刘焯：中学生必知的天文学家的成果

生平简介

刘焯(544～610),字士元,隋朝经学家、天文学家,信都县(今冀州市)人。刘焯自幼聪慧,并与河间刘炫友善,两人一起向信都郡刘轨思学习《诗经》,向广平郭懋(mao)常学《左传》,向阜城熊安生学《仪礼》,后又在武强的大儒刘智海家苦读十年,遂成知名学者,出任州博士,同刘炫并称“二刘”。

隋文帝开皇年间,刘焯中举秀才,射策甲科,拜为员外将军,与著作郎王劭一起修定国史,并参议律历。他曾与诸国子共论古今滞义,常有高论,众人皆佩服其学识渊博。开皇六年,洛阳“石经”运抵京师,文字多处磨损,极难辨认。隋文帝便诏刘焯、刘炫等人考证,他们经过努力,一一辨清。在国子监举行的一次经学辩论中,他与刘炫力挫诸儒,因此受到嫉恨和诽谤,被革职还乡。后隋文帝派刘焯到蜀王杨熹府下做事,他不肯去。杨熹得知,将刘焯发配到边远充军。杨熹的蜀王封号被废后,刘焯才重新得到起用,在朝中做了云骑尉。刘焯秉性耿直,为官期间经常抨击时政,终为朝廷所不容,再次被罢职回乡。自此他游学授徒于闾里,致力于教育和著述,其间天下名儒有了疑问、学子求学,常千里慕名而至。隋炀帝即位后,他又重被起用,任太学博士。刘焯于大业六年(公元610年)去世。

主要贡献

刘焯在科学上的贡献主要有三：

一、在《皇极历》中,他首次考虑视运动的不均匀性,并主张改革推算二十四节气的方法,废除传统的平气,使用他创立的定气法。这些主张,直到1645年才被清朝颁行的《时宪历》采用,从而完成了我国历法上第五次也是最后一次大改革。(www.xing528.com)

在皇极历中,载有二十四节气太阳视运动不均匀性改正数值表(日躔表),这是流传至今的第一份完整的日躔表,其前身即张子信的“入气差”。在应用日躔表进行任一时刻的改正值的计算时,刘焯首创了等间距二次差内插法。这一数学方法的物理意义,是把某一时段内太阳视运动的速率看成是匀加速或匀减速的。这一方法较好地解决了太阳视运动不均匀性的计算问题。在这一基础上,刘焯成功地解决了同时考虑日、月运动不均匀性影响的定朔计算方法,使真正朔日时刻的计算精度得以提高。

在皇极历中,还载有五星入气加减的数值表,其源由亦当来自张子信。重要的是,刘焯首创了推算五星晨见东方时刻的三段计算法：平见—常见—定见法。即先把太阳和五星的运动视作是匀速的,由此可算得平见时刻(T0)；次由五星入气加减表求得五星运动不均匀性改正值(△t),则常见时刻=T0+△t；再由日躔表算出太阳运动不均匀性改正值(△T),于是定见时刻=T0+△t+△T。

关于日月交食的研究,在皇极历中载有“推应食不食术”和“推不应食而食术”,这是对张子信第三大发现的具体补充和发展。此外,刘焯还首次提出了食差对日食食分大小的影响的具体算法,以及交食起讫时刻的计算方法,并对于交食的亏起方位作了前所未有的详细讨论。

二、刘焯力主实测地球子午线。源起是我国史书记载说,南北相距1千里的两个点,在夏至的正午分别立一八尺长的测杆,它的影子相差一寸,即“千里影差一寸”说。刘焯第一个对此谬论提出异议。后于724年,唐张遂等才实现了刘焯的遗愿,并证实了刘焯立论的正确性。

三、他较为精确地计算出岁差(假定太阳视运动的出发点是春分点,一年后太阳并不能回到原来的春分点,而是差一小段距离,春分点遂渐西移的现象叫岁差),定出了春分点每75年在黄道上西移1度。而此前晋代天文学虞喜算出的是50年差1度,与实际的71年又8个月差1度相比,刘焯的计算要精确得多。唐、宋时期,大都沿用刘焯的数值。