一、天文學的起源
我國古代先民最早的天文學認識究竟是在什麼時候，有些什麼蹤跡，這是天文學史第一要關注的。目前我們所能了解到的，是在考古成果與傳世文獻二個方麵。就考古成果來看，目前最早的是在距今七八千年的裴李崗文化遺址中，看到那裏的房屋、墓葬都已經有了固定的朝向，說明當時方向的觀念已經相當的普遍，而其起源肯定還要早得多。以後，在稍晚的陝西西安半坡遺址、江蘇邳縣大墩子墓葬等遺址中也看到了這種方向確定的普遍性。在五六千年前的河南鄭州大河村出土的陶器上，畫有太陽、月亮、日暈、星辰等紋飾。在年代相當的江蘇連雲港將軍崖的原始岩畫中，也有日、月、星辰、雲彩，以及一條長達625米很像是銀河星雲帶的圖形，是少見的原始天文圖畫精品。像這樣大量的天文圖飾，可以反映出我們的先民在這時對天體天象已經有了一定程度的認識，而且可以肯定不是最初的最簡單的認識，我們的先民對這些天體天象的最初認識還要早得多。1987年，在河南濮陽西水坡遺址的45號墓中，屍主頭南向，右側（東西）是蚌殼堆塑的龍形圖案，左側（西麵）是蚌殼堆塑的虎形圖案，腳端下（北麵）是蚌殼堆成的三角形。對這樣一幅圖案，民俗學家、藝術學家更多的是對那引人的龍形格外注目，而也有的學者卻別有獨到的視角，提出了這是天文學中的二十八宿四象圖中的青龍、白虎二象，腳北的蚌堆是北鬥，並以曾侯乙墓的二十八宿圖相對照。這個說法把二十八宿的形成提前到了五、六千年前，是一個驚人的見解，所以天文學史界都感到還難以確認。這裏提出來，僅供讀者們參考。總的來看考古學的成果，有關天文學的資料還是少了一些，要根據這樣一些很少的材料來作什麼判斷，自然是不夠成熟的。因此，目前還必須要結合傳世的文獻記載，才能作出較為客觀而準確的判斷。
在傳世的文獻中，我國古代的天文學成就顯得比考古材料所能見到的要豐富得多，高深得多。《周易係辭下》說上古伏羲氏“仰則觀象於天，俯則觀法於地，觀鳥獸之文與地之宜，近取諸身，遠取諸物，於是始作八卦。”伏羲氏是傳說中人類的始祖，也就是說人類從一開始就懂得觀測天象，這當然是說得過了些。但古人還不懂得人類是由猿類進化的，所以這樣說也是情有可原的。又根據《世本》的記載，說在黃帝的時代有羲和負責占卜太陽的運行，有常負責占卜月亮的運行，有後益負責占卜歲星的運行，有臾區負責占卜各種星氣、呈象，又有史官大撓作“甲子”（指編記時日），又有容成作曆法。黃帝，相傳是華夏民族的祖先，約距今五千年左右。從記載看，黃帝時代的天文科學是一派興旺，相當發達。因為都是黃帝時代的事，所以有的記載就直接說成“黃帝製曆”，（如《史記曆書》）這不能理解為黃帝本人製作了曆法。但黃帝時是否已經有這樣發達的天文科學，學術界也還是懷疑多於信任。也就是說，在這些記載中，必須審慎地對待，而不能輕易地相信。《尚書堯典》記載了帝堯時天文職事安排情況：命令羲和（也有人認為是羲氏與和氏二人，這在本文中關係不大）嚴格認真地遵循天道，推算日月星辰的運行，編製曆法，頒布給人民。同時，又命令羲仲居住東方，職掌迎接日出，測定日出時刻、晝夜長短，觀測朱雀七宿黃昏時在正南，從而確定春分之日；又命令羲叔在南方迎接太陽，以火星測定夏至日；又命令和仲在西方送落日，測定日夜長短相等，以虛星位置來確定秋分日；又命令和叔在北方測定白晝最短、昴星正南為冬至日。這就是著名的《堯典》“四仲中星”。
