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再过几天就到春节了。中国古人把“立春”作为岁首，视为新一年的开始。节气从何而来？它与历法和中国古代行星理论有什么关系？我们是否可以通过天文历法把握文明诞生和发展的脉络，揭示科学传统与文明多样性，从而推进中外数理天文学比较研究？记者近日采访了西北大学科学史高等研究院副院长唐泉教授。  天文历法彰显文明诞生和发展的脉络 天文学的起源与文明的起源大致处于同一时期。“观象授时”是人类祖先对时间感受和认识的重要手段。“观象授时”语出《尚书·尧典》：“历象日月星辰，敬授民时”。古人通过观测日、月、星辰在天空中的位置变化来确定日、月、年。至战国时期中华大地已形成完整的二十四节气，每一节气均与二十八宿、北斗的运行、土圭测影长度、各地物候相关联。 中国上古时期确立廿四节气依据“斗转星移”（北斗星斗柄指向），现行确立廿四节气依据“太阳周年视运动”（太阳黄经度数）。由天体运行所反映的廿四节气，基本反映了一年中四季交替的准确时间以及大自然中一些物候等自然现象发生的规律。 学界普遍认为，夏、商、周三代处于观象授时时期。中国在春秋战国时期才进入历法时代，各诸侯国行用《黄帝历》《颛顼历》《夏历》《殷历》《周历》和《鲁历》，史称古六历。夏、商、周三代观象授时的“真相”，经历春秋战国至秦末的社会动荡，古籍损毁，到汉代已经迷雾重重。历法产生后，不再详细记录月相，以致古代月相名称诸如“生霸”“死霸”竟也失传。自汉代至今，受限于时代或研究者天文历算水平，天文早已成为“百姓日用而不知”的学问。所以顾炎武慨叹：“后世文人学士，有问之而茫然不知者矣。”  唐长安城圜丘 本网记者陆航/摄 在唐泉看来，中国传统历法的编算体系在13世纪已经成型。明末西方天文学传入中国后，已经鲜有学者通晓传统数理天文学的思想方法。因此，有清以来，二十四史中的“律历志”或“历志”成为中国古代文献中最为费解的内容之一。正因为如此，对二十四史记录的历朝历代历法的解读研究，成为乾嘉学派乃至近代中外汉学家广泛关注的一门“绝学”。例如，著名学者钱大昕（1728-1804）、李锐（1769-1817）等就曾立下宏愿，将二十四史记载的西汉至明代的30余部完整的历法一一解读。但是，他们远远低估了这项工作的难度。在专业的历法史家看来，从算法的难度上方面来讲，两汉魏晋南北朝时期的历法根本不能与隋唐以后的历法相提并论。即便如此，囿于时代的局限，钱大昕和李锐终其一生，也只完成了对汉代历法的注释和考证，对其他时期的历法基本没有涉及，历法史研究之困难由此可见一斑。 中国传统历法除了计算年月日时的安排外，还要计算晷影漏刻、日月交食、行星运动等数理天文学所研究的主要内容。唐泉介绍，一部完整的中国古代历法通常厘为七章，依次为：步气朔；步发敛；步日躔；步月离；步晷漏；步交会；步五星。其中第七章“步五星”是中国古代天文学家专门讨论金、木、水、火、土这五大行星运动规律的内容，即中国古代的行星运动理论。在我国现存最早的历法《三统历》（约公元前7年）中，已有完整的行星运动理论。此后每部历法中，都专设一章讨论行星运动理论。不同历法中对行星运动理论的称谓略有不同，例如《乾象历》（206年）称为“推五星”，《兴和历》（540年）称为“推五星见伏术第七”，《大衍历》（727年）称为“步五星术”，《授时历》（1280年）称为“步五星”，等等。 