第七章
我國古代關於物候的記載還有很多，幾乎每個民族都有自己的《夏小正》。這些物候觀察最初純屬直觀的。但是，在大量的直觀觀察基礎上，古人必然會開始思考這些物候的變化規律，從而逐步形成年的概念。
當然各個民族，由於他們生活的環境不同，觀察對象不同，產生“年”這一概念所依據的物候現象也就會各不相同。例如《魏書》中描述岩昌羌族的習俗時說：“俗無文字，但候草木榮枯以記歲時。”我國古代對年也有不同的叫法(即使現代也是如此)。《爾雅·釋天》中對年的解釋說：“夏日歲，商曰祀，周曰年，唐虞曰載。”《魏書》中所說的“草木記歲”，也就是記年。
另外生活在我國北方草原上的古代蒙古族人民，則幹脆以牧草一青為一年。他們把幾歲叫做“幾草”，或“草青幾度”。
古代的物候觀察一般比較粗疏，加之氣候變遷，所以即使是同一地區，物候現象也會因時而異，不能適應農牧業發展的需要，這就促使古人慢慢學會利用天象變化紀年。
四季的劃分
認識了年以後，古人在勞動實踐中又對年進行了細分。一分為二，二分為四，產生了四季。
我們現在稱春夏秋冬為四季，古人則稱它為四時。早期的四時劃分是人為的。春暖，夏熱，秋涼，冬寒，在各個地區並不一樣。世界上，有的地方分兩季：旱季和雨季；有的地方分三季：雨季、冷季和熱季；個別地方甚至分為六季。但是春、夏、秋、冬四季之名卻在全世界普遍使用。
我國古代四時劃分最初來源於“四方”。《管子·四時》篇中有這樣的說明：
東方曰星，其時曰春
南方曰日，其時曰夏
西方曰辰，其時曰秋
北方曰月，其時曰冬
在外國，最早對年進行四分的是古希臘。古希臘人以昴星團和大角星的升落為標誌，將一年劃分為春夏秋冬四季。
隨著天文學的發展，大約過了許多世紀，人們才逐步把四季同太陽周年視運動聯係起來。
我們知道，太陽是一顆恒星，地球繞著太陽在運動。地球的運動包括兩部分，一是自轉，二是公轉。自轉一周是一天，公轉一圈為一年。我們生活在地球上，覺察不出地球的運動。晚上看到星星在天空中運動，白天看到太陽在天空中運動。天文學上把這種看上去的運動稱為視運動。
仔細觀察太陽的視運動情況，你會發現太陽除了每天東升西落外，還有一種在恒星背景上的運動。這種運動經過一定時間，使太陽自身在群星之間繞行一圈，然後又回到原來的起始位置。它反映在天球上，就是太陽在天球上畫了一個大圓。這個大圓叫做黃道。黃道和赤道在天球上相交於兩點，一個叫春分點，一個叫秋分點。在黃道上，同春分點和秋分點相對的還有兩點，即夏至點和冬至點。太陽在黃道上的運動叫太陽的周年視運動。如果以春分點作為起算點，太陽沿黃道運動一圈又回到春分點的時間，就是一個回歸年。
太陽在黃道上運動時，每年在陽曆3月21日前後從天球的南半球通過春分點進入北半球，此時地球上晝夜的時間相等。在6月21日左右，太陽到達夏至點，這時地球上北半球中午的太陽高度最高，白天的時間最長。在9月23日左右，太陽又由天球的北半球通過秋分點進入南半球，地球上晝夜時間再次相等。在12月22日左右，太陽到達冬至點，地球上北半球中午的太陽高度最低，白天的時間最短。地球上的季節，由春到夏，以至秋冬，暑往寒來，循環不已，就是由於太陽這種周年視運動引起的。
四季以兩個分點(春分點和秋分點)和兩個至點(夏至點和冬至點)作為每一季節的中點。冬至到春分的中點是春季的開始，稱為“立春”。其他各季，依此類推。
研究曆法的意義
由於生產和生活的需要，早在古代人們就渴望了解並掌握晝夜、月相和季節的變化規律，以及更長的時間計量方法。世界各文明古國很早就開始根據天象觀測製定曆法。現在我們已經知道，日有恒星日、真太陽日和平太陽日之分，月有恒星月和朔望月之分，年有恒星年和回歸年之分。
曆法中，我們應該選擇哪種年、月、日作為標準呢?
