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中华古天文历法之坐标系统梳理

2021-08-25 09:37阅读:
古老的中华天文历法,是中华先民在黄河中下游(北纬35o~36o)地区,基于农耕文明之应用需求,自伏羲氏立杆测影始,以地球为观测参照基点,长期观测天体运动逐步总结、发展和完善出来的一套以天球赤道坐标系为核心融黄道与地平坐标系于一体的古天文学理论体系。相较于西方单一的黄道坐标系而言,其天文与人文之内涵更为丰富,因而至今仍为现代天文学不可缺少的极其重要的组成部分。


中华古天文历法之坐标系统梳理
—— 古天文研学笔记
中华古天文历法之坐标系统梳理

1 中国古代天体运行图(依据德如赤子原图绘制)
一、中国古代天体运行图之要点注解:
(一)图中的P点为天球北极, 即所谓真天极, 亦称赤极。距离其最近的恒星X, 代表轮流担任北极星的恒星。北极星随天球运转而形成的小圆,亦称北辰或赤纬圈。这个赤纬的中心点才是真正的北极点, 故曰真天极。但是,这个圆圈之内,空虚无物, 却又是一个具体的圆运动, 古人将其称之为元气,认为它是万事万物生化的源泉。AB两点表示北极星横截子午圈的中央,A为上中天, B为下中天,且在上下中天两个时刻, 都能观察得到, 因此,古人常将其作为看不到赤道星座中天时的指示星。中华星历三垣(紫微垣、太微垣、天市垣)二十八宿的天区划分,就是以北极为中心展开的。紫微垣里的北斗七星是北半球天空的重要星象,由天枢、天璇、天玑、天权、玉衡、开阳、摇光(又作瑶光)七颗星组成,因北斗七星曲折如斗,故而得名。《甘石星经》:“北斗星谓之七政,天之诸侯,亦为帝车。”皇帝坐着北斗七星视察四方,定四时,分寒暑。《鹖冠子·环流篇》说得最为明白:“斗柄东指,天下皆春;斗柄南指,天下皆夏;斗柄西指,天下皆秋;斗柄北指,天下皆冬。”
(二)赤道圈简称赤道, 就天球而言称之为天球赤道,就地球而言称为地球赤道, 且二者严格对应。二十八星宿大致沿赤、黄道平均分布;赤道圈上 Q点对应张宿, R点对应虚宿。赤道圈与黄道圈相交于r点与Ω点, r点对应昴宿, Ω点对房宿。赤道圈与观测者所在地平面NEsW交于E点与W, 为二十八宿东升西落之处, 即其视运动在地平线上的两个点。在中国古天文学中, 赤道平面代表着整个天球, 是五行学说和后天文王八卦的基石, 也是中医五脏学说的基石。
“中国古代的赤道坐标的建立至上可追溯到春秋战国时代,它承袭了古代二十八宿记位置的传统,坐标的两个分量是入宿度和去极度。所谓入宿度,指二十八宿的距星与某一天体之间的赤经差,对于二十八宿来说,与入宿度相当的量是距度,某一宿距星到下一宿距星之间的赤经差叫该宿的距度。所谓去极度,就是所测的天体距北极的角距离,实际上是赤纬的余角。赤道坐标系在中国古代天文学中得到了广泛地运用,这在世界天文学史上是一个典型”。