2020年度国家社科基金冷门绝学研究专项学术团队项目——中国古代历法中的“步五星术”研究，在前人研究基础上，对汉代至明代的所有中国传统历法中“步五星术”进行全面研究，全面讨论中国古代行星理论中的常数，阐明每一个算法的天文意义，并利用计算机编程模拟古代行星算法，讨论不同朝代一些代表性历法的行星计算精度，校勘所有历法中与“步五星术”有关的文字，从整体上把握中国古代行星理论的发展脉络，从本质上理解中国古代行星理论的精髓，从客观上评价中国古代行星理论，进一步确立中国古代行星理论在整个古代文明天文学发展历史上的地位。  行星运动理论揭示科学传统与文明多样性 我国古代史籍中，有名可考的历法超过一百部，加上约略提到的，总数超过两百部。从西汉至明末，我国正式颁行的历法有四十余部，这些历法的术文比较完整地保存在二十四史中的“律历志”或“历志”中，而那些未被颁行的历法绝大多数已经失传。从20世纪80年代中期开始，西北大学天文学史研究团队便在曲安京教授的带领下从事中国古代历法研究。曲安京教授目前担任西北大学科学史高等研究院院长，在历法史和数学史研究方面有着很深的造诣。2008年，曲安京用8年时间完成了《中国数理天文学》一书，该书后记中写道，希望用这样一本书，说清楚一件事情，即什么是中国数理天文学。曲安京论述了中国古代数理天文学的太阳运动、月亮运动、日月交食与行星运动方面的算法沿革与理论体系，解决了传统日食理论的一些遗留问题，构建了传统外行星算法的天文模型，并据此清晰地勾勒出传统行星理论的发展脉络。 唐泉从2001年起便师从曲安京教授学习历法史，至今已有21年的时间。从2007年起，他开始关注中国古代历法中的“步五星术”，即中国古代行星理论，这是中国古代历法中最难的内容。唐泉担任首席专家的2020年度国家社科基金冷门绝学研究专项学术团队项目——中国古代历法中的“步五星术”研究，对汉代至明代的所有中国传统历法中“步五星术”进行全面研究，面对史书中的天文学数据和算法，在一般史学家无法校对出错误的情况下，研究团队需要通过算理分析和数学计算，最终给出合理的校勘；由于古人的思维方式与现代天文学家的思维方式不同，研究团队只有建立相应的数理模型，才能廓清古代算法的天文意义以及合理性；在探究中国古代历法中的行星计算精度时，研究团队需要利用计算机编程模拟古代的行星算法，并利用现代天文软件提取相应的理论结果…… 行星运动理论通常是西方数理天文学中最核心的内容，以希腊天文学名著《至大论》为例，全书13卷中，最后5卷都在讨论行星理论。与之相比，行星运动理论在中国古代历法中所占的篇幅并不是很大。以北宋最具代表性的历法《纪元历》（1106年）为例，其行星理论的篇幅，除去天文常数和助算表格，涉及五星计算的术文只有20节。在中国古代历法中，行星理论的篇幅虽然比交食理论的篇幅小，而且从整体上来说行星理论受关注的程度也不如交食理论，但是由于行星视运动同时涉及地球和行星绕太阳公转运动，因此计算起来更加困难，行星计算问题也一直长期困扰着中国古代的天文学家。从这个意义上说，只有彻底搞清楚中国传统行星运动理论模型的构造机理，才算是完全理解了中国古代的数理天文学。 深入研究中国古代的行星运动理论，系统和全面地阐发中国古代行星理论的思想、方法与精度，不仅有助于深刻理解中国数理天文学的基本思想和方法，而且对揭示近代科学的源流以及科学传统的多样性具有重要意义。唐泉的研究发现，研究中古代行星运动理论所遇到的困难远远超出想象。其中最主要的原因在于，中国传统行星理论主要采用代数方法，与西方的本轮均轮模型和现代行星理论无论在思想上还是在形式上都有很大区别，中国古代行星理论中的许多算法，在现代行星理论中根本没有对应的算法。