北朝之前的天文历法简介及优化方法

北朝天文历法是在继承前人及借鉴南朝天文成果的基础上发展起来的，为了厘清其发展脉络，先对北朝之前的天文观测和记录、历法制定、浑仪浑象制造等方面作一概述。

一、北朝之前天文观测与记录

我国先民很早就开始了天文观测。在殷商甲骨文中，已可看到古人对天文的真实记录，涉及日月食、日珥、新星等异常天象。春秋战国时期，天文观测和记录趋于多样化和系统化，已有彗星、流星雨、陨石的明确记载，并对二十八宿的距度进行了测定。魏国的石申、齐国的甘德按一定方法对恒星进行了区划和命名。石申还定出了120个星官的标准星的具体坐标，编制了《石氏星经》，这是世界上最早的星表之一。石申和甘德还对五大行星运动周期进行了测量，并发现了火星和金星的逆行现象。秦汉时期，天文观测和记录已经具备了成熟的形态。当时天文观测记录有两个特点：一是各种记录趋于齐备，除过去已有的天文记录外，西汉初期又出现了世界上最早的太阳黑子和超新星记录。二是天文记录日趋详尽，如对日食的观测，不但有日期记载，而且开始注意了食分、方位、亏起方位及初亏和复圆时刻的描述。魏晋十六国时期，天文观测与记录有了新的突破。

其一，三国时期陈卓绘制了全天星图。陈卓，生卒年代不详，三国时吴国人，善于星占，精通天文星象。陈卓先后任吴国、西晋、东晋太史令，撰写了《天文集占》十卷，《四方宿占》和《五星占》各一卷，《万氏星经》七卷，《天官星占》十卷等占星学方面的著作。陈卓一生中最重要的工作就是综合甘、石、巫咸三家学派所定的星官，将其构成了一个有283官、1464颗恒星的相对完整的全天星官系统。《晋书·天文志上》记载[127]：“武帝时，太史令陈卓总甘、石、巫咸三家所著星图，大凡二百八十三官，一千四百六十四星，以为定纪。”陈卓总结的全天星官名数一直是后世制作星图、浑象的标准。

其二，东晋虞喜发现了“岁差”。虞喜（281-356），字仲宁，会稽余姚（今浙江余姚）人，史称[128]“博学好古，尤喜天文历算”，“世为豪族，精天文、经学，兼擅谶纬诸学”。东晋咸和五年（330），虞喜根据冬至日恒星的中天观测，发现了岁差。即发现太阳在天球上周年视运动一周天，并非冬至一周岁。太阳从冬至到下一个冬至，并没有回到原来恒星间的位置，而是冬至点西移。应该是“天自为天，岁自为岁”。虞喜根据历史记录进行了推演计算，得出了每50年冬至点西移1°的岁差值。其值虽比实际值（现代测定为71年8个月西移1°）稍大，但作为我国历史上第一次探索岁差的规律，很是可贵。岁差的提出，为历法相关问题计算精度的提高准备了条件。虞喜还撰有《安天论》《毛诗释》《尚书释问》等十余种著作。其中，《安天论》宣扬宣夜说观点，主张天高无穷，在上常安不动，日月星辰各自运行。

其三，后秦姜岌首创“月食冲法”，以推算太阳的位置[129]。姜岌，甘肃天水人，史不见传。从《隋书·天文志》《晋书·律历志》、清孙星衍辑《续古文苑》等文献可知，姜岌精通天文、术数，后秦（384-417）时曾任太史令，著名天算家。由于太阳的光芒强烈炫目，只要太阳处在地平线上，便会将背景中的恒星全部隐去，从而失去直接判断太阳位置的参照物。在姜岌之前，间接推测的方法是，当太阳落下之后或升起之前的短暂时刻，通过观测昏旦中星（过子午圈的恒星）来得知。姜岌是在月食的时候测量月亮在恒星间的位置，由此可知与之正相对的太阳的位置，这样可以消除前法中由于昏旦时刻不准确等原因所导致的误差，得到较为准确的结果。这一方法称为“月食冲法”，备受后世历家的重视和称赞，并被广泛采用，对太阳在恒星间的位置以及岁差值计算精度的提高起了良好的作用。

