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第一章 天文历法（第1页）

历法史上著名的新历——《大明历》

祖冲之（425～500），字文远，祖籍范阳郡遒县（今河北涞水县），我国南北朝时期杰出的数学家、科学家。祖冲之的家族对天文历法素来就有研究，所以，祖冲之从小就有机会接触天文、数学等方面的知识，这种优厚的条件是祖冲之从事科学活动极为有利的条件。?祖冲之青年时，就得到乐博学多才的名声，宋孝武帝听说后，派他到“华林学省”做研究工作，华林园乃是国家藏书讲学之所，这是他开始科学研究的重要一步。

我国古代劳动人民，由于畜牧业和农业生产的需要，经过长期的观察、实践，积累了丰富的天文历法知识，发现了日月运行的基本规律，制成了历法。那时的历法，为了使地球绕太阳一周的日子能和月亮绕地球一周的日子配合起来，在闰法上还是采用十九年七闰的老办法，规定十九个年里有七个闰年，每个闰年要比平时多一个月。事实上这种历法还不够周密、精确，应当改革。

有一天，年轻的祖冲之在自己书房中翻阅历书：《春秋四分历》、《太初历》、《后汉四分历》、《元始历》、《元嘉历》等。他对最近一段时间所查阅的这些有关我国古人制定的历法书认真地比较，仔细地探讨。他发现在我国五胡十国时期的北凉（公元316-420年）的赵榧于公元四一二年作的《元始历》中，第一次不用十九年七闰的旧章法，而改用六百年二百二十一闰。他不禁连连称赞：“好！大胆的尝试！”于是他又拿出了算筹，细心地计算了起来，计算结果表明：十九年七闰，闰数过多，在二百年内，就要比实际多出一天来。

“看来十九年七闰的旧章法，是非改不可！”祖冲之在房间里不停地来回走动，思索这样的一个问题：要进一步提高历法的精度，光靠桌上的那几本历书行吗？不行！得靠自己去观测，用实际观测得来的数据，才能进行正确的计算。但是，该从哪里入手呢？对！就从测定冬至的日期着手！

他在观测站上，立起了一个八尺高的圭表，观测日影的长度。在这些日子里，他亲量圭尺，脸晒黑了，手冻出了裂口，但观测册上却记下了一个又一个数据，记录着一个又一个变化的日影。后来，他又设计了计时的漏壶。在记下日影长短的同时，记下了准确的时间。

一年、两年过去了。用竹简串起来的观测记录把本来十分宽敞的书房，堆得十分拥挤。但是还没有得出理想的结果。这是什么原因呢？通向揭开冬至时刻奥秘的道路有许多条，但最好、最短、最准确的只有一条。他要寻找一条最近又是最好的登山之路。经过艰苦的努力，祖冲之发现：由于冬至前后的影长变化不太明显，再加漏壶表示的时间不那么准确，这给冬至时刻的准确测定带来了困难。

他总结失败的教训，想出了一个新方法：不直接观测冬至那天日影的长度，而观测冬至前后二十三、四天的日影长度，再取它的平均值，求出冬至发生的日期和时刻。因为离开冬至日远些，日影的变化就快些，所以这一方法提高了冬至时刻的测定的精度。

后来，祖冲之用圭表测定了回归年的长度后，又用浑仪等测角器测定太阳在恒星间的位置，开始研究太阳一年中运动的快慢变化和测定冬至点逐年变化的数值（岁差）。他根据自己的实际测验和计算结果，首先证实了岁差现象的存在，同时还求出冬至点每一百年向西移动一度。这是历法史上的一个创举，揭开了我国历法改革的崭新一页。

这些观测数据为祖冲创制《大明历》打下了基础。公元462年，《大明历》终于得以颁行，这是当时最科学的历法。祖冲之制定的《大明历》岁实取365．24281481日，与现代天文学所测结果，一年中仅有六十万分之一的误差，在那个时代这是一项卓越的壮举。祖冲之通过不断的实践，终于打开了苍穹奥秘的大门。

2。具有里程碑意义的历法——《皇极历》

刘焯（544～610），字士元，信都县（今河北省冀州市）人，隋朝经学家、天文学家。

刘焯自幼聪敏好学，少年时代曾与河间景城（今河北省献县东北）人刘炫为友，两人一同寻师求学。后师从大儒刘智海门下，寒窗十载，苦读不辍。这十年苦读，使刘焯成为饱学之士，以儒学知名受聘为州博士，与刘炫当时并称“二刘”。

隋文帝开皇年间，刘焯中举秀才。后来，他到京都长安（今西安）与著作郎王劭同修国史。这时刘焯已年近四十，虽官微位卑，还是积极参加了这时的历法论争。这一年，他献上了经苦心钻研和实测而得的新历法皇极历。可是，隋文帝却颁用了宠臣张宾所献的开皇历。刘焯即与当时著名的天文学家刘孝孙一起反对张宾之历，指出该历不用岁差法、定朔法等六条重大失误。但是，事与愿违，刘孝孙却因此被扣上“非毁天历”的罪名，刘焯也被加上“妄相扶证，惑乱时人”的罪名被调到门下省，以待顾问。

