大家对于古代天文历法可能还是有点生疏，我在这里趁机给大家科普一下古代的天文学。最近科幻片《流浪地球》很流行。大家从中了解的天文学可能很神秘、很高端。其实，天文学离我们很近，是我们人类生活必不可少的部分，我们时时刻刻都在用着天文，只是我们不在意而已。

汉朝时期晷仪（日晷）（图片来自网络）

古代天文学做些什么测量？《汉书律历志》说，为了改历，“乃定东西，立晷仪，下漏刻，以追二十八宿相距于四方，举终以定朔晦分至，躔离弦望。”“定东西，立晷仪”，说白了就是立竿测影的方法。立一竿子，在地面上以竿子画一圆。先看上午竿端的影子落在圆圈上的哪一点，再看下午影子落在圆圈上的哪一点。两点连线就是东西向，中点与圆心的边线就是南北向。天文测量首先要做的事情就是把南北方位定下来。这就是“定东西，立晷仪”。为什么要用漏刻呢？这有关时间。做天文测量的时候，没有时间，就没法进行。现代天文学测量要有天文钟，古代就用漏刻。比如测量恒星的位置，可以用中星观测的方法，就是在南北向立一个圈，叫“子午圈”。先看A星过子午圈，再看等多少时间B星过子午圈，这样A、B两星的赤经差就测出来了。

　　这里要特别讲讲中国古代的星空。天上有那么多星星，看起来乱七八糟，怎么分辨？大家更多知道的是西方的星座，狮子座，猎户座，年轻人谈恋爱都非常关注对方是哪个星座，性格合不合得来。

　　其实中国古代有自己的一套星座体系，有名的星座（中国古代叫“星官”）也非常多。记得小时候夏天乘凉，竹床放在外面，躺在上面看着星星，听爷爷奶奶讲牛郎、织女的故事。中国的星图上，二十八宿就像把整个星空像桔子瓣一样分开了，中间就是北极。我们要讲天上某某星在什么位置的时候，第一就是说它离开北极有多少度，古代叫“去极度”，然后就说它进入某某宿多少度，叫做“入宿度”。落下闳对恒星也进行了这样的测量。

中国星官图（图片来自网络）

 中国星空最大的特点，就是把人间社会、人间帝国在天上做了一个投影。大家知道北极星，如果你观测的话，就会发现所有的星都会围绕北极星转。大家如果看过天文科普照片，经常可以看到一圈一圈以天极为中心的恒星运动轨迹图。孔子说：“为政以德，譬如北辰，居其所而众星共之。”是指以道德原则治理国家，就像北极星一样处在一定的位置，所有的星辰都会围绕着它。所以，北极星在中国古代地位非常高，所以就叫做“帝星”。
　　皇帝旁边有什么人呢？有妃子，有三公，有四辅，有丞相、御史、将军等。中国古代就在北极附近构造了以这些官职人物命名的星官，如此就以北极为中心构造了一个天上的中央宫殿，也就是天上的紫禁城。司马迁在《史记天官书》中就说：“中宫天极星，其一明者，太一常居也。旁三星三公，或曰子属。后句四星，末大星正妃，余三星后宫之属也。环之匡卫十二星，藩臣。皆曰紫宫。”“紫宫”后来也叫“紫微垣”。看紫宫后面的星官，还有华盖、阁道等，可以想象古代帝王巡游，从紫禁城出发，头顶“华盖”，由“王良”给他驾车，越过“阁道”，巡游四方。
　　天上还有几个区域非常有意思。一个是“天市垣”，也就是天上的街市。既然是天上的街市，当然就有各种商店，于是星官中就有像百货商店一样的“列肆”，还有卖布的“帛度”，还有卖肉的“屠肆”的，还有车行“车肆”，还有公平秤，各种标准器等等，你能想象的市场上有的东西，天上都有。再看秋天的星空，你看到的是一幅农民秋收的景象，有天仓、天菌、天庾等，都是跟农业丰收有关。甚至还有“天厕”，里边还有“天屎”。所以，中国星空是彻天彻尾的天上人间。
　　落下闳的恒星测量，主要就是测定二十八宿宽度（古代叫做“距度”）。有了北极星和二十八宿距度，天体的运动就有了坐标，就可以知道天体运行到什么位置，这就是落下闳要做的事情。落下闳测量的二十八宿距度就是《太初历》使用的数据。

　　那么，古人测量天文是基于什么样的宇宙观呢？这里要讲讲“盖天说”和“浑天说”。盖天说的起源可能很早，它在发展过程中有几种不同的见解。早期的盖天说是所谓的“天圆地方”说，认为“天圆如张盖，地方如棋局”，穹隆状的天覆盖在呈正方形的平直大地上。但圆盖形的天与正方形的大地边缘无法吻合。于是又有人提出，天并不与地相接，而是像一把大伞一样高高悬在大地之上，地的周边有八根柱子支撑着，天和地的形状犹如一座顶部为圆穹形的凉亭。共工怒触不周山和女娲氏炼石补天的神话正是以持这种见解的盖天说为依据的。还有一种形成较晚的盖天说提出天是球穹状的，地也是球穹状的，两者间的间距是8万里，北极位于天穹的中央，日月星辰绕之旋转不息，盖天说通常把日月星辰的出没解释为它们运行时远近距离变化所致，离远了就看不见，离近了就看见它们照耀。
　　盖天说很直观，“天苍苍野茫茫，风吹草地见牛羊”，古人很容易想象盖天说的图景。但是要用盖天说解释天文现象，就会遇到很多困难和矛盾。比如，天永远在地上面，那太阳不是永远不落吗，怎么会有白昼黑夜之分呢？有一本书叫做《周髀算经》，就构造了一种盖天说的宇宙模，说太阳所照的范围是有限的，说是十六万七千里。太阳在天圆盘上运转，日光在地上，好比舞台上的追灯，光照所及即为白昼，之外就是黑夜。当然还要构造一些数据，解释日出方位，日落方位，日中影长等等。所有这些天文现象必须要有合理的解释，因而就要有合理的数据，既符合观测，又满足这套体系的自洽。
　　浑天说则是中国古代的另一种宇宙学说，在汉代得到了充分的发展，到东汉时由张衡进行了全面的论说。所谓“浑天如鸡子，地如鸡子中黄”。地球不是孤零零地悬在空中的，而是浮在水上。浑天说认为全天恒星都布于一个“天球”上，而日月五星则附丽于“天球”上运行，这与现代天文学的天球概念十分接近。
　　用这套体系解释天文现象当然比盖天说要先进得多，而对应的测量仪器就是落下闳创制的浑仪。其实天文仪器也是宇宙观的反映。你有什么样的宇宙观，就会设计什么样的仪器。宇宙结构中有一个地平圈，仪器也就有一个地平环；天上有天赤道，仪器上就有赤道环；天上有子午圈，仪器上就有子午环。等于就是把天空大宇宙缩到仪器的小宇宙上来。然后把仪器调好，与星空对好，就可以读取测量数据了。所以看起来仅仅是测量的背后，实际上有一套宇宙观的支撑。

