五大行星的觀測
我們的祖先，很早就知道天上有金、木、水、火、土五大行星。
最早提到五大行星的文獻要算是《尚書》了。《舜典》篇中有“在璿（音xuán）璣玉衡，以齊七政”的話。有人認為“七政”可以理解為日、月和五星這七個天體。《詩·小雅·大東》中的“東有啟明，西有長庚”和《詩·鄭風·女曰雞鳴》中的“明星有燦”，是關於金星的最早記載。到了戰國時期，五星的名詞都已出現，這時關於五星的知識已經很豐富了。後來西歐一些國家在18世紀到20世紀相繼發現了天王星、海王星和冥王星，再加上地球在內，就是九大行星。這些行星沿著自己的軌道繞太陽轉動一圈所需要的時間，叫做恒星周期。地球的恒星周期是1年，土星是29.46年，木星是12年。離太陽越近，恒星周期越短；相反，離太陽越遠，恒星周期就越長。水星離太陽最近，恒星周期是59天。冥王星離太陽最遠，它繞太陽一圈，地球已走完248.4圈了。
五大行星，按照它們距太陽的遠近，先後排列次序是水、金、火、木、土。
水星又叫做辰星，它距離太陽最近。以地球和太陽之間的距離為一個單位，水星的距日數值隻有0.39。它的體積比地球小一半還多。在太陽的強光照射下，人們很不容易見到它。
金星在馬王堆帛書中叫做“太白”。它早晨出現於東方天空，叫做“啟明”；傍晚出現在西方則叫做“長庚”。金星和太陽的距離單位是0.72。它的體積與地球大致相當而略小。
火星在帛書中叫做“營或”（即熒惑）。它的體積比地球略小，與太陽的距離單位為1.52。
木星又叫做“歲星”。它的體積比地球大11倍，與太陽的距離單位是5.2。
土星又叫“填星”或“鎮星”。它比地球大9倍多，與太陽的距離單位是9.54。
馬王堆出土的天文書是用整幅帛書寫的，大約有6000字。內容主要是關於五大行星運行的記載。前半部是《五星占》，後半部是五星行度表，記載了從秦始皇元年（公元前246年）至漢呂後元年（公元前187年）這60年間木星的位置；秦始皇元年至漢文帝三年（公元前177年）70年間土星和金星的位置，以及五星的會合周期等。
帛書中關於金星的記載說：“正月與營室晨出東方，二百二十四日晨出東方；浸行（浸音jìn，就是淹沒的意思）百二十日；又出西方二百二十四日，入西方；伏（就是潛伏在太陽之下的意思）十六日九十六分；晨出東方。”這一段文字告訴我們，觀察者準確地分辨出金星上合（淹沒期間）與下合（潛伏期間）的亮度變化。觀察的細致是令人驚奇的。金星在什麼情況下屬於淹沒，在什麼情況下屬於潛伏的特征變化都觀察出來了。
如果我們把上述金星運行的四個階段的日數加起來，就得出了它的會合周期：
224＋120＋224＋16（96/240）＝584.4（日）
這個數據比現在所測得的精確數據583.92日隻大0.48日。
《五星占》不但記錄了精確的金星會合周期，而且還注意到金星的五個會合周期恰巧等於8年。也就是所謂“五出，為日八歲，而複與營室晨出東方”。法國弗拉馬利翁在通俗天文名著《大眾天文學》第二冊中說：“八年周期已經算是相當準確的了。事實上金星的五個會合周期是八年（每年365.25日）減去兩天十小時。”而我國在2000多年前就用這個周期列出了70年的金星動態表。
《五星占》記錄了土星“日行八分，卅日而行一度……卅歲一周於天”。也就是說，它的會合周期為377日，比今測值378.09日小1.09日；恒星周期為30年，比現在測得的精確數字29.46年隻大0.54年。而晚於它的《淮南子》和《史記》所記載的數字，都不及它接近於真實。拿會合周期來說，《淮南子》沒有提到，《史記》則認為是360天。關於恒星周期，它們都認為是28年。《漢書·律曆誌》又把它提高到29.79年。
帛書對於土星，也列了70年的位置表。但是，如果我們按表驗算下去，就會發現有很大的誤差。因此，同金星的位置表比較，它的價值就要小一些了。
