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引子
天文学是古代中国最主要的自然科学之一，也是最古老的科学之一。
天文学的古老，古老得人们已经说不清楚它究竟是从什么时候萌始的。现代的人们只知道在距今七八千年的裴李岗文化遗址中，已经显示出了明确的方向辨识能力，房屋与墓葬都有固定的朝向。在六七千年前的河南郑州大河村出土的陶器上，画有不少太阳、月亮、日晕、星辰等纹饰。在年代相近的江苏连云港将军崖原始岩画中，也有日、月、星辰、云彩与一条长达6.25米很像是银河星云带的图形，是少见的天文图画精品。这些现象是否向我们说明，我们的原始先民们已经具有某些天文知识和思想的萌芽呢？
在距今6000多年的河南濮阳西水坡仰韶文化遗址45号墓中，墓穴南部呈圆形，北部呈方形。有学者认为，这墓穴形状极有可能是一个十分完整的宇宙图形，它向人们说明天圆地方的宇宙模式。墓主骨架方向为头南足北，在骨架的左右两侧排列着由蚌壳组成的龙虎图案，尸骨两边有蚌壳堆塑的龙虎图形，脚后（北面）是三角形蚌塑。学者们对此的初步推测，让人震惊不已：这是二十八宿四象图中的青龙、白虎与北斗星。如果这个说法成立的话，那么就意味着二十八宿的恒星体系早在6000年前就已经诞生，这是一个惊人的发现。
早期人类是如何探索天文知识的，具体情况现在已无从考证。但是，天文现象对于远古人类来说，是一种既平凡而又奇异的自然现象。古人早就熟悉昼夜交替、寒来暑往的自然节律；早就熟悉太阳、月亮和布满天空的星辰，可能还以某种好奇的心情加以关注，只是还没有形成有目的的观察。所有这些，固然还算不上什么天文学，然而这些与人类生活有密切联系的天文现象，迟早会被人们加以深入的探究。
根据传世文献的记载，在黄帝时代（距今约5000年）天文学进入了一个新的时期。这个时期出现了许多专职的天文官员，如有羲负责占卜太阳的运行，有常负责占卜月亮的运行，有益负责占卜岁星的运行，有臾负责占卜各种星气星象，又有史官大挠作“甲子”（编记时日），又有容成作历法。当然，这些还只是传说，但对我们了解上古的天文学还是有参考价值的。
到了尧的时代，《尚书·尧典》记载，尧命羲仲、羲叔、和仲、和叔四人分住东西南北四方，长期观察自然现象的变化，于是发现可以以星象来确定四季的划分。当时已经能够用“四仲中星”来定二分二至，已经有了一年为366日而且能置闰月的历法。在距今4000多年前，开始设立“火正”之职，也就是历官，之所以叫“火正”，是因其就为了专门观测大火星。“火正”之职的设立，是天文观测专门化的标志。当时人们发现当太阳西下天色开始昏暗，大火星正好从东方地平线上升起之时，正值春暖花开的季节。自此暑往寒来，当大火星又一次升起于东方地平之时，又值春暖花开。如此往复，有很强的周期性，便以大火星升起之日作为一个时间单位之始，也就是一年之始。这是中国早期观象授时的方法。
夏代，观象授时开始向初始历法过渡，从而出现了自古以来一直受到赞美的“夏时”。夏代的历法究竟如何，今天已不可知。现在流传下来的《夏小正》，是一部谈论农时的书，有人认为《夏小正》就是一种初始历法。它分一年为10个月，每月36日，另有5至6日为过年日。这真是一种天才的设计。《夏小正》能够流传下来，应归功于孔子，它是孔子周游列国时在杞国所得。也正因为如此，后人就怀疑它成书的时间是春秋时期而不是夏代。现代人大多认为，不管它成书的年代是早是晚，其中的材料反映的时代确是很早的。不管《夏小正》是否是夏代的历书，而夏代有历书是确凿无疑的，许多书上都记载过，连孔子也说过要将“行夏之时”（推行夏代的历法）作为他的治国方略之一。今天，在民间仍称农历为“夏历”，显然是有这方面原因的。还有一点是可以肯定的，夏代已有天干纪日法，即用十个天干周而复始的循环来纪日，这种十进位纪日的方法形成了“旬”的概念，一直沿用到今天。
