（第一节 ）追溯天文学起源
中国古代的天文学并不完全是现代意义上的天文学，还包含着一些地学、地理学方面的知识。因此，它实际上是一门观天测地的学问，取得过非常巨大的成就，主要表现在历法、宇宙观、天象观测等方面。
中国古代的天文学成就包括阴阳历法的制定，天象观测，天文仪器的制造和使用以及构造宇宙理论。大概到了汉代，我国即已形成了自己独特的天文和历法体系，特别在天象观测记录的丰富性、完整性方面，中国一直走在世界各文明古国的前列。
作为一个农业大国，制定历法是一项极为重要的工作。我国人民很早就认识到，要正确地制定历法就需要仔细地观测天象，制历必先测天，这个极为先进的制历原则在汉初即已确立。中国传统的历法是阴阳合历，即既考虑月亮运动(阴历)又考虑太阳运动(阳历)。它的三个基本要素是日、气、朔。气即二十四节气，按太阳运动编制，是阳历成分。朔就是月亮被地球完全挡住阳光变得不可视的时间，两朔之间称为一个朔望月，所以朔是阴历成分。由于日月运动的不均匀性，连续两个朔望月的长度是不相等的，经长期观测推算出来的平均长度称为平朔，对平朔进行修正所得到的真实的长度称为定朔。将日、朔望月与二十四节气编制到一起是中国历法的主要工作。
早在战国时期，中国就出现了以36514天为1年的所谓“四分历”，它以29499940为一朔望月，19年设7个闰月。公元前104年由汉代天文学家邓平、落下闳等创制的“太初历”是现存最早有详细记载的历法，它典型地反映了我国历法的特点：除保持上述四分历的基本数据外，还规定以冬至所在的月固定为11月，正月为岁首，以没有中气(即从冬至开始每隔一个气如大寒、雨水、春分等为中气，其余为节气)的月份置闰。这些规定很好地调整了阳历与阴历的关系。以后，在天象观测的基础上，历代天文学家不断修正回归年长度、朔望月长度、置闰规则，使历法不断改进。据统计，我国历代编制的历法近百个之多，反映了天文历法事业的发达。中国的天文历法工作为皇家所重视，中国传统思想中“天”享有至高无上之地位的观念，使天文学受到了很高的礼遇，天文学家本人即是政府高级官员，他不仅“敬授人时”，而且揭示“天”行之道，不仅为农业生产服务，而且为皇帝“天”子服务，这种特殊的地位可能是中国天文学比较发达的重要原因。
与制定历法工作密切相关联的天象观测工作，构成了中国天文学的主要内容，在恒星、行星、日月和异常天象观测方面，我国都有杰出的成就，特别在日月运行规律的发现以及异常天象的观测与记录方面，尤为突出。
在恒星观测方面，我国有世界上公认最早的星表“甘石星表”(公元前4世纪)。到了汉代可能已有了星图，从敦煌石窟中发现的一幅唐代绘制的星图载有1300多颗星。北宋时期于11世纪初进行了五次大规模的恒星观测，但当时绘制的星图均已失传。现存苏州的南宋石刻天文图(刻于1247年)被认为是按1193年的一幅星图刻制的，上面刻有1434颗星，是世界天文学史上珍贵的文物。因为除中国外14世纪之前的星图都未保存下来。
在日月行星的观测方面，长沙马王堆汉墓中出土的帛书《五星占》详细记录了公元前246年到前177年间金星、木星和土星的位置，记载金星的会合周期为584．4日(今测值583.92日)。特别对于日月食的观测记录，是我国天文学的一大特色。
《汉书·五行志》对公元前89年的日食的记载非常详细，包括太阳位置、食分、初亏和复圆时刻等。
从汉初到公元1785年，我国共记录有日食925次，月食574次，堪称世界之最。在异常天象的观测记录方面，早在《汉书·五行志》中记录了公元前28年3月的太阳黑子现象；《汉书·天文志》记载了公元前32年10月24日的极光现象；马王堆出土的29幅彗星图表明当时对彗星的观测已非常细致，不仅注意到彗头、彗核和彗尾，而且还知道彗头和彗尾有不同的类型；《汉书·天文志》还记载了公元134年的一颗新星。所有这些异常天象记载都是世界上最早的记录。此外，在太阳黑子、新星、超新星等方面，我国都留下了世界上最为丰富的观测记录。
中国天文观测历史悠久，其观测仪器也独具特色。大约在西周时代，中国天文学家已开始使用漏壶记时，而浑仪和浑象是我国传统的天文观测仪器，有据可考的最早的制造者是西汉的落下闳。
浑指圆球，浑仪是由一系列同心圆组成的一种仪器，往往还加上窥管，以做实际观测用；而浑象则是一个球，上面刻上各种特征天象，用以演示实际天象。浑象和浑仪又统称浑天仪。东汉的著名科学家张衡在前人所造浑象的基础上，制成了漏水转浑天仪，它是由潜心壶和浑天仪共同组成的。
