人類在過(guò)去400多年間望遠(yuǎn)鏡給我們帶來(lái)的天文學(xué)進(jìn)展。這一講我們將簡(jiǎn)單回顧一下中國(guó)古人如何發(fā)現(xiàn)星象規(guī)律的。
人類有文字記載的文明歷史有著將近5000年，在這漫長(zhǎng)的歷史長(zhǎng)河中，天文學(xué)是一門(mén)非常重要、也是最早發(fā)展起來(lái)的學(xué)科。最早在古巴比倫文明中，距今4000多年前，就已經(jīng)出現(xiàn)了非常豐富的天文學(xué)知識(shí)。比如，他們?cè)诋?dāng)時(shí)已經(jīng)可以精確地預(yù)測(cè)日食的周期，這就是我們現(xiàn)在所熟知的沙羅周期，18年11天8小時(shí)，而且一直使用至今。
人類早期天文觀測(cè)
中國(guó)也是四大文明古國(guó)之一，也有著非常良好的天文記錄傳統(tǒng)。在人類天文觀測(cè)的早期，中西方天文觀測(cè)人員都使用一樣的觀測(cè)工具，那就是我們的眼睛。相比較后來(lái)出現(xiàn)的望遠(yuǎn)鏡，眼睛看到的范圍很是有限，而且看到的不少天體都是一樣的，比如太陽(yáng)、月亮、和金星、木星、水星、火星、土星這些大的行星，還有其他一些位置相對(duì)比較固定的恒星，根據(jù)觀測(cè)者所在的位置而有所不同。正是基于這些基本而有限的觀測(cè)，古代的天文學(xué)家們提出了各種不同的宇宙模型，在現(xiàn)在看來(lái)，這些宇宙模型都是唯象模型，屬于樸素的宇宙觀，在歐洲有深遠(yuǎn)影響的“地心說(shuō)”，在中國(guó)有“渾天說(shuō)”和“蓋天說(shuō)”。無(wú)論如何，在所有認(rèn)知中，地球都是處在宇宙的中心位置，而在地球之外，宇宙究竟處于什么樣的狀態(tài)，宇宙有多大，并無(wú)人知道。
還有一點(diǎn)，中西方對(duì)于天的認(rèn)識(shí)也是非常相似的，早期都認(rèn)為天地相通、天賦皇權(quán)。如果天上出現(xiàn)一些新的天象，通常會(huì)被認(rèn)為是對(duì)皇帝的一種警示。所以皇帝對(duì)于天上所發(fā)生的新的天象都非常重視，安排專門(mén)的機(jī)構(gòu)和人員來(lái)負(fù)責(zé)記錄，在中國(guó)通常是由類似于司天監(jiān)或者太史局這樣的機(jī)構(gòu)來(lái)掌管，觀星并且做記錄是這些人員的日常工作。對(duì)于天象的重視，還有一個(gè)很重要的原因那就是在農(nóng)耕社會(huì)，很大程度上要靠天吃飯，所以這個(gè)機(jī)構(gòu)還要推算并且頒布?xì)v法。所以簡(jiǎn)單而言，司天監(jiān)主要有兩方面的職責(zé)：一方面觀察天空中星星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和出現(xiàn)的各種“客星”，包括現(xiàn)代意義上的彗星、超新星和新星等；另外一個(gè)職責(zé)就是歷法發(fā)布。
我們知道，地球公轉(zhuǎn)的軌道平面被俗稱為黃道，它和地球自身的赤道之間有夾角，正是因?yàn)檫@個(gè)夾角，在地球公轉(zhuǎn)的過(guò)程中就形成了我們感受到的四季變化。
▲古代圭表示意圖
對(duì)于靠天種莊稼的古人而言，確定一年的時(shí)間尤為重要。地球圍繞太陽(yáng)運(yùn)行一圈就是一年。在地球繞轉(zhuǎn)的過(guò)程中，從地球上來(lái)看，太陽(yáng)每天在天空當(dāng)中的軌跡也會(huì)有所不同。古代聰明的天文學(xué)家發(fā)明了圭表這類觀測(cè)設(shè)備，來(lái)確定太陽(yáng)的位置變化。通常把通過(guò)太陽(yáng)位置變化確定的歷法稱之為陽(yáng)歷。在確定了一年的長(zhǎng)度之后，中國(guó)人通過(guò)觀察月相的變化，把月相變化的時(shí)長(zhǎng)確定為一個(gè)月的長(zhǎng)度，我們通常把使用月亮的歷法稱之為陰歷，所以說(shuō)中國(guó)的歷法是采用了陰陽(yáng)結(jié)合的歷法，也稱陰陽(yáng)歷。當(dāng)太陽(yáng)確定的回歸年和陰歷給出的偏差累積到一定程度的時(shí)候，就會(huì)在歷法中插入一個(gè)“陰歷月”，我們俗稱閏月。所以通常情況下一年是12個(gè)月，但是如果是閏年，就會(huì)出現(xiàn)13個(gè)月。
