葉飛
你聽說過“日影一寸,地差千里”嗎?這是我國古代天文學(xué)中一個重要的觀點(diǎn),意思是說,同一經(jīng)線上的南北兩個地方,在夏至這一天的中午,測得的日影長度相差一寸,那么就說明兩地相距一千里。這個曾被很多古代天文學(xué)家視為權(quán)威的觀點(diǎn),實(shí)際上并沒有經(jīng)過確切的測量。在隋朝時(shí)期,編寫《皇極歷》的天文學(xué)家劉焯曾經(jīng)向當(dāng)時(shí)的皇帝隋煬帝提出進(jìn)行一次全國范圍的天文測量,但是這個建議并沒有被隋煬帝采納。到了唐朝,一位叫作僧一行的人通過測量證明了“日影一寸,地差千里”這個觀點(diǎn)并不準(zhǔn)確。
僧一行是何許人也?僧是指他后來出家為僧,一行則是法號。僧一行出家前的俗名為張遂,又名敬賢。和眾多優(yōu)秀的學(xué)者一樣,張遂從小就十分聰穎,博覽群書。青年時(shí)期,他前往長安拜師求學(xué),潛心研究天文學(xué)和數(shù)學(xué),并在這兩個方面小有成就。說到這里你也許會好奇,既然這樣,為什么他后來還要出家呢?其中原委且聽我慢慢道來!
張遂年輕時(shí)以學(xué)識淵博聞名長安,他一心向?qū)W,但卻不料難逃世事煩擾。當(dāng)時(shí)的皇帝武則天將很多朝廷要職交給了武家人,其中武則天的侄子武三思就身居顯位。武三思為了提高自身的威望和權(quán)力,到處拉攏文人名士,其中就包括張遂。張遂不屑與這樣的王公貴族為伍,便一直聲稱有恙在身,閉門不見??晌淙疾涣T休,屢次派人上門游說。不堪其擾的張遂憤然離開長安,去往河南嵩山出家當(dāng)了和尚。
出家后的一行并未放棄學(xué)習(xí),他一邊潛心修佛,一邊堅(jiān)持研究天文和數(shù)學(xué)。很快,一行成了全國有名的天文學(xué)家。
公元712年,唐玄宗即位。當(dāng)時(shí)唐朝所用的歷法是由李淳風(fēng)編制的《麟德歷》,已經(jīng)多次出現(xiàn)預(yù)報(bào)日食不準(zhǔn)確的情況,因此唐玄宗想重新編寫一部歷法。于是,他把一行召回長安,讓其主持修編新歷法。
就這樣,公元724-725年,一行為了修編新歷法而組織了一次大規(guī)模的天文實(shí)測。他從全國選了13個測量點(diǎn),這些地方最南到達(dá)今天的越南中部地區(qū),最北至今天的內(nèi)蒙古自治區(qū)以北。測量的內(nèi)容包括四個時(shí)間點(diǎn)正午日影的長度,這四個時(shí)間點(diǎn)分別是春分、秋分、夏至、冬至。他還通過測量每個點(diǎn)的北極星高度,來確定南北各地晝夜的長短,以及各地日食的食分(太陽被月亮擋住的百分比)。
在這次測量中,最令人矚目的是由一行領(lǐng)導(dǎo),由太史監(jiān)南宮說等人主持的河南段的測量。他們在河南的白馬(今滑縣東10千米)、浚儀(今開封市)、扶溝(今扶溝縣)、上蔡(今上蔡縣)四地測量了夏至正午的日影長度、北極星的高度以及四個觀測點(diǎn)之間的距離。經(jīng)測量,從白馬到上蔡有526.9里,日影長度相差2.1寸。一行通過與其他地方的測量結(jié)果進(jìn)行比較,得出一個結(jié)論:北極星高度相差1度,南北距離就相差351.27里,這就是子午線1度的長度,折合為現(xiàn)今的度量單位大約就是129.22千米。(在古代度量中,1里是300步,而1步是5唐尺,1唐尺約等于24.525厘米)。對比現(xiàn)代科技計(jì)算出的子午線1度為111.2千米,雖然有近20千米的誤差,但作為世界上首個子午線測量記錄,已是十分不易且具有寶貴的科研價(jià)值。此外,這次測量也證明了“日影一寸,地差千里”的說法是不正確的。
