我国古代浑天说的兴衰

我国古代有两种主要的宇宙观,即盖天说和浑天说,其中浑天说是将天当做一个球体,一半在地面以上,是可见的,而另一半在地面以下,是不可见的。而地是包括陆地和海洋的,是在天壳内的一个圆形平面,有中心和半径,其中心成为地中,也是天壳的中心,而半径就是天壳的半径。天相对于地面的高度,因地点而不同,天最高的一点叫做天顶。在地的边缘,天地连接,太阳和月亮每日在天地连接处东升西落。

浑天说的地中就是指传说中夏代的第一个都城,阳城,其所在的陆地就是中土或称九州,在陆地的四周是海洋,而太阳和月亮在海洋极东的旸谷升起,在海洋极西的濛汜下落。阳城所在的位置,在夏至时中影长度为一尺五寸,北极出地为36度。

浑天说的世界观

浑天说的起源极其古老,我们从远古神话中可以看到浑天说的一些影子,比如按照浑天说的观点,天的高度和地的深度相等,出自《灵宪》'自地至天,半于八极,则地之深亦如此',与这种观点相对应的就是盘古开天劈地的神话;再如浑天说认为天和地是连接的,而连接的地方就是环绕陆地的海洋,于这种观点对应的就是邹衍的大九州的说法和张骞乘槎登天的故事;还有浑天说中日出于旸谷落于濛汜的说法,则与十日宿于扶桑的神话和夸父追日到濛汜的神话是一样的。

邹衍的大九州理论

战国时期的慎到(前390-前315)在《慎子》中说'天体如弹丸,其势斜倚',这两句话表示了三个观点,第一,天是一个球体,即天,体如弹丸;第二,天极不在天顶,即其势斜倚;第三,地是平面,因为其势斜倚是相对于平面而言的。

《周礼》记载说'日至之影,尺有五寸,谓之地中',关于这段话,东汉经学家郑众(?-83年)说'土圭之长,尺有五寸。以夏至之日,立八尺之表,其影与土圭等,谓之地中,今颍川阳城地也。',地中的观点是同圆而平的大地相一致的,地中在中影长度方面的独特性,也只有对于圆而平的大地而言,才是合情合理的。因此,在张衡之前,浑天说的球形天空,圆面大地,天轴斜倚和以阳城为地中的观点,已经十分明确。

《灵宪》

张衡(78-135年)关于浑天说的文献有两个,分别是《浑天仪注》和《灵宪》,他在《浑天仪注》中说'天如鸡子,地如鸡中黄,孤居于天内,天大而地小,天表里有水……周天三百六十五度四分度之一,又中分之,则半复地上,半绕地下,故二十八宿半见半隐,天转如车毂之运也。'在其他一些文献中,还记载张衡还有关于两极和赤道的描述。关于黄赤交角和二至点的北极距,张衡说'黄道斜带其(天)腹,出赤道表里各二十四度。故夏至去极六十七度而强,冬至去极百一十五度亦强也''各分赤道黄道为二十四气,一气相去十五度十六分之七'。

赤道面与黄道面的交角

而在《灵宪》中有'天体于阳,顾圆以动。地体于阴,故平以静……自地至天,半于八极,地之深亦如此……其(指日月)径当天周七百三十分之一,地广二百三十二分之一',与前人相比,可以看出张衡的浑天说对天地的描述更为详尽。

浑天说的天与地

在张衡时代,浑天说已经基本完备了,其后并没有出现新的观点,这种状态一直持续了大约400年,这期间可以说是浑天说的全盛期,直到祖暅所在的时期。

祖暅(456-536年),祖冲之的儿子,也是著名的数学家和天文学家,曾积极的为浑天说测定地中的准确位置,也曾试图说服梁武帝相信浑天说。梁武帝在525年前后,在长春殿举行过一次会议,目的就是'排浑天之论'。祖暅为了测定地中,研究了一套测量方法,而这套方法可以证明任何地点都是当地的南北线和东西线的焦点,也就是说,都是地中,这样一来就动摇了'阳城为中'的观点及浑天说本身。