目前對這“四仲中星”的年代推斷有數十家，由於各自的理解與推算都不同，所以結論也五花八門，而且相差還很大。對於當時是否有曆法與二至（夏至、冬至）二分（春分、秋分），也有不同的看法。另外還有一年長度與閏月等內容。我們認為，在《周易係辭》、《世本》、《尚書堯典》的記載中，還是《堯典》的記載可信的成份更多一些。理由是：第一，堯所處的年代在距今四千五百年至四千年間，是原始社會的末期，有一定天文事業是完全可能的。第二，《堯典》的這段原文中，有“厥民析”、“厥民因”、“厥民夷”、“厥民”這樣幾句曆來都倍感難解
的話，而居然在甲骨文中也見到了，這說明這確實是上古時代的文字，而並不是後人所虛作的。具體地看，《堯典》有關天文的內容有這樣幾項：1測定日月星辰的運行，2製作曆法，3測定晝夜長短，4用“四仲中星”測二分二至，5定一個回歸年長度為三百六十六日，6用增設閏月來調整四季。在這六項中，除了第六項全不可信外，其餘五項都有一定的可信之處，隻是每項的可信程度有所不同。把考古成果與傳世文獻結合起來看，我們的先民在七八千年前已經有了較普遍的方向觀念。到六千年左右，對日月星辰及銀河也有了初期的認識。這些都是可以肯定的。此後，我們的先民們對四季的變化也有了一定的認識，也可能有了簡單的日影測定（不一定是圭表，也可能是圭表的芻形），也可能有了二至（夏至、冬至）的觀念與一定的測定方法，到原始社會的末期有可能產生簡單的曆法。我們相信，隨著考古發掘與有關資料的深入研究，原始時期天文科學萌芽的具體情況一定會越來越清楚的！
二、夏、商、西周三代時期
中國進入階級社會以後，天文學方麵首先有一個最顯著的變化，就是產生了專職的天文官員。在原始社會晚期，在部落聯盟製下，已經產生了一些專職的天文部落成員，並成為盟主所特別任命的天文職掌者，如我們在上文所舉《尚書堯典》中的羲和、羲仲、和仲、和叔等人。而到了國家正式誕生，這些人也就成了正式的國家官員。早期的天文學，由於宗教星占的影響很大，這些天文官員雖然級別並不很高，但實際上對王的影響卻相當大。天文人員成了國家官員，由國家來集中管理天文事業，在總體上來說，是有利也有弊。但在很長的一段時期內，顯然是利大於弊。至少在三代時期，體現得更多的是利，使得天文科學有了比以往更為高速的發展。在進入夏朝以後，後人認為當時應該有了天幹記日法（指以十個天幹字“甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸”來循環記載日期），因為夏朝的幾個帝王是用天幹字為名的，如孔甲、履癸。用十個天幹字來循環記日，就表示可能已經有了“旬”的概念，至少也已經是站在了“旬”的門口。有了旬的觀念，也就意味著還應該有“月”的劃分，因為三旬就與一個大月的日期相當。不過，圍繞夏代的天文學，近代以來爭議最大的還是《夏小正》這本古代文獻。《夏小正》的內容是記載了一年十二個月中各月的星象與物候、農事情況（其中星象隻記載了前十個月的）。如正月（今農曆一月）裏，是參星在黃昏時當空，北鬥的柄朝下。這個月裏，韭菜、梅樹、桃樹、杏樹都開始綻開了花蕾，冬眠的蟲子、動物開始蘇醒，大雁開始北飛，山雞鳴叫，雷聲始發，魚兒也躍出冰麵，農夫們祭祀農具，準備春耕。其他各月也大致如此。因為《夏小正》在十一、十二兩個月中沒有星象記錄，就有學者提出《夏小正》本來是一種一年隻有十個月的曆法（與彝族的十月曆有些相似）。
