（16）
*中华天学
天学即中华天文学，和整个中华文明的发展一样，表现出强烈的独特性和延续性。按照俗人版文明周期观，古代文明都会经历萌芽、形成、发展和繁荣的周期，最后会归于停滞和衰落。
中华天学在夏商周（西周、春秋）是萌芽期；战国秦汉形成，是第一个高潮；魏晋南北朝出现第二个高潮，延续到隋唐五代是发展期；宋辽金元是第三高峰期，属于繁荣期；明代中华天文明显地停滞没落。利玛窦代表的传教士来华起，至清初，中华传统天学逐渐退出科学和历史舞台。鸦片战争之后中国天文学开始了从传统天学向现代天文学转变的转型期。新中国成立后，中国天文学经过重建和发展，再次成为世界天文科学技术的重要力量。
其他古文明的天文学具有与中华迥异的历史传统和文化形态。古代天文学起源于巴比伦和埃及，延续到波斯帝国。希腊的天文学和数学受埃及和巴比伦影响，并产生了重大的成果，形成希腊天文学。阿拉伯-伊斯兰吸收和提高了希腊天文学。在伊斯兰-阿拉伯天文学和数学的基础上，中古后期欧洲（主要是西欧）开始独立的天文研究，进步很快，在科学革命中把古代天文学推进到现代形态的天文学。
中华传统天文学和西方古代天文学的历史背景、学术传承和表现形式都是迥然不同。以其中一个去否定另一个都是错误的。

（17）
与其他文明的天文学相比，中华天文学具有原创性、延续性和先进性的特征。
首先，中华天学是自行发展起来的。在漫长的历史过程中，它所接受的外来影响并不大，基本的理论和技术主要是在本土发展的。
其次，中华天学延续数千年，历史之长超过其他天文学。
第三，从古代到明末，中华天文学始终是在比较先进的位置。
不过，也要承认，其他文明的天文学也有其成就和特点，一些方面比我们好。
古代天文学的基本任务有三个：观测天象；制订历法：研究宇宙模型。
中华天文学在观测天象的成绩最为显著，远超其他文明。自商周起就一直坚持观测，留存下持续丰富的记录。古代先后制订和颁布数十部历法，水准也是相当先进。
中国人重视实际，对于没有实际用处的理论缺乏兴趣。而希腊人喜欢抽象思维，花了很多脑筋去思考宇宙模型。
+天文观测：
中国是世界上天文观测持续时间最长，记录最丰富的。殷墟甲骨文就有天文现象的记载。《春秋》已有可靠的日食记录、世界最早的天琴座流星雨记录。
太阳、月亮、五大行星，彗星、恒星、新星都有详尽记载。对罕见星象都有详细记录。而欧洲出于观念或宗教原因总是会有意地无视罕见星象。
日食：公元前720年，比托勒密《天文学大全》早300年。
太阳黑子：世界最早的太阳黑子记录是在西汉（公元前28年）。欧洲认为天体是完美无缺、不会有黑子。欧洲最早是公元807年，但误认为水星凌日。确定是太阳黑子的，是伽利略1610年使用望远镜发现的。
新星和超新星的记录也是世界少见的。首见于汉代，《汉书*天文志》“元光元年六月，客星见于房”，是世界最早新星记录。公元前352年至公元1604年之间，中国详细记录了不少于75颗“客星”。欧洲理论不允许新星存在。
超新星爆发很稀少，中国在公元1006年、1054年（著名的1054年蟹状星云超新星爆炸）、1572年和1604年都记录到了。欧洲，1006年也有记录，或多或少被看做彗星。1572、1604年欧洲放弃了宇宙不变的信念后才予以记录。1054年超新星只有中国和日本记载。
彗星记录一千余次。其他文明国家对彗星的记录都极不完整。哈雷慧星的记载之详备更是世之仅有，从春秋公元前613年到1910年二千多年29次都有详细记载。欧洲最早的记录是公元66年/公元前11年。
中国对流星也有详尽记录。比欧洲早得多。周期性流星雨也有记录。
战国《左传》已明确指出，陨石是“陨星”，是天上流星陨落地上。而欧洲到1803年才确认。

