日心说,在中国古代并不算是最先进的天文学理论。
中国在战国时期就形成了三大宇宙模型:盖天说,浑天说,宣夜说。
盖天说,就是天圆地方,是中国最古老的宇宙模型。
浑天说,其实是一种地心说,在中国最为普及,东汉的张衡将之发扬光大,一直影响到明朝末年。
宣夜说最为先进,最为超前,超前了2000多年,大部分古人不能理解,只在少数天文精英中流传。
不仅仅是宋朝,从东汉算圣刘洪开始,中国就能较为精密地预测日食。
1、宣夜说
战国时期的《列子·天瑞篇》,记载了杞人忧天的故事。
一个杞人害怕天塌下来砸破头,有个懂宣夜说的人去安慰他。
楚国道家人物长庐子闻而笑之曰:
“虹蜺也,云雾也,风雨也,四时也,此积气之成乎天者也。山岳也,河海也,金石也,火木也,此积形之成乎地者也。知积气也,知积块也,奚谓不坏?夫天地,空中之一细物,有中之最巨者。难终难穷,此固然矣;难测难识,此固然矣。忧其坏者,诚为大远;言其不坏者,亦为未是。天地不得不坏,则会归于坏。遇其坏时,奚为不忧哉?”
把长庐子的要点翻译成白话:你们说的天其实是大气层,大地只是集聚的一个土石丸子。大气和大地只是大虚空中悬浮的一个小小丸子而已。
《晋书·天文志》:
宣夜之书亡,惟汉秘书郎郄萌记先师相传云,天了无质,仰而瞻之,高远无极,眼瞀精绝,故苍苍然也。譬之旁望远道之黄山而皆青,俯察千仞之深谷而幽黑。夫青非真色,而黑非有体也。日月众星,自然浮生虚空之中,其行其止皆须气焉。是以七曜或逝或住,或顺或逆,伏见无常,进退不同,由乎无所根系,故各异也。故辰极常居其所,而北斗不与众星同没也;摄提、填星皆东行,日行一度;月行十三度。迟疾任情,其无所系著可知矣,若缀附天体,不得尔也。
2、宋朝的蔡发
蔡元定是朱熹的大弟子。
蔡元定的老爸继承了长庐子的学说。
蔡发上知天文,下知地理,是个风水学大师。他的天文学知识,能令我们今天的人瞠目结舌。他在《天文星象》中说:“地形如弹丸,朝夕运转。”地球像个小弹珠,每天都在转,“如劲风旋转。”
别人问他:大地是空中的一个小珠子,为啥不掉下去啊???
蔡发回答:因为地球像旋风般旋转。牛在旋风里旋转的时候,就没掉下来啊!
蔡发说:“人一呼一吸之间,地已运行八千余里,凡人一昼夜有一万三千六百余息,故一天可行九十余万里。”
蔡发还说:月绕地球转一周为二十九日有余,月本身不发光,月的光是太阳照上去的。生于日之所照,魄(月亮的黑暗处)是因为太阳没照上去。
蔡发认为地球在宇宙中作圆周运动,但圆心里面是啥,他还没有认识到是太阳。
所以中国古人认识到了地球在圆周运动,但没想到圆心是太阳。
3、“哥白尼欠阿里斯达科斯的债吗?”《天文史杂志》
最早提出日心说的是古希腊人阿里斯塔科斯。
但当时缺乏观测资料,阿里斯塔科斯提出的只是一个假说,没有证明。
他一定是在发表了他的地心说著作之后才提出日心说的。
阿里斯塔科斯认为,地球是绕地轴旋转的,太阳比地球大得多,但他无法证明这一点。
在意大利期间,哥白尼就熟悉了希腊哲学家阿里斯塔克斯(公元前三世纪)的学说,确信地球和其他行星都围绕太阳运转这个日心说是正确的。
在托勒密的地心说模型基础上,哥白尼在1543年出版《天体运行论》,正式提出日心说。
4、古人预测日食
古代的苏美人提出沙罗周期, 日食和月食的周期,是指长度为6,585.32天的一段时间间隔(古代没这么准确),每过这段时间间隔地球、太阳和月球的相对位置又会与原先基本相同,因而前一周期内的日、月食又会重新陆续出现。每个沙罗周期内约有43次日食和28次月食。
战国时期,中国人已经发现日食规律。
东汉王充在《论衡》记载:
在天之变,日月薄蚀,四十二月日一食,五六月月亦一食,食有常数,不在政治。
日食周期时四十二个月。精度到了月。
但怎样把日食的精度提高天,甚至每个时辰?
需要对赤道(天赤道,相对于地球的自转设立的天体轨道)、黄道(地球绕太阳公转轨道,如果以地球为参照系,则是太阳轨道)、白道(月球轨道),做精密观测和计算。
赤道、黄道、白道都是有夹角的,只有算出夹角才能准确预测日食。另外这三个道并不是圆的,而是椭圆的,古人也观测出来了。
东汉末年出了一个算圣:刘洪。
是刘洪奠定了中国古代天文学精密预测日月食的基础。
刘洪(约公元129~210),字元卓,东汉泰山郡蒙阴县。
刘洪《乾象历》一书,是人类传世的第一部引进月球运动不均匀性理论的历法。刘洪把日月食回归年的长度定为365.2462日,并首次给出白道和黄道约成古度6°1′的交角。测出的近点月的长度为27.55476日,和现在的测值27.55455日相差甚微。
黄白交角是个可变值,它是在4°51′~5°9′之间有规律地变化着。黄白交点在黄道上也是不固定的,它每月在黄道上向西退行1°06′,大约18年又11天退行一周。黄白交角的存在和黄白交点的退行,对日月食的形成和预报都有重要意义。
刘洪明确提出了预测日月食的食限,只有太阳和月亮都在黄白交角附近的一个角度内才能出现食:
在朔(或望)时,只有当太阳与黄白交点的度距小于14°33′时,才可能发生交食现象。也就是说,刘洪明确规定,当朔(或望)时,以太阳离开黄白交点前或后14°33′作为判别是否可能发生交食现象的临界值,亦即食限值。现代关于食限的规定是:日食,18°31′以上必无食;月食,12°51′以上必无食。
刘洪还发现了太阳运动不均匀性(因为地球公转轨迹是一个椭圆轨道,不是正圆),提出了消息术,归纳出一年中各个不同月份应加(或减)的各不相同的时间修正值。