咱们以北京的子午线为标准,来计算各地和北京的经度差。各地节气的早晚,月食的先后,都得根据这个来算。因为每个人都以自己看到的日出日落来判断东西方向,以中午太阳最高的时候来判断南北方向。可是,东方先看到日出,西方后看到日出,所以东西方向相隔的距离越大,时间差就越大。
相隔三十度,时间就差一个小时。(比如,北京中午是午时,而东边三十度的地方已经是巳时了,西边三十度的地方才刚刚是未时。)相隔九十度,时间就差三个小时。(北京中午是午时,东边九十度的地方是卯时,西边九十度的地方是酉时。)相隔一百八十度,那昼夜的时间就完全反过来了。(北京中午是午时,东边一百八十度的地方已经是子时了。)
汤若望,就是那个西洋人,他说:“天启三年九月十五号晚上,戌时初刻是满月,发生了月食。北京是酉时初刻十二分开始月食,但是意大利和欧洲其他国家那时候是白天,根本看不到月食。他们算出来月食开始的时间是巳正三刻四分,和北京的时间差了三个小时二刻八分。按照里数来算,大概距离北京西边九十九度半。所以,要确定东西方向的经度差,必须两个地方同时观测一次月食,然后比较一下时间。如果早了二十分之一小时,就偏西一度;如果晚了二十分之一小时,就偏东一度。(节气的早晚也是一样的。)”
现在各省的经度差还没完全测算出来,我这里根据《广舆图》里估算的里程数大概列一下,可能会有误差。南京、福州都偏东一度,济南偏东一度十五分,太原偏西六度,武昌、开封偏西三度四十五分,西安、桂林偏西八度半,杭州偏东三度,南昌偏西二度半,广州偏西五度,成都偏西四十三度,贵阳偏西九度半,云南偏西十七度。
这些偏西的经度,都记载在《崇祯历书》的交食历里面。当时刚开始修订历法,没时间仔细测量,所以很多经度数据都不太准确,先记下来,以后再慢慢校对吧。
古今星象不一样,是因为岁差。但是中西方对岁差的解释又不一样。中国的方法是说节气会随着岁差往西移动,西方的说法是恒星会随着岁差往东移动,但最终结果其实是一样的。接下来,我会把李天经和汤若望他们根据崇祯元年北京的日出日落时间推算出来的星象位置列出来。
春分那天,傍晚戌时二刻五分的时候,北河三在正中;第二天早上寅时一刻十分的时候,尾宿在正中。清明节,傍晚戌时三刻十三分的时候,七星偏东四度;早上寅时一刻二分的时候,帝座在正中。(如果昏旦时没有星宿正好在正中,就取正中前后的大星来代替。距离正中三度以内的,时间相差不到一刻钟,可以忽略不计。超过四度,距离正中比较远,所以要记录它偏离的度数。)谷雨那天,傍晚戌时一刻七分的时候,翼宿偏东七度;第二天早上寅时二刻八分的时候,箕宿偏东四度。
立夏那天,傍晚戌时三刻二分的时候,轸宿偏东五度;第二天早上寅时一刻十三分的时候,箕宿偏西四度。小满那天,傍晚亥时一刻十二分的时候,角宿在正中;第二天早上丑时三刻三分的时候,箕宿在正中。芒种那天,傍晚亥时一刻十二分的时候,大角偏西六度;第二天早上丑时二刻三分的时候,河鼓二在正中。
夏至那天,傍晚亥时二刻五分的时候,房宿在正中;第二天早上丑时一刻十分的时候,须女在正中。小暑那天,傍晚亥时一刻十二分的时候,尾宿在正中;第二天早上丑时二刻三分的时候,危宿在正中。大暑那天,傍晚亥时一刻十二分的时候,箕宿偏东七度;第二天早上丑时三刻三分的时候,营室在正中。立秋那天,傍晚戌时三刻二分的时候,箕宿在正中;第二天早上寅时三刻十三分的时候,娄宿偏东六度。处暑那天,傍晚戌时一刻七分的时候,织女一在正中;第二天早上寅时二刻八分的时候,娄宿在正中。白露那天,傍晚戌时三刻十三分的时候,河鼓二偏东四度;第二天早上寅时一刻二分的时候,昴宿偏东四度。