為了方便確定季節(jié)的變化，古人也會(huì)利用夜空中的恒星位置。首先為了方便確定恒星在天空的位置，古人在很早的時(shí)候就把天空中看到的位置相對(duì)比較固定的恒星劃分成不同的區(qū)域。在歐洲就有星座。我們現(xiàn)在所知道的全天88個(gè)星座就是國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)根據(jù)歐洲的星座而劃分的。在中國(guó)有3垣28星宿，這三垣分別是紫薇垣、太微垣和天市垣。其中紫薇垣，是因?yàn)榛实凼巧咸煸谌碎g的代理者，整個(gè)國(guó)家都是圍繞著皇帝運(yùn)轉(zhuǎn)的，所以天上的星星也是圍繞著某個(gè)點(diǎn)而轉(zhuǎn)動(dòng)，因此中國(guó)古代的天文學(xué)家就在北天極附近設(shè)立了紫薇垣，象征著皇帝在天上的紫禁城，而處在北天極上的北極星在古代也因此被稱為紫微星。另外太微垣代表了天上的“政府機(jī)構(gòu)”，而天市垣代表了天上的市集。區(qū)別于歐洲的黃道12宮，中國(guó)古代的天文學(xué)家將黃道以及附近的恒星劃分成28宿，以東方蒼龍、南方朱雀、西方白虎、北方玄武各7宿來(lái)代表。在對(duì)天空中的星星進(jìn)行區(qū)域劃分之后，就可以利用一些明顯的恒星位置很方便地確定季節(jié)。比如，中國(guó)傳統(tǒng)的仲春節(jié)日龍?zhí)ь^，就是指28星宿中東方蒼龍中的龍角星出現(xiàn)在地平線上，這就意味著春耕要開(kāi)始了。
▲清中期 銅鎏金天球儀
要想精確觀察和預(yù)測(cè)太陽(yáng)、月亮以及其他星星的位置及其運(yùn)行規(guī)律, 中國(guó)古人也發(fā)明了一些觀測(cè)設(shè)備，比如渾儀、簡(jiǎn)儀，來(lái)輔助觀測(cè)，幫助提高觀測(cè)的精度。同時(shí)為了展示和預(yù)測(cè)天體在天空當(dāng)中的位置，還發(fā)明了渾象，就是我們現(xiàn)在所說(shuō)的天球儀，它的表面就刻著古代人們所能夠看到的星宿，用來(lái)展示每天所看到的星空。
中國(guó)古代關(guān)于彗星的記錄
在觀測(cè)記錄方面，因?yàn)橹袊?guó)是唯一一個(gè)沒(méi)有中斷的文明古國(guó)，所以相比較歐洲和其他國(guó)家的天文記錄，中國(guó)的記錄更加完整、時(shí)間更加悠久。比如，中國(guó)有著歷史上最早的彗星分類圖。在上個(gè)世紀(jì)70年代被發(fā)現(xiàn)的馬王堆漢墓當(dāng)中，就保存著一幅珍貴的帛書(shū)彗星圖。這件帛書(shū)現(xiàn)在藏在湖南省博物館當(dāng)中，別克“寰行中國(guó)”在2018年也曾經(jīng)到訪過(guò)這里。
▲帛書(shū)《天文氣象雜占》，西漢，1973年長(zhǎng)沙馬王堆三號(hào)漢墓出土，尺寸：長(zhǎng)150厘米，寬48厘米，圖來(lái)自于湖南省博物館官網(wǎng)
帛書(shū)上面畫(huà)著形狀不一的29個(gè)彗星。盡管這個(gè)墓葬的年代為西漢初年，也就是公元前185年左右，而這幅彗星圖應(yīng)該成畫(huà)更早一些，應(yīng)該成書(shū)于戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的楚國(guó)，也就是詩(shī)人屈原所處的年代。根據(jù)現(xiàn)在的研究觀測(cè)，肉眼能夠看到的彗星其實(shí)是非常有限的。比如，2020年我們?nèi)庋劭吹搅诵轮清缧牵鴮?duì)于北半球而言，上一次肉眼看到彗星還要追溯到1997年的海爾波普彗星，那是23年前?？紤]到南北半球，假如每10年會(huì)有1-2顆明亮的彗星經(jīng)過(guò)地球被我們看到的話，每個(gè)世紀(jì)不過(guò)也就只能觀測(cè)到10到20顆彗星。要想得到如此完整的彗星分類，應(yīng)該觀察至少100顆彗星，這樣的話大約就是1000年左右。所以對(duì)于彗星的詳細(xì)觀察應(yīng)該從周朝甚至于更早的時(shí)間就開(kāi)始了。盡管歐洲也在很早的時(shí)候就開(kāi)始記錄天象了，但是如此完備的彗星圖，一直等到了16世紀(jì)才出現(xiàn)，中國(guó)的彗星圖遠(yuǎn)遠(yuǎn)比歐洲早了將近2000年。
