地球公转轨道是“椭圆”为什么是中国发现的呢?


蕐夓文朙中樞府 二七六二五零零年五月廿九
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發表時間:西曆2019-09-10

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为什么说中国历法里的“平气法”“定气法”才能发现地球公转轨道是椭圆的现象呢?
中国传统历法是阴阳历,兼顾月相变化和太阳周年视运动的周期。
主要分以下几点:朔望月、回归年、闰月、节气和正月的设置。规定朔日(月亮完全看不见那天,为什么?它和太阳几乎在同一方向)为每月的第一天。
圭表测影知时间方位
在中国古代农业生产及日常生活中,古人发明了圭表日晷两种测量工具。简单而言,圭表根据日影的长短来测定时节方位,而日晷则根据日影的位置来判定当时的时辰。
古代天文观测手段最早是使用“圭表测影法”,现在地面上垂直竖起一根很高的杆子,然后在沿南北方向水平放置另一根杆子,立着的叫做表(其实华表最早的用途就是这个)
圭表直立于平地上测日影的标杆和石柱,叫做正南正北方向平放的测定表影长度的刻板,叫做圭。当太阳照着表的时候,圭上出现了表的影子,根据影子的方向和长度,就能读出时间。
因而《周记》说:“以土圭之法,测土深,正日景,以求地中。”东晋郭璞《葬书》说:“土圭测其方位,玉尺度其遐迩。”《阴契阳符》说:“……而土圭有神器之称。”
据《国语·楚语》,撷项“命南正重司天以属神,命火正黎司地以属民。”重和黎是传说时代的天文官,南正,是指太阳到了南方中天,现在认为,南正即指冬至。
图 仪征铜圭表

地球公转轨道是“椭圆”为什么是中国发现的呢?

