唐代高僧一行的天文学成就.doc

唐代高僧一行的天文学成就唐代高僧一行的天文学成就董英哲董英哲内容提要：内容提要：本文主要论述了唐代高僧一行在天文学上的伟大成就他的天 文学成就有三项：一是创制天文观测仪器和演示仪器，如黄道游仪、水运浑天 仪和复矩等；二是主持进行了一次大规模的天文大地测量工作，这是世界上第 一次子午线长度的实测；三是把中国古代历法的制订工作提高到一个新的水平, 使我国古代历法体系达到完全成熟的地步一行(公元 682—727 年)，俗名张遂，魏州昌乐(今河南省南乐县)人，唐代 伟大的天文学家和数学家《旧唐书》有传，说“一行少聪敏，博览经史，尤 精历象、阴阳、五行之学他年轻时，因不愿与武三思交往而出家为僧，一 行是其法名，出家之后，他仍然勤奋攻读，为了精研数学，曾长途跋涉，求师 闻教开元五年(公元 717 年)，唐玄宗强征一行入京都，长安充当顾问玄宗 经常向他请教，一行直言无隐，提出了不少防止腐化、励精图治的建议据 《旧唐书》本传记载，“一行尤明著述，撰《大衍沦》三卷，《摄调伏藏》十 卷，《天一太一经》及《太一局遁甲经》、《释氏系录》各一卷其著作留 下宋的很少，但《大藏经》中有他的《宿曜仪轨》和《北斗七星念诵仪轨》。

当时的麟德历行用已久，误差较大玄宗便令一行“考前代诸家历法，改撰新 历，又令率府长史梁令瓒等与工人创造黄道游仪，以考七曜行度，互相证明 于是一行推《周易》大衍之数，立衍以应之，改撰《开元大衍历经》至十五 年卒，年四十五，赐谥日大慧禅师①在长安生活的十年，一行主要致力于天文学研究和历法改革，其重大成就 有三：一是创制天文观测仪器和演示仪器，如黄道游仪、水运浑天仪和复矩等； 二是主持进行了一次大规模的天文大地测量工作，这是世界上第一次子午线长 度的实测；三是把中国古代历法的制订工作提高到一个新的水平，使我国的古 代历法体系达到完全成热的地步一、创制天文观测和演示仪一、创制天文观测和演示仪开元九年(公元 721 年)，一行接受修定新历的使命后，提出：“今欲创历 立元，须知黄道进退，请太史令测候星度②也就是说，要直接观测太阳视 运动但当时“官无黄道游仪，无由测候③黄道游仪是用来观测日月星辰 的位置和运动情况的天文仪器，是浑仪的一种浑仪是专指测量天体在天球面 上的坐标仪器我国古代的浑仪采用的是赤道坐标系统赤道坐标系统就是利 用天球面上的赤经和赤纬来表示天体的位置用这种系统表示恒星的位置是方 便的。

但是；推算历法还要求了解日、月在自己运行轨道上的位置和运行情况 太阳在恒星间的视运动轨道叫黄道，月亮在恒星间的视运动轨道叫白道黄道 和赤道有二十三度多夹角把赤道坐标变换成黄道度数，要用到球面三角学 当时我国还没有掌握这种数学方法，而是用近似公式计算，或者在浑仪上量度， 这就不可避免地会带来一定的误差，影响历法的精确度东汉傅安、贾逵等人 在浑仪中增设了黄道环，以测定日月在黄道上移动的度数，称为黄道铜候仪唐初，天文学家李淳风设计制造了一架铜的浑天黄道仪这架仪器共分内、中、 外三层：外层叫六合仪，固定不动，包括与地球赤道平面平行的赤道环，与地 面平行的地平环和正南正北方向的子午环；中层叫三辰仪，可以转动，是互相 交叉的赤道、黄道、白道三环；内层就是一个夹有窥管可以旋转的赤经环，也 叫四游仪这架仪器虽然比较复杂、精密；但有缺陷其中一个缺陷是：由手 月亮轨道平面变化很快，黄道和赤道的相对位置也因岁差有缓慢的变化对于 这些变化，这架仪器反映不够精密，或者根本没有反映，致使某些环圈很快失 去作用针对这个缺陷，一行和梁令瓒作了大胆改进，在黄道环和赤道环上每 隔一度都打一个洞，使白道环可以黄道环上一度就移动一下，这就比李淳风的 浑天黄道仪要一度半左右才能移动一下前进了一步；黄道环又可以在赤道环上 移动(古代错误地认为岁差使黄道沿·赤道移动，实际情况却正好相反)，表示 岁差。