二、北朝之前的历法[130]

中国古代历法，又称历术。其最初的内容比较单一，只考虑如何根据日月运动规律来安排年、月、日，编制历谱。随着天文学水平的提高，又在这部分内容之外增加了日月五星位置的推算、日月食的预报、日月节气的安排等，从而形成了一种特有的历法系统。历法有史可考者可上溯至殷商时期。人们在对甲骨文的研究中发现，商代历法与观象授时法相结合。首先，以干支纪日，使用阴阳合历，年有平闰，月有小大，年终置闰；其次，已有测定分、至的知识，一年分为春秋两季，以新月出现为一月之始，季节与月份之间的对应关系基本固定。商代历法大约一直延续到公元前600年前后的春秋中期。

春秋时期，至迟从公元前589年开始，19年7闰的闰周已被掌握。从公元前552年开始，大月的安排也有了一定的规则，表明朔望月长度的测定已比较准确。是时，已得到了较为准确的回归年长度值，即365.25日。在这些基础上，人们就可以不借助观象授时，建立起一套推排历谱的方法。战国时期，先后出现过六种历法，即黄帝、颛顼、夏、殷、周、鲁等历，史称古六历，惜已佚失。从残存的资料看，其中一些历法可能已具备了步交食与步五星的初步知识。

秦汉时期，在古六历基础上历法继续发展。如汉武帝元封七年（前104）颁行的《太初历》，基本具备了推历谱、步日月五星及步交食等方面的内容，采纳了二十四节气，用二十八宿表示日月五星的位置，以冬至为天文年的开端，创立了以无中气之月置闰的法则。其后，《三统历》基本沿袭《太初历》。东汉《四分历》则正式具备了昏旦中星、晷影及昼夜漏刻等内容，使中国古历达到了相当高的科学水平。东汉前期已经发现月行有迟疾的现象，随后又相继出现了《九道术》《月食术》《月食注》等专门讨论月行及月食的著作。206年，刘洪将这些结果引入其创立的《乾象历》中。该历首次引入了近点月概念及定朔记算法，首次定出了交食食限，并在交点月、回归年、黄白道距离等研究上均有突破，从而开辟了中国历法发展的一个新纪元。

魏晋时期，三国曹魏尚书郎杨伟撰《景初历》，曹魏颁行。此历提出了食分及日食亏起方位的计算方法，促进了交食理论的发展。西晋时将《景初历》改名为《泰始历》，为西晋、东晋沿用。(www.xing528.com)

十六国时期，后秦姜岌制定《三纪甲子元历》，该历于姚苌白雀元年（384）至姚泓永和二年（417，是年后秦亡于东晋），在后秦颁行34年。后来北魏天文学家修订历法时多参考该历。北凉（401-439）赵撰《元始历》，亦称《玄始历》或《甲寅元历》，首先打破了19年7闰的旧框架，改用600年221闰的闰周。该历于北凉沮渠蒙逊元始元年（412）至沮渠牧犍永和七年（439）在北凉颁行。北魏太武帝拓跋焘平定北凉，得《元始历》，于452至522年在北魏行用。

南朝，刘宋将《景初历》改名为《永初历》，于237至444年沿用。宋文帝元嘉二十年（443），何承天撰《元嘉历》，445年颁行。《元嘉历》历经萧齐，一直沿用至梁武帝天监八年（509）。只是在萧齐时，改《元嘉历》之名为《建元历》。《元嘉历》继承了刘洪《乾象历》、杨伟《景初历》等历法的先进内容。祖冲之在宋孝武帝大明年间（457-464），编制了《大明历》，梁天监九年（510）开始颁行，直到陈亡国（589）。《大明历》中首次引入了“岁差”概念，提高了冬至点推算的准确性。