商代在夏代天干纪日的基础上进一步发展出干支纪日法，即把天干和地支相配合，组成干支，用它来纪日，这种纪日法自此再没有中断，直到今天。可惜的是，殷商时代的现成历法没有传下来，人们只能在那成千上万的甲骨文中去寻找有关天文学的片纸只字。经过寻觅与研究，人们知道那时以太阳出没为标志，将一天分为白昼与黑夜两部分。其中又将白昼分成若干时段，每一时段均给出专名。设大月为30天，小月为29天，每逢闰年加一个月。最初的闰月是放在岁末的，是为年终置闰法，在武丁卦辞中就有“十三月”的名称，殷商后期已经能够从年终置闰尝试向年中置闰。这说明此时先民们已经懂得用大小月和连大月来调整朔望，并用置闰来调整朔望月和回归年的长度，这正是阴阳合历的最大特点。这种阴阳合历在我国一直沿用了几千年，形成具有中国特色的历法体系。在甲骨文中，还有“日至”及日食、月食与火、乌、尾、毕、岁、斗、彗星等天象记载，我国古代重视天象的观测与记录的传统，在此时就已形成，这对后世产生了巨大的影响。
西周时期，天文工作已有了详细的分工。史载保章氏着重观测恒、流、彗、孛的出没，冯相氏专门测候日、月、五星的行度。那时还有一项重要的发明——圭表，开始使用工具来探索自然是天文史上的一大进步。人们开始应用圭表观测午中日影的长度变化以确定冬至（午中日影最长的时日）和夏至（午中日影最短的时日），由此可以测回归年长度。圭表的发明表明古代时期的天文学将进入一个新的更科学的时期。周代历法也有很大的进步，已能定出朔日，并第一次明确记载了周幽王六年，即公元前776年发生的一次日食（也有人认为发生在周平王三十六年，即公元前735年）。这表明当时历法已达到相当高的水平。另外，人们还在《诗经》等文献中发现，这时的天文学知识相当普及，许多的平民百姓、妇孺老幼都有一些识别星星的本领。明末顾炎武在《日知录》中有“三代以上，人人皆知天文”一说，可以为佐证。
到了西周末期，中国天文学已经初具规模了。
到了春秋战国时期，各家学术一派繁荣，出现了百家争鸣的局面。就天文学而言，这时期的天文学家兼占星家们，大行其道，对前人的经验进行了较系统的整理总结，从而奠定了古代天文学的基础。这时期较为突出的成就明晰可见：一是天文观测成就卓著，一大批天文著作问世，如石申的《天文》八卷、甘德的《天文星占》八卷、托名巫咸的《星经》等等，不仅建立起了二十八宿的恒星体系，并为后来建立三垣二十八宿的恒星体系打下了扎实的基础。同时，对五大行星的观测也成果显著，较为精确的行星周期值不断刷新。星象观测的这些成就，使人们相信这时期应该有了初期的观测仪器，虽然我们说不清这些仪器是什么，但它们应是后世天文仪器的直接先祖，则是无疑的。二是这时期涌现出一大批历法，其中以黄帝历、颛顼历、夏历、殷历、周历、鲁历最为著名，被称为“古六历”。这些历法还有一个共同的特点，即一年的长度都采用365.25日这样一个值，余数都是1/4，所以都属于“四分历”，又为了有别于东汉时期的四分历，故通称“古四分历”。这个回归年长度值，与现代理论值只有11分14秒的误差，而欧洲使用这个值比我们要晚一二百年。这时期的人们还找到了19年置设7个闰月的周期，古人称之为“闰周”。古希腊人使用这个闰周是在公元前432年，也比我国晚一百多年。三是对宇宙起源、宇宙结构、宇宙本质的探讨开始并展示出蓬勃的状态。人们所熟悉的屈原《天问》，就是久负盛名的探索诗篇。宇宙本原是“水”？是“气”？各方争论不休。尸佼所谓“四方上下曰宇，古往今来曰宙”，今天看来，仍是无比精辟。四是创立了岁星纪年法。岁星纪年法后来不断演变，到汉代以后就发展成为干支纪年法。