但還有不同的見解，目前還沒有取得統一的看法。不過，《夏小正》是否為十月曆的爭議似乎影響並不很大，而《夏小正》究竟是否是夏代的曆法才是人們更為關注、爭議也更激烈的問題。根據現代天文學家對《夏小正》全書的星象位置進行計算推測，似乎情況比較複雜。一方麵，各家的推算不一；另一方麵，得出的結果也很雜亂。總起來看，從原始時期到春秋都有，大多的學者認為總體上反映了早期天象的情況。而從物候記載的情況來看，也是比較早的，形式也較初拙。因此，可以肯定《夏小正》中有不少的內容是相當早的，但也有後世的內容。估計下來，《夏小正》的成書有二種可能：一是原成書於夏代，後來又有所補充；二是約在春秋早期有人將從原始社會以來的材料彙總編纂而成。但不管怎麼說，《夏小正》中有一定的夏代天文學史料是毫無疑問的，也就是說在一定程度上能反映夏代的天文曆法麵貌。當然，具體運用是必須仔細甄別的。從更廣的範圍來看，不管《夏小正》的情況如何，也仍然可以肯定夏代有自己的曆法。《國語周語中》曾經引有《夏令》“九月除道，十月成梁”的文字。《夏令》就是夏代的時令曆法之書，“九月除道，十月成梁”這樣的文字也與《夏小正》的內容風格很接近。又，《倫語衛靈公》記載孔子回答學生顏淵問怎樣治理國家時，其中就說到要“行夏之時”，也就是要推行夏代的曆法。在《禮記禮運篇》中，記載孔子的話說：我要考察夏朝的政治禮法，就到作為夏人後代的杞國去考察，但隻得到《夏時》一書。《夏時》，也就是《夏小正》、《夏令》之類的夏代曆書。所有這些記載，都證明了夏代確實有自己的曆書，而且很可能不止一種。
殷代的成本曆法至今還沒有發現，但我們能夠在甲骨文中發掘出許多有關天文曆法的知識。我們在甲骨文中，首先可見當時已經普遍使用幹支記日（即以十個天幹字與十二個地支字子、醜、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥有次序地兩兩相配來表示日期，如甲子、乙醜等。因為共有六十組，基本上是兩個月一輪回，所以使用起來很方便。因為六十又是十二的倍數，後來就又擴展用到月份、年份之上），十日為一旬，大月三十日，小月二十九日，通常一年為十二個月，並且已經懂得用設置閏月的方法來調節回歸年與朔望月之間的長度差。甲骨文中已經有了“春”、“秋”的季節觀念，還有了“日至”（測定夏至、冬至）的記載。甲骨文中又有對日、月、星辰的天象記錄，如日食、月食及火、鳥、尾、畢、歲、鬥、彗星的記載。所有這些，都說明了商代有自己的曆法存在。在這裏，我們特別要提請讀者注意的是甲骨文中所記載的閏月設置問題。首先，能夠設置閏月，就表示了當時已經有了固定的回歸年與朔望月的長度。其次，也表示了當時已經懂得使用設置閏月來調節兩者之間的長度差。殷人一個回歸年的長度，現在還不知道具體是多少，但古人總是在364—366日間，殷人也不會例外。一個朔望月的長度，平均在295日左右，所以實際是以大月三十日與小月二十九日相交叉來與實際的月相相符合。於是，一年如果設十二個月，就隻有354—355日，與回歸年的長度相比有十至十二天的空缺。如果一年設十三個月，顯然多出二十天左右，又太多了。經過長年的摸索，人們逐漸找到了一個比較合理的解決辦法——設置閏月。具體就是：通常一年設十二個月，稱為平年。
