天文学与农耕文明——中国古代天文学漫谈(二)宇宙日晷圭表

古人为什么要观星?为什么要为星空划分区域,命名星宿,并且观测它们的活动呢?其目的无非有二:一是观星以授农时;二是观星以知祸福。

观星以授农时

在数万年以前,人类主要依靠狩猎和采集为生。

远古先民的生存条件恶劣。自然灾害、毒虫猛兽、季节变换等时刻威胁着他们,为了能够更好的生存,先民们开始逐群而居,这就是部落的雏形。

图源自网络 ▲

在1.3万年以前到1.1万年前左右,地球遭受了一次猝不及防的气象灾害,在短短十年时间里,平均气温骤降7~8℃。大量的物种遭受灭顶之灾,尤其是高纬度的动植物,大面积的死亡。史称——新仙女木事件。

但没想到这一事件,却间接促进了人类的进化。

因为食物的短缺,一部分智人开始将植物的种子收集起来,并尝试种植,由此开启了农耕文明。

然而,生活在亚热带地区的居民们想要种植粮食,绝对不是一件容易的事。

这里的气候可不像热带雨林一样全年高温多雨,随时都可以播种粮食。在季风气候的影响之下,黄淮流域地区的雨热周期规律,四季分明。实际上,一年中真正适合播种和适合收获的时间非常有限,其实也就那么短短几天。

如果播种过早,种子容易受冻害而丧失活力。

播种过晚,则会导致生长期缩短,产量下降。

测影纪时

有一部分人选择在白天望向炽热的太阳。

他们立起一根石柱,用它的影子作为参照物.

将抽象的光照强度化为具象的长短。观测正午时候的影长,通过影子的长度变化,确立了一年的时长以及夏至,冬至等时间节点,称之为圭表。

元代杰出天文学家郭守敬设计的河南登封观星台 图源自百度百科 ▲

《周髀算经》里有记载:“周髀长八尺,髀者,股也。髀者,表也。” 意思是说:八尺之表为股,表影为勾。八尺,大概一米七到一米八左右。

圭表测试示意图 图源自知乎 ▲

古人立表必先校正表的垂直,这使得他们早早认识到了直角三角形三边的关系,并且以直立的表取于人的髀股而名“股”,晷影之长为“勾”。

在圭表的基础上,人们又发明了日晷。

赤道式日晷 图源自百度百科 ▲

最常见的是赤道式日晷,赤道式日晷由一根晷针和一个刻有刻线的晷盘组成。针所指的方向是北极星的方向,而晷面与赤道平行。当太阳的方位变动时,晷针在晷盘的投影所指的方向也不一样,所指的时刻就会有所不同。

当然,测影纪时其实已是后话。

在这之前,我们的祖先采取了更为直观的参考物。

他们首先是望向了浩瀚无垠的夜空,向头顶上的星星寻求答案。

图源自cc0摄影师 ▲

大火星 与灿烂的农耕文明

在无数次的观察与记录过后,

那些氏族部落中抬头仰望星空的人,

竟然偶然间发现了一个足以改变人类进程的自然规律。

每当天气逐渐转暖,生机盎然的季节。

东方的天空中总是会按时升起来一颗红色的亮星

挂在低空中熠熠生辉。

如果在这几天种下水稻等农作物,

则大概率会获得不错的收成。

大火星 图源自NASA中文网 ▲

因为这颗亮星的颜色红似火焰,

所以最开始也被人冠之以 “大火星” 的名字。

从此,

天上一闪一闪的星星

第一次与地上的农业生产有了联系。

天蝎座与油菜花田 图源自公众号星联CSVA 摄影师:任健铭 ▲

古代天文学家通过大火星的出没周期来制定的历法,

被称作 “火历” 。

火历把一年定为360天,

四时四季,每季两个月,一年8个月,每月45天。

每当大火星黄昏时见于东方地平线时,

即为火历的正月(大概是现在的农历三月份左右),代表着农耕时节的开始。

农耕 图源自包图网 ▲

在封建社会它又被称为"龙星"、"商星"和“辰星”。

如此繁多的名字,足以见它在天文历史上重要的位置。在各朝各代,皇帝甚至还会特意设置专门观察它的官员,名叫“火正”。

火正官员示意图 图源自百度百科 ▲

在西方天文学中,它位于黄道十二宫中的天蝎座,被称作“蝎子的心脏”

天蝎座示意图 图源自网络 ▲

在中国古代天文学中,它是四象中东方苍龙中的“龙心”,被称作 “心宿二” 。

东宫苍龙象 图源自网络 ▲

也是全天最亮红超巨星之一的

天蝎座α星。

北斗七星

但是逐渐的,人们发现使用火历来纪时非常的不准确。

首先天空那么大,人眼观测起来难免会产生较大的误差。而且在有的时候大火星并不在晚上升上天空,万一有什么差错,之前的努力就都白费了。

时常挂在天空的北斗七星成了首选项。

北斗七星 图源自网络 ▲

《冠子•环流》中写道:“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。”通过柄与北极星所成连线的方向来判断季节。

图源自知乎 ▲

但使用北斗七星来纪时也只能是毛估,所以后来人们便发明了更加精确的日晷和圭表。通过昼测日影,夜观极星,不仅创造出二十四节气,后来还对周年(回归年)进行度量,甚至精确到了分钟为单位。

可能当时那些观星的人也不会想到,这些最初只是被他们用来农业纪时的星星,会对后来的中国社会,以及我们的文化产生巨大的影响。

就如同那只在南美洲扇动翅膀的蝴蝶,本是一次无心的举动,却给德克萨斯州带来了一场山呼海啸般的龙卷风.......

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文字整理:李馨宇

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参考资料:

1.《中国天文考古学》—— 冯时

2.《中国古代天文学思想》——陈美东

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THE END
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