有了这样的基础，从汉代起古代中国的天文学就进入了更快的发展阶段。传统的盖天说、浑天说、宣夜说三大宇宙理论得到了较为系统的总结和明确的表述，《周髀算经》用数学方法构建了盖天宇宙模型，是我国最早的数理化的宇宙理论著作。而张衡的《灵宪》和《浑天仪图注》则以浑天说为基础，系统论述了关于宇宙生成和演化的思想，为浑天说在古代天文学中的统治地位打下了基础。这时的历法已基本成熟，具备了后世历法的主要内容。从《太初历》到《乾象历》，建立了一套比较科学的推算五星运动和日月运动及交食周期的方法，历法中提出的以没有中气（雨水、春分、谷雨等十二节气）的月份为闰月的原则，至今仍在使用。更为重要的是，自秦汉以后，在全国行使统一历法这一传统开始确立，并突出了天文学在正史中的特殊地位，成为历代官修正史的固定组成部分。
至此，中国古代天文学的各项内容大体均已完备，一个富有特色的体系已经建立起来。
魏晋南北朝时期，我国长期处于南北对峙、政权分立的状态。政权的更迭，削弱了文化专制，因而各种思想活跃；空前的民族大融合及南方和边远地区的开发，促进了生产技术和科学知识的交流。所以，在这一时期，中国古代科学技术体系得到了进一步的充实和提高，并在一些方面有重大突破。就天文学而言，同样成就卓著，而且在各方面都有长足的进展。
这时期的仪器制造很是兴盛。因为政治上的分裂割据，反而促进各国都要建立自己的天文机构，于是仪器制造就成了必不可缺的第一件事。在那时造的仪器中，北魏永兴四年（412年）所造的铁浑仪就很有特色，它是我国古代唯一一台铁制浑仪，虽是铁制的，却一直使用到了唐代。在它底座上开有“十”字沟槽，从而灌上水就可水平校正铁浑仪。一个极简单的创意就赋予了它不简单的历史价值。
与浑仪相比，这时期的浑象制作更具特色。如三国时吴国的葛衡第一个做出了人可以进入浑象球体内的“假天仪”，球体上按星辰的位置打孔，人在球内向外看，那透亮的小孔就如同真的星星在闪烁，完全就是现代天象仪的鼻祖。吴国还有一位陆绩，他按照浑天说关于宇宙的形状是“状如鸟卵”的说法，真的把浑象球体做成了椭圆形，结果却是吃力不讨好，受到了当时许多人的反对与批评，以后再没有人尝试过，真正空前绝后。其实，陆绩的这个做法是很有新意的，如果他真的把大地也做成椭圆形，岂不是又一个大突破？科学研究中的任何尝试，都不要轻易地妄下结论，因为究竟如何，短时间里是很难绝对断定的。
观测仪器的日渐改善，促进了恒星位置观测工作的开展，厘定一个相对完整的全天星官（官大致相当于今天的星座）系统，绘制比较完善的星表和星图，就成为一种必然。三国时期吴国太史令陈卓出色地完成了这项任务。在春秋战国二十八宿的基础上，陈卓又总汇了前人观测的成果，最后融汇成一幅全天恒星图。这幅图中，将全天的恒星分为三垣二十八宿，共收283官，1464颗星。这个恒星图，奠定了整个中国古代星官体系的传统模式。
