北朝天文观察与记录研究优化

北朝期间，对日食、月食及彗星等现象的天文观察和记录完备、详尽[161]。特别是新星和超新星的发现、张子信的三大发现，是天文观察的重大成果。

一、完备的天文观察记录

日食记录91条，最典型的有“日有食之”“日十五分食八”“日有食之，在牛四度”“日从地下食出，十五分食七，亏从西南角起”“日有食之，在丙，亏从正南起”“日有食之，既”“日食于卯甲之间”等。

月食记录64条，有以二十八宿为参照的月食发生的位置，如“月食在参”“月食在危”等，还有“月食尽”“十五分食十”“食八”，“食之既，光不复”等。可见，北朝已注意到日、月食发生的过程、食分、方向，并已经产生了明显的概念。另外，二十八宿体系已明确体现出来。

彗星记录36条，记录中称彗星为“彗”“孛”“长”“彗星”等。其中有一条很有意思：“有彗星见东方，在中台东一丈，长六尺，色正白，东北行，西南指。”在《魏书》一百零五卷《天象志》中还有：“……庚子，夕见西北方，长尺，东南指……”这样的记录和彗星运行时其彗尾总是偏离太阳的现象是吻合的。

太阳黑子记录21条，称作“黑子”“黑气”，“乌”。对形状记录有“大如李”、“大如桃”“大如杯”等描述；对黑子的数量记录有“日中有三黑子”，“黑气二”等；对持续时间记录有“经六日乃灭”“经四日灭”；对黑子出现的时间记录有“日中”“日出入时”“哺时”等。所记现象限于“日变”范围，发生在日轮局部范围。占辞内容基本分为吉凶两类。

极光记录9条，最常见的称呼为“赤气”“白气”，对形状描述有“长二十丈，广八九尺”“东西一匹余”“遍天”；对存在时间记录有“食顷乃灭”“夜中始灭”；对出入方位记录有“入太微”“见于西北”“自卯至戌”“竟天畔”“起西方，渐东行”等，关于出现时间记录有“夜”“昏时”“戌时”等。这里记载非常详细，可以看出以二十八宿作为观测背景。

月掩行星记录45条，其中涉及月掩岁星、太白（金）、辰（水）星、填（土）星、荧惑（火）星等，也注意到了对月掩行星的天空位置。

流星记录88次。记录中称流星为“天狗”“物”“流星”“大星”“长星”“奔星”等；对其颜色描述为“赤包”“黄赤”等；对其声音用“有声如雷”“殷殷有声”“声如雷声”描述；对其光形容为“光照烛天地”“光照人面”等。流星降落时记录为“破为二段，状如连珠”“星陨如虹”等，非常形象。流星雨记录6次。常以“众星北流”，“数万”“数千万”“大小数百”“不可胜数”“以千计”来描述流星雨。

陨石记录一条：“有物陨于殿庭，色赤，形如数斗器，众星随者如小铃。”

二、新星和超新星的发现

新星和超新星的爆发都是恒星演化的结果，有些星原来很暗，多为人目所不及。但在某个时候它的亮度突然在几天内可以增强几千到几万倍，这是新星爆发；亮度在几天内可以增强几千万到几亿倍，这是超新星爆发。可惜这些现象都很少见。自1604年在银河系蛇夫座出现过超新星以来，至今400多年再没有出现过。历史上关于新星和超新星的记录对当今射电天文学、天体物理学、粒子物理学研究有着重要的意义。

中国古代文献中将新星和超新星都称为“客星”。从公元前14世纪甲骨文记载至清康熙二十九年（1690）的3000多年中，中国、日本、朝鲜及欧洲等地的古籍所记录发现的古代新星和超新星共97颗。其中，中国记录67颗，北朝记录了7颗，同时期的东晋和南朝记录了3颗，详见表2-1。

表2-1　北朝及同时期东晋、南朝发现和记录的新星和超新星表[162]

由以上数据可见，北朝的观测水平远远高于同时的东晋和南朝。

同样从公元前14世纪甲骨文记载至1690年的3000多年中，中国、朝鲜、日本、欧洲及阿拉伯的史籍上共记录了14颗超新星。而北魏于437年发现并记录了双子座超新星，是一件了不起的事情。

三、张子信的三大发现(www.xing528.com)

565年前后，张子信敏锐地发现了太阳视运动的不均匀性、五星视运动的不均匀性以及月球视差对日食的影响等“三大发现”。对此，《隋书·天文志中》记载[163]：

至后魏末，清河张子信，学艺博通，尤精历数。因避葛荣乱，隐于海岛中，积三十许年，专以浑仪测候日月五星差变之数，以算步之，始悟日月交道，有表里迟速，五星见伏，有感召向背。言日行在春分后则迟，秋分后则速。合朔月在日道里则日食，若在日道外，虽交不亏。月望值交则亏，不问表里。又月行遇木、火、土、金四星，向之则速，背之则迟。五星行四方列宿，各有所好恶。所居遇其好者，则留多行迟，见早。遇其恶者，则留少行速，见迟。与常数并差，少者差至五度，多者差至三十许度。其辰星之行，见伏尤异。晨应见在雨水后立夏前，夕应见在处暑后霜降前者，并不见。启蛰、立夏、立秋、霜降四气之内，晨夕去日前后三十六度内，十八度外，有木、火、土、金一星者见，无者不见。