现存于南京博物馆的“仪征铜圭表”,是现今出土的最早的圭表,同期出土的还有滤器、铁杵等实用器材,专家认定为道教炼丹用具。这一件圭表尺寸较小,便于携带。《仪征汉墓出土铜圭表属于道家用器》一文指出此物为道人出门时判定四方、粗测四时节气的工具。
图 日晷示意图
地球公转轨道是“椭圆”为什么是中国发现的呢?
时辰是根据太阳的方位来确定的,以一天为例,太阳的方位可认为是绕着观测者绕了一圈,早在东,午在南,暮在西,子夜在北。而方向可以用地支来表示,例如子代表正北,午代表正南,经线延南北方向所以又叫子午线,午门是故宫的南门等等,太阳当时处在哪个方向就是哪个时辰。
所以,古代是以十二时辰配以十二地支来确定太阳方位的。
钱泳在《履园丛话·艺能·铜匠》中指出日晷在日常使用时可能会遇到的问题:“测十二时者,古来惟有漏壶,而后世又作日晷、月晷,日晷用于日中,月晷用于夜中,然是日有风雨,则不可用矣。”所以大部分时间,人们采用不受天气影响的刻漏计时。另外,还有一种由北魏道士李兰发明的秤漏,也是测时工具。
古代置闰规则
因为通过圭表测影法测得的太阳回归周期约365天,而月相的变化周期并不能与之形成简单的倍数关系,于是古人设置了闰月来调整。
1.由于汉以后的历法都是建寅,以寅月为正月,这样冬至所在月必定是十一月。
因而“冬至所在月必然是十一月”并不是什么规则,而是历法排定方法中,“冬至所在月为子月(汉代开始)”、“以寅月为正月”、“当两个冬至点之间(不包括两个冬至点)在月份,还有十二个整月时,要以第一个无中气月为闰月”而导致的自然出现的结果。
因为,“冬至”这个古代最容易观测的节气一定要在十一月,其实应该这么说,冬至一定在建子之月(子丑寅卯的子),为什么十一月是建子之月,实际上古人使用地支来表示方位,冬至时节北斗的斗柄在半夜时指向北方,也就是子的方向,也即斗建为子,这个月就是建子之月,由于正月选在了建寅之月,子月刚好排到十一月了。
2.一年二十四节气当中,从冬至开始每隔一个节气就被叫做中气,有中气的月按地支排一遍。
一般来说,朔望月的长度略短于两个中气相隔的时间,不是每个朔望月都可以有中气,那么总会有那么一些月份会没有中气,对于这些月份就规定为前一个月的闰月,如果相邻两个子月之间恰好间隔11个朔望月,则不管这些月中有没有中气都不置闰。
由于每个冬至都规定在十一月,所以月份的回归周期就可以很好地与太阳的回归周期稳定的联系起来。
为了弄清楚这些问题,我们先来简单介绍一下太阳回归年黄赤交角二分二至日是怎么回事。
太阳回归年、黄赤交角、二分二至日
如果以太阳直射点移动作为参照物,得到的公转周期称为回归年,时间为365日5小时48分46秒。
图 黄赤交角示意图
地球公转轨道是“椭圆”为什么是中国发现的呢?
由于地球公转的轨道面黄道平面和地球自转的轨道平面赤道平面并不重合,而是存在一个夹角,我们称为黄赤交角,目前黄赤交角的度数大约为23.5°。由于黄赤交角的存在,导致了太阳直射点的移动,也就是在一年时间太阳直射点在南北回归线之间来回一次,从而产生了二分二至日。
图 二分二至日示意图
地球公转轨道是“椭圆”为什么是中国发现的呢?
当太阳直射点从南半球向北半球移动,昼夜平分,就是春分日;当太阳直射点从北半球向南半球移动,昼夜平分,就是秋分日
当太阳直射点往北移动到达北回归线时,就是夏至日;当太阳直射点往南移动到达南回归线时,就是冬至日
由于太阳直射点的移动产生了地球昼夜长短变化、正午太阳高度变化、四季和五带的划分等一系列地理意义,这就是天文影响地理的表现,不知天文也就不知地理,所以,天文地理需要一起来学习!
平气、定气与天体运行轨道
中国历法中的“平气法”就是假定太阳在黄道上的运行是均匀的,也就是假定地球围绕太阳做匀速圆周运动。
古人假定太阳在天上的运动是均匀的,当然,这个假定不成立,地球的轨道是个离心率很小的椭圆,只能近似看成圆,在靠近近地点的时候地球的公转会加快一点,太阳在天空背景上一天会移动更大的距离。
理论上,将冬至前后长达几个月的影长数据都收集起来,它们的长度应该出现某个时间点对称,这个点就是冬至点(由于之前说的假定不成立,所以实际上是不对称的,需要很长时间才能发现)
虽然通常来说,这些影长并不能得到冬至点对称,但有个特殊情况下还是可以对称的,那就是假如太阳过冬至点的时候,恰好地球在近日点呢?
这两个时间越接近,那么影长就越对称,历史上还真有这么一阵,大约是南宋时期,这种误差就可以很小。
统天历,宋代庆元五年(公元1199年)施行的历法.由杨忠辅创制.此历不用上元积年的方法,以29.530594日为一月,365.2425日为一年,只比地球绕太阳一周实际的周期差26秒,和现行西历的一年长度完全一样,但比西方早采用了400多年。
《授时历》,为公元1281年(元至元十八年)实施的历法名,因元世祖忽必烈封赐而得名,原著及史书均称其为《授时历经》。其法也是以365.2425日为一岁,距近代观测值365.2422仅差25.92秒,精度与西历(指1582年《格里高利历》)相当,但比西方早采用了300多年。