星图记载的恒星，公元前4世纪甘德星图为121颗，使用到公元1,000年以后。西方第一份星表是公元前2世纪的。东汉初的星图为283颗。到北宋增至1434颗，元郭守敬扩大到2500颗。
940年的一份星图，是以公元5世纪钱乐之的星图为基础而绘制的。钱乐之的“敦煌星图”使用了1596年麦卡托提出大地投影法，这种方法940年以后在中国广泛使用。其实把天球表面的星象准确画在平面上，方法与把地球曲面在平面表示一样，有好几种投影方法。托勒密2世纪就已经解释了几种。
中国人还使用了另一种投影法来绘制天象图，12世纪的一幅石刻星图。平面球体图是圆形图，天极在中央。
另外，1155年《六经图》附印世界最古老的印刷地图。

（18）
中国有各种观测仪器，很多是自行设计制造的，有些设计与其他国家相似。
古代天文仪器主要有圭表、漏刻和仪像三大类。圭表用来测日影。它起源远古，一直使用到清末，既简单又重要。周代定下表高八尺，为历代沿用。
漏刻用于计时。为提高精度，漏刻的制作越来越复杂。
仪像包括浑仪和浑象两类。浑仪是天象观测的基本仪器，创建于汉代。汉武帝时落下闳对已经存在的浑仪做了重要改进，奠定其基本形制。以后历代均有所制。也有一些改进。唐李淳风制浑天黄道仪，一行、梁令瓒制黄道游仪，均有改进。北宋浑仪在结构、技术上也是有进步。郭守敬研制出间仪（简仪），是浑仪结构的大进步。
浑象主要是显示天球周日运动的仪器，类似现代的天球仪。据记载，张衡发明 “水运浑像仪”，是浑天说的实物模型，安装了齿轮机械传动系统，以漏壶均匀流水驱动，并带动机械计时。它可以准确地显示天象变化。这个时候圭表、漏壶、浑象、浑仪等传统天文仪器均已具备。
北宋苏颂主持建造的水运仪像台，规模和复杂程度均为空前。后被金兵毁坏，此后无法恢复、重建。

科学仪器制造也是世界领先。东汉张衡作“水运浑象仪”“候风地动仪”。宋代漏刻、圭表、浑仪达到新水平。元郭守敬是杰出的仪器制造家。还有日晷（Gui）、漏刻、浑仪、天体仪等仪器。
天象仪（Celestial globe）在希腊已使用，可能是发源于巴比伦。中国用浑天仪（armillary sphere），也可以满足需要。浑天仪是一系列球环，每个环代表天体上的一个圆，如黄道、赤道等，大地位于中心。即是天球的骨架。如果环上有刻度，并且在一个可移动的环上装一根带有观测仪器的杆，就可测量星体的位置。
星盘在公元前600年、也许公元前1,000年就有了。
巨型仪器如河南的周公塔是得到阿拉伯人指导。1276年明代重建。
美索不达米亚和埃及首先发明了漏壶。中国的漏壶应该是独立发明。中国把漏壶制成有精度的计时器。最重要的发明是机械式漏壶，有擒纵机构，使旋转轴以固定步伐旋转。它使轮系转动时每次只过一个齿，这是所有机械钟的核心技术。它是723年僧一行和梁令瓒设计出来的。
1-2世纪张衡曾使用了有驱动的浑天球仪器。7世纪苏颂建造的巨大仪器，塔顶装有水漏的擒纵机构所驱动的浑天仪。机械钟14世纪早期传到欧洲，机械驱动的观测仪器18世纪才在欧洲真正造出来。
中国以天球赤道设置坐标，而西方根据黄道设置。这样中国的浑天仪常常比西方简单，省掉一个黄道环。更重要的，是中国进一步设计出“赤道仪器”，如1270年郭守敬的赤道黄道仪。而欧洲到了16世纪才使用沿赤道安装的方法，并用于大多数大型望远镜。

