东汉时张衡首创浑天仪 祖冲之测出冬至时刻

    本文摘自：中国新闻网 作者：佚名 原题为：《张衡首创浑天仪 祖冲之测出冬至时刻》

    “嫦娥三号”登月，引起了一股天文热。或许你已经发现，在“嫦娥三号”降落月球的电视直播中，月球地貌图上有不少古代中国名人的名字，其中张衡、祖冲之等最受关注。

     张衡创制首架观测天体的浑天仪

    张衡，东汉时南阳西鄂(今河南南阳石桥镇)人，靠自学成为闻名乡里的学者，后被推荐到京师洛阳任职，从元初二年(公元115年)起两度任太史令。《后汉书·张衡传》记载，张衡在数学、天文、地理、绘画和文学等诸多领域，都表现出了非凡的才能和广博的学识，除了制造出世界上第一架地震仪，还著有科学、哲学和文学著作32篇，其中天文著作有《灵宪》和《灵宪图》等。所以《张衡传》中说，“衡善机巧，尤致思于天文、阴阳、历算。”

    张衡在天文学上取得的成就最卓越，可以说他是汉代天文界的代表人物，著有《灵宪》和《浑天仪图注》二书。在书中，张衡全面阐述了自己的天文学思想和浑天学说，可算是对汉代天文学的总结。

    张衡科学地解释了“月光”和“月蚀”两种月球现象，还有“四季”“昼夜”变化的原因。张衡认为，月球本身并不发光，月光其实是日光的反射，即月光生于日之所照，魄生于日之所蔽(照不到)，月相由于日光的“照”和“蔽”所引起。

    张衡分析了月蚀的成因，认为月蚀是因为地影(暗虚)遮蔽月光；且认识到宇宙的无限性和行星运动的快慢与距离地球远近的关系。这些在今天看来可能是“小儿科”，但在当时可是了不起的研究成果。

    张衡观测记录了2500颗恒星，创制了世界上第一架能比较准确地观测天体的漏水转浑天仪，还制造出了指南车、自动记里鼓车等。

    为了纪念张衡的贡献，国际天文学界遂将月球背面的一个环形山，命名为“张衡环形山”。

     祖冲之测量出冬至时刻

    祖冲之在数学领域的贡献广为人知，如他求出了圆周率值介于3.1415926和3.1415927之间，这一数据在当时的世界上是最先进最精确的。其所撰写的《缀术》一书，在唐代时被定为国子监的数学教材，且修业时间最长，很可惜，此书今已失传。

    其实，祖冲之还是魏晋南北朝时期著名的天文专家。祖冲之青年时代进入华林学省，从事科学研究，曾担任过南徐州(今江苏镇江)刺史，还做过娄县(今江苏昆山)县令，谒者仆射等官。到肖齐王朝，官至长水校尉。他博学多才，在音律、机械、文学、天文诸方面都有成就。在天文历法方面，编制了《大明历》，首次引进“岁差”算历，使天周同回归年长度分开，另外改革闰周，打破19年7闰的旧历法。

    祖冲之是通过对冬至日时刻的研究，取得科学突破的。祖冲之仔细研究了每日影长的变化规律，利用冬至日前后影长对称的关系，提出了确定冬至日时刻的新方法，该方法不受阴云蔽日不能测量日影的影响，能求出冬至时刻，此法为后世长久沿用。

    在古代，要进一步提高历法的精度，必须从冬至时刻的测量方法上改进。西汉以后，古代天文学家已经习惯使用“八尺高表”，来测定冬至的日期。但是，用“八尺高表”简单地进行测量，并不能得到理想的结果。祖冲之首先从观测技术上改进，提高观测精度，由于冬至前后的影长变化不太明显，这给冬至时刻的准确测定带来困难，更重要的是简单的测量只能得到冬至发生的日期，而不能得到一天中什么时刻是冬至。

    祖冲之想出一个新的方法，他不直接观测冬至那天日影的长度，而是观测冬至前后二十三四日的日影长度，再取它们的平均值，求出冬至发生的日期和时刻，又由于离开冬至日远些，日影的变化就快些，所以这一方法提高了冬至时刻的测定精度，使用这种观测方法的，祖冲之是世界第一人。

    祖冲之制定的《大明历》的岁(一年)，实取365.2428日，比元代郭守敬的《授时历》，仅差0.0002日，这在当时来说是很精密的。一直到了南宋以后，才有人达到或超过祖冲之的观测水平。