三、北朝之前的浑仪和浑象

天文仪器是准确观测天象和制定历法的重要工具。因此，创制和改进天文仪器，使其更加精良和简便有效，一直是天文历法家关心的大事。

（一）浑仪

浑仪是中国古代测量天体坐标的仪器。史载，浑仪的制造始于西汉落下闳。落下是四川人，民间天文学家，浑天说的积极支持者。西汉太初元年（前104），他应汉武帝之召到京师长安参与制定《太初历》，并用自制的仪器“观新星度，日月行”，同时“运算转历”。东汉杨雄著《法言·重黎》篇云：“或问浑天，曰落下闳营之，鲜于妄人度之，耿中丞象之。”这个“营”字，可以理解为设计与制造。《隋书·天文志》引虞喜之言，以及《史记索引》引《益部耆旧传》都说，落下闳“于地中转浑天”。这里的“浑天”应是一种有测度功能的器物。从这些资料看，浑仪的发明至迟在公元前1世纪的西汉时代。落下闳的浑仪称为“赤道圆仪”。东汉时，人们已经觉察到太阳在黄道上是匀速运行的，月亮运动也在黄道坐标中更近于均匀。正如《后汉书·律历志》中贾逵论历所言：“典星待诏姚崇、井毕等12人皆曰，星图有规法，日月实以黄道，官无其器，不知实行。”为了准确测量太阳的视运动，永元十五年（104），东汉和帝“诏左中朗将贾逵，乃始造太史黄道铜仪”[131]，这是我国历史上第一台黄道仪。东汉张衡（78-139）也制造过一架浑象——“水运浑天仪”，也制造过浑仪。惜史料未记载这些测天仪器的式样。

我国历史上留下详细记载的第一台浑仪，是十六国时前赵（318-329）太史令孔挺设计制作的。该浑仪制成于刘曜光初六年（323）。据《隋书·天文志》记载[132]，孔挺浑仪系铜制，由内外两重组成。外重由三个相交的大圆环构成浑仪的骨架，并由四柱支撑外重骨架。内重是用轴固定在骨架上的可转动的双环，双环直径8尺。双环之间夹置一具可以俯仰的望筒，长亦8尺。由于内重的转动轴一为天北极，另一为天南极，所以这架仪器可以方便地测量天体的赤道坐标。《隋书·天文志》还认为该浑仪是“则古浑仪之法者也”。东晋义熙十四年（418），南朝宋高祖刘裕于咸阳之战后，得到孔挺所制浑仪，并在称帝后，将其运至都城建康（今南京）。“其仪至梁尚存，华林重云殿前所置铜仪也”[133]。

（二）浑象

中国古代把演示天象变化的仪器叫做浑象，又称浑天仪。历史上最早制造浑象的是西汉宣帝时大司农中丞耿寿昌，故杨雄说“耿中丞象之”。但耿寿昌的浑象和著作都未能保存下来，具体结构无从知晓。张衡在前人的基础上也制作了一架“水运浑天仪”即浑象。其外形是一个大圆球，周长为一丈四尺六寸一分，相当于四分为一度，周天共三百六十五又四分一度。上面标有二十八宿中外星官、南北二极，黄赤二道，北极周围有恒显圈，南极附近有恒隐圈，还有二十四节气，日、月、五大行星等。采用齿轮系统把浑象和表示时间的漏壶联系起来，利用滴水的力量，发动齿轮，带动浑象绕轴旋转一天一周，与天球转动合拍。这样，浑天仪就能把天空的周日运动较好地表示出来。张衡写了《浑天仪图注》，对该浑象作了记载。《浑天仪图注》是目前能见到最早的有关浑象记载的著作。浑象经过汉代的初步发展，开始形成了两种不同的类型，但其模拟天象变化的效果是一致的。第一类就是天球仪形式，相当于人们从天球外面看天球，星象位置与实际情况正好左右相反。为了表示半天可见，另一半不可见，古人也曾设计用方木柜做基座，代表地平面，露在木柜外面的半球表示可见的部分，在木柜里的就是不可见的部分。另一类型浑象是假天仪形式。假天仪的设计可以上溯到三国时代。当时吴国有一位叫葛衡的人，“明达天官，能为机巧”，既懂天文星象，又精于机械设计。他设计了一架浑象，“使地居于中，以机动之，天转而地止，以上应晷度”[134]。人在假天仪中的“地”上观看天象的变化，使演示更加符合天象的实际情况。

两晋及南朝时期，亦有多人造过浑象，其原理一样，不再一一赘述。