關於木星的知識，帛書中的記載也比《史記》和《淮南子》要準確。恒星周期，三書中都說是12年；會合周期，石氏和《淮南子》沒有提到，甘氏認為是400天，《史記·天官書》大抵說是395天，而帛書中則明確地說是“出三百六十五日而夕入西方，伏三十日而晨出東方，凡三百九十五日百五分”。雖然《淮南子》、《史記》和《漢書》中都有類似的記錄，但都隻是抽象地排列出一個周期來，並不與實際年月發生聯係，而帛書中所列出的周期表，從秦始皇元年起到漢文帝三年為止，一共70年，將近六個恒星周期，提供給我們的是實際材料，是當時的天文學家進行實際觀察的記錄。
奇妙的測天儀
浩瀚無垠的太空，究竟古人怎樣去測量星星的位置呢？在望遠鏡發明以前，渾天儀是所有天文學家不可缺少的儀器。
我國是發明渾天儀最早的國家之一。戰國時期魏國人石申是古代最負盛名的天文學家。他著過一本《石氏星經》，從書中的敘述來看，當時已經有渾天儀出現了。從漢初到明末，關於渾天儀曆代都有明文記載。我國最早的渾天儀，可能是由兩個圓環組成的：一個是固定的赤道環，環麵上刻有周天度數；一個是四遊環，也叫赤經環，能夠圍繞極軸旋轉，上麵也刻有周天度數。在赤經環上附有窺管，窺管可以繞著赤經環的中心旋轉。當要觀測某個星球時，先按東西方向旋轉四遊環，使它對準這個星球，再把窺管上下旋轉，使人的眼睛能從管中看見星球。這樣就可以求得我們所需要的一些數據了。為了便於觀測太陽的位置，東漢時的傅安和賈逵又在渾天儀上安裝了黃道環，張衡又加上了地平環和子午環，於是，渾天儀的構造就完整了。後魏的斛蘭用鐵鑄渾天儀的時候，在底座上增添了十字水趺，用來校準儀器的水準，這又是一個進步。
唐朝的李淳風，吸取了當時的科學技術成果，把渾天儀由兩重改為三重，就是在六合儀和四遊儀之間增加了一重三辰儀。六合儀是指張衡渾天儀中外麵的那一層，包括地平圈、子午圈和赤道圈；四遊儀是指四遊環連同窺管；三辰儀是由三個相交的圓環構成的，分別是黃道環、白道環和赤道環。黃道環表示太陽的位置，白道環表示月亮的位置，赤道環表示恒星的位置。古代把日、月、星叫三辰，所以這一重叫三辰儀。現在保存在南京紫金山天文台的明代正統年間複製的渾天儀，基本上是按李淳風的辦法製做的，隻是略有變動而已。渾天儀發展史上一個重要的轉折點，是宋代的沈括取消了白道環。在此以前，每增加一個重要的天文概念，就是在渾天儀上增添一道環圈，環圈越搞越多，越搞越複雜。環圈相互交錯，阻礙了觀測，使用起來很不方便。沈括大膽改革，把儀器簡化，分工並改變一些環的位置，為儀器的發展開辟了新途徑。元代的郭守敬在這個基礎上創造了簡儀。簡儀沒有白道環和黃道環，地平坐標和赤道坐標分別安裝，除了北天極附近以外，整個天空一望無餘，不再阻礙視線。
雖然先秦時期渾天儀的製作情況不可考。但是，由於馬王堆出土了《五星占》，並且文中記載了從秦始皇元年到漢文帝三年共70年間三顆大行星的運作情況，這就可以認為，至少在秦始皇元年以前，我國已有了較高精度的“先秦渾天儀”。
《五星占》對於歲星、土星和金星等的運行情況，也做了詳細的記載。在天文觀測中，不借助儀器，憑肉眼觀察，定位精度是很低的，一般誤差可能達幾度。因此，五星行度的記錄，唯一的可能是使用了精度較高的測角儀器進行實測得來的。
較高精度的測角儀器，在漢初已有聞名中外的落下閎製作的渾天儀。這種渾天儀在漢武帝時已經用來進行觀測。我們可以推測帛書《五星占》中五星行度也是用渾天儀進行實測得到的。否則，它的精確度不會有這麼高。例如金星的會合周期為584.4日，隻比今值大0.48日；土星會合周期為377日，比今測值隻小1.09日；木星會合周期為375.44日，比今測值僅小3.44日。遠在2000多年以前，在天文學上就能測得如此準確的數據，怎能不使人驚奇。
最早的彗星圖