章道游仪’的名称，就是由此而宋的据<旧唐书·天文志)记载，’ 时率府兵曹梁令瓒特制于丽正书院，因造游仪本样，甚为精密一行乃上言日： ‘黄道游仪，古有其术而无其器以黄道随天运动，难用常仪格之，故昔人潜 思皆不能得今梁令瓒创造此图，日道月交，莫不自然契合，既于推步尤要， 望就书院以铜铁为之，庶得考验星度，无有差舛’从之，至十三年造成’ (新唐书·天文志)说：“十一年仪成’无论那一年制成，而黄道游仪都可以 说是当时世界上最先进的观测仪器一行利用它研究月亮的运动和恒星的坐标， 对于修订(大衍历)，提高交食计算的准确性，发现恒星坐标因岁差而变化等方 面都起了很大的作用在制历准备时，一行还与梁令瓒等人制造了一架水运浑天仪这是一种浑 象，浑象是表现天球运动的仪器；因为它是浑天家发明来说明浑天学说的，所 以有时也称浑天仪在隋唐以前，浑象’这个名，词常常和观测仪器——“浑 仪”这个名词混用不过，观测仪器却从来没有称作象的张衡的浑象是个划 时代的创造他在浑象上装置了一套齿轮系机械传动装置，利用漏壶流水田稳 定性，推动浑象均匀地绕极轴旋转它的速度可以控制得和天球的旋转速度一 样这一来，昼夜交替，星辰出没都和天上的实际位置相应。

这架仪器形象而 雄辩地证明了浑天学说的正确性因此，它又被称为浑天仪，或漏水转浑天仪 不仅如此，这套仪器还带动了一个称为瑞冥荚机构日历，能随着月亮的盈亏表 演一个阴历月中日期的推移，它相当于一个机械自动日历这一传统的发展， 后来成了世界机械天文钟的祖先一行与梁令瓒等人制造的水运浑天仪，就是 张衡水运浑象的发展它是用水力驱动模仿天体运行的仪器，类似于现代的天 球仪，不仅在球形的浑象上遍列各星宿和黄、赤道等，而且还在浑象外安装两 个圆环，上边各装一个球标，分别代表日、月利用水力推动齿轮系，使浑象 每昼夜自转一周日标除每昼夜回转一周外，沿黄道还日行一度，三百六十五 天沿黄道移动一周；月标在每昼夜回转一周的基础上，每二十七天半沿白道移 动一周；二十九天多，日、月相合一次这种水运浑天仪很有规律地演示出日、 月、星象的运转，比张衡的水运浑象更加精巧、复杂其中特别是安装有自动 报时器，可以说是现代钟表的雏型据《旧唐书·天文志》记载，“立二木人 于地平之上，前置钟鼓以候辰刻，每一刻自然击鼓，每辰则自然撞钟皆于柜 中各施轮轴，钩键交错，关锁相持既与天道合同，当时共称其妙铸成，命 之日水运浑天俯视图，置于武成殿前，以示百僚。

推想其中应当已具有类似 于现代钟表上的擒纵器装置，这在天文钟和机械史上是一大创造英国著名科 技史家李约瑟指出：“很明显，这至少必然包括机械钟的发明，这项发明迄今一般都认为出现于十四世纪初的欧洲，然而现在的研究已经表明，第一个被称 为机械钟灵魂的擒纵器应属于一行和尚和他的同事们，他们大约于公元 723 年 在唐都长安(西安)的太史院制成④也就是说，它比 1370 年西方出现的威克 钟要早六个世纪一行等人为了编制《大衍历》的需要，还创制了另一种新的测量仪器—— “复矩”据《周髀算经》卷上记载，周公向数学家商高请教“用矩之道”， 商高回答说：“平矩以正绳，僵短以望高，复矩以测深，卧矩以知远，环矩以 为圆，合矩以为方从史料及出土文物考证，矩是我国古代一种用途很广的 制图工具和测量工具，很象木匠的“曲尺”，矩边上还有刻度，可直接用以画 直线、直角、测量长度而“复矩以测深”，当理解为把矩边向下，据其刻度 及相似三角形的原理测量深度但是，一行的复矩却不是用宋测量深度的据 《旧唐书·天文志》记载，“以复矩斜视，北极出地三十四度四分由此可 见，其用途是测量北极仰角的据有的学者推测，在“复矩”的顶点系一铅锤， 在直角安装一个由零度到 91．31 度(因古时以圆周为 365．25 度，故直角为 91．31 度)的分度器就成。

