虞喜發現歲差與製訂曆法
歲差,在天文學中是指一個天體的自轉軸指向因為重力作用導致在空間中緩慢而且連續的變化。晉代天文學家虞喜發現了歲差,並推算出冬至點每50年後退一度,在當時世界上處於領先地位。
歲差的發現並推算出精確數值,對我國曆法的製訂具有重要意義。後世曆法都引進這一成果,使我國曆法中的歲差值日趨精確。
在西晉時期的某一個夜晚,會稽郡的天空星光璀璨,一顆顆明亮的星星遠在天邊,又仿佛近在咫尺。在會稽郡餘姚縣的一座觀星樓上,站著一名寬袍大袖、身形瀟灑的男子,神情卻是莊嚴肅穆,正抬頭專注地觀察著星空。
這個姿勢好似亙古不變,眼神裏有一種癡迷與執著。日複一日,年複一年,他就這樣觀察著星空,又不斷地在星圖上畫下新的記號。
他就是東晉天文學家虞喜,我國最早發現歲差的人。虞喜博學好古,一生以做學問為最大樂趣。他治學敢於突破樊籬,不受前人觀點束縛,以打破常規的方式發現了歲差,並求出了比較精確的歲差值。
歲差是地軸運動引起春分點向西緩慢運行而使回歸年比恒星年短的現象。
歲差分日月歲差和行星歲差兩種:前者由月球和太陽的引力產生的地軸運動引起;後者由行星引力產生的黃道麵變動引起。
早在公元前2世紀,古希臘天文學家喜帕恰斯通過比較恒星古今位置的差異,發現了春分點每100年西移一度的歲差現象。
隨著天文學的逐漸發展,我國古代科學家們也漸漸發現了歲差的現象。
西漢時期的官員鄧平,東漢時期的大儒劉歆、天文學家賈逵等人,都曾觀測出冬至點後移的現象,不過他們都還沒有明確地指出歲差的存在。至東晉初期,天文學家虞喜才開始肯定歲差現象的存在,並且首先主張在曆法中引入歲差。
虞喜通過與喜帕恰斯不同的途徑獨立發現了歲差現象。虞喜把古今對冬至中天星宿的觀察記錄做了對比,發現唐堯時期冬至黃昏中天星宿為昴宿,而2700年之後的西晉時期,冬至黃昏中天星宿卻在東璧。
對於這種變遷的原因,虞喜明確地把它歸結為冬至點連續不斷地西移,也就是冬至太陽所在的位置逐漸偏西造成的。
從冬至點不斷地西移,虞喜進而悟到,今年冬至太陽在某宿度,可是到了明年太陽並沒有回歸到原來的宿度,這樣每隔一年,稍微有差。因此,虞喜把一回歸年太陽走過的路程小於一周天的現象稱為“歲差”。
天體的引力導致地球潮汐,潮汐導致地球差異旋轉,地球差異旋轉導致歲差。虞喜當時雖然不知道也不可能了解這些道理,但是他從古代冬至點位置實測數據發生西退現象的分析中,得出了太陽一周天並非冬至一周年結論。這就發現了回歸年同恒星年的區別所在。
虞喜不光是我國第一個發現歲差的人,他還經過無數次計算,推算出歲差的具體數值。
虞喜根據《堯典》記載的唐堯時期到他所處的晉代,相隔2700餘年,冬至黃昏中星經曆了昴、胃、婁、奎4個宿共53度,由此求得歲差值為約50年退一度。
由於虞喜所用的古代觀察值取自傳說時代,時間區也未必與冬至昴宿中天的時代相合,所以得出的結果與歐洲人沿用1000多年的每100年差一度的數值相比,已經精確了很多。
虞喜發現歲差後,立即得到南朝時期的兩位天文學家何承天和祖衝之的承認和應用。祖衝之把歲差應用到《大明曆》中,在天文曆法史上是一個創舉,為我國曆法的改進揭開了新的一頁。
“歲差”是天文學中比較深一層次的內容,因為這種體現在複雜的地球運動中的現象,以常人不易察覺的方式在表現著,往往一代人甚至幾代人都沒有感覺到。但對於研究曆史進程的人來說,則是必須考慮的問題
虞喜用的是最原始的肉眼觀察法,通過非常仔細的觀察、記錄和對比,再根據曆史記錄,將不同年份同一日期中的星空天體位置做比較,發現微小的誤差而去做深入的分析,最後得出來更接近於實際的結論。
自從虞喜發現歲差後,遇到了兩次大討論:一次是在南代劉宋大明年間;一次是在唐代初年。這兩場關於歲差的辯論,實際上反映了當時科學和反科學、進步和保守兩種勢力的尖銳鬥爭。經過兩次辯論,使得歲差之說深入人心,為我國古代天文學家公認。
事實上,地球繞日運行時間並非一個穩定的常數,歲差即非常數的偏差。虞喜發現並推算出歲差具體數值後,因為種種原因,以至於以後各朝代所發布資料不一,有認為每45年差一度,也有認為50年差一度,也有認為67年、82年。而在這個過程中,就有關於歲差的學術辯論成分。