观测的进步，还体现在一系列天文现象的发现上。东晋的姜岌发现了大气消光现象。北朝的民间天文学家张子信在躲避战乱期间，在海岛上30年持续不断观测，第一个提出了太阳与五星视运动的不均匀性，在天文学上具有极大的价值。南朝的祖冲之发现了交点月现象，并计算出了相当精确的周期值，与现代测定值相比的误差率不到二百七十万分之一，堪称精确。这个时期最著名的天文发现是岁差现象，是由东晋的天文学家虞喜发现的。岁差现象的发现，使人们认识到当时用节气点测定而得的一年长度值与太阳视运动的一周长度值是不一样的（现代天文学称为回归年与恒星年的区别），即所谓“岁自为岁”、“天自为天”。在岁差的发现上，西方终于走在了中国的前面，希腊天文学家发现岁差大约比中国早460年，但在精度方面中国却占有上风。这就为历法精度的进一步提高准备了条件。
其后，祖冲之正式首次将岁差引进到历法编制中，成就了一代名历——《大明历》。古代中国有许多的历法，从头到尾有一百多部，能称得上名历的却并不多，而《大明历》就是这样一部极出色的名历。如果综合起来考察，它很可能仅次于后来元代郭守敬所编制的《授时历》，在历法史上具有极高的价值。
到了隋唐五代，中国封建社会开始进入鼎盛时期，中国天文学的发展也达到了一个新的高峰。
盛唐初年，有李淳风造浑仪，制历法。到玄宗时，又有传奇人物一行大师制浑仪、浑象，编《大衍历》。一行领导制作的浑仪，几乎达到了古代浑仪复杂的顶点。一行领导制作的浑象，也是以水运推动，与张衡所制的一样。一行领导编制的《大衍历》，也是古代历法中的精品与名历。在编制历法之前，一行还主持进行了人类历史上第一次“四海测验”，实际上也就是第一次子午线长度的测定，误差虽然大一些，但意义非同寻常。
盛唐又是中外交流的盛世，大量的国外人士进入到中国来经商并进行文化交流，有的还进入到国家机构中担任一定的职务。在天文学界，就有一个很有盛名的瞿昙家族，来自印度，祖孙几代均担任唐朝的天文官员。开元年间，由这个家族中的瞿昙悉达所作的《开元占经》，是一部星占天文著作，其中所收资料绝大多数不见于他书，价值极高。唐代的历法也传入了朝鲜和日本，对朝鲜和日本两国天文历法的工作有着重要的影响。
到隋唐时期，我国古代天文学体系已经具备了完善的形态，无论从形式和内容上看都是如此。
唐末的藩镇割据和五代十国的混乱局面，以宋的统一而告结束。中国的封建经济在宋代得到进一步的发展。生产的发展又大大地推动了科学的前进，被马克思誉为“最伟大的发明”的火药、印刷术和指南针，就是中国人在宋代完成的。元代疆域空前，科技人才荟萃，在这个科技发展的高潮中，作为自然科学之一的天文学发展到了它的巅峰阶段。
宋元时期天文学的发展，主要体现在天文观测仪器、观测方法、观测成果在精度上的提高，在规模上的扩展，以及若干计算方法的进一步改良，某些宇宙理论的深化等方面。
宋元时期对天文仪器的改革是全方位的。从原本最简单的圭表起，几乎所有的仪器都得到了更新换代，有的甚至是脱胎换骨。圭表的高度不断增长，而且在顶端开有圆孔，使所成的影像端点更清晰，这样测得的数值也更精确。对计时用的漏壶，这时期采用增加壶的数量、最下层用复层结构、尝试用沙代水等方法来提高计时的精度，也确实收到了相当好的效果。据说元代大科学家郭守敬还制造过灯漏，可惜后人谁也没见过，也不知它是什么样子。这时期又是浑仪制造的高峰期，仅北宋至道元年（995年）至元祐七年（1092年）不足百年的时间里，就造了5架巨型浑仪，每架用铜均在20000斤左右，这在前代绝不多见。其中，以苏颂主持制造的水运仪象台最负盛名。