（19）
中国历法自古就是阴阳合历。春秋战国时期的阴阳家曾建立一年12月的太阳历，没有成为主流，但一些成果被后来的历法所吸收。
代表性的历法：汉武帝时太初历及三统历；南朝祖冲之制“大明历”，唐代大衍历。元代郭守敬《授时历》（1281年），是古代历法的高峰，也是中国最后一步古典历法。
二十四节气概念具有鲜明的中华特色。它反映的是太阳的周年视运动，一个节气的长度是回归年的二十四分之一，即15.2184天。在西周和春秋时期，通过圭表测日影的方法确定了二至二分的位置。汉代《淮南子*天文训》已有完整的二十四节气名称。

明代浑仪



浑仪结构

（20）
天学的理论是在战国末至秦汉建立起来的。战国时出现主张天圆地方的盖天说，是宇宙论的发端。
汉代宇宙理论得到巨大发展，确定了基本的理论框架。西汉形成盖天、浑天、宣夜（公元70年）三派。
大概在战国末期成书的《周髀算经》是盖天说的纲领性文献，把它系统化和数学化。先秦周髀家盖天说包含“天圆地方”和天如盖转、日月星辰附天而转的观点，“天圆如张盖，地方如棋局”。《周髀算经》使用勾股定理和数学计算，提出定量的盖天学说体系。
西汉落下闳、杨雄等宣传浑天说，东汉张衡（公元78-139年）约123年著《浑天仪注》，是浑天说的集大成者，成为古代宇宙论的主流。浑天说从张衡直到明末都没有太大变化。历代天文观测和历法推算都是以浑天说为模型的。
张衡主张浑天说，“浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡中黄，孤居于内”，认为天如鸡蛋，地似蛋黄。“天之包地犹如壳之裹黄，天地各乘气而立，载水而浮”。他作《灵宪》（公元120年）一书，阐述了天地生成、演化等内容。“宇之表无极，宙之端无穷”，宇宙无限。
浑天说的要点：1.天球包地。2.天球及天体绕北极旋转。3.二十八宿记录和描述日月五星的运动，周天分为三百六十五度又四分之一度。4.基本测量仪器是浑天仪。但是中国的天文学说没有像托勒密那样严格的几何模型。
东汉的宣夜说认为“日月众星，自然浮生虚空之中，其行止皆须气焉。”宣夜说否定有形质的天球，对认识宇宙有其重要意义。但没有定量数据，算不上一种学说。
后来南宋朱熹提出阴阳之气为出发点的天地形成观点，但只是出于猜测，没有实际观测。虽然哲学上不能说没有意义，但没有多大科学价值。

（21）
*巴比伦的观星和星占
巴比伦的天文观测可以追溯到公元前两千多年以前。公元前700年左右，亚述人留下了对天象的数学描述和系统记录。在公元前最后三个世纪的塞琉古时期保存下来更多的天文泥版文书，一类是星历表；另一类是程式文书，说明计算天体位置的方法。
巴比伦有不少专职观星人，他们以占卜的方式解释天象。为此，巴比伦人系统地记录天文现象，积累起延续7个世纪的天象记录和对应解释，形成一系列占辞表Enuma集合。
他们建立了7天一周的时间单位。迦勒底的天文学家把地球赤道分为360度，把黄道带分为十二宫，以与月份相合。这些做法沿用至今。他们还发现岁差，算出一年365天6时15分41秒。规定27年置10闰。
巴比伦天学具有代数特点，使用算术和简单的代数运算，黄道坐标，黄道十二宫。他们发明了60进制。
从七个世纪的记录里巴比伦人发现天体的运行周期，也就是规律。到后来，星占家们已经能够事先计算出太阳和月亮的相对位置，从而可以预推日月行星的未来位置，也就有可能预测日、月食了。