在神秘、深邃的茫茫夜空中，有時候你會見到一道明亮的星光突然從長空掠過，星光好像掃帚似的，這就是人們所說的“掃帚星”。過去，人們不了解產生這種現象的原因，以為這是一種不祥之兆，會給人們帶來災難。所以，有關掃帚星的墜落現象，史書中往往有記載。它的名字叫“孛”，叫“彗”，也有叫長星和筆星的，還有一個奇怪的名字叫“蚩尤旗”。這些名字的來曆也大致和掃帚星一樣，是根據它的形狀和特點取下的。因為形態各有不同，所以天文學家把它分成不同的類型，取了許多的名稱。例如馬王堆出土的圖文並茂的《天文氣象雜占》中繪有29個彗星圖，彗星的名稱有18個。這18種名稱竟有一半是古籍中所不曾見過的。
這些彗星圖，好像許多類型發芽生長的植物。有的像荸薺抽葉，圓球上冒出三四根針葉；有的像帶蔸的杉樹、蘭草或開屏的鳳尾。但盡管千姿百態，卻有一個共同的規律，那就是頭在下，尾朝上（除了一個圖形比較特殊是例外）。這是什麼原因呢？《晉書·天文誌》的作者李淳風（公元602—670年）發現，這些特點的產生，是由於彗星尾巴背太陽。這個規律後來也被歐洲人皮特爾·阿華安（公元1495—1552年）發現，但皮氏發現的時間晚了900年。事實上，這一規律早在李氏700多年以前的馬王堆帛書中，就被無名畫家記錄在《天文氣象雜占》中的彗星圖形上了。
彗星圖為什麼要畫成樹葉狀的波紋和打上××呢？原來，這些符號是象征彗星中的冰塊，或是塵埃物質被氣體推轉的狀態。彗星離太陽最近時，彗尾發展愈大而出現許多尾巴。據說公元1744年出現的德歇孛彗星就有6條尾巴，大約占44度的空間，好像是孔雀開屏一樣。從帛書彗星圖形中，甚至可以推測到這些彗星距太陽的遠近。
彗星中有一顆顯得特別明亮，人們不需要借助望遠鏡，而隻憑肉眼就能見到它。所以，這顆彗星在我國史書中往往都有記載。不過，真正認識這顆星的規律，則是公元17世紀60年代英國天文學家哈雷的功勞。他認為這顆彗星也同行星一樣，是繞太陽運行的，76年多的時間為一周期。後來，不少天文學家根據這一規律推算哈雷彗星周期性出現的時間，沒有不對的。在我國曆史上，從秦始皇七年（公元前240年）開始，一直到清朝宣統二年（公元1910年），哈雷彗星共出現過39次，而且每次都有記錄。例如《史記·秦本紀》上說：“始皇七年，彗星先出東方，見北方。五月見西方，十六日。”《史記》所載彗星出現的時間和位置，同後來的推算完全相合。我國關於哈雷彗星的最古記載，是《春秋》中的這一段：“魯文公十四年（公元前611年）秋七月，有星孛入於北鬥。”這是世界上關於彗星的第一次明確的記錄。
在《天文氣象雜占》中還繪有各種類型的雲霓圖，有些像人物，有些像走獸，有些像不同類型的器物。圖形下麵還寫有簡單的說明，狀如太陽的叫楚雲，狀如牛形的叫趙雲，狀如仕女的是秦雲，狀如龍的叫越雲，狀如衣服的叫齊雲……關於雲霓的形狀，司馬遷在《史記》中也說過：“韓雲如布，趙雲如牛，楚雲如日，宋雲如車，魯雲如馬，衛雲如火，周雲如輪，越雲如龍，蜀雲如囷（音qūn）倉。”這些圖形中，有些是氣象預兆性的圖像，如魚形圖案下寫有“大雨”二字。意思是說，天空出現魚鱗雲，是要下雨的預兆。魚鱗雲就是我們今天所說的“卷積雲”，它是一種白色魚鱗狀或小圓球形組成的雲塊，雲層往往排列成行，仿佛是風吹水麵掀起的魚鱗波紋。我國民間流傳著這樣兩句話：“魚鱗天，不雨也風顛”，就概括了這種氣象變化的特點。黃於發《相雨書》也說：“四方有濯魚，雲疾者立雨，遲者雨少，難至江漢；雲疾者即日雨。”這也就是說，隻要“四方有濯魚”的現象出現，不管雨大雨小，總會要下雨的。
曆法和天文銅鏡
帛書中有一卷是論述“陰陽五行”的，占文中有幹支、月令、五行、四季、五音、二十八宿和主戈、昭搖二星等內容。
“陰陽五行”雖然帶有迷信色彩，但是，它同占文一樣，記載了我國古代光輝的曆法成就。