这一文献涵盖了张子信“三大发现”的内容，详细分析如下[164]。

（一）发现太阳运动的不均匀性

中国古代的浑仪以测量天体赤道坐标为主，当用浑仪观测太阳时，太阳每日行度的较小变化往往被赤道坐标与黄道坐标之间存在的变换关系所掩盖，这是中国古代发现太阳运动不均匀的现象要比古希腊晚得多的主要原因。虽然东汉末年刘洪（约129-210）在关于交食的研究中，实际上已经开创了发现太阳运动不均匀现象的独特途径，但他并未意识到其工作的重要性，后继者也不解其中奥妙，以致在之后的300余年中被人们遗忘。张子信正是在这样的历史背景下，最先建立了太阳运动不均匀的概念，并给出了大体正确的描述。张子信大约是经由二个不同的途径发现太阳运动不均匀现象的。

其一，冬至到平春分和夏至到平秋分均历时91天多，而冬至到真春分（升交点）历时88天多，夏至到真秋分（降交点）历时93天多，所以张子信用浑仪可以测算知：在平春分和平秋分时，太阳的去极度都比一个象限要小一度余。由此可推知，平春分到平秋分（时经半）视太阳所走过的黄道宿度，应小于平秋分到平春分（亦时经半）视太阳所走过的黄道宿度；也就是说平春分到平秋分视太阳的运动速度要小于平秋分到平春分视太阳的运动速度，此即张子信所说的“日行春分后则迟，秋分后则速”。

其二，在观测、研究交食发生时刻的过程中，张子信发现，如果仅考虑月亮运动不均匀性的影响，所推算的交食时刻往往不够准确，还必须加上另一修正值，才能使预推结果与由观测而得实际交食时刻更好地吻合。经过认真的研究分析，他进一步发现这一修正值的正负、大小与交食发生所值的节气早晚有着密切而稳定的关系，而节气早晚是与太阳所处恒星间的特定位置相联系的，因此，张子信实际是发现了修正值与交食所处的恒星背景密切相关。其实东汉刘洪已经得到过这两个重要结论，但他未对此提供必要的天文学解释。张子信也许受到了刘洪的影响，但更大的可能是他独立的再发现。重要的是，张子信以太阳的周年视运动有迟有疾，对这两个重要结论作了理论上的说明，从而得出太阳视运动不均匀性的崭新的天文概念。

张子信还对太阳在一个回归年内视运动的迟疾状况作了定量描述，他给出了二十四气节时太阳实际运动速度与平均运动速度的差值，即所谓日行“入气差”，这实际上就是我国古代最早的一份太阳运动不均匀性改正的数值表格（日躔表）。据唐代天文学家一行说，张子信所测定的日行“入气差”“损益未得其正”[165]，此说大约可信。即便如此，张子信上述工作，已经为后世历法提供了关于太阳运动不均匀性改正的经典计算方法，贡献巨大。

（二）发现五星运动的不均匀性

关于五星运动不均匀的现象，张子信也是经由独特的途径发现的。在源于战国时期传统的五星位置推算法中，五星会合周期和五星在一个会合周期内的动态，是最基本的数据和表格，前者指五星连续两次晨见东方所经的时间，而后者指在该时间段内五星顺行、留、逆行等不同运动状态所经的时间长短和相应行度的多少。张子信发现五星位置的实际观测结果与依传统方法预推的位置之间经常存在偏差。这种偏差的一种可能解释是，五星会合周期及其动态表不够准确。经过长期的观测和对观测资料认真的分析研究，张子信终于发现上述偏差量的大小、正负与五星晨见东方所值的节气也有着密切而稳定的关系。如前所述，节气与太阳所在的特定恒星背景相关联，而五星晨见东方时与太阳间的角距又分别存在特定的度值，因此，上述偏差量实际上也就与五星晨见东方时所处的恒星背景密切相关。张子信还进一步指出：当五星晨见东方值某一节气时，偏差量为正某值；而在另一节气时，偏差量为负某值，等等。欲求五星晨见东方的真实时间，需在传统计算方法所得时间的基础上，再加上或减去相应的偏差量。这些情况表明，张子信实际上发现了五星在各自运行的轨道上速度有快有慢的现象，即五星运动不均匀性的现象，而且给出了独特的描述方法和计算五星位置的“入气加减”法。

（三）发现月亮视差对日食的影响

在张子信之前，人们就已知道：只有当朔（或望）发生在黄白交点附近时才会发生交食现象。东汉刘洪在其《乾象历》中，最先对“附近”这一不定量词给出了明确的数量规定，这就是食限的概念和数值。在对交食现象作了长期认真的考察之后，张子信发现，对于日食而言，并不是日月合朔入食限就一定发生日食现象，入食限只是发生日食的必要条件，还不是充分条件。他指出，只有当这时月亮位于太阳之北时，才发生日食；若这时月亮位于太阳之南，就不发生日食，即所谓“合朔月在日道里则日食，若在日道外，虽交不亏”。我们知道，观测者在地面上所观测到的月亮视位置的天顶距（见图2-1）（z+Δz），总要比在地心看到的月亮真位置的天顶距z低，月亮视、真位置的高度差Δz叫做月亮视差。对日食而言，若月亮位于太阳之北时，由于月亮视差的影响，月亮的视位置南移，使日、月视位置彼此接近；若月亮位于太阳之南，同理，将使日、月相对视位置增大，所以即使已进入食限，仍不发生日食，见图2-2。

图2-1　月亮视差示意图

图2-2　月亮视差对日食的影响示意图

概言之，张子信的三大发现及其初步定量的描述方法，把中国古代对于交食、太阳与五星运动的认识提高到了一个新阶段，深刻地影响到隋唐历法的编撰。特别是在定气、定朔、晷影、漏刻、日月交食、五星运行等计算中，引入了前所未有的新观念、新方法，从而开创了古代历法计算的新局面。