仪器制造的热潮也必然带来观测的高潮。如与上述北宋的浑仪制造高潮相伴，在大中祥符三年（1010年）至崇宁五年（1106年）的近百年中，大规模的恒星观测就有5次之多，平均不到20年就进行一次，观测的精度也更有提高，这些成果大多编成了新的星图。元代郭守敬主持的观测，数量上超过了前代1000多项，总数达到2500颗左右，这实际上已经是近于人类能用肉眼所见到的星辰极限值了。更重要的是，他所测得的星辰位置的精确度也提高了近一倍。元代另一位天文学家赵友钦还创造了测定恒星赤经差与去极度的新方法，这个方法的原理与子午观测一致，这在古代是一个极了不起的创造。在这时期的观测中，新星与超新星的发现意义尤为重大，如北宋至和元年（1054年）观测到的天关客星，实际上就是著名的蟹状星云爆发，这是人类最早的记录。
这时期又是改历最频繁的时期。北宋颁行的有9部，南宋颁行的有10部，平均20年就修改一次。改历如此频繁，也从一个侧面反映了天文学本身的进步还是不够的。这时的各次改历大都是数据的变更和经验公式的改善，几乎没有基本理论上的改进。这样的改历多数只是摸索。当然，摸索是科学发展的一个必不可少的过程。正因为有这些摸索试探的积累，才能有其后元代《授时历》的这一质的飞跃的出现。《授时历》被学术界公认为古代中国成就最高的历法，是第一名历。在这时的历法中，还有一部未能最终成形，当然也未曾实际采用的历法，特别值得关注，这就是著名的科学家沈括提出的“十二气历”。“十二气历”最大的特点是变我国传统的阴历台历为纯粹的阳历。但是，阴阳历在千百年来已成为封建国家政治生活中不可缺少的一个部分。沈括企图彻底打破它，却只有受到封建保守势力的怪怒攻骂，而根本不可能实现。
宋元的天文成就虽然很大，但是这种发展的势头却不能持久。到达顶峰后的中国古代天文学，此后开始走上了下坡路。明代以后，封建制度日趋没落，特别是像禁止民间习学历法那样的统治政策，直接限制了天文学的发展。从明初以后到万历年间的约200年中，天文学的发展几乎陷于停顿。除了对异常天象的观测仍在继续以外，其他却少有进展。相形之下，此时西方却因为资产阶级革命的实现而使科学走上了近现代化的道路，发展飞速。两者相比，中国的天文学逐渐落后了。
明清之际，天文学虽说总体上停滞不前，但局部还是有所发展。明末邢云路在兰州测得当时世界上最精确的回归年长度值，1572年与1604年两次记录下超新星爆发等，就可算是当时所取得的极少数成就的代表，其他就乏善可陈了。还有值得一提的清朝康熙年间，从1708年至1717年，进行了全国性的天文大地测量工作，测量了641个测点（未计西藏地区的测点）的经纬度。这些测量成果为全国性的地图测绘工作奠定了科学基础。在东北地区的测点发现，在北纬41°至47°间，每度经线长度随纬度增高而加长。这是地球为两极扁平的椭球体说提供的最早证据。
这时期最大的变化，是西方的天文学逐渐地传入，逐渐地取代古代中国传统的天文学。面对来势汹汹的西学东渐，像梅文鼎、王锡阐等学者还竭力进行着抗衡。他们以出色的个人才能在短时间里勉强支撑了一阵，但大势却不是他们所能改变的。实际上，清代初年起采用传教士汤若望主持编制的《时宪历》（后来在乾隆七年（1742年）起又采用另一位传教士戴进贤所编的《癸卯元历》），就标志着传统天文学转为西方天文学的这个趋势是不可更改的了。这个转变可能是痛苦的、艰难的，但融入世界大潮的前途更是光明的、远大的。中国古代天文学的发展犹如一条河流，从发源到汇入世界科学大海，一直连绵不断，其继承和发展的脉络清晰可见。回顾历史，我们知道中国古代的天文学，历来就是处于世界的前列，有过辉煌的成就，只是在近两三百年中，才开始落后于西方。在经过了数百年后，中国的天文科学正又重新崛起，而且一定要重归世界天文强国的行列，这是历史赋予中华民族的重任，更是自古以来中华民族的志气与宏愿。