(三)黄极虽然空虚无物,但古人认为是最重要的。由于岁差导致赤极在天体运动中最终还得绕黄极转圈, 故黄极便成了万物生长靠太阳的核心;而黄道及其平面较赤道及其平面更为重要, 因为它不但是确定太阳周年视运动位置的基准,而且它还是阴阳学说的基础, 亦即三阴三阳六气学说和先天伏羲八卦的基础。
所谓黄道是指太阳在天球上的周年视运动的轨道。以黄道为基础,用黄经、黄纬表征天体位置,即黄道坐标系。它的分量之一也是黄道入宿度,而另一个分量有时用去极度,有时也用黄道内外度。“最早明确提到黄道的是战国时期的《石氏星经》(星表),东汉贾逵曾经引述到:石氏星经曰:黄道规牵牛初直斗二十度,去极二十五度在这里,黄道规即黄道圈,牵牛初就是冬至点,《石氏星经》的黄道坐标,冬至点的人宿度为斗20度,去极度为115度(二十五为一百一十五之误 )。汉末刘洪《乾象历》中又出现了求月亮黄道内外度的说法。应该指出,我国古代给出的二十八宿黄道经度差,不是天文学上的黄经差,而是二十八宿距星的赤经差在黄道上的投影。所谓某宿的黄道距度,就是量过本宿和下宿距星的两条赤经圈所夹的黄道弧长。所谓黄道内外度,则指纬向方向的量,天体在黄道以北叫黄道内,天体在黄道以南叫黄道外,它们都是以赤道圈为准,沿着天体的赤经圈,从所测天体量到黄道为止“。
尽管石氏星表所记录的二十八宿黄道经度差之概念并非现今天文学上定义的“黄经差”,但在本质上是可以满足按照黄道坐标推算太阳周年视运动轨迹问题的。宋代时期的《天象列次分野之图》和《苏州石刻天文图》上,明确的标绘出了赤道、黄道和二十八星宿的位置以及天区、星宿次度的划分,且其外圆圈上的刻度正是以黄极为圆心标注的;这就是说使用该星图完全可以按照黄道坐标系推算太阳周年视运动位置点的,也就是说可以解决二十四节气的问题。学者广百宋斎先生使用天文软件对石刻天文图进行了复原,并分析了其天象年代和数据的精度。按照中华古度“量天”,二十八宿的总星距度365.25度,而一个回归年365.25天,正是太阳周年视运动的“日行一度”,这两个数字的吻合不是巧合,说明中华二十八宿十二次(二十四节气)本来就是基于黄道坐标系的,石刻天文图就是否定不了的铁证。据学者广百宋斎先生研究,中华基于黄道坐标系的二十八宿十二次始于颛顼,但于战国末期、秦汉之际失传了。据此,与其说近代以来人们将黄道弧度(角度),平均划分为24分,并以此确定阴历月份从而使得二十四节气相对精准,不如说是回归了中华五千年传统的本来就是基于黄道坐标系二十八宿十二次历法的本真。
黄道圈与赤道圈相交于r、Ω两点所产生的交角为黄赤交角。黄赤交角导致了二分二至以及由此衍生出的24节气。 黄赤相交也是古人天地合气和阴阳五行,尤其是阴(暗)阳()二气得以生化的根本。

(四)中华先民确定天球方位的依据有:一为黄道圈“移光定位”, 二为赤道圈恒星定位, 三为地平定位。
1、黄道圈“移光定位”: 通过圭表对太阳视运动进行观测,按“移光定位”原理, 在黄道圈上, 确定二至二分四点:夏至点C、冬至点L、秋分点Ω、春分点r。面对夏至点为“前南”,背向冬至点为“后北”, 左侧秋分点为“左东”, 右侧春分点为“右西”。
2、赤道圈恒星定位: 古人观测天球运动时, 发现并选择二十八宿, 大致平均分布在天球赤道之上, 从而组成了赤道圈。
Q点为张宿所居, 对应夏至点C为南;
R点为虚宿所居,对应冬至点L为北;
Ω点为房宿所居, 对应秋分点(Ω本身)为东;
r点为昴宿所居,对应春分点(r本身)为西。
这就是古人“虚张(星)为经、房昴为纬”之所指。何以为据称中国人的经纬概念源于西方?
《黄帝内经·灵枢·卫气行第七十六》记载:黄帝问于岐伯曰:愿闻卫气之行,出入之合,何如? 岐伯曰:岁有十二月,日有十二辰,子午为经,卯酉为纬。天周二十八宿,而一面七星,四七二十八星,房昴为纬,虚张为经。对此,唐初杨上善认为“虚张为经”错矣,指出“南方七星,星为中也”;中国科学院、国家天文台赵永恒、李勇先生经计算也发现夏至点在张宿的年代与其他三星的年代不合,故依据“房昴为纬,虚星为经”计算的相应年代为BC2494——BC2315年。
“四仲中星”是中华先民黄、赤道圈恒星定位的十分重要的标志星。《黄帝内经》记载的四仲中星(虚张房昴)年代为 BCBC2494——BC2315年;《 尚书•尧典》记载的四仲中星(虚星心昴)年代为BC2350———BC1700年;
而现代考古出土的战国时期曾侯乙墓二十八宿星图的四仲中星则是“毕心张危”,其天象年代为(BC3854年——BC2657年),显然要早于《黄帝内经》记载的四仲中星之年代,这说明至迟在距今4700年前二十八宿星系体系就以非常完善,而不是某些所谓专家说的是战国时期之天象,学者MANER对此有着详尽的解读。
之所以说四仲中星作为标志星极为重要,是因为直接观测并确定太阳在黄道上的位置点以目测手段恐是难以实现的,甚至是根本做不到的。确定每天太阳在哪个星座的哪个位置上,诗歌有点难度的问题,因为白天人们看到太阳的时候,看不到星星;而晚上当人们看到星星的时候,却看不到太阳,所以无法直接观察到太阳在哪个星座上。不知在目视观测条件下古代西方人依据单一的黄道坐标系是如何做到的;但中华先民依据二十八宿中的四仲中星南中天的昏中时刻推算太阳在黄道上的位置点,进而确定节气并非难事。
苍龙(青龙)、朱鸟(朱雀)、白虎和玄武四象原初语义,应是用以形象地体现太阳视运动与之对应的四个阶段,即春、夏、秋、冬四时太阳视运动所经行的四个时段,这是四个动态的时间段落
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2 仲春与仲夏
以上图的春分为例,“日中星鸟、以殷仲春”,当朱雀七宿的中星(星宿)在黄昏时刻位居南中天(视方位180度)时,白虎七宿中的中星(昴宿)必然会是在相距90度亦即270度方位西边地平线之下,也就是说春分点必在昴宿(相当于现今天文学的0度);而“日永星火、以正仲夏”,当苍龙七宿中的大火星心宿二在黄昏石刻位居南中天时,朱雀七宿的中星(星宿)必定是在270度方位西边地平线之下,也就是说夏至点在星宿(相当于现今天文学的太阳黄经90度);以此类推,秋分、冬至乃至二十四节气的每一个节气都在掌控之中。因为古人通过观测获得了二十八宿的总星距度365.25(中国古度)和回归年365.25天的数据,自然是“日行一度”。加之,古人还有陶寺遗址那样的地平太阳历观象台与测量日影长短的圭表系统配合观测,再结合之前提到过的天文石刻图之类的黄道星位刻度盘等工具,即便是存在71.571度的岁差影响恐其测量精度应是也没有多大问题的。