浑天仪是一个上刻有二十八宿、中外星官和黄赤道、南北极、二十四节气等的铜球，它被固定在一个轴上转动，其转动动力由漏壶的流水提供，这样可以模拟星空的周日视运动。
张衡以后，浑天仪朝更加精致和准确的方面发展。宋朝苏颂(1020-1101年)等人制造了第一台假天仪，它类似现代的天文馆中的天象厅，人们可以进入里面仰面观看模拟的天象。
浑天仪的制作基于某种宇宙理论。自远古以来，我国人民相信宇宙的基本结构是天盖地承，将这种看法精致化就成了一种盖天说的宇宙理论，它主张天和地是两个同心半球，之间相距八万里，北极是天球的中央，日月星辰绕之旋转。
盖天说比较符合人们的常识直观，但不能很好地解释精确观测到的天象，因此后来又有浑天说和昼夜说出现。
浑天说的代表人物张衡认为，天不是一个半球形，而是一个完整的球，地球处天球之中，如同蛋黄居鸡蛋内部一样，恒星处在天球之上，而日月五星则游离于天球附近。采用浑天说可以更好地解释天象，并且被用于计算天体的位置，是球面天文学的原始形式。
与浑天说对立的是所谓宣夜说，它反对有什么固体天球，主张宇宙处处充满无边无涯的气体，日月星辰在其中漂浮游动。宣夜说的“气”论支持宇宙无限的观念，但与天文观测无法衔接，只是一种思辨的哲学理论。
张衡与天文学
在前面我们已经介绍过中国秦以前的天文学思想和成就。这里我们主要介绍秦以后中国天文学方面的发展。
秦统一中国以后，在全国颁行统一的历法——颛顼历。颛顼历行用夏正，以十月为岁首，岁终置闰。汉武帝时，国力强大，农业、手工业得到了较快的发展，汉武帝决定实施历法改革。他于元封七年(公元前104年)五月颁行邓平、落下闳等人创制的新历，改此年为太初元年。新历因而被后人称为“太初历”。
《太初历》是中国第一部有完整文字记载的历法。后来由于太初历的回归年和期望月的数值偏大，《太初历》用了188年以后，在东汉元和二年(公元85年)又改用《四分历》。
东汉时期，中国出现了一位多才多艺的科学家张衡，他在科学、哲学、文学、绘画等多个领域做出过杰出的成就。如果就全面发展这方面而言，也许只有1000多年后欧洲文艺复兴时期的巨匠级人物达·芬奇可与之相提并论。不过西方称张衡为“东方的亚里士多德”。
张衡(公元78-139年)，字子平，河南南阳西鄂(今河南省南阳县石桥镇)人。幼年时家境比较贫寒，靠亲友接济维持生活。但艰苦的生活磨砺了张衡的意志品质，他从小就好学不倦，博览群书，为后来从事科学研究打下了坚实的基础。
17岁时，张衡离开家乡，到西汉故都长安及其附近地区考察历史古迹，调查民情风俗和社会经济情况。后来，又到京城洛阳参观太学，求师访友。后回到南阳，担任南阳太守鲍德的主簿。
在此期间写了《东京赋》和《西京赋》，成为中国文学史上的名篇，一直流传至今。安帝永初二年(公元108年)鲍德调离南阳后，张衡去职留在家乡，用了三年时间钻研哲学、数学、天文，积累了不少知识，声誉大振。永初五年，张衡再次来到京城，担任郎中与尚书侍郎。元初二年(公元115年)起，曾两度担任太史令，前后共14年，其在天文学上的成就就是在这期间取得的。
前面我们已介绍过，中国古代的宇宙结构理论主要有三个：盖天说、浑天说、宣夜说。张衡是浑天说的代表人物。
他认为：天好像一个鸡蛋壳，地好比鸡蛋黄，天大地小；天地各乘天而立，载水而浮。为了进一步形象地说明自己的学说，张衡设计制造了水运浑天仪。浑天仪相当于现在的天球仪，设计构思非常精巧，主体是一个大球，用一根铁轴贯穿球心，这根铁轴就相当于地球的自转轴，轴与球的两个交点则相当于地球的南北极。
仪器靠漏壶流水的力量推动齿轮，带动大球缓慢地旋转，一天刚好转一圈。到了晚上，人们从仪器上可以看到星星的起落，和实际天象几乎完全吻合。浑天仪不仅是我国，也是世界上第一台能比较准确地表示天象的仪器。
为了及时准确地了解各地发生地震的情况，张衡还发明了世界上第一台测定地震方位的仪器——候风地动仪。而欧洲是在18世纪后才出现地动仪。著名科学史家李约瑟称张衡是“地震仪的鼻祖”。
据记载，张衡的地动仪非常灵敏，它探测到了公元138年在甘肃发生的地震。但可惜的是，张衡的地动仪和浑天仪都失传了。后人依据文字记载，多次欲复原地动仪，但效果都不理想，可见当年张衡的天文学和设计制造水平之高。
另外，张衡最先正确地解释了月食的成因，认为月食是由于月球进到地球的阴影里的缘故；他还首先指出了月球本身不发光，月光是太阳光照射到月球上后反射所形成的。
