冬奧會獎牌里蘊含著古老的天文知識

文／劉會中

北京冬奧會的獎牌設計吸引了許多人的目光。據設計團隊介紹，獎牌正面紋樣源于傳統弦紋玉璧，而背面鑲刻的同心圓環及24個點則取意古代天文圖，既象征著浩瀚星空，又象征著冬奧運動員們如群星璀璨。

那么，獎牌背面究竟取自哪張古代天文圖，里面又蘊含了哪些有趣的中國古代天文學知識呢？

設計團隊透露，獎牌的設計靈感來自《周髀算經》中的“七衡六間圖”，該圖主要用來描述太陽周年視運動規律和節氣變化間的關系，同時揭示了天文與歷法之間的淵源。與獎牌上的5個圓不同，“七衡六間圖”上有7個間隔等分的同心圓，每一圓為一“衡”，衡與衡之間稱為“間”，每一衡表示一年內太陽在不同時期的運行軌道。

七衡圖上，半徑最大的最外圈為外衡，此時太陽軌道離觀測點最遠，表示冬至，天較冷。半徑最小的最內圈為內衡，此時太陽軌道離觀測點最近，表示夏至，天較熱。從冬至到夏至，中間的5衡分別代表大寒、雨水、春分、谷雨、小滿這5個節氣時的太陽軌道圓。而從夏至到冬至，中間的5衡則分別代表小暑、大暑、秋分、霜降、小雪的太陽軌道圓。從外衡到內衡，再從內衡回到外衡，兩個階段各12等分，加在一起就是二十四節氣。

你也許會想，七衡圖難道是古人在缺乏現代天文學知識的情況下，單純依據溫度差異對太陽遠近做出的“粗暴”劃分嗎？答案并非如此。

原因在于七衡圖并不是平面同心圓，而是球面上平行著的同軸圓，這根軸貫穿北天極，也就是地球自轉的地軸。古人在構建宇宙觀時，并不知道晝夜更迭和四季變化是由地球自轉和公轉引起的。他們假想了一個與地球同心同軸、半徑無限大的天球。日月星辰全部位于球面上，以北天極為中心自東向西旋轉，如古文所言“極星不移”而“眾星拱之”。

由此可見，七衡圖并不是在平面上機械地等分日高，而是刻畫了太陽一年中沿著球面在不同衡之間移動的軌跡。同時在視運動中，太陽每天還要圍繞極軸旋轉一周，于是有了晝夜之分。如果將太陽一年內在不同衡之間運動的視路徑連線，就形成了太陽在天球上旋轉的“黃道”。西方將黃道帶上群星劃分為十二星座，中國古代則命名為二十八宿。它們圍繞著北極星，日復一日東升西落。

將黃道24等分，太陽每經過一份弧為一節氣。因為太陽運行并非勻速，每一節氣的跨度就不必然相等。同時，“七衡六間”與地球上的五帶劃分存在著對應關系，中衡對應赤道，內衡、外衡分別對應北回歸線、南回歸線。

二十四節氣是我國古代農學領域的一大創造，幾千年來對指示物候時令、指導農耕生產起到了重要作用。西漢天文學家落下閎等人測定二十四節氣的日期，并將其編入《太初歷》。《太初歷》規定偶數項的節氣如雨水、春分、谷雨一定要在當月出現，否則要定這個月為上月的閏月，這種置閏原則一直沿用至今。

（選自2021年12月28日《科技日報》，本刊有刪改）