2000年前中国人建立的天文坐标,成了现代天文学的标准坐标

在中国古代的天文学中,有一个名为角宿的星宿,又称为角木蛟,是二十八宿中的一宿。
中国的古人,把分布在天上赤道附近的星星,分成了二十八个星宿,又把二十八个星宿,分成了东南西北四宫,这样就形成了东宫七宿:角、亢、氐、房、心、尾、箕,北宫七宿:斗、牛、女、虚、危、室、壁,西宫七宿:奎、娄、胃、昴、毕、觜、参,南宫七宿:井、鬼、柳、星、张、翼、轸。
角宿就是东宫七宿中的第一宿,也是二十八宿中的第一宿。
角宿由二颗亮星和若干小星组成,两颗亮星分别被命名为角宿一和角宿二,根据现代天文学的资料,角宿一的赤经为13时25分11秒,赤纬为负11度9分40秒;角宿二的赤经为13时34分41.6秒,赤纬为负0度35分45秒。
赤经和赤纬都是天球赤道坐标中的坐标数据,有了赤经数和赤纬数,就可以确定任何一个星星在天球上的位置。
天球是中国古代天文学中一个非常重要的概念,就是古人站在地上仰望星空时,感觉到整个星空就像是一个非常大的球一样,在球的内壁上布满了日月星辰,而人和大地就像在球的中心,这个球就被称为天球。
中国的古人还看到,整个天球是在旋转的,日月星辰都是从东方升起,在西方落下,而且每天的星星也不是固定的,一年之中出现在头顶上的星星都不一样,但一年之后的这一天,又会有同样的星星出现在头顶上,这就更加让中国的古人相信天球是圆的。
中国的古人还在观察中看到,北极星是永远不动的,天上的星星都是绕着北极星在转动,尤其是北斗七星,绕着北极星旋转的现象更加明显了,所以就把北极星所在位置称之为天极。
中国的古人认为,既然天是一个球,球又是绕天极旋转的,那么在南方肯定也有一个天极,于是就把北极星称之为北天极,把南方某一个点称之为南天极。
北天极和南天极就形成了一条天轴,天球就是绕着天轴在旋转的,而大地和大地上的人,就在天球的中心。
这就是2000多年前,由中国的古人所建立的浑天说,东汉初年的张衡《浑仪注》:浑天如鸡子。天体圆如弹丸,地如鸡子中黄,孤居于天内,天大而地小。天表里有水,天之包地,犹壳之裹黄。天地各乘气而立,载水而浮。周天三百六十五度又四分度之一,又中分之,则半一百八十二度八分度之五覆地上,半绕地下,故二十八宿半见半隐。
张衡的意思就是说,天就像一个球一样包含着人和大地,所以有一半的星星在地下是看不见的,二十八宿也只能看到一半。
又因为北极星所在的北天极,是在地面之上的,那南天极就肯定是在大地的下面,天轴和大地是斜着相交的,所以古人就认为,天是北高南低的。
这就是张衡《浑仪注》:其两端谓之南北极。北极乃天之中也,在正北,出地上三十六度。然则北极上规径七十二度,常见不隐。南极天地之中也,在正南,入地三十六度。南规七十二度常伏不见。两极相去一百八十二度强半。天转如车毂之运也,周旋无端,其形浑浑,故曰浑天。
张衡的意思是说,北天极就是天的中央,常年能看见,南天极却在地的下面,是看不见的,天球就是绕着北天极和南天极这根天轴,始终像车轮一样在旋转。
这位张衡,就是传说中发明了地动仪的中国古代科学家张衡,张衡所说的就是中国古代的浑天说,浑天说很好地解释了日月星辰旋转的现象。
中国的古人还认为,如果在北天极和南天极的中间,在天球上画一个大圆,把天球平均分为南北两个半球,这个大圆就是天球的赤道,也就是天赤道。
那么,古人是用什么方法,来确定这个赤道的位置呢?