每過三、四年，則一年設十三個月，稱為閏年。所增加的一個月，就稱為閏月。設置閏月這件事本身，就是曆法製定中的一個內容，也就是說這足以證明殷人是有自己的曆法的，否則也就根本不可能有什麼閏月了。從甲骨文反映出來的情況看，殷人置閏的方法，早期是把閏月放在最末，古代把這種置閏的方法稱為“歸餘於終”，天文學家稱之為“年終置閏”。這個方法比較簡單，也容易掌握，甲骨文把最末的這個月就稱為“十三月”。但到晚期也出現了“年中置閏”的做法，即把閏月設置在每年的中間，而不是放在最末尾。年中置閏法出現以後，似乎並沒有取代年終置閏法，而是雙方交叉共存，一直到殷代終了也還是誰也沒有“戰勝”另一方。這說明當時的“年中置閏”法還隻是初步嚐試性質的，還沒有成熟。後世成熟的“年中置閏”法，是在沒有“中氣”（中氣，古人把二十四節氣中的冬至、大寒、雨水、春分、穀雨、小滿、夏至、大暑、處暑、秋分、霜降、小雪稱為中氣，其餘十二個稱為節氣）的時段裏設置閏月，而殷代還沒有二十四節氣的設置，因此“年中置閏”也就不可能有那樣成熟的考慮，而很可能隻是臨時隨意性地安置的。然而，即使是這樣無規律的隨意性的年中置閏，也是一種進步，因為任何有規律的科學工作都是從無規律的嚐試發展而來的，殷代無規律的“年中置閏”勢必然是後世有規律的“年中置閏”的前奏。西周時期天文科學的進步，首先是表現在一些天文儀器的發明與使用上，這主要是指圭表和漏壺。圭表和漏壺（具體見本書第二章），從種種的史料與跡象分析，其起源應該是比較早的，特別是圭表，結構與原理都極為簡單，完全有可能在原始社會末期就產生了。
漏壺雖然要複雜些，但也可能在殷代就有了，因為在甲骨文中已經可以看到殷人能夠把一天分為十多個時段。隻是目前一般都公認到周代才有圭表和漏壺，所以我們這裏也就“人雲亦雲”了。西周時期記錄下來的星象比殷代有了明顯的增加，傳世的二十八宿恒星在周人這兒已經可以見到相當之多了，而且許多平民百姓也能辨識，以至於清代著名的學者顧炎武不由得大為感歎：“三代以上，人人皆知天文。”（《日知錄》）西周時期在天文曆法科學上的一大進展，就是已經能夠確定“朔日”。朔，就是朔望月的朔，指新月。朔日，就是新月的第一天，也就是農曆每月的初一。這個日子之所以重要，是因為在這一天月球正處於太陽和地球中間，太陽和月亮同出同入，如果這三者恰恰成一線排列，也就是發生日食的時候。因此，能夠確定朔日，對於日食的預測就有著極重要的意義。朔日的確定，意味著曆法的製定更為精確。
學科簡介
天文學就是研究宇宙中的行星、恒星以及星係的科學。天文學和物理學、數學、地理學、生物學等一樣，是一門基礎學科。天文學是以觀察及解釋天體的物質狀況及事件為主的學科，通過觀測來收集天體的各種信息。因而對觀測方法和觀測手段的研究，是天文學家努力研究的一個方向。天文學主要研究天體的分布、運動、位置、狀態、結構、組成、性質及起源和演化。
天文學的一個重大課題是各類天體的起源和演化。天文學和其他學科一樣，都隨時同許多鄰近科學互相借鑒，互相滲透。天文觀測手段的每一次發展，又都給應用科學帶來了有益的東西。天文學的研究對於我們的生活有很大的實際意義，對於人類的自然觀有很大的影響。古代的天文學家通過觀測太陽、月球和其他一些天體及天象，確定了時間、方向和曆法。這也是天體測量學的開端。如果從人類觀測天體，記錄天象算起，天文學的曆史至少已經有5、6千年了。天文學在人類早期的文明史中，占有非常重要的地位。埃及的金字塔、歐洲的巨石陣都是很著名的史前天文遺址。哥白尼的日心說曾經使自然科學從神學中解放出來；康德和拉普拉斯關於太陽係起源的星雲說，在十八世紀形而上學的自然觀上打開了第一個缺口。