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中国古代科学发现与创造之一——干支、阴阳合历和圭表
时间:2018-01-09 08:16:32 来源:福建省方志委 作者:

辉煌灿烂的中华文化,在其五千年的发展历程中,为世界贡献了一批具有原创性的重大发明创造,彰显了中华民族的聪明才智。“四大发明”是我们的骄傲,而在“四大发明”之外,又有哪些发明创造呢?为使读者对中国古代重要科技发明创造有系统性的认知,本报与中国科学院自然科学史研究所合作开办了“开物东方”这个专栏,将分“科学发现与创造”“技术发明”“工程成就”三个方面进行介绍,敬请关注。

 

干支

干支是中国古代重要的符号系统,主要用于纪时,也用于表示方位。

干支是甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸十个天干和子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥十二个地支的合称。十天干与十二地支循环组合成为六十干支。

殷墟甲骨文表明,至迟从公元前13世纪的商代后期开始,干支已普遍用于纪日,有一块牛胛骨完整地记录了六十干支。

干支纪日法从商代后期一直连续使用到今天,历代的历谱都注明干支。由于干支纪日法的连续使用,使我们能够更准确地确定古代历法中的日期具体所指为现行公历中的哪一天。

以十二地支纪月至迟出现在春秋时代,以冬至所在之月为子月,顺序排列,这种配置方式到现在一直未变。天干和地支结合起来纪月出现较晚。

以十二地支纪年应该是由岁星(木星)纪岁发展而来。战国到秦代使用一套很奇怪的60循环的名称纪岁,如阏逢摄提格岁。到汉武帝时代始用干支替换了这套奇怪的年名,之后一直延续下来。

十二地支也用于表示一日之中的时辰。把一天的时间划分为12个时辰,子夜称为子时,相当于现在24小时制的半夜23时至凌晨1时,依次向后排列,这种方法最迟在汉初已经出现,配上天干则是到了唐代。

天干和地支也用于表示方位。中国古代地平方位的划分一般是分为四方、八方、十二方位,在四方系统的划分中常用子、午、卯、酉来表示北南东西,在十二方位的系统中则是使用十二地支来表示方位,以正北方向为子,顺时针依次为丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥。

此外,干支也被配上阴阳五行的属性,在中国古代阴阳五行化的时空构架中扮演重要角色。

阴阳合历

历法的主要功能之一是安排历日。世界上不同文明创造了多种多样的历法,其中有的是纯阴历,根据朔望月安排历日;有的是纯阳历,依据太阳的回归年;还有其他形式的历法。中国古代历法为阴阳合历,即把朔望月和基于太阳年而划分的节气结合起来考虑历日安排。

这种阴阳合历的历法体系至迟殷商时期就已初见,至汉代历法已有定型的文本并流传至今。

由于一个太阳年的长度约为365.2422日,一个朔望月的长度约为29.5306日,两者之间没有整数倍的关系,12个朔望月的长度约为354天,较太阳年长少11—12天,因而,每隔几个包含12个朔望月的年份就要安排一个包含13个朔望月的年份,多出来的这个月称为闰月。春秋时期闰月的安排还不太规则,一般安排在年末。由于一个太阳年固定地含有12个节气和12个中气(月初的称节气,月中以后的称中气),汉代历法开始采用无中置闰法,即以没有中气的那个月份为闰月。

由于地球绕太阳公转的轨道不是正圆形。实际上相邻两个节气之间的时间间隔并非完全相同。以平均长度计算的节气称为平气,而以太阳的真正黄经位置计算的节气称为定气。与此类似,朔也存在着平朔和定朔的区别。唐初改平朔为定朔,根据日、月同经的实际时刻确定朔望月的初日,节气依然为平气。使用定朔平气注历对传统无中气置闰规则影响不大。清代采用西洋历法。官修历书改平气为定气、定朔,即严格根据日躔行度安排节气。采用“定气”注历后,在太阳视运动较快的季节相邻两个中气的时间间隔就会短于一个朔望月的长度,由此可能出现一个朔望月中包含两个中气的情况,这样在其前或其后的月份虽无中气却不是闰月。故此,清代官修岁次历书中有多次无中气不置闰的安排。现代的农历就是沿袭了清代定朔定气计算历日。

圭表

圭表是中国古代重要的天文仪器,主要用于测量正午日影长度,确定冬至和夏至,进而确定回归年长度和历法的起算点。

圭表是由圭和表两部分构成。表是一根垂直竖立在地上的杆子,圭是平放在地上的起标尺作用的部件,放在表的正北方,从圭上的刻度读出表影的长度。表也可不与圭结合而单独使用测量方位,而与圭组合起来的圭表则用来测量正午日影。

由于不同季节太阳在正午时分的高度角不同,表投在圭上的影长也随之不同。在北回归线以北到北极圈以南的地区,正午时分太阳永远在正南方向,冬至日太阳高度角最低,表影最长,夏至日相反。

甲骨文中就有可能是正午测日影的卜辞,《周礼》中有“日至之景,尺有五寸,谓之地中”的记载。至迟在春秋时期就形成了用圭表测影确定二至日的方法,当时历法中的置闰法也逐渐走向规则。

古文献明确记载西汉长安城的灵台上设置铜圭表,表高八尺,圭长一丈三尺。1965年江苏仪征一座东汉中期墓中出土过一件小型铜圭表,表高为正常尺度的十分之一。

为了提高测量精度,需要保证表的垂直和圭面的水平。表的垂直是通过在表上悬挂垂线实现的,圭面的水平则采用了在圭面上开设沟渠的方法,汉代出土的铜圭表模型上已经有了沟渠。

从汉代到清代,中国古代留下了一系列二十四节气正午日影的数据,这是中国古代历法的宝贵资料。

中国传统的表高一般是八尺高,也有一丈高和九尺高的。对圭表作出最重大改革的是元代的郭守敬。为了提高观测精度,郭守敬将表高改为四十尺。但是表高增加之后表端投射到圭面的影子就会模糊不清,为了解决这个问题,郭守敬又设计了景符——一个带有小孔的铜片,放在圭面上,有轴可以转动,利用小孔成像原理把太阳的影子投射到圭尺上,这样观测精度大大提高。

文献记载郭守敬建造过数个高表,其中河南登封告城镇的高表至今依然存在,现在一般称之为登封观星台。登封观星台实际上是以高台本身作为表,以设置在高台上的一条横梁作为表端,横梁到圭面的高度正好是元代的四十尺。圭面上有刻度,并有沟渠以调整水平。(徐凤先 王广超)

(来源:中国纪检监察报 2018.1.5 第6版)

 

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