张衡的天文学思想和理论都集中在他的著作《灵宪》中。《灵宪》是一部世界天文学史上的不朽名著，把中国古代的天文学水平大大地向前推进了一步。它从哲学的高度，全面阐述了天地的生成结构及日月星辰的运动。张衡认为：天地的生成是按照事物本身的客观规律发展逐步形成的。这种宇宙和天体演化的思想在当时是非常先进的。
从中国天文学史来看，到张衡那里，中国古代天文学的各项内容大体均已具备，一个富有特色的体系已经建立起来。
地球子午线的测量
中国古代天文学在汉代体系形成，然后在从三国到唐的这一时期又取得了不少的进展，主要在历法、仪器、宇宙理论等方面。这一时期，最重要的天文学家是祖冲之父子和张遂(即一行)。
祖冲之父子在前面作为数学家已做过介绍，但他们在天文学领域也取得过重大的成就。
祖冲之在天文学领域的贡献主要在天文历法方面。他创制了《大明历》。该历法的最大特点是引进了岁差，虽然祖冲之当时定的岁差值不高，但却是第一次把岁差引进历法，这是中国历法史上的一个重大进步，对后世提高历法准确性有重要意义。
《大明历》采用丁391年中有144个闰月的精密的新闰月，使用的数据也大多相当精确，如一个回归年的日数为365．2428日，一交点月的日数为27．21223日等。
宋孝武帝大明六年(公元462年)，祖冲之上书要求刘宋政府颁行《大明历》，但遭到当时幸臣戴法兴等人的阻挠而没被接受。后来，在祖冲之儿子祖暅的三次上书推荐下，终于在梁武帝天监九年(公元510年)被接受颁行《大明历》，实现了祖冲之的未竟之愿。祖瞧曾亲自监造八尺铜表，测量日影长度，并发现了北极星与北天极不动处相差一度有余，打破了北极星就是天球北极的错误观点。
公元618年，唐建立了强大的封建帝国，出现贞观、开元之治的强盛局面，在这种政治经济背景卜，唐代的天文学也取得了很大的成就，其中最重要的工作是由张遂(即一行)完成的。
张遂，魏州昌乐(今河南南乐县)人，其曾祖父是唐太宗李世民的功臣张公谨。张氏家族在武则天时已衰微。张遂自幼刻苦学习历象和阴阳五行之学。青年时代即以学识渊博闻名于长安。为避开武三思的拉拢，剃度为僧，取名一行。后来，由于《唐书》以“一行”之名立传，因此知道他原名张遂的人反而不多了。
出家之后，张遂先后在嵩山、天台山学习佛教经典和天文、数学。曾翻译过多种印度佛经，后成为佛教一派——密宗的领袖。中宗神龙元年(公元705年)，武则天退位后，李唐王朝多次召他回京，均被拒绝。直到开元五年(公元717年)，唐玄宗李隆基派专人去接，他才回到长安。
不久唐玄宗即任命他主持历法的修订工作。这件工作成了他一生最后l0年的工作中心。正是在修订历法的过程中，他组织了大规模的天文观测工作，在全国建立了十几个观测站，获得了许多重大发现。
他测定了150多颗恒星的位置。他认识到太阳运行速度的变化，发现太阳走到最南时，速度最快，然后逐渐减慢，到最北时最慢，以后又逐渐加快。
他通过对行星的观测，发现五大行星都不完全在黄道面上，各行星的轨道面同黄道面都有一定的倾斜角度。
自汉以来，“王畿知里”，“影差一寸”，即南北相差千里，影子长度相差一寸，已经成为传统的观念，成了许多盖天论者与浑天论者进行数字计算的依据，也是盖天说的一个基本观点。724年，张遂组织人用圭表(铜制标竿)测影法在河南平原地区进行测量，发现南北两地相距大约250唐里，表影长度就相差一寸。如从阳城到武陵是1826唐里，表影差7.3寸，从阳城到横野军为1861唐里，表影差8寸。于是他用大量的数据推翻了“寸差千里”的传统看法，沉重地打击了盖天说。
中国古代天文学十分重视北极星，所以测定北极星的高度是一件十分重要的工作。张遂曾率领一批人进行了这项工作。他们在滑州测得当地天极出地高度(观测者向北极星的视线与地平面的夹角)约34℃30′。
在测量中他们还发现，河南地区两地相距351唐里，北极高度就差1度。因为北极高度正好是当地的地理纬度，所以这实际上是测出了地球子午线一度的弧长为351．27唐里，相当于129．22千米。
这个数据虽然同实际情况相差约20千米，但在1000多年以前的那种条件下，能得到这个近似的数据是很不容易的。而且这次天文测量的成果，在科学史上具有重大的意义和价值。这是因为，测量出子午线1度的长度，就可以推算出子午线的全部长度，也就说这是人类第一次实测地球子午线。所以，李约瑟认为它是“科学史上划时代的创举”。