古代人用真太陽日作為“日”的長度，但真太陽日忽長忽短，不適合作為計算時間的單位。恒星日雖然較均勻，但卻與人們的生活關係不大。人們的日常生活和太陽的出沒、晝夜交替密切相關，如人們常說的“日出而耕，日落而息”，正反映的是人類對太陽的依賴。而恒星日的開始卻不定，春分那天是從中午開始，而秋分那天卻從半夜開始。於是人們總結並設想出了一個平太陽日，這就是直到今天我們仍在使用的基本時間單位。雖然現在我們知道恒星月是月亮繞地球公轉的真正周期，但是它與我們的日常生活沒有什麼聯係，自古以來能引起人們密切關注的是朔望月。月亮的圓缺盈虧不但顯著，而且與人類的夜間活動、與潮汐的變化等有著密切的關係，朔望月因此也就自然成為比日更長的計時單位。比月更長的計時單位，恐怕怎麼也不能忽略四季的周期變化。農作物的種、收等與人類生活息息相關，與此對應的隻能是根據太陽得到的回歸年而非恒星年。由於曆法中所用的日、月、年都並不準確地等於真太陽日、朔望月、回歸年，我們就稱它們為“曆日”、“曆月”、“曆年”。
時間的標準長度單位已經確定，隻需進一步精確即可。但編製曆法仍然困難重重：如何使每一天不同於其他任何日期，以便記錄各種事件發生的順序；如何根據曆法預告寒暑的來臨、月相的變化……這裏最困難的恐怕是規定1年中的月數、1月中的日數，因為日、月、年之間沒有最大公約數，1回歸年為3652422平太陽日，1朔望月為295306平太陽日。如何使編出的曆法中年的長度等於回歸年，月的長度等於朔望月，而且使用方便、容易記憶……這些要求實際上是無法同時滿足的，但如果處理不當，長期積累下去勢必破壞月份與季節、日期與月相的一致性。今年2月可能瑞雪紛飛，過多少年後就可能成了梅雨綿綿；今年八月十五是中秋節，過一段時間後可能八月初一月就圓了……使用這種寒暑倒置、朔望失常的曆法，對我們的生活極為不便。所以，怎樣根據日、月、年之間的實際關係，進行適當的調整與安排，使日序的進行既能符合自然現象的節拍，又能適應人類的生活規律，並盡，可能地工整、簡便、易記、易用，的確是門學問。
今天在世界上大多數國家通用的公曆與曆史上各國的舊曆相比，無疑是當前處於先進地位的曆法。但公曆也仍存在著許多不盡人意的地方，比如每月的日數不一，閏日過多(每4年便有一閏，400年中，閏日多達97個)，這對推算過去、將來的日期均有不便。近百年來，世界上曾有許多科學家在探求改曆的方法，1910年還在倫敦召開過“世界改曆會議”。至今所見改曆方案已達百多種，但仍未見一部公認最科學、最實用的新曆。改曆之所以如此困難，是因為日曆受著天象運行的嚴格約束。現在新測算出的回歸年的長度為36524219879平太陽日，雖然這小數點後的尾數已經難倒了眾多科學家，但也許又一個更容易推算、記憶，用上萬餘年也不會出現天象錯步的新曆方案正在悄然形成之中。
天文與曆法
直立的竿子與日曆
在乎地上垂直插好一根竿子，請你猜猜看它是用來做什麼的?當然，可以用它拴繩子曬衣服，也可以掛黑板寫通知。但是，我們卻有一個非常特別的用處，就是用它來測影子!
測影子是怎麼一回事，一說就明白。在我國大部分地區，每當晴天中午的時候，各種物體都有一個向正北投下的陰影。當然這對於竿子也不例外，它也有一條清晰的影子留在地麵上。如果這根竿子長年不動，你又經常在中午時候去看影子，那麼你一定會發現，竿影的長度一年四季總在變化：夏天很短；冬天很長。如果觀察得更仔細些，你還會發現，夏天總有一天竿影最短，而冬天總有一天竿影最長。這兩天，我們祖先早給它們起了一個名字，叫做“日至”。關於日至的記載在甲骨文中就已經有了。到了春秋時期，用這種測影方法決定“日至”已經很普遍了。那時的一本名叫《周禮》的古書中說：“以土圭之法，測土深，正日景，以求地中。日南，則景短多暑；日北，則景長多寒。”這裏所說的“土圭”，就是用玉刻成的一把尺子，把它放在地平麵上可以量出竿影的長短。這裏的“景”就是現在的“影”字。這段文字的大意是：用土圭來量測中午時的日影，可以定出大地的中心。暑天日影短而日在南，寒天日影長而日在北。這樣古時又把日至分為兩個：一個叫日南至或夏至；一個叫日北至或冬至。但是，夏至和冬至究竟發生在哪一天呢?另一本反映春秋時代的古書《周髀算經》上說得很明白：“周髀長八尺，夏至日晷一尺六寸，……冬至日晷丈三尺五寸。”這裏的“周髀”，就是前麵說的竿子或柱子；“晷”就是日影。這個柱子立在河南省登封縣境內，至今仍有它的遺跡。這段話的意思是說，立一個8尺長的竿子，如果有一天中午的竿影長1尺6寸，則這一天就是夏至；若影長是1丈3尺5寸，則這一天就是冬至。就是用了這個簡單而科學的方法，我們的祖先很早就知道了“年”的長度——從夏至到夏至或從冬至到冬至。