第一种方法,就是先确定正东方的位置,《淮南子·天文训》:正朝夕,先树一表,东方操一表却前表十步,以参望日始出北廉。日直入,又树一表于东方,因西方之表,以参望日方入北廉,则定东方。两表之中与西方之表,则东西之正也。
《淮南子》的意思就是说,先在早上太阳刚升起时,插两根杆子A和B相隔十步并对准太阳,让太阳跟两根杆子成一条直线,再在傍晚太阳下山前,再插一根杆子B1,让A和B1跟太阳连成一条直线,然后找到杆子B和B1的中心点,再将杆子A和杆子B与B1的中心点连接起来,这就是正东西方的方向。
确定了正东和正西的方向之后,就可以在傍晚时,在正东方找到一颗星或者天球上的一个点,根据这颗星或这个点运行的轨道,在天球上画一个圆圈,这就是天球赤道。
第二种方法就是利用日晷,因为日晷上的晷针和晷面是垂直的,只要将晷针对准了北极星,再用眼睛将晷面瞄到天球上,也就是把晷面延伸到天球上,就可以找到天球上的赤道了。
如果要利用晷面来确定正东西的方向,也只要在晷面上找到水平线,这条水平线就是正东西的方向。
确定了赤道之后,就可以在天球上标出经线和纬线了,天球上的经纬线和地球上的经纬线原理是一样的,把天球上连接南北天极,又跟赤道垂直的线称之为经线,把天球上平行于赤道的线称之为纬线,赤道的经度简称为赤经,赤道的纬度简称为赤纬。
在确定了天球的经线和纬线之后,又怎么来确定具体的度数呢?
中国的古人,把星星与北极星之间的度数,来作为赤纬度数,称之为去极度,如图中PA、PB的度数,就是这两颗星星的去极度;再把某个星宿设置为标准距星,通过测量星星与某个标准距星之间的度数,来作为赤经度数,称之为入宿度,如下图中假设A是作为标准的距星,那么B星的入宿度就是ab的度数。
现代的天文学,虽然测量方法与古人有所两样,但是所依据的思想是完全一样的。
现代天文学把春分点设置为赤经0时,就是太阳刚好运行在赤道上的时候,太阳所处在天球上的位置,也就是春分点的位置,设置为赤经0时,赤经的单位用时来表示,相当于小时的概念,因为天球绕着人旋转一周刚好24小时,就把赤经设置为24时,由春分点开始往东分别为1时2时3时。
赤纬就是把天球赤道设置为0度,把赤道往北到北天极设置为0到90度,把赤道往南到南天极设置为0到负90度。
按照以上的坐标,角宿一就是在春分点的东面13时多一点,在赤道的南面11度多一点,角宿二也是在春分点的东面13时多一点,在赤道的南面0度多一点。
如果以整个角宿来看,角宿差不多就在春分点东面13.5时的位置,角宿的上面那颗角宿二,差不多就处在赤道上了。
从角宿的经纬坐标可以知道,中国古人所创建的天球赤道坐标体系,非但在古代非常的科学,就是现代天文学所用的,依然是天球赤道坐标的体系。
知道了角宿的赤经度,就可以根据春分时间,来计算春分时角宿的升起时间了。
根据现代天文学,2021年的春分时间为3月20日17时37分19秒,也就是说,在3月20日17时37分19秒的时候,太阳刚好处在天球的赤道上,而此时的角宿正在太阳的东面13.5时的位置上,如果把13.5时换算成度数的话,就是202.5度,表示角宿还在地平线的下面。
假设太阳刚好在下午的六点钟下山,则太阳下山时,角宿还在地平线下1.5时,也就是22.5度的位置,差不多要到晚上七点半的时候,角宿就会在东方升起。
从二十八宿的周天度数表上可以查到,从角宿到壁宿的度数,差不多是157.5度,也就是10.5时;从壁宿到角宿则就是202.5度,也就是13.5时。
因为春分点与角宿的度数是13.5度,而壁宿与角宿的度数,也是13.5度,由此可知,在春分的时候,太阳正处在壁宿的位置上,也就是说,2021年的春分点就在壁宿。
从现代天文学的资料上看,壁宿一的赤经为0时13分14.2秒,壁宿二赤经0时8分23.27秒,的确非常靠近春分点。
所以,我们可以确定,现阶段的春分点就在壁宿的位置上,以后会随着岁差,慢慢向室宿移动。
经过以上推算就可以得知,春分这一天晚上的七点半,东方七宿中的角宿,就会在东方升起,《尔雅》:数起角亢,列宿之长。故角之见于东方也,物换春回,鸟兽生角,草木甲坼。
《尔雅》的意思是说,当角宿在晚上从东方升起的时候,便是万物复苏的季节。
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