元代天文學的發展及意義考究

張春宇

元代天文學的發展

元代天文學取得的成就體現在設立司天臺及對它的管理上。窩闊臺汗“八年（1236年）丙申春正月，諸王各治具來會宴。萬安宮落成。”“三月，復修孔子廟及司天臺。”從這些記載可以看出窩闊臺在元上都哈拉和林之地又修建了司天臺。至元八年（1271），元世祖在上都海建立了回回司天臺，并任命阿拉伯人札馬剌丁為提點，用西域儀器觀測天象，編制歷法。這里成為了十三至十四世紀中國研究阿拉伯天文學的中心，對中國天文學的發展起了積極作用。至元十六年（1279）批準經建大都天文臺，據《元文類》卷十七《太史院銘》記載，大都天文臺建在東城墻下，渾象、玲瓏儀、計時漏壺等儀器設備和測驗書、歷法典籍以及星圖等則按照八卦中的基本方位分別放置在中層屋室，天文臺辦事官員也分置于此。大都天文臺是一座規模宏大、工作人員眾多、儀器完備的天文臺。在今河南登封縣告成鎮還可以看到元朝初年建造的原貌保存較好的登封天文臺。它是中國現存最早的古天文臺建筑，也是世界上重要的天文古跡之一。除了興建司天臺，忽必烈還派官員去管理天文事務。“至元十年閏六月十八日，太保傳奉圣旨：回回漢兒兩個司天臺，都交秘書監管者。臺官六員，其中少監一員、判官二員……習學生七名。”“敕牒靈臺郎司天少監勾當”“宣命校時郎行司天臨勾當”這里可以看出，在大德四年（1300年）七月至九月曾先后敕命靈臺郎、校時郎擔任司天少監的工作職務。可見，從窩闊臺汗到元世祖時期天文臺的發展歷程。

元代天文學的發展還在于創造出了‘精妙絕倫的天文儀器。元代杰出的天文學家曾提出：“天文測驗的根本在于天文儀器”。元初期的天文儀器主要受到阿拉伯和元代之前各朝代的天文儀器的影響創制發展而來的。札馬剌丁曾創制出用來觀測太陽運行軌道的渾天儀（多環儀），觀測星球方位的咱禿朔八臺、用來觀測日影，定四至日的斜緯儀和平緯儀、天文圖像模型-天球儀（渾天圖）、地球儀、觀察晝夜時刻觀察儀（星盤）等七種天文觀測儀器。這些天文學儀器設計巧妙新奇，準確精密。郭守敬據此受到啟發并借鑒仿創的用于類似上述天體觀測用途的儀器多達13種，著名的有簡儀、仰儀、圭表。簡儀是對渾天儀進一步簡化和改進而來的一種天文儀器，原理是模擬天球形態，來測量行星及各個恒星的位置。這與采用英國式裝置的現代望遠鏡很相似。元以前的簡儀只能準確到一度的十二分之一，元代將百刻環上的刻度分為三十六等份，四游環上的刻度分為十等份，使得簡儀精確程度提高，這與唐宋時期的渾儀相比無疑是一大進步。簡儀的創制相比于世界同類儀器要早三四百年。仰儀是用來測量太陽位置，日食虧缺、方向和時刻的一種天文儀器。其形為銅制中空半球，內部球面上刻有赤道坐標和東西南北的四個方位。通過觀測太陽光透過半球上一塊帶孔的板投在坐標上的倒映像，即可判斷出太陽在天空的位置。它改變以往的仰視觀察為俯視觀察，減輕了觀測者直視太陽時的照耀眼之苦，是當時世界上第一臺太陽投影觀察儀，也一種完全創新的天文儀器。圭表是用以測定時間，求算周年常數、黃赤道交角，劃分四季的天文儀器。圭表由“圭”和“表”兩個部分組成。“表”的部分為銅制，高約三十六尺，表頂部兩端伏以二龍，二龍共舉一橫梁，與之垂直的圭面為石制，長約四十尺。“圭”上刻有尺寸，一日內與四至日太陽影子長短均有不同，通過正午太陽光透過“表”部頂端的小孔投射到“圭”上的不同影長進行對比，借以推算時節。

郭守敬領導進行了一次規模空前的緯度測量，在東起朝鮮半島，西到川鎮與河西走廊，南近占城，北窮鐵勒，陸續建立了27個日影測量站進行觀測，《元史》天文志稱之為“四海測驗”。這個觀察網絡除分布在各地大城市外，在北緯15度至65度，每隔10度設置一處觀察點，測得的緯度值與現代相比，絕大多數平均誤差在半度以內。

郭守敬還利用新天文儀器對“黃赤交角”（即黃道面與赤道面相夾的角度）的度數進行了重新測量，得出黃赤交角為“23度90分”的數據，這改變了長期以來，認為黃赤交角是24度的認知。將它換算為現今的度數是23度33分53秒，這與現代的觀測值相僅差1分6.8秒。這些顯著的測量成果都是在元代精妙的天文測量儀器創制或改進下取得的。

實際上，元代天文學是在編訂新歷法《授時歷》的過程中得到發展的。至元十三年（1276），平定宋之后，忽必烈立即下詔令許衡、王恂、郭守敬等人改治新歷。許衡等人與南北日官陳鼎臣、鄧元麟、毛鵬翼、劉巨淵、王素、岳鉉、高敬等“參考累代歷法，復測候日月星辰消息運行之變，參別同異，酌取中數，以為歷本”。同時參考當時傳入中國的回回歷，于至元十七年（1280）冬至，編成《授時歷》。至元十八年，在天下頒行。至元二十年（1283），太子下詔令李謙為歷議，發明新歷以“順天求合之微，考證前代人為附會之失”而取得的結論是“自古及今，其推驗之精，蓋未有出于此者也。”今天歷經以及歷議仍尚存，都可以考證。而同為這一時期編制的《萬年歷》沒有流傳，《庚午元歷》也并沒有頒行使用，尚等待未來者考證。