我們之前說了這次測量最終的目的是修編新歷法。從公元725年開始,一行開始編歷,他以劉焯的《皇極歷》為基礎(chǔ),加上他們自己從全國觀測來的數(shù)據(jù),糾正了《皇極歷》中出現(xiàn)的錯誤。在修編歷法的兩年中,一行仍然堅(jiān)持觀測,他發(fā)現(xiàn)了太陽運(yùn)動速度的變化,即太陽在冬至?xí)r運(yùn)行速度最快,之后逐漸變慢,太陽到了夏至?xí)r就達(dá)到最慢速度,夏至后又逐漸變快(在僧一行的時(shí)代,他們認(rèn)為太陽繞地球旋轉(zhuǎn))。根據(jù)這一觀測,一行得出了一個計(jì)算太陽不均勻運(yùn)動的方法,即不等間距的二次差內(nèi)插法。這個計(jì)算方法的出現(xiàn),在天文學(xué)和數(shù)學(xué)史上都具有非凡的意義。
兩年后,一行終于完成了新歷法的草稿,這一部新的歷法被命名為《大衍歷》?!洞笱軞v》經(jīng)張說和陳玄景等人的整理和編冊,于公元729年正式在全國頒行。經(jīng)過檢驗(yàn),《大衍歷》比之前任何一部歷法都要精確,它的內(nèi)容包括:推算太陽的視運(yùn)動和太陽在天空中的位置、日月食出現(xiàn)的時(shí)間、五大行星的視運(yùn)動和位置以及每天見到的星象和晝夜時(shí)刻等。公元733年,《大衍歷》傳入日本,并被沿用近百年。
一行在天文學(xué)上的貢獻(xiàn)不僅于此,除了天文觀測和編寫歷法,他還制造了一些天文儀器。比如,一行堅(jiān)持要在實(shí)際觀測的基礎(chǔ)上編寫歷法,為了準(zhǔn)確測量天體位置,就和梁令瓚一起設(shè)計(jì)發(fā)明了黃道游儀。在黃道游儀中,黃道并不是固定的,可以在赤道上移動,這是為了符合當(dāng)時(shí)的歲差。一行還與梁令瓚以漢代張衡的“渾天儀”為基礎(chǔ),制造了“渾天銅儀”。渾天銅儀上面繪滿了星宿,儀器依靠水力來運(yùn)轉(zhuǎn),能模仿天體的運(yùn)行,還可以用來測定時(shí)間,又名“水運(yùn)渾天儀”。這個儀器每晝夜運(yùn)轉(zhuǎn)一周,能表現(xiàn)出各星宿的運(yùn)動,還能表現(xiàn)日升月落等現(xiàn)象。儀器上還安裝了兩個木頭小人兒,用來計(jì)時(shí),一個小人兒每刻(古人的一晝夜是一百刻)過后自動擊鼓,另一個小人兒每辰(一時(shí)辰是現(xiàn)在的兩個小時(shí))過后自動撞鐘,這可以說是早期的“機(jī)器人”啦!它也是世界上最早的機(jī)械時(shí)鐘裝置,可謂是現(xiàn)代機(jī)械類鐘表的鼻祖,西方直到公元1370年才出現(xiàn)威克鐘,比一行的“水運(yùn)渾天儀”晚了六個世紀(jì)。
傳說一行在編《大衍歷》時(shí),為解疑難,特去國清寺拜師求教。未到之時(shí),寺中禪師就預(yù)言道:“門前溪水西流,弟子當(dāng)至”。弟子們聽后不敢相信,但當(dāng)一行到此時(shí),他們發(fā)現(xiàn)溪水真的向西流去。雖然,今天看來,這個故事很有可能是人們杜撰的,但為了紀(jì)念僧一行虛心好學(xué)的精神,后人在浙江省國清寺外,豎下了一塊刻有“一行到此水西流”的石碑。