使用时，把复矩的一个指定的边直指北极，使此边正 好在人眼和北极的连线上，则悬挂重锤的线即能在分度器上指示出北极的高度 来如右图所示 大家知道，北极的高度和我们今天所说的地理纬度差不多 相等(因为地球不是理想的球体，会有一些差，但其差很少，一般可以近似认为 相等)一行发明的“复矩”是一种简便的测北极高的仪器，它在天文大地测量 中起了非常重要的作用二、世界上第一次子午线测量二、世界上第一次子午线测量开元十二年(公元 724 年)，一行领导组织了一次大规模的天文大地的测量 活动太史监南宫说、太史官大相元太等人，分别往安南、朗、蔡、蔚等州实 地测量这次测量的范围非常之大，以河南平地为中心，北起铁勒(实际是铁勒 回纥部，当时唐朝的“瀚海都督府”所在地，位于现在的蒙古人民共和国乌赫 巴托西南的喀拉和林遗址附近)，南达林邑(今越南中部)；遍历朗州武陵(今湖 南省常德市)、襄州(今湖北省襄樊市)、太原府(今山西省太原市)和蔚州横野军 (今河北省蔚县东北)等十三处测量内容包括二分(春分、秋分)、二至(冬至、 夏至)正午时分八尺之竿(表)的日影长、北极高度(天球北极的仰角)以及昼夜的 长短等这些测量，以南宫说等人在黄河南北平地四个点的测量最为重要。

他 们从滑州白马(今河南省滑县)开始，到汴州浚仪太岳台(今河南开封市西北)， 再到许州扶沟(今河南省扶沟县)，最后到豫州上蔡武津(今河南省上蔡县)，分别以八尺之表测出了二至、二分的日影长，用复矩测出了它们的北极高，并实 际步量了这四个点之间的相互距离如下图所示：这四个点是经过精心选择的，它们均介于东经 114．2 度一 114．5 度之间 差不多同一经度上，便于同一时刻测量而且，所在地势平坦，便于步量相互 间的距离据<唐会要)记载：“数年伺侯，及还京，与一行师一时校之”，’ 一行以南北日影较量，用勾股法算之’一行在测量的基础上对数据进行处理， 他根据南北日影长的比较和北极高度差而算出的结果是：大约 351 里 80 步而北 极高差一度我国古制为 1 里等于 300 步，1 步等于 5 尺，一周天为 356．25 度 换算为现代单位，351 里 80 步而北极高差一度，即为南北相距 129．22 公里， 北极高度相差一度这实际上就是地球子午线一度的弧长与现测量值一度长 111．2 公里相比较，虽不十分精确，也没有最后算出地球的周长，但却为研究 地球的大小提供了科学数据李约瑟等认为这次测量是“科学史上划时代的创 举”，苏联卜·阿·斯塔尔车夫在《中国天文学简史》中也说“这是世界上第 一次子午线长度的实测”。

当然，世界上较早的子午线测量并不只这一次早在公元前 3 世纪，希腊 学者埃拉托色尼(公元前 276 一前 195 年)就根据亚里士多德关于大地是球形的 假设，利用在亚历山大城夏至日测得的太阳的天顶距 7++12++，和在另一地西厄 纳在当天太阳直射深井井底的事实，又假定两地在同一子午线上，从而得出结 论说：这两地的距离等于地球子午线全长的五十分之一但这次测量除了亚历 山大的太阳天顶距有 5+++，的误差外，两地实际也不在同一子午线上，更重要 的是两地间的实际距离并没有测量过，只是根据来往商队的估计得到的所以， 不少人认为他这次测量出的子午线虽与今值相差不大，但纯属偶合，没有多大 的科学价值在他之后，希腊另一学者波悉多尼(公元前 103—19 年)也根据类 似的方法，利用老人星在罗德岛和亚历山大高度差及两地距离算出了子午线的 长，但他也同样没有实测两地的距离，只是根据商船的行船时间来估计，所以 误差也很大尽管由于著名天文学家托勒密所说的地球周长和波悉多尼的结果相同的缘故，使波悉多尼的测量结果在古代和中世纪的西方所有学者中都认为 是最正确的，但它毕竟还是建立在非科学的估计上面的在公元 814 年，阿拉 伯的国王阿尔·马蒙命令阿尔·花剌子模等天文学家在幼发拉底河以北的新查 尔平原和苦法平原 进行了子午线的实际测量，算出的结果是子午线一度约为 111．815 公里，但这次测量比一行的测量已经晚了九十年。

一行以实测的数据彻底推翻了前人奉为定则的“寸差千里”的错误说法 这种说。