秋分那天,傍晚七点多一点,河鼓二星在正中间;第二天早上五点多一点,毕宿偏西五度。寒露那天,傍晚七点多一点,牵牛星在正中间;第二天早上五点多一点,参宿四在正中间。霜降那天,傍晚五点多一点,须女星偏西五度;第二天早上五点多一点,南河三偏东六度。立冬那天,傍晚五点多一点,危宿偏东四度;第二天早上五点多一点,舆鬼星在正中间。小雪那天,傍晚五点多一点,营室星偏东七度;第二天早上五点多一点,张宿在正中间。大雪那天,傍晚五点多一点,营室星偏西八度;第二天早上五点多一点,翼宿在正中间。
冬至那天,傍晚五点多一点,土司空星在正中间;第二天早上五点多一点,五帝座星在正中间。小寒那天,傍晚五点多一点,娄宿在正中间;第二天早上五点多一点,角宿偏东五度。大寒那天,傍晚五点多一点,天囷一星在正中间;第二天早上五点多一点,亢宿在正中间。立春那天,傍晚五点多一点,昴宿偏西六度;第二天早上五点多一点,氐宿在正中间。雨水那天,傍晚五点多一点,参宿七在正中间;第二天早上五点多一点,贯索一星在正中间。惊蛰那天,傍晚七点多一点,天狼星在正中间;第二天早上五点多一点,心宿在正中间。
《周礼·保章氏》里说,用星象和地貌来划分九州的地域,每个封地都有对应的星宿,用来观测吉凶。唐朝贞观年间,李淳风写了《法象志》,他根据《汉书》里十二次星宿的度数,把它们和唐朝的州县对应起来。而一行大师则认为,天下的山川河流的形状,都体现在南北两极的星象里,他的说法很详细。洪武十七年,《大明清类天文分野书》完成了,并且赏赐给了秦王和晋王。这本书的大概意思是说,《晋书·天文志》里说的分野,开始于角宿、亢宿,因为东方苍龙以角宿为首;唐朝开始于女宿、虚宿、危宿,因为十二地支以子为首;现在开始于斗宿、牛宿,因为以星纪为首。古代人们都是用斗宿、牛宿来纪年的,所以叫它星纪,这就是书中取名的由来。这里摘录了这本书里关于直隶十三布政司府州县卫以及辽东都司的星宿对应记录。
话说古代把天上星星划分区域,叫做星次。斗宿三度到女宿一度,这叫星纪。这块区域管辖的地区包括:直隶的应天府、太平府、宁国府、镇江府、池州府、徽州府、常州府、苏州府、松江府九个府,还有广德州,都属于斗宿管辖。凤阳府下面的寿州、滁州、六安州,泗州的盱眙县、天长县,扬州府的高邮州、通州、泰州,庐州府的无为州,安庆府的和州,这些也都在斗宿管辖范围内。淮安府呢,它一部分属于斗宿,一部分属于牛宿。
浙江布政司管辖的杭州府、湖州府、嘉兴府、严州府、绍兴府、金华府、衢州府、处州府、宁波府九个府,都属于牛宿和女宿。台州府和温州府,则分别属于斗、牛、须、女四个宿。江西布政司管辖的所有地方都属于斗宿。福建布政司管辖的所有地方都属于牛宿和女宿。广东布政司管辖的广州府也属于牛宿和女宿。惠州属于女宿。肇庆府、南雄府、德庆州,都属于牛宿和女宿。潮州府属于牛宿。雷州府、琼州府、崖州、儋州、万州三个州,还有高州府的化州,以及广西布政司管辖的梧州府下的苍梧县、藤县、岑溪县、容县,这些地方都属于牛宿和女宿。
女宿二度到危宿十二度,这叫玄枵。山东布政司管辖的济南府下面的乐安州、德州、滨州,都属于危宿。泰安州、青州府,都属于虚宿和危宿。莱州府的胶州,登州府的宁海州,东昌府的高唐州,这些也属于危宿。东平州的阳谷县、东阿县、平阴县,还有北平布政司管辖的沧州,都属于须、女、虚、危四个宿。
危宿十三度到奎宿一度,这叫娵訾。河南布政司管辖的卫辉府、彰德府、怀庆府,北平的大名府开州,山东东昌府的濮州,馆陶县、冠县、临清县,东平州的汶上县、寿张县,这些都属于室宿和壁宿。
奎宿二度到胃宿三度,这叫降娄。山东济宁府的兖州、滕县、峄县,青州府的莒州、安丘县、诸城县、蒙阴县,济南府的沂州,直隶凤阳府的泗州、邳州,五河县、虹县、怀远县,淮安府的海州,桃源县、清河县、沭阳县,这些地方都属于奎宿和娄宿。