刘焯回到家乡后，曾再被召用，又再被罢黜，两次挫折之后，遂使他专心著述，不问政事。先后写出《历书》、《五经述义》等若干卷，传播开业，名声大振。据史书载：“名儒后进，博学通儒，无能出其右者。”他的门生弟子很多，成名的也不少，其中衡水县的孔颖达和盖文达，就是他的得意门生，二人后来成为唐初的经学大师。

隋炀帝即位，刘焯被重新启用，任太学博士。当时，历法多存谬误，刘焯多次建议修改。公元600年，他呕心沥血造出了《皇极历》，很可惜未被采用。但他对天文学的研究，达到很高水平。唐初李淳风，依据《皇极历》造出《麟德历》被推为古代名历之一。

刘焯在科学上的贡献主要有三：

一、在《皇极历》中，他首次考虑视运动的不均匀性，并主张改革推算二十四节气的方法，废除传统的平气，使用他创立的定气法。这些主张，直到1645年才被清朝颁行的《时宪历》采用，从而完成了我国历法上第五次也是最后一次大改革。

二、刘焯力主实测地球子午线。源起是我国史书记载说，南北相距1千里的两个点，在夏至的正午分别立一八尺长的测杆，它的影子相差一寸，即“千里影差一寸”说。刘焯第一个对此谬论提出异议。后于724年，唐代张遂等才实现了刘焯的遗愿，并证实了刘焯立论的正确性。

三、他较为精确地计算出岁差（假定太阳视运动的出发点是春分点，一年后太阳并不能回到原来的春分点，而是差一小段距离，春分点遂渐西移的现象叫岁差），定出了春分点每75年在黄道上西移1度。而此前晋代天文学虞喜算出的是50年差1度，与实际的71年又8个月差1度相比，刘焯的计算要精确的多。唐、宋时期，大都沿用刘焯的数值。

3。历法史上的伟大革命——《十二气历》

沈括（1031～1095），字存中，号梦溪丈人，北宋杭州钱塘县（今浙江杭州）人，北宋科学家、政治家，我国历史上最卓越的科学家之一。他精通天文、数学、物理学、化学、生物学、地理学、农学和医学；他还是卓越的工程师和出色的外交家。

沈括小时候有一个爱刨根问底的习惯，喜欢琢磨一些别人想不到的问题。?有一年四月的一天，沈括正在自己家的庭院里背白居易的《大林寺桃花》一诗：“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开……”突然，一阵风吹来，将院中树上的桃花吹落在地。他想：为什么山下的桃花四月已经凋谢了，而山上寺庙里的桃花却刚刚开放呢？白居易连这点常识都不知道？还号称大诗人呢？

?母亲为了让沈括弄清楚这个问题，特意让他邀请几个同伴一起到山上散散心。沈括他们来到山上，果然满山的桃花正在怒放，这可把小沈括难住了。同样是桃花，为什么这里的却开得这么晚呢？突然，一阵冷风吹来，他顿时恍然大悟，拍着自己的脑门大声说：“我明白了！原来是山上地势高，温度低，所以花开得就晚，这是由气候条件决定的！”

?小沈括回到家后，立即把这一重大发现记录下来。从此，沈括对气象产生了浓厚的兴趣，开始阅读有关气象的书籍，注意气象的变化，立志要做一名气象学家。

中国古代一贯是阴阳历并用的，因此在历法存在一个根本问题，就是阴阳历之间的调合问题。我们知道，月亮绕地球的运转周期为29。530588天，地球绕太阳的动转周期则为365。242216天，这两个数互除不尽。这样，以十二个月来配合二十四节气的阴阳合历主始终存在矛盾。虽然我们祖先很早就采用了闰月的办法来进行调整，但是历日与节气脱节的现象还是时有发生。

为了解决这个问题。沈括进行了长期周密细致的研究。他说，寒去暑来，万物生长衰亡的变化，主要是按照二十四节气进行的，而月亮的圆缺与一年农事的好坏并没有很大关系。以往的历法仅仅根据月亮的圆缺来定月份，节气反而降到了次要地位，这是不应该的。正是从以上考虑出发，他提出了一个彻底改革的方案：以纯阳历取代阴阳合历，这就是十二气历。沈括指出，只有纯阳历才能把节气固定下来，从而更好地满足农业生产对历法的需要。

十二气历是完全按节气来定历的历法制度。它把一年分为四季，每季分为孟、仲、季三个月，以立春那天为孟春之月的首日，以下类推，用节气来定月份。每月有大有小，大月31日，小月30日，一般大小月相间，一年最多有一次2个小月相连。即使有“两小相并”的情况，也不过一年中出现一次。有“两小相并”的年份为365天，没有的年份为366天。至于月亮的圆缺，虽与节气无关，但为着某些需要，可在历书上注明“朔”、“望”。这是一种纯太阳历的历法制度，既与实际星象和季节相合，又便于各种生产活动。

沈括十二气历的提出，是历法制度方面一项根本性的变革，这是中国与世界历法史上的一次革命性的突破，它既简便又科学，既符合天体运行的实际情况，又十分有利于农事的安排，从根本上解决了历法适应农业生产需要的问题，是中国古代历法中的一个优秀代表。遗憾的是，在古代中国守旧思想极为严重的环境下，由于传统习惯势力太大，十二气历最终未能颁发实行。

4。最早测量地震的仪器——候风地动仪