古代天文观测：盖天说、浑天说和天球模型

说明了中国古代目视尺度天象记录是自成系统、与度数体系并列的一套独特的测度体系之后，下一步自然就会导向这样一个问题：“丈、尺、寸”这些长度单位原本是量地的，如果用在球面天文学中去量天，最开始古人究竟是以什么为参照在天上确定了丈、尺、寸的标准呢？

古籍中1尺=1°的换算关系，经学者们研究，基本已成定论，所以有人干脆直接说“一度也称为一尺”。然而，严格说来，这只是我们现代人的一种发掘和阐释，古代是不是也有这样的换算关系？古人是不是也认为1度可直接“称为”1尺？这还需要叩问古人，需要在典籍中寻找直接的证据。

结果，我们查遍了所有上古、中古的典籍，都没有找到1 尺=1°这个换算关系^[1]，看来古人在进行这种观测时，是直接使用“丈、尺、寸”及“大如×”，不需要考虑“度”的。

那么，既然如此，古人使用尺度体系就不大可能是只换个计量名称，规定把1度称为1尺，而沿用了下来，因此我们需要进一步搞清尺度体系的来龙去脉。这里需要先铺垫一下古代的盖天说、浑天说，以及天球模型方面的知识。

无论古人还是今人，只要站在辽阔的旷野中，不管白天黑夜，也不管是观察天象，还是随意仰望苍天，对天空的印象总是“天穹”——头上一个巨大而晶莹的半球状穹窿。古代歌谣有“天似穹庐，笼盖四野”。这个穹窿笼罩在头顶上，远远地向四周低垂，覆盖着大地；大地则是一个平坦（亦有山、谷）而辽阔深厚的陆块，向外延伸，在遥远的地平线与下垂的天际相接。我们的先辈由此形成了一种宇宙理论——“盖天说”。

早期的盖天说是一种简单的“天圆地方”观念，认为“天圆如张盖，地方如棋局”。“天圆”是对天穹的直观感受；“地方”则可能是由于根据日出、日落的方位以及一分为二、二分为四的划分法，大地被定出东、西、南、北四个方位，于是古人想象大地就是这样的方形。一直到现在，我们说一个地点，仍然叫“地方”而不说“地圆”。

成熟的盖天说认为，天穹如一把巨大的伞盖扣住大地，以地中心的北极为轴，擦着天地交接的“地平线”转动，日月星辰也随着天穹一起转动。这个宇宙模型是没有“地下”的，日月星辰永远在天上。那么白昼黑夜的变化怎么解释呢？盖天说认为：“光”是有传播距离限制的——最大传播距离是16.7万里，日月星辰如果远到超过这个距离，比如随天穹转到遥远的西北、正北方向时，我们就看不见它们了。(www.xing528.com)

这有些匪夷所思，超出了我们的直观感觉，因为我们明明是看见太阳、月亮竖直地落到地平线的下面，而不是在西北的天空逐渐变小（即变远）横着消失的。那么是相信这个靠奇特想象建立的盖天模型还是相信直观感觉呢？有些学者选择了后者，于是在西汉，盖天说刚刚走向成熟的时候，就出现了一种新的宇宙理论——“浑天说”。

“浑”即“球”，是把天看成一个完整的圆球，天把地包在里面，日月星辰可以转到大地下面去，这样就符合日月星辰东升西落的直观感觉了。

两种学说的重大区别是，盖天说认为天在上、地在下，而浑天说认为天在外、地在内。东汉的科学家张衡明确解释道：“浑天如鸡子。天体圆如弹丸，地如鸡中黄，孤居于天内，天大而地小。天表里有水，天之包地，犹壳之裹黄。天地各乘气而立，载水而浮。”即天的形状是浑圆的，像鸡蛋壳，大地像蛋黄，位于蛋壳内部，靠壳里的水、气浮力漂浮其中。这样，天壳总有一半位于大地之上、一半位于地下，日月星辰附在天壳上，随着天壳每昼夜旋转一周而表现出东升西落。因此，太阳白天在地上的天穹上运行，夜晚在地下的天穹上运行（图2.1.1）。

按浑天说，天壳是一个完美的球面，全天恒星都分布在这个球面上，日、月、五大行星也附丽于这个天壳球面上，不同的是它们可以在这个球面上“爬行”。古人很快就发现，可以在“天球”上建立经纬坐标，从而标出天体的位置，而这在盖天说模型中是根本做不到的。于是，古人在根本不知道有“地球”的情况下，就设立了“天球”的赤道、南北极、经纬网，因而，浑天说很快就发展出一套精准的球面坐标系统——赤道坐标系，来度量天体的位置、计量天体的运动。

图2.1.1　浑天说宇宙模型示意图

这样，浑天说的意义就不只是一种宇宙学说了，它还建立了一个既符合直观感觉又有实用价值的天球模型，形成了一种观测和测量天体视运动的计算体系，类似现代的球面天文学。