因此，将中国传统行星算法与现代行星理论在形式上进行比较，并依此来讨论中国行星运动理论的合理性与有效性，是一件非常困难的事情。  推进中外数理天文学比较研究 不与古希腊、印度、阿拉伯的行星运动理论作比较，就不会体会中国古人在解释天体运动所面临的困难，也不会认识到中西双方在探索宇宙真实图景的道路上究竟有怎样的分歧。在近代科学发展历程中，行星运动理论扮演着十分重要的角色，日心体系最终取代地心体系的一个突破口，就是行星的视运动。在哥白尼、开普勒、牛顿和拉普拉斯等科学家建立科学的行星运动理论之前，探求行星运动规律的合理解释，成为古代宇宙论者无法回避的一大障碍。古代希腊、印度、阿拉伯和中国的天文学家，都建立了系统的行星运动理论。 唐泉告诉记者，由于科学传统不同，古代各文明的行星理论存在着很大差异。在古希腊，占主导地位的行星理论是采用本轮均轮模型进行描述的地心说模型，这个模型对古代印度和阿拉伯行星理论影响很大。中国传统行星理论则主要利用天文常数、天文表格（如五星动态表和盈缩差表）和分段内插函数等代数方法，天文学家甚至很少去考虑行星运动的几何模型。这两种传统的行星理论虽然风格迥异，但都达到了一定的精度，古代希腊和中国的行星理论代表了哥白尼之前行星理论的两种主流传统。 “只有彻底阐明中国古代行星理论中的盈缩差算法的天文涵义与数学模型，才会从本质上理解中国古代行星理论的精髓，更全面地把握中国古代行星理论发展的线索，确立中国古代行星理论在整个古代文明天文学发展历史上的地位。”唐泉介绍，从现代天文学的视角出发，研究中国古代行星理论，始于20世纪50年代。半个多世纪以来，科学史家对中国传统行星理论的研究，无论从深度上还是从广度上，都取得了丰富的成果。但是，仍然有一些疑难问题尚未解决，这些疑难问题主要集中在一系列与行星中心差有关的修正算法。根据现代天文学知识，行星和地球都绕太阳做椭圆运动，因此，对于地球上的观测者而言，行星的视运动是两个椭圆运动叠加后的结果。隋代之前的历法家在计算行星运动时，没有考虑太阳和行星运动的中心差，但是从隋代开始，历法家开始将太阳中心差和行星中心差算法引入到行星运动理论中。隋代及初唐历法中的“五星入气加减差”就是历法家为修正行星中心差算法而设计的经验性算法，唐代《大衍历》在此基础上设计了中五星爻象历，宋代历法又在五星爻象历的基础上，设计了五星盈缩历，此后的历法基本没有实质性的改变。关于“五星入气加减差”算法的原理与意义，五星爻象历与五星盈缩历的天文涵义与构造原理，目前学界尚存在较大争议。此外，由于五星盈缩差算法的天文意义尚未完全揭示，而五星定合算法和定见伏算法又与五星盈缩差算法和太阳中心差算法密切相关，因此科学史家对五星定合算法与定见伏算法的理论模型的构建与计算精度的讨论，仍然不够深入。另外，科学史家对行星计算精度的讨论，仅限于宋代《纪元历》和元代《授时历》等历法，而对宋代之前的历法中行星计算精度的讨论还不多见。 古代中国与其他文明的天文学交流非常频繁。汉唐之际印度天文学的输入，元明之际阿拉伯天文学的输入，以及明清之际西方古典天文学和近代天文学的输入，都对中国天文学的发展产生了深远的影响。在唐泉看来，比较古代中国与其他文明地区的天文学和数学的异同，不仅有助于我们更加清晰地把握不同文明数理天文学的内容、思想、方法与成就，而且对于探明近代科学的源流，确立中国传统数值算法在算法史上的地位，具有重要的学术价值和现实意义。 （本网记者 陆航） (责任编辑：admin) |