（22）
*希腊天文学
埃及和二河对宇宙和自然的理解，还没有脱离神话，总是用神话来解释自然。而希腊从泰勒斯开始，就努力摆脱神话而用理性的原因来解释宇宙，虽然他们的理解很肤浅，往往只是瞎猜想象。不过这毕竟是一大进步，自然哲学就脱离宗教和神话而独立存在了。对于自然哲学家来说，万物起源、天地结构和天体运动等等是十分重要的课题。
米利都的泰勒斯（约624-546 BC）是古希腊最早的自然哲学家。他提出大地是漂浮在海面的圆盘。据说，他预言过一次日食，不是公元前610 年的日食，就是公元前585 年的日食，大概是利用巴比伦的历表测算的。
他的学生阿纳克西曼德（Anaxirnander，约公元前610—545年）认为万物源于无限。他最早描述了大地、太阳和月球。他认为，宇宙是个圆球形，地球就处在这个球体的中心。大地是一个圆柱体，浮游在天球之中，没有什么东西支撑。
阿那克西米尼（约585-528BC）认为万物通过聚散从空气中变化而来，大地是薄薄的原片，日月等天体像树叶一样漂浮在无限的空气中。

毕达哥拉斯（约公元前580—500年，相当于春秋中后期，早于孔子）以为万物皆源于数。这个学派从数学即哲学的角度来思考天地。圆和球是完美的形状。宇宙必定也具有数学的和谐，并推论出宇宙是圆的、和谐有秩序。宇宙和天体，包括大地都是球形。天体必定绕圆形轨道运行，并且是匀速的；十是完美的数字（因为10＝1＋2＋3＋4），因此，天上的运动的发光体必然也有十个。但是，由于只可以看见九个，他们就断言必定还有一个看不见的“对地星”。 毕达哥拉斯还设想，宇宙中也存在音乐的和谐（音程）。他关于宇宙存在音乐般和谐的思想影响深远，直到哥白尼和开普勒。
毕达哥拉斯派的最后一人埃克番达斯（Ecphantus），却由于认识到昼夜的长短随纬度而不同，而形成了一个更简单的观念：地球在空间的中央绕着自己的轴而自转。公元前350年左右，旁托斯的赫位克利德（Heraclides of Pontus）也宣扬过这个说法。他认为太阳和大行星绕着地球旋转，全星和水星则在太阳运转的时候绕着太阳运行。
菲洛劳斯（约480-385BC）提出，大地和其他天体以匀速圆周运动，围绕一团看不见的中央之火旋转。
阿里士多德（公元前384-322）认为，地球上物体有四种元素组成：土、水、气、火；而天体是有“以太”组成。亚里士多德指出，月食时大地投射到月面的影子总是圆的，这说明大地是个球体。

亚里士多德构建了一个宇宙模型：球形大地位于球形宇宙（天球）中心。天球是转动的，恒星固定在天球上，其相对位置从不改变。日月和水金火木土五星围绕地球转动。
阿里士多德试图解释物体的运动。他提出的运动观念后来成为欧洲科学长期的重要课题，并在16、17世纪与天文学结合，产生了牛顿的万有引力定律。
天体的视运动是复杂的不规则的。欧多克斯（410-356BC）首先尝试用匀速圆周运动（圆形或球形）来解释不规则的天体轨迹。他把不规则运动看成是若干个匀速圆周运动的复合。这种解释是纯数学的几何模型，与真实天体的构成和运行机理无关。

