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物候学的古往今来(11)  

2012-11-27 21:33:53|  分类: 感怀自然 |  标签: |举报 |字号 订阅

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物候学的古往今来(11)

秋雨

编撰官方科普丛书气候、气象卷的过程中,作为业余消遣,写了个《物候学的古往今来》,不属于书中内容,发成网络文字,难免谬误,与有兴趣的网友探讨,不断丰富自己的知识。有转载者请署原作者名字,并告知本人,谢谢!

第二节  农耕文明与二十四节气

二、二十四节气的形成

5. 二十四节气的进一步完善

地球上分出了春夏秋冬之后,经过漫长的岁月,随着黄河流域农耕文明的进步,节气的划分逐渐充实起来,最终形成了二十四节气。

    古代观测日影的活动为后世留下了遗迹,位于河南省登封市东南十三公里告成镇观星台南侧的周公测景台,是华夏古代测量日影,验证四时和计年的人文古迹,据说是三千多年前的周公姬旦在这里研究天文的圭和表。周公测景台比建于公元前2世纪的希腊亚历山大天文台和罗得斯观星台要早800余年,被以后几代所沿用,汉朝以后有所改进,唐代时修建了石表,北宋皇祐初年改制成黄铜表柱。关于观测日影的记述,《诗经·国风·鄘风·定之方中》中有:“定之方中,作于楚宫。揆之以日,作于楚室。”说的是卫文公受命于危亡之际,兢兢业业励精图治,观测日影迁都之事。翻译成现在的语言就是:“定星十月照天空,卫国迁都建楚宫。为测方中度日影,动土开工筑殿庭。”

历法把一年分为十二个月纪,每个月纪有两个节气,前面的称为节历,后面的称为中气,如立春为正月节历,雨水为正月中气,后来逐步合二为一,统称为节气。二十四节气是相对于黄河中下游地区的农业而言的,起初只适用于黄河中下游地区,从纬度上说,距黄河流域越远,二十四节气越是失效。随着时代的更替,二十四节气随地域不同,目前也都有了不同的对应含义。人类总在不断地总结发展,先是一年分成四季,每季有三个月。后来每月又有两个节气,分成六个候,一年共有七十二候,每候多为五天。

直到西汉武帝太初元年(前104),才出现了《太初历》,正式把二十四节气纳入历法。汉初使用从十月朔日开始的历法,随着农业生产的发展,显然渐觉这种历法和人们习惯通用的春夏秋冬不合。于是大中大夫公孙卿、壶遂、太史令司马迁等建议修改历法。汉初以后人们对于天文、物候、气候的观测和认识有了进步,这为修改历法创造了良好的条件。汉元封七年(前104)十一月初一恰好是甲子日,又恰交冬至节气,是一个难逢的机会。

汉元封七年五月,汉武帝刘彻命公孙卿、壶遂、司马迁等人议造汉历,并征募民间20余人参加,其中包括治历邓平、长乐司马可、酒泉郡侯宜君、方士唐都和巴郡落下闳等人。他们或作仪器进行实测,或进行推考计算,对所提出的18种改历方案进行了一番辩论、比较和实测检验,最后选定了邓平、落下闳提出的方案。把元封七年改为太初元年,并规定以十二月底为太初元年终,以后每年都从孟春正月开始,到季冬十二月年终。这种历法叫做太初历,它是中国最早根据一定规制而颁行的历法。《太初历》规定一年等于365.2502日,一个月等于29. 4381日;将原来以十月为岁首改为正月为岁首;将有利于农时的二十四节气纳入历法;以没有中气雨水、春分、谷雨等十二节气的月份为闰月,调整了太阳周天与阴历纪月不相合的矛盾,使得季节和月份的关系调整得十分合理,这个历法在农历中一直沿用到现在。

公元五世纪北魏时期,把具有七十二候的物候历载入了国家历法。至此,物候历的基本形式固定下来。但物候随地区而异,南北寒暑不同,同一物候现象的出现日期可以相差很远,为了使国家历法中的物候与那个朝代京城周围的情况一致起来,往往把以前的物候历推迟或提前一至几候。如《魏书》载:“立春三候,鸡始乳,东风解冻,蛰虫始振;雨水三候,鱼上冰,獭祭鱼,鸿雁来;惊蛰三候,始雨水、桃始花,仓庚鸣……等”,时令较《夏小正》迟一候或数候。以桃始花为例,《魏书》为惊蛰次候,而《夏小正》为孟春之月。这是因为周朝的京城在镐京和洛邑,而北魏的京城在平城的缘故。平城的纬度在镐京和洛邑以北4度多,海拔又高出几百米,所以物候实际相差不止一候。