在所有的彗星當(dāng)中，最為知名的一個(gè)彗星估計(jì)要屬于哈雷彗星了。對(duì)于它的記錄也是相當(dāng)?shù)耐暾?，從公元?40年開(kāi)始，哈雷彗星29次接近地球，在過(guò)去2000多年的中國(guó)歷史文獻(xiàn)中，對(duì)于哈雷彗星的這29次到來(lái)的記錄竟然一次都沒(méi)有少。彗星在繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程當(dāng)中，會(huì)受到太陽(yáng)和其他行星的擾動(dòng)，周期就有可能會(huì)發(fā)生變化，從而到地球的距離也會(huì)發(fā)生變化。對(duì)于哈雷彗星，它的周期在74年到79年之間變化，平均為76年。在歷史上，哈雷彗星距離地球最近的一次發(fā)生在公元837年4月5日前后，那時(shí)中國(guó)正處在唐朝。彗星出現(xiàn)之時(shí)，彗尾的長(zhǎng)度覆蓋了將近120度的天空，幾乎占據(jù)了半邊天。在出現(xiàn)的一個(gè)多月的時(shí)間里，司天監(jiān)的官員們?cè)敿?xì)地觀察著彗星的位置并且記錄下來(lái)。這些都完整地被記載在了《新唐書(shū)》當(dāng)中。按照現(xiàn)在的推算，當(dāng)時(shí)彗星到地球的最近距離只有494萬(wàn)公里，是地月距離的13倍。而在最近的1986年的回歸當(dāng)中，哈雷彗星距離地球最近的時(shí)候也有6300萬(wàn)公里，比唐朝時(shí)候哈雷的最近距離遠(yuǎn)了將近13倍。
限于古代觀測(cè)工具以及當(dāng)時(shí)有限的認(rèn)識(shí)，古人沒(méi)有辦法正確地認(rèn)識(shí)觀測(cè)到的天象。不過(guò)中國(guó)古人還是非常注意觀察它們和其他天體之間的聯(lián)系，比如盡管古人不知道彗尾的形成機(jī)制，但是他們注意到彗星的一個(gè)尾巴和太陽(yáng)的方向一致，我們現(xiàn)在知道這是因?yàn)樘?yáng)風(fēng)粒子和彗星相互作用后形成的離子尾，而另外一個(gè)塵埃尾是因?yàn)殄缧亲陨淼倪\(yùn)動(dòng)而形成的。
雖然歷史文獻(xiàn)的記錄不及現(xiàn)代科學(xué)的數(shù)字方式精確，但還是為之后的研究提供了非常寶貴的信息。在國(guó)際上很知名的一件事例就是對(duì)于蟹狀星云的歷史記錄。北宋至和元年己丑日（1054年7月4日），東方地平線上，月亮正在逐漸落下，太陽(yáng)正在升起，夜晚即將結(jié)束，司天監(jiān)的人員準(zhǔn)備結(jié)束當(dāng)天的觀測(cè)任務(wù)，就在這時(shí)，突然看到了天關(guān)星附近出現(xiàn)了一種奇怪的光芒。即使在太陽(yáng)升起后的幾個(gè)小時(shí)內(nèi)，依舊可以看到這顆亮星。根據(jù)司天監(jiān)人員的經(jīng)驗(yàn)判斷，這就是新出現(xiàn)的一顆客星。之后持續(xù)觀測(cè)，一直大約2年后才消失。有關(guān)這個(gè)客星發(fā)生的位置、亮度等都詳細(xì)地描述在《宋會(huì)要輯稿》當(dāng)中。而對(duì)于這個(gè)客星本質(zhì)的研究一直要等到望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn)。1758年法國(guó)天文學(xué)家梅西耶在望遠(yuǎn)鏡中尋找彗星的時(shí)候，首先注意到了這個(gè)模糊亮點(diǎn)，并且把它列為自己星表中的第一個(gè)天體，這就是我們現(xiàn)在所熟知的梅西耶星表中的M1。之后其他天文學(xué)家利用更大望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測(cè)的時(shí)候，發(fā)覺(jué)它看起來(lái)像一個(gè)螃蟹，所以就命名為蟹狀星云。1928年，美國(guó)天文學(xué)家哈勃根據(jù)其氣體膨脹的速度推斷，這個(gè)星云應(yīng)該爆發(fā)于大約900多年前。這一推斷和中國(guó)的歷史記錄完全符合，而中國(guó)的歷史記錄給出了一個(gè)更為精確的爆發(fā)日期。
正是古人憑借著他們的聰明才智和辛勤觀測(cè)，才創(chuàng)造了燦爛的古代文明，給我們留下了大量寶貴的天文學(xué)記錄。
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