话说这天象啊,胃宿四度到毕宿六度,是大梁的位置。北京附近的真定府,正好在昴宿和毕宿之间;定州、冀州都在昴宿的范围;晋州、深州、赵州都在毕宿的范围;广平府、顺德府都在昴宿的范围;祁州呢,也在昴宿和毕宿之间。河南彰德府的磁州,山东高唐州的恩县,山西大同府管辖的应州、朔州、浑源州、蔚州,也都处在昴宿和毕宿的范围内。
接下来,毕宿七度到井宿八度,是沈宿的位置。山西太原府管辖的石州、忻州、代州、平定州、保德州、岢岚州,还有平阳府,都在参宿的范围;绛州、蒲州、吉州、隰州、解州、霍州都在觜宿和参宿的范围;泽州、汾州都在参宿的范围;潞州、沁州、辽州都在参宿和井宿的范围。
井宿九度到柳宿三度,是鹑首的位置。陕西西安府管辖的同州、华州、乾州、耀州、邠州,凤翔府的陇州,延安府的鄜州、绥德州、葭州,汉中府的金州,临洮府、平凉府,静宁州,都在井宿和鬼宿的范围;泾州在鬼宿的范围;庆阳府的宁州,巩昌府的阶州、徽州、秦州,也都处在井宿和鬼宿的范围。四川除了绵州在觜宿的范围内,合州在参宿和井宿的范围内,其他的州府都在井宿和鬼宿的范围内。云南所有的州府都在井宿和鬼宿的范围内。
最后,柳宿四度到张宿十五度,是鹑火的范围。河南的河南府陕州都在柳宿的范围内;南阳府的邓州、汝州、裕州,汝宁府的信阳县、罗山县,开封府的均州、许州,陕西西安府的商县,华州的洛南县,湖北的德安府的随州,襄阳府的均州、光化县,都在张宿的范围内。
张十六度到轸九度,是鹑尾星宿的位置。湖北的武昌府兴国州,荆州府的归州、夷陵州、荆门州,黄州府的蕲州,襄阳府、德安府,安陆州、沔阳州,这些地方都属于翼宿和轸宿的范围。长沙府旁边有一颗小星叫长沙星,正好对应着长沙府的地名。衡州府的桂阳州,永州府的全州、道州,岳州府、常德府,澧州,辰州府的沅州,汉阳府的靖州、郴州,宝庆府的武冈州、镇远州,这些地方也都属于翼宿和轸宿的范围。广西地区,除了梧州府的苍梧、藤县、容县、岑溪四县属于牛宿和女宿的范围,其他的都属于翼宿和轸宿的范围。广东的连州、廉州府钦州、韶州府,也都属于翼宿和轸宿的范围。
轸十度到氐一度,是寿星所在的位置。河南的开封府,属于角宿和亢宿的范围。郑州属于氐宿的范围。陈州属于亢宿的范围。汝宁府的光州,怀庆府的孟县、济源县、温县,直隶寿州的霍丘县,这些地方都属于角宿、亢宿和氐宿的范围。
氐二度到尾二度,是大火星宿的位置。河南开封府的杞县、太康县、仪封县、兰阳县,归德州、睢州,山东的济宁府,这些都属于房宿和心宿的范围。直隶凤阳府的颍州属于房宿的范围。徐州、宿州,寿州的蒙城县,颍州的亳县,这些地方也都属于房宿和心宿的范围。
尾三度到斗二度,是析木星宿的位置。北平的北平府,属于尾宿和箕宿的范围。涿州、通州、蓟州,都属于尾宿的范围。霸州、保定府,都属于尾宿和箕宿的范围。易州、安州,都属于尾宿的范围。河间府、景州,都属于尾宿和箕宿的范围。永平府属于尾宿的范围。滦州属于尾宿和箕宿的范围。辽东都指挥司属于尾宿和箕宿的范围。朝鲜属于箕宿的范围。
安徽宣城人梅文鼎说过:日影的长度和时间总是相互关联的。知道了北极星的高度,就能知道每个节气正午的日影长度;反过来,测得每个节气正午的日影长度,也能知道北极星的高度。但是,这方法并不容易。传统的圭表测量方法,表尺短了,精确到秒就很难;表尺长了,影子又虚又淡。所以郭守敬才立了四丈高的表,并且用影符来辅助测量。太阳很大,竖立的表测得的是太阳上边缘的影子,水平的表测得的是太阳下边缘的影子,都不是太阳中心的影子,所以郭守敬在表端架设横梁来进行测量,他的方法可以说是很巧妙了。但是,他用的影符是用铜片钻出针孔大小的洞,虽然可以前后调整角度对准太阳,但太阳的高度每天都在变化,铜片的倾斜角度怎么能每次都正好合适呢?