落下闳的浑仪（图片来自网络）

　　天体运动比较难把握的是行星的运动。古希腊的人认为天上的物质跟地上的物质是不一样的，地上的物质遵循的规律，运动的规律跟天上不一样，地上的物质由空气、土、火、水组成，天体则是第五种元素组成的，叫做“精质”。精质是完美的，它的运行也必须是完美匀速圆周运动。比如，太阳每天东升西落，看起来就是完美的匀速圆周运动。但是对于行星来说，事情就不那么完美了。以火星为例，我们看到火星在星空有顺行，有逆行，也有停止不前，这怎么解释呢？古希腊人很聪明，他们设计了这样的模型：火星不直接绕地球转动，而是带着火星转动的轮子（叫做“本轮”）的中心以一个更大的圆（叫做“均轮”）绕地球运转。两个运动的合成就形成了回转圆圈线，正好解释火星复杂质不完美的运动。当然这简单的模型与实际测量还有差距，于是希腊天文学家就可以将模型进一步精致化，轮子上再套轮子。理论上来说，只要轮子足够多，就可以无限逼近火星的真实运动。这就是古希腊解决天体运动的方案，是几何模型。

　　再来看看中国的，中国完全没有几何模型，用的是数字模型。按照《太初历》描述，火星先是顺行，速度是多少，顺行多少天；然后就停下来了，停了多少天；然后开始逆行，逆行多少天，速度是多少；然后又停下来多少天；然后又顺行多少天，速度是多少。就是分段演示，在数学上可以写成分段函数。理论上来讲，分段越精细，各段运动速度加上变化，也可以无限接近火星的真实运动。这就是中国古代天文学数字模型的功能。落下闳等制定的《太初历》，为中国古代推算天体运行确定了“范式”。

太初历（图片来自网络）

 关于火星运动的推算，欧洲1551年出了一份星行表，已经是采用了哥白尼日心说的思想。它给出的火星运动，大部分时间误差在两度左右，有的时候达到5度。中国古代推算火星运动，自汉经唐到宋不断改进。北宋有一部历法叫《纪元历》，其推算火星运动位置，误差也是两度左右，有时也有五度。这说明，推算火星运动，中国在12世纪初就达到了欧洲16世纪的水平。说中国古代天文学在世界上具有领先地位一点也不夸张。而这个天文历法传统的开端就是落下闳等人创造的《太初历》。

　　怎么办？古人想到这阴阳两历必须协调，协调的办法就是“置闰”，即每过几年，就在一年之中加上一个月，叫做“闰月”。闰月加在某月份之后，就叫“闰某月”。比如2017年就有闰5月。一有闰月之后，春节过年就跑到2月20日左右，然后一年一年地往回缩，快到1月底的时候，又加一个闰月。至于闰月加在什么月之后，则与24节气有关。《太初历》中提出的重要办法，就是“无中置闰”。如果在某个朔望月里没有“中气”，则在闰此月。这就是落下闳、邓平提出“中朔相求之术”，协调中气与朔望月的原则是“朔不得中，是谓闰月。”

　　再说春节，也就是《太初历》的岁首。之前用《颛顼历》，以十月为岁首，现在改成正月为岁首。在二十四节气中，就是立春“节”所代表的月，叫正月。这个正月既然是元日，是一年的开始，重要性就越来越大，后来演变为重要的节日--春节。所以《太初历》为中国的春节文化奠定了科学的基础。

　　汉代改历，是多么重要的事情，皇帝亲自组织，那么多人参与，最后大家做不了，反而是来自民间的一位学者，做出了重要的贡献。所以我们的创造力在什么地方？就在民间，往往制度会束缚人，制度之外反而有强大的创造力，这也是中华文明里始终存在的东西，不光是汉代，其他朝代也是如此。如元代的郭守敬，起初也是隐在民间研究天文学，后来做出举世瞩目的天文学成就。而且落下闳的风骨可敬，汉武帝拜侍中不授。我查了一下，整个西汉所拜侍中的也不过三四十人，因此是非常荣耀的一件事，但落下闳还是放弃了这些荣耀，选择归隐故里阆中，继续做一位民间人士。

 落下闳，不仅是巴蜀文明的骄傲，而且是中国古代天文学的骄傲，在世界天文学史上占有突出的地位。许多学者对落下闳有很高评价，从天文学史的角度来看，落下闳是中国天文学的先师，世界天文学的大家。