（23）
希腊化时期：这段时期希腊的几何天文学与巴比伦的算术天文学结合，诞生了希腊化天文学。
萨摩斯的阿利斯塔克（Aristarchus of Samos，公元前310—230 年左右）首先较系统地提出日心说。他在流传下来的《太阳和月球的大小与距离》一书中，非常巧妙地把一些几何学原理运用到天文问题上来。他首先考虑了月食时可以看到的现象，其次又考虑了月半圆时可以看到的现象，用月亮恰好半圆的时候测量太阳的角度。然后得出结论说：太阳直径与地球直径之比一定大于19：3，小于43：6，即约为7：1。这个数字当然太小；太阳比月球远十八到二十倍，现代的数字是近四百倍。但是，他的研究原则和计算方法是正确的，他已经使用科学的方式，即观测和数学计算，而不是猜测，来取得结论；而且他能认识到太阳比地球大，这本身已经是一个惊人的成就了。
阿利斯塔克还提出一个假说，认为“恒星与太阳是不动的，地球沿着一个圆周的周边绕太阳运动，太阳则在轨道的中心”。 他认为既然太阳比地球大得多，那么太阳应该位于中心。行星也围绕太阳转动。阿利斯塔克认为，人们看到太阳和恒星似乎在转动，那时地球本身自转的缘故。
这种认为太阳是宇宙中心的看法当时远远走在时代前面，因而得不到一般人的承认。
公元前4世纪，已经知道地球是一个球体，对它的真正的大小已经开始有了一些了解。埃拉托色尼（前275-前194）出生在昔勒尼（今利比亞），曾在帕拉图的雅典学院求学，后任亚历山大里亚图书馆馆长。
埃拉托色尼以简单的几何计算算出地球周长。在埃及塞恩（今阿斯旺），夏至正午的太阳直射没有影子。而在亚历山大，正午太阳投射影子的角度A，为一个圆周的五十分之一。两地相距5000希腊里。按几何定律可知两地的太阳投射角度B=A，地球周长等于两地距离的50倍。由此推算出地球的周长为19160千米，距实际周长40076千米应该说误差不算大。
当时已经制作了地球仪。并试图划分经纬度。

公元前130年左右，希帕克（即希帕克斯、伊巴谷）提出一个本轮-均轮的宇宙模型。希帕克的宇宙模型在主要的基本假定方面都是错误的，因而在细节方面就十分复杂。但是，它在说明事实方面却十分成功。希帕克先假设地球是中心，然后说明，只要假定日、月、行星等每一个天体都在一个轨道，即本轮上运动，而这一轨道又在一个大得多的圆轨道，即均轮上，围绕着地球运行，就可以解释日、月、行星的距离变化等视运动。根据直接的观察，可以确定这些均轮和本轮的位置和大小。然后，他又制出一些数字表，根据这些数字表就可以预测未来任何时候的日、月、行星的位置，并且可以相当准确地预测日食和月食。
从数学理论来说，假如一级本轮不足以准确预报行星的位置，那么还可以在本轮上增加二级、三级四级的本轮。当然这样一来计算就极其繁琐了。
希帕克（Hipparchos约190-127BC,希帕克斯、喜帕克斯、伊巴谷）生于比塞尼亚（Blthynia）的尼卡伊亚（NiCaea），公元前160一127年间先后在罗德斯和亚历山大里亚工作。他的著作只有残篇传世，但是，他的工作得到了托勒密的充分介绍。他利用了较早的希腊和几个世纪以来巴比伦的观测数据。
他使用多种天文仪器，其中有些是当时常用的，也有些是他发明的；如浑天仪（armillary sphere）、环表（ring dial）、“平面星盘”（plane astrolabe）和观板（dioptre）。他利用这些仪器进行很多精确的观察。他在罗德岛作了持续多年的观测。
他把巴比伦人在公元前8世纪以来观测到的月食汇编起来。他编制出西方第一份星表（恒星位置表）。业已遗失。古代流存下来的唯一星表是《天文学大成》的附表（1000多颗星），其数据可能是来自喜帕恰斯的星表。
他发现昼夜平分的春秋分时刻点不固定，缓慢向后移动。这个“分点岁差”（precession of the equinoxes）（春分点的退行即岁差）对后来的精密天文学极端重要。春秋分点就是黄道与赤道相交的两个相反位置，在恒星之间缓慢移动。希帕克估计的岁差是每年36秒，而实际的数值是50秒左右。
希帕克计算出一年长度365.2467日（现代数值365.2422）。
根据他的计算，月球到地球的距离是地球半径的60.5倍，月球的直径是地球直径的1/3，实际的数值分别为60.25和0.27。他计算太阳到地球的距离是地球半径的2500倍，（为真实值的十分之一）。他发明了平面三角和球面三角，并且指出怎样去测量地球上各点的经纬度，从而确定它们的位置。希帕克还做了一本数学用弦表，这在三角学出现前对于计算天体位置极为重要。