如果角度不对,阳光就透不过来,等调整好了,太阳已经西斜了。应该把铜片换成圆木,左右用两块木板架起来,就像车轴一样,这样转动就方便多了。再把圆孔改成直缝,那就更方便了。不过,影符只能解决影子虚淡的问题,并不是根本的解决方法。必须保证表尺垂直,圭面水平,度量准确,这三点缺一不可才能得到准确的日影。即使这三点都做到了,但人的细心程度不同,视力也有好坏,做事也可能有真有假,所以选择人也很重要。明白了这些,大概就能测准日影了。
西方的方法更进一步。他们认为地球半径大约是日地距离的千分之一,那么地面上测得的太阳高度,一定比地心测得的实际高度要低一些,所以要加上一个“地半径差”。靠近地面有浑浊的空气,会使太阳看起来比实际位置更高,所以测得的太阳高度,可能比天上实际的高度要高一些,所以还要减去一个“清蒙差”。这两个差值,都只在靠近地面时比较大,随着高度增加而逐渐减小,直到消失。“地半径差”到天顶就消失了,“清蒙差”到45度角就消失了。
崇祯皇帝刚上任那会儿,外国人用西洋的仪器测量了北京等地的北极高度,也就是北极星在地平线上的高度。他们测出来,北京是40度,南京是32.5度,山东是37度,山西是38度,陕西是36度,河南是35度,浙江是30度,江西是29度,湖广是31度,四川是29度,广东是23度,福建是26度,广西是25度,云南是22度,贵州是24度。(周天三百六十度,度六十分立算,下同。) 不过,他们只实地测量了北京、南京、江西和广东这四个地方,其他地方的数据都是根据地图估算的。
他们还用一种特殊的表,每十二度分成六十分,在北京测量了每节气正午时分太阳的影子长度。 夏至的时候,影子长三度三十三分;芒种、小暑的时候,影子长三度四十二分;小满、大暑的时候,影子长四度十五分;立夏、立秋的时候,影子长五度六分;谷雨、处暑的时候,影子长六度二十三分;清明、白露的时候,影子长八度六分;春分、秋分的时候,影子长十度四分;惊蛰、寒露的时候,影子长十二度二十六分;雨水、霜降的时候,影子长十五度五分;立春、立冬的时候,影子长十七度四十七分;大寒、小雪的时候,影子长二十度四十七分;小寒、大雪的时候,影子长二十三度三十分;冬至的时候,影子长二十四度四分。
咱们以北京的子午线为标准,来计算各地和北京的经度差。各地节气的早晚,月食的先后,都得参考这个标准。因为大家都是根据自己看到的日出日落来判断东西方向和时间的,正午就是南方,中午就是午时。可东方日出早,西方日出晚啊。东西相隔30度,时间就差一个小时。(比如,北京是午时,东边的地方可能是巳时,西边的地方可能是未时。)相隔90度,时间就差三个小时。(北京是午时,东边可能是卯时,西边可能是酉时。)相隔180度,那昼夜时间就完全反过来了。(北京是午时,东边可能是子时。)
汤若望,就是那个西洋人,他说:“天启三年九月十五的晚上,戌时初刻是望,发生了月食。北京初亏是在酉时初刻十二分,但是意大利等西洋国家那时是白天,根本看不见月食。他们推算北京初亏的时间是巳正三刻四分,前后差了三个小时二刻八分。按里数算,大概离北京西边九十九度半。所以,要确定东西经度差,必须两地同时观测一次月食,比较一下时间。如果早了二十分之一小时,就偏西一度;如果晚了二十分之一小时,就偏东一度。(节气的早晚也是同样的道理。)”现在各省的经度差还没完全测出来,我这里根据《广舆图》里记载的里程数大概估算了一下,应该不会差太多。南京、福州都偏东一度,济南偏东一度十五分,太原偏西六度,武昌、开封偏西三度四十五分,西安、桂林偏西八度半,杭州偏东三度,南昌偏西二度半,广州偏西五度,成都偏西四