《古今律历考》,邢云路对上自古四分历,下至授时历的历法作了全面的评述。邢云路还在兰州立六丈高表,进行了万历三十六年(1608年)冬至时刻的实测工作,进而算得回归年长度值为365.24219日的新值,与理论值之差仅约2秒,是为我国古代、亦为当时世界上的最佳值,这个精确值更高!
不过,不是每个冬至时刻,地球都在近日点附近,由于岁差的作用,每年太阳经过冬至点的时候,地球的位置会比前一年更向后移动一点点(“交点退行”),就是回归年周期不等于公转周期。关于岁差就不多说了,以后再说。
图 近日点和远日点示意图
地球公转轨道是“椭圆”为什么是中国发现的呢?
北齐张子信发现的“日行迟疾”现象,太阳的视运动是不均匀的,其表现为“日行在春分后则迟,秋分后则速”(《隋书·天文志》)这就是地球公转轨道是“椭圆”的证明!
图 近日点和远日点与公转轨道快慢的示意图
地球公转轨道是“椭圆”为什么是中国发现的呢?
据说,德国天文学家开普勒提出了行星公转运动的三大定律,第一定律是所有行星绕太阳运行的轨道都是“椭圆”,太阳位于其中一个焦点。第二定律是行星和太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等。第三定律所有行星绕太阳一周的时间的平方和其轨道长半轴的立方成比例。
根据开普勒第二定律,地球在近日点附近公转速度较快,而在远日点附近公转速度较慢。
但是据说西方此时是“地心说”,其理论表明行星轨道是“正圆”的,而不是“椭圆”的,那么为什么“开普勒”一开始就知道行星运行轨道都是“椭圆”的呢?!
这完全不符合常理啊!时间上,理论上,西方的“托勒密系统”“地心说”、“日心说”“开普勒三大定律”都产生了冲突和矛盾,完全不像是懂得天文应该犯的错误!
据说,亚里士多德等人提出的“地心学说”经过后来者的补充,发展为本轮、均轮和偏心圆宇宙体系,即:行星围绕地球做圆周运动的大圆圈为均轮,各行星沿一个小圆匀速运动的圆圈为本轮。
“托勒密体系”大致如下所述:一可颗行星附缀在一个称为本轮或滚圆的小圆上,此圆的中心在一个称为均轮的大圆上滚动。地球处在离圆心不远的位置(偏心圆,亚里士多德的是同心圆),但地球仍是宇宙的中心。本轮中心并非以匀速沿均轮的圆周滚动。据说,这系统为后人所发展,需要时,在滚圆之上又可以增加一滚圆,它的中心再绕滚圆寻旋转。还可以有第三个或更多的滚圆,而行星则常处于最后的一个滚圆上。如此层床叠屋的滚圆,使整个系统的圆数目达到一个巨大数字,使系统变得非常庞杂,计算非常繁复。
可以看出托勒密系统的思想和亚里士多德系统的思想实质上没有什么不同。托勒密的改革没有触动地心说和圆运动的本质。 
当然,西方的“托勒密系统”根本不及中国的天文历法体系,也不可能真的是西元2世纪,西方的宇宙观依然很幼稚,这个系统根本就不符合实际天体运动。
真实的天体运动是复杂的,才能发现日行迟疾、月行迟疾,五星运动不均匀性等天文现象,自然说明中国人早就通过长期天文观测知道了天体运行轨道是“椭圆”的了!
图 “日心说”、“地心说”动态图
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“托勒密系统”是“本轮-均轮”的几何系统中行星轨道是“圆形”的。哥白尼学说认为天体绕太阳运转的轨道也是“圆形”的,且是匀速运动的。“日心说”行星轨道同样是“圆形”的。
关键是三者的学说都认为行星轨道是“圆形”的,当然这些都是从纸上瞎想出来的错误体系,而不可能是真实天文观测得到的天文体系!
那么,“开普勒”又是从何处获得的所有行星轨道都是“椭圆”的这一概念的,因为根据西方出现的“托勒密系统”“地心说”“日心说”等天文学说,都是认为行星运行轨道是“圆形”的。
也就是说,西方并没有产生行星轨道是“椭圆”土壤,并不使用二十四节气来制定历法,又拿什么天文观测仪器来发现“日行迟疾”现象呢?
所以,“开普勒”是从哪里一开始就得知“地球公转轨道是椭圆的”的呢
这显然不能够得出“开普勒三大定律”“开普勒”发现总结的结论!
既然连称之为比中国“先进的日心说”都认为行星轨道是“圆形”的,又何来比中国“先进”的西方天文历法知识呢?!
事实证明,明代的中国天文历法并不落后,“地球公转轨道是椭圆的”,或者说“行星运行轨道是椭圆的”的这一思想只能产生自中国,不可能从“行星运行轨道是圆形的”西方来传入“椭圆的”这一概念。
因为中国“正确”的天文知识不可能来自于西方“错误”天文认知,现在常说由传教士利玛窦“带给”中国先进的历法计算知识的说法显然是错误的了。
这些错误的理解认识,自然是来中国学习的西方传教士的误解啦!真实的情况,只能是由中国传给西方先进的天文历法知识!


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