曆法，是人們為了社會生產實踐的需要而創立的長時間的記時係統。用我們平時的話來說，就是年月日時的安排。這種安排，不是隨意的，而是以同生產實踐有密切關係的自然現象的變化規律作為客觀尺度的。反映季度變化規律的回歸年，反映月相變化規律的朔望月和反映晝夜變化規律的太陽日，組成了3個大小合適的時間計量單位。這3種計量單位同時使用的曆法，我們把它叫做陰陽曆；隻考慮回歸年變化的稱為陽曆。而固定12個朔望月為一年的，我們把它叫做陰曆。
人們對太陽視運動反複進行研究的結果，發現太陽在一年中運動的速度有快慢變化。為了準確地預報季節，古代曆法工作者把測定準確的冬至時刻，作為一項重要的事情來做。測得了幾次準確的冬至時刻，就能得到歲實也就是回歸年的長度。春秋末年，我國開始使用四分曆，它的歲實是365.25日，這是當時世界上所使用的最精確的數值。四分曆的創製，是一項具有世界意義的偉大貢獻。四分曆在使用了一段時間以後，人們發現曆法所推的氣朔逐漸落後於實際天象。東漢末的劉洪認識到產生誤差的原因是由於四分曆的歲實太大，他第一個站出來減少了歲實，提高了四分曆的精確度。
太陽從這一個冬至到下一個冬至，不能回到原來的位置上，也就是說不到一周天。這種現象叫歲差。歲差變化是緩慢的，冬至點在黃道上大約每年西移50.2秒。換句話說，就是71年8個月差一度。四分曆在把回歸年長度定作365.25日時，也把周天劃作365.25度。曆法的製作者相信，冬至點一旦測定就永遠不會變化。公元330年前後，虞喜第一次明確提出冬至點有緩慢的移動，並測出50年內冬至點西移一度。祖衝之第一個運用歲差來改進曆法，得到45年11個月差一度的結論。雖然數據不準確，但在曆法上應用歲差，卻是一個很大的進步。
地球沿著偏心率很小的橢圓圍繞太陽運動，每天實際運行的距離是不相等的。南北朝以前，人們還沒有發現太陽的視運動是不均勻的，以為太陽每天所行的角度相等，加上當時不知道有歲差，所以把一周天365.25日定為365.25度，太陽每天行一度。每個節氣所占的日數也相等，是15.2日。這種規定節氣的方法叫做平氣或恒氣。
第一個發現太陽運動的不均勻，是北齊的張子信。他認為“日行在春分後則遲，秋分後則速”。這是大體上符合實際情況的。張子信的這一發現，對改進曆法具有重要的意義，不久就在曆法中得到了應用。劉焯等人開始提出在曆法中改用24等分周天來定節氣，每節氣15度多。這種劃分節氣的方法稱為定氣。但是，他測得的太陽運行快慢的數值不準確。唐代的一行編製的大衍曆更符合實際情況。他認為冬至附近日行最快，所以二節氣間的時間最短；夏至附近日行最緩，二節氣間的時間最長。授時曆把日行最快的時刻定做冬至。授時曆創作時代的近日點實際在冬至後不到一度，所以它所使用的數值是很精確的。從大衍曆以後，我國就有了能夠比較準確地推算太陽位置和推算節氣的方法了。
月亮的圓缺，是我國古代曆法用來記月的單位。因此，祖先們非常重視對月亮運動的觀測和研究。公元前11世紀，西周青銅器銘文中就有大量的關於月亮圓缺的記載。四分曆已經準確地掌握了朔望月的長度。同真值相比，大約300多年才差一日。以朔望月的長度來推算安排各月的曆日，這種方法一直沿用到隋以前為止。
人們很早就已懂得，一個朔望月並不等於月亮繞天一周。月亮的運動速度有著周期性的變化，過近地點時最快，過遠地點時最慢。月亮從最快點運行一周又回到最快點所需的日數稱為近點月。它和朔望月的長度是不相等的，也就是說，月亮圓缺一次所需的時間實際上是不相等的。朔望月隻是月相變化一周所需的平均日數。戰國時的石申可能已經知道月行速度是變化的，東漢時的賈逵也認識到月行有快慢，並且認為這是由於月道有遠近造成的；經過一近點月，近地點向前推進三度。劉洪在乾象曆中第一次考慮到月行的快慢問題，他設每近點月中近地點前進3度4分（19分為1度），這樣可以求得近點月是27.55336日，同今測值27.55455日相差無幾。乾象曆計算日行的快慢問題，目的在於推算日月食發生的時刻和位置。