埃拉托色尼以简单的几何计算地球周长，下面是几幅示意图




看来几何对天文学还是挺有用，明白清晰，计算简便。

（24）
天文学家托勒密总结希帕克的研究成果并加以发挥写成《天文大全》（至大论），大约公元145年成书。这本书综合了巴比伦和希腊的天文学成就，是天文学的百科全书。
托勒密（Claudius Ptolemy，公元90-168年，埃及出生，父母都是希腊人）。公元127年到151年间，他在亚历山大里亚授徒，并且进行了一些观测。
希腊学者固执地认为，天体的运转都是匀速圆周运动。从这点出发，托勒密创建了一个包含本轮、均轮、偏心圆的复杂的宇宙几何模型。这套体系比较好地论述了天体的运行。
托勒密利用巴比伦数百年的观测数据和早前希腊学者的研究结果，详细描述了日、地、月和行星的运行。他继承希帕克（喜帕恰斯）的偏心圆概念及本轮均轮，巧妙地使用了本轮、均论、移动偏心轮等几何工具构建复杂的宇宙体系。核心的原则是一整套天体绕地作圆周均匀角速度运动。
大地静止不动，位于宇宙几何中心的附近；太阳轨道不是绕大地，而是绕一个“偏心轮”的几何圆心运动。五大行星的运行颇为复杂。行星围绕一个“本轮”的圆心转动，而本轮圆心又围绕地球在“均轮”上运转。最外围是不动的恒星天球。
托勒密绘制了1022颗星的星图。包含每颗恒星的经度和纬度（黄经和黄纬），编排成48个星座。这个星表的数据应该是来源于巴比伦数百年观测和喜帕恰斯的数据。
托勒密介绍演算历法的方法，可以精确地推算日食和月食。在《天文大全》里讨论了希腊测量学和三角学的原理，讲解了球面天文学的所有内容。托勒密进一步讨论“岁差”，把当时的恒星位置与以前的观察比较，发现整个恒星天体缓慢移动。这实际上是地球轨道的移动即进动产生的春分点反向运动。

《天文大全》（又译“大成”），后来采用阿拉伯语的简称，称为《至大论》（Alinagest），是天文学的百科全书。在哥白尼和刻卜勒的时代以前，一直是标准的论著。与前人相比，这部著作论述更为详尽，并观察到不少新现象，如月球运行中的二均差。书中所描写的新仪器似乎也只有墙壁象限仪。
托勒密是帕拉图主义者，一意要把他的工作建立在“算术和几何学的无可争论的方法”之上。他改进并发展了三角学，努力去构建宇宙的几何模型，而不是着重天体运行的物理描述，不注重探讨天文现象的机制。从帕拉图到托勒密建构的都是数学体系而不是物理体系，要满足帕拉图的数学公理。
他重述了一条原则：在解释现象的时候，采用一种能够把各种事实统一起来的最简单的假说，乃是一条正路。这个原则到后来却成为用来反驳托勒密加以总结的地球中心说的主要武器。
托勒密体系成为此后14个世纪整个西方天文学的基础。不过理论体系内部也深深地嵌入了一些缺陷，历代天文学家都尝试消除这些缺陷但没有成功，直到哥白尼抛弃整个托勒密体系。

托勒密的体系，光看文字会晕的。看图会清楚一点。

浑象。搜不到清晰的，凑合着用。看得出，浑仪和浑象不同。