在記載我國上古時代曆史的《尚書》中有一句話：“期三百有六旬有六日，以閏月定四時成歲”。這說明在上古時一年的長度就定為366天了。後來到《周髀算經》時，又有了新的認識。書中一段記載說：“於是三百六十五日，南極影長，明日反短，以歲終日影反長，故知之，三百六十五者三，三百六十六日者一。故知一歲三百六十五日四分之一，歲終也。”這是說，用周髀測影法決定1年的長度，在連續4年的觀測中，有3年的年長為365天，而有1年的年長為366天。因此平均起來，年的長度為365又四分之一天。這個數字在曆法中有著極其重要的地位，我們在以後的介紹中要經常提到它。
“年”的概念的建立使人類在計時方麵躍進了決定性的一步，在“月”的基礎上又出現了更長的計時單位“年”。至此，製曆的基本要素——年、月、日——都已齊備，各種曆法也就是在這種條件下發展起來，日臻精密。
隨著時代的進步，原始的土圭被代之以更精美更科學的天文測量儀器——“圭表”。這種儀器由兩部分組成：一個垂直的銅柱或石柱，叫做“表”；另一個平放的銅尺或石尺，叫做“圭”。把圭尺置於南北方向上，圭尺南端裝上垂直的表，就可以用它借測影法定出一年四季和節氣的發生時刻。秦漢以來，我國曆代都製作過這種圭表。至今保存下來的尚有兩架：一架是明代正統二年(公元1437年)製造的，現存放在南京紫金山天文台；另一架是在江蘇出土的東漢時期的小銅圭表，表和圭以軸相連，用時把表豎起，不用時放平，全長隻有345厘米，攜帶很方便，是一件很珍貴的古代文物。
假想的天球
從現代天文學的角度來看，年、月、日的本質是什麼?對古人已觀測到的天象又如何解釋?
在晴朗的夜晚，當我們仰望那布滿星辰的夜空時，總會感到似乎有一個巨大的半球罩在我們的頭上。而當你較仔細地觀察星空的變化時，你會發現整個星空像繞著一根無形的軸在無聲地轉動著。長期的觀察和實踐使人們產生，一個概念，即以觀測者為球心，以非常長的半徑做個球，那麼觀測者所看到的星空變化等情況就都能得到較好的解釋。這個假想的球就叫做天球。恒星都固定在天球的球麵上，隨天球從東向西轉，這就說明了星辰的東升西落。但是也有的星看起來整夜都不轉動，如北極星，這是因為它正好位於天球的北極點上，天球的旋轉軸正好穿過它。這樣有了天球的概念，就方便多了。其實現在我們知道，這個假想的天球的轉動不過是地球自轉的反映罷了。地球每天繞著地軸由西向東轉動。相對來說，如果觀測者以為自己不動，那就必然看到地球周圍的星辰相反地由東向西轉動，因而也就產生了天球由東向西轉動的概念。根據這個道理，我們容易明白，天球的轉動軸實質上就是地球自轉軸的延伸，而天球的赤道也就是地球赤道麵和天球麵相交的一個大圓。
天球與真太陽日
現在，我們看看對於某個地點的觀測者天球周日旋轉的情況。把通過某地點的垂線向上下兩方無延長，它與天兩點。其中有一點叫做天頂點，另一點叫做天底點。把通過某個地點的地平麵無限延長，與天球相交成一個大圓，這個大圓就叫做真地平。通過的大圓又和真地平相交。這個大圓叫做天子午圈；這個點叫做南點，另一個點叫做北點。天赤道圈和真地平也交於兩點。一點叫做東點，另一點叫做西點。現在我們可以明白，如果點的觀測者認為自己不動，那就意味著天頂點，真地平和東、西、南、北四點都不動。這時，討論天球的旋轉，就意味著天球繞軸由東向西相對於這些不動點、圈做旋轉。假設有一個星正好位於天赤道上，那麼由於天球周日旋轉，它將在東點升出地麵，然後逐漸升高。當它通過天子午圈時高度最大，這在天文學上叫做上中天。上中天後，它逐漸西落，直到西點處沒人地麵。如果另一星不在赤道上，則它周日運動的路徑是小圓。雖然也是東升西落，但它的出升不在東點，而在另一點；降落也不在西點而在另一點。
和日曆有關的是太陽的周日運動。太陽上中天時就是正午。太陽連續兩次上中天的時間間隔，在天文學上叫做真太陽日，這就是我們通常說的一天。在我國古代，又把一天分成100刻，以便於更精確地計量時間。那時有一種測量真太陽時的儀器，叫做日晷，是用太陽影子的方位來決定時刻的。這種儀器現在在北京中國曆史博物館內還珍藏著一個。據初步考證，那是西漢初年的遺物，距今已經有20000多年了。