书城自然科学大中国上下五千年:中国历代科技成就
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第11章 古代历法体系的成熟──一行的科技成就

一行是我国唐代著名的天文学家,他在制造天文仪器、观测天象和主持天文实地测量方面都有卓越的贡献。一行主持修订的《大衍历》是我国唐代最精密的历法,比较准确地反映了太阳运行的规律,标志着中国古代历法体系的成熟。

一行(673~727),本名张遂,河北巨鹿人,唐代著名的天文学家。

一行自幼聪颖过人,有过目不忘的本领。他去元都观拜见博学多闻的道士尹崇,尹崇借了一部西汉扬雄所作的《太玄经》给他看。《太玄经》

是一部文词艰涩、内容隐晦的书,一般人很难看得懂。隔了几天,一行便把这部书交还尹崇。尹崇以为一行是觉得这部书实在太玄了,看不懂,所以就赶快还书。但当一行拿出他他对一行的聪明才智赞不绝口,并向外宣扬一行的学问,从此一行就以学识渊博而闻名于长安。

唐玄宗时,一行受命编写新的历法。他准备开始观测天象的时候,发觉当时所用的天文仪器都已经陈旧腐蚀,不堪使用。他便立刻重新设计,制造了大批天文仪器,还在世界上第一次组织了大规模的子午线长度测量工作。

制造浑天铜仪和黄道游仪

在修订历法的实践中,为了测量日、月、星辰在其轨道上的位置和掌握其运动规律,一行与梁令瓒共同制造了观测天象的“浑天铜仪”和“黄道游仪”。浑天铜仪是在汉代张衡的“浑天仪”的基础上制造的,上面画着星宿,仪器用水力运转,每昼夜运转一周,与天象相符。还装了两个木人,一个每刻敲鼓,一个每辰敲钟,其精密程度超过了张衡的“浑天仪”。“黄道游仪”的用处,是观测天象时可以直接测量出日、月、星辰在轨道的座标位置。一行使用这两个仪器,有效地进行了对天文学的研究。

测量子午线

724年(开元十二年),一行修改旧历法的准备工作已经完成了许多,于是开始着手测量子午线的长度。一行的测量工作以河南为中心,北至内蒙古,南至广州以南,广泛收集数据,以求测出当地北极星的高度和冬至、夏至、春分、秋分四天正午时日影的长度。河南周边的那些测量点,由太史监南宫说带队测量,测量的重点是滑县、浚仪、扶沟、上蔡四处的数据。

这次测量跨度大,时间长,一直到两年之后,各种测量数据才陆续汇集齐。一行和南宫说立即投入了复杂的计算。他们终于算出了:北极星高度相差一度,南北间的距离就相差351里80步,折合成现在的距离就是129.22千米,这正是子午线一度的长度。

一行测量子午线,是一项规模宏大的系统工程,为后来的实地测量和天文学奠定了基础。世界上所有的科学史研究者都认为,这确实是一次富有创新精神的科学活动,给予它极高的评价。

制定《大衍历》

725年(开元十三年),一行开始编历。经过两年时间,写成草稿,定名为《大衍历》。《大衍历》是一部具有创新精神的历法,最突出的表现是它比较正确地掌握了太阳在黄道上运动的速度与变化规律。自汉代以来,历代天文学家都认为太阳在黄道上运行的速度是均匀不变的。一行采用了“不等间距二次内插法”推算出每两个节气之间,黄经差相同而时间距却不同。这种算法基本符合天文实际,在天文学上是一个巨大的进步。

不仅如此,一行还应用内插法中三次差来计算月行去支黄道的度数,还提出了月行黄道一周并不返回原处,要比原处退回一度多的科学结论。

《大衍历》对中国天文学的影响是很大的,直到明末的天文学家们都采用这种计算方法,并取得了好的效果。

知识小百科

覆矩

为了测量北极仰角,一行设计了一种叫“覆矩”的测量工具。据考证,“矩”在我国古代天算典籍中有两种含义:一是形似木工曲尺的平面区域,即所谓的“积矩”;一是勾股形中的勾边加股边夹一直角构成的直角折线,即所谓的“矩线”。这说明一行的覆矩是一种用“角度”表示地平高度的测量工具。使用时,把覆矩的一个特定边指向北极,使此边恰好在人眼和北极的连线上,则重锤线即能在量角器上直接读出北极的地平高度。