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3 仲秋与仲冬
3、地平定位。根据黄赤道方向, 面南背北站立地平之上,则地平上, E西WSN也就相应确定了。南方诸对应点和北方诸对应点无不一 落在子午圈上。东方诸对应点和西方诸对应点, 亦大致落在卯酉圈上。以地平面和天顶(头顶方向)为基础建立的坐标叫地平坐标,它的两个分量分别取作地平方位和地平高度。中国古代最初的地平坐标自然也应是源于对正极(北极)和赤道(太阳出没方向)的认知,用于以日晷测量太阳出没运行的方位角上,例如以子代表北方,午代表南方等,至迟在《尚书-尧典》中已经有了用干支字表示方位的影子,如“寅”、“申”等;由十月太阳历(阳历)产生了十天干(甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸),十二月历(阴历)产生了十二地支(子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥);而天干地支的组合又导致了阴阳合历六十花甲子纪年(月、日、时)法的诞生,至此在空间方与位的基础上又有了时间的维度。 中国“有一套比儒略日更古老的连续纪日系统就是干支纪日,从殷商时代就已开始。有确切文献记载的是从鲁隐公三年(公元前7 2 2年〉至宣统三年至今2700多年连续纪日,没有间断。儒略日是倒推出来的,历史上并无依据,而干支纪日是真实的历史记载,是中华民族宝贵的文化遗产之一”。
源于对天球运行规律长期观测的中华传世太极图、河图、洛书和八卦,无一不体现中华先民的智慧。五星大周天与十月太阳历是河图之数与先天八卦得以诞生的天文本源;将十月太阳历的天文数理模型,以抽象艺术的形式通过一个内圆心(太阳)、内圆环(地球公转轨道)、外圆环(五大行星周天轨道)和顶角与内圆环的交点巧妙地展现出来,人们就不难发现十个月的数字对应组合竟然恰是神秘的河图之数!
从北斗七星(高庙八角星历)与地平太阳历到洛书(九宫数)的诞生,再到后天八卦的形成, 是以正北极(天之中)为基点建立起来的空间立体坐标系,但同时也融入了地平太阳历太阳回归年视运动的时序坐标。洛书(九宫数)在后天八卦图中得到了完整的体现,源于地平太阳历的节气在九宫数空间立体坐标系和后天八卦卦位里得到了合乎逻辑的配位。从天象年代上来看,洛书(九宫数)很可能出现在距今7000年至4800年间,因这一时期的天象与之比较吻合。

由于极星在正极位置的替换过程中(万年以来的左枢、右枢、北极二、勾陈一),会给人们带来北极方向定位的空挡与不便,于是用于大型天文观测和正极定位的玉衡璇玑系统便应运而生。
中华古天文历法之坐标系统梳理
根据《书·舜典》记载:“璇美玉也,玑为转远,径八尺,圆周二丈五尺强,玉者正天文之器。 ”原来,璇玑是一架庞大的天文仪器。 可是今日看到的璇玑是商周的遗物,直径仅约

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