北齐(550-577)张子信发现太阳视运动不均匀现象,这是因为地球公转轨道是椭圆的。隋仁寿四年(604),刘焯在他的《皇极历》中根据这种不均匀现象对二十四节气提出改革,将周天等分成24份,太阳移行到每一个分点时就是某一节气的时刻,这样安排的节气间隔是不均匀的。

元朝至元十三年(1276),天文学家郭守敬在周公测景台北侧建造了观星台,对原有的圭表进行了改进。一是加高表柱,将表高由原来的八尺改为四丈,增高了5倍。表高影长,容易分得细,按比例推算二十四节气的误差可以减少。二是在表柱顶端加一根横梁,其阴影就是表影的尽头,这条界线容易划分清楚,测量出来的影长就更加准确。三是设计了辅助仪器景符。这是一块薄铜片,中间开一小圆孔,用架子斜撑在圭面上。太阳光线经过横梁、景符孔,便可以在圭面上形成如米粒一般大小的太阳像,中间有一根细线似的梁影。使用这个景符后,可以进一步消除影子虚淡的问题,而且得到的是太阳中心的影长,从而大大提高了测影的精度。四是增加了一个叫做“窥几”的仪器。这是一张六尺长、二尺宽、四尺高的桌子,桌面正中开一条两寸宽的缝。把它放在圭面上,人蹲在桌子下面,用肉眼能直接观看横梁与月球或恒星的重合,这样就可以得到与太阳影长性质相同的量。这样的设计,的确是在前人基础上的改革与创新。

郭守敬共在全国27个地方建立了观星台,告成只是其中之一。郭守敬通过实地测验,掌握了日月星辰和地球的运转规律,测定出一年二十四个节气的精确时刻,创制了当时世界上最先进的《授时历》,推算出一个回归年为365天5时49分12秒,与现在的测定仅相差26秒,与世界上通用的《格里高利历》则分秒不差。但《授时历》比《格里高利历》要早300余年。2009年初,告成观星台入选世界九大神秘古观象台,但它的起源是圭表测影,圭表测影是天文学发展的一次飞跃。

地球绕太阳运转的那个面,我们叫作黄道面,地球自转的轴线与黄道面呈66.5度的夹角,且夹角基本恒定。说其夹角基本恒定,是因为有微小的变动,变动范围在65.5—67.9度之间,大约每41000年为一个变动周期。当地球运行到黄道面某个点时,人类视觉感到是太阳南北移动了,其实是66.5度夹角所产生的结果。二十四节气的确立与黄河中下游地区的气候、物候、天气、气象、农时等密切相关,自《皇极历》之后,节气在历法上的确定,却是根据地球在黄道上的位置来划分的。从地球所在的黄经0度开始,那一刻太阳垂直照射地球赤道,确定为春分,以后地球每变化15度为一个节气,于是就有了春分0°、夏至90°、秋分180°、冬至270°。地球运行一周360度又回到春分那个点,记作一回归年,一个回归年内被分为24个节气。

当地球运行到黄道面270°时,人类看到太阳移到了地球的最南面,阳光直射南回归线,北极出现永夜,南极出现永昼,也就是北极半年看不到太阳,南极太阳总是在地平线以上转圈圈,北半球成了冬半年,北半球昼短夜长。北半球冬半年时,南半球成了夏半年,南半球昼长夜短。于是,当地球每年到达黄道面270°的那一刻,北半球的人们便命名为“冬至”,这一天也就是冬至节气。当地球每年到达黄道面90°的那一刻,出现了与冬至相反的情况,北半球便是“夏至”,这一天也就是北半球的夏至节气。当太阳运转到黄道面0°和180°,阳光直射赤道,南北两极地区成了晨昏状态,南北半球昼夜时间一样长短。由冬到夏的那个0°点为北半球的“春分”,由夏到冬的那个180°点为北半球的“秋分”。这些命名都是相对于北半球而言的。

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