《授時歷》的編成是中國古代天文學上的一大突破。元人據此重新記述并推衍了春秋時期魯國從魯隱公到魯哀公發生的三十七次日食事件，糾正了一些前人對日食發生時間記載的訛誤之處。如：“桓公三年壬申歲，七月壬辰朔，日有食之。”這里發生的日食，姜岌對此持有疑異，認為應該是“歲七月癸亥朔”發生的日食。而按照元時的《授時歷》，考究了日食發生的時間應該是在“歲八月壬辰朔”，并確切而又詳細地記載了整個日食發生的時間為六分十四秒。以上這些無疑都是元代天文學發展達到較高水平的最好證據。

天文學的作用

農業生產季節性強，掌握天文歷法知識，才能保證適宜農時。在早期新石器時代的母系氏族社會時期，已經能夠利用天文學中星體的位置辨別方向，判斷時間，識別季節。如狩獵、漁牧、耕種、航行等民生的作息，都可納入一定周期之中，凡事都可按計劃進行。而在元代，天文學在農業生產中發揮的作用也得到了很好的體現。

在觀測天象、物象，制定精確的歷法后，繼續列出物候，可以為農事提供參考。元末婁元禮編著的《田家五行》就是一部實用價值很高的氣象物候諺語專輯。《田家五行》中包含了許多利用天象、物象預測天氣的條目。如論日篇：‘日暈則雨。諺云：“月暈主風，日暈主雨。”日腳占晴雨……日生耳主晴雨。論月篇： 荒諺云：“月照后壁，人食狗食。”又如上卷“夏至在月初頭，主水。諺云：“夏至端午前，叉手種年田……”這些農事諺語，至今許多內容還可作為參考。此外，牧草的豐美與否對生活在草原上的蒙古牧民的農牧業生產、狩獵活動尤為重要。草原牧民往往將牧業生產、狩獵活動的進行與草場的榮枯的周期聯系起來。草場“一歲一枯榮”，草原牧民便將草的榮枯視作為一歲，即一年。還將月亮的明暗圓缺作為計算月的單位。“從月滿到下月新月初升視為一個月”，牧民通過從今年草青到來年草青，其間月圓幾次來判斷一年之中有多少月份，并逐漸從中摸索出了水草豐美，適宜放牧打獵的月份時令，同時再進行合理的休牧還草，這樣憑借時令從事畜牧業和狩獵活動，使游牧經濟得到了更好的發展。利用天象、物象預測天氣對農牧業生產起到了積極的指導作用。

歷法的記述，無不貫穿著政治的盛衰與人事的更替。統治者則更是有意利用天象宣揚迷信思想以達到實現其政權統治的目的。《元史》志歷一中記載有：“中元庚午歲，國兵南伐”的事情。這里將自然天象“日月合璧，五星聯珠”說成是“以應太祖受命之符”，即太祖南伐是受天命而為的，宣揚太祖所率軍隊是正義之師，為太祖南伐行為的合理性制造了輿論依據。同時太祖取得南伐的勝利，“天下略定”也是完成了天命的安排。以此來安撫民心，使天下民心所向。

實際上古代天文學與占星術是嚴密結合的。古代天文學家、占星術士經常通過觀測星象活動，用以推測禍福。《元史》中有相關記載：“庚午，太陰犯昴。壬申，詔免今年賦稅。”“辛亥，太陰犯軒轅御女星。壬子，東平、太原、平陽旱，分遣西僧祈雨。”“丙戌，太陰犯軒轅大星。己丑，遣太常卿合丹以所獲塗金爵三，獻于太廟。”“丁丑，太陰犯鬼。壬午……昌州及蓋里泊民饑，給鈔賑之。”這里的“太陰”指的就是月亮。古代天文占星術中的“熒惑”即指火星。古代天文學家把它看作是一顆不詳的星，認為它是“天官”中的執法官，當天下無道時，它便會出現于某國上空，就意味著該國將有災禍降臨。“壬辰，熒惑犯鈎鈐。癸巳，以昌、撫、蓋利泊等處薦罹兵革，免今歲租賦。”“八年春丁亥，熒惑犯太微西垣上將……命尚書省閱實天下戶口，頒條畫，諭天下。賑益都等路饑”“己亥，熒惑犯氐……膠州連歲大水，民采橡而食，命減價糶米以賑之。霸、漷二州霖雨害稼，免其今年田租。”在當時的元朝，一旦出現上述種種天象，就會被統治者階級視為上天降下的某種征兆。于是他們就會立即采取一些如祭祀、檢田括戶、鐲免賦稅、賑濟饑民的舉措來祈求上天的保佑或者諒解，試圖以此避免災禍。由元人這些對天象的重視行為，可見其對自然的崇拜敬畏之情以及渴望國泰民安的美好愿望。

元代在天文學史上取得了諸多輝煌成就，這些成就的取得離不開元人對自然的信仰與崇拜，以及在長期的社會實踐過程中探求真知的欲望。這些認識成果是元代祖先智慧的凝結，不僅對當時的政治、農業產生起到積極的指導作用，更對后世產生了深遠的影響，明清乃至今日的天文學更是在元代的基礎上進步、發展的。

作者單位：內蒙古民族大學