代的历法是阴阳合历,这与其他文明古国的历法很不同.中国的历法涉及了日、月、五星的位置和运动、日食和月食的预报等多方面内容.

中国的古代,每个新王朝都会颁布自己的新历法.此外,发现不准确的时候还会改历,处于一直不断更新的状态,先后制定的历法有上百部之多,其中最有名的是《大明历》、《大衍历》、《授时历》等.

《大明历》是由南北朝时期中国著名数学家、科学家祖冲之创制的一部历法,也称"甲子元历".在历法中,祖冲之首次引入了"岁差" 的概念,从而使得历法更加精确,是中国较大的一次历法改革.

到了唐代,唐代天文学家一行领导了中国首次大规模的天文大地测量,并以此为基础,于开元十五年编成《大衍历》.该历法系统周密,比较准确地反映了太阳运行的规律.一行还是世界上用科学方法实测地球子午线长度的创始人.一行从实测中意识到,在小范围有限的空间里得到的认识,不能任意向大范围甚至无际的空间推演,这是我国科学思想史上的一大进步.

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元代,郭守敬和王恂等人领导了更大规模的天文大地测量,创造了中国古代最为精确的历法《授时历》,明代的《大统历》本质仍是《授时历》,两种历法相加实行达364 年,是中国古代实行最久的历法.

丰富而系统的古代天象记录

早在公元前2 世纪,中国人就开始了对彗星进行分类.在长沙马王堆三号汉墓出土的帛书中,就有29 幅彗星形态图.在扣除对同一彗星的重复记录外,中国古代的彗星记录达1500 次之多,还拥有哈雷彗星29 次回归的连续记载,这在全世界都是最为丰富系统的彗星记录.


还有人们近几年探讨的近2000 年来出现过的超新星,中国古代竟然都有其相关记录,其中世人最为关注的1054 年超新星,在中国就有极为详尽的记载.2016 年1 月,中国科学家观测到最强超新星,是太阳亮度5700 亿倍.

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