梁武帝画像

浑天说遭到质疑主要在以下几方面:

浑天说中天地相连的观点。随着人们活动范围的变大,这一点引起人们的怀疑,比如商人来往于西域与东海之滨,但他们并未发现太阳的大小有变化。但是,由于不管人处于什么位置,从视觉看上去,天地还是互相连接的,所以这一点还未能引起人们足够的怀疑。

以阳城为中的观点的消失。我国从东汉《四分历》开始,一般都有测量24节气的中影长度的数据,这些数据是在阳城的实测数据,但却被笼统的称为'晷影',被看作是代表世界的。但到了僧一行(683-727)时,这套数据开始被称为'阳城日晷',也就是说只能代表阳城,而不能代表世界了。再后来,元代以大都取代阳城,明代以应天府取代阳城,这样浑天说中阳城为中的观点被彻底放弃了。

北极出地三十六度。这是一种定量的描述,按浑天说,北极出地时指天空中永远可见的天极,而不是地面上的仰角,这样的话在大地的任何地点看,36度的北极天空区域是不会变的。而我们今天知道,纬度不同,北极高度和日影长度都是不同的。

北极星的高度与地理纬度有关

僧一行打破了之前的传统,将北极出地和中影长度都看成是地方性的,因此在编订《大衍历》时,不但测定中影长度,而且还测定了北极出地的数据。他特别提到了交州的测量结果'交州望极,才高二十余度……大率去南极二十度以上之星则见。'他以在交州可以见到浑天说认为常末地平线下的星星的事实,否定了浑天说'北极出地三十六度'的不变性,并且说'果以为浑天耶,则北方之极浸高',意思是说如果浑天说是正确的,那么就无法解释北极出地向北逐渐增加的事实。

到了唐代以后,北极出地因地而异已经成为共识,沈括(1031-1095)在《浑仪议》中说'南北才五百里,则北极辄差一度以上'

一行测量了子午线

既然已经否定了阳城为中和北极出地不变这两个观点,按说应该可以导致对大地是球形的发现,但是根据现有的史料,历史上我国的科学家并未得出大地是球形的结论,这又是为什么呢?

原来,这是因为我国古代科学家并未将太阳光看做平行的光线,而是当做了辐射线来看,在这个前提下,北极出地的地区差异,就得不出大地是球形的结论了。反之,如果以太阳光是平行光线作为前提,'日影千里而差一寸'的观测数据,就可以推导出地面是曲面的结论了。

在平面大地上,辐射光源可解释不同地区的日影长度不一的问题

在历史上,僧一行只是以'三百五十一里八十步而极差一度'的实测来否定了'日影千里而差一寸'的结论,并得出北极出地是可变的,而并没有否定辐射光线的前提,也没有将'极差一度'理解为地面上的度数。

平行光源只有球面大地上,才可以解释不同地区日影长度不一的问题

但是,即便浑天说已经被指出了各种错误,却并没有被彻底放弃,主要还是对张衡所描述的'天如鸡子,地如鸡中黄'的理解上,很多人会将'地'理解为蛋黄一样的球体,但是在我国古代的记载中,地所表达的意思多是指狭义的地,也就是陆地,而非'地球'。如《畴人传 利玛窦传》中的'地与海而合一球',这里的地就是陆地,意思是陆地和海洋合成一个球体,而不是指的地球。陆地这个概念本身并没有球形的含义。

介绍古代科学家的《畴人传》

而在张衡的其他文字记载中,也并无确切的论述来定义大地的形状,所以很难判定张衡的浑天说中认为大地是球形的。说到底,还是我国古代科学家对很多概念在描述或者定义上不够严谨,这也就导致了后人对前人的解释出现各种偏差。

因此,浑天说还是具有很大的地方局限性,这也导致虽然浑天说在历史上一度很辉煌,但最终还是不能准确的推演天地的本质和规律。而随着人们对地球和宇宙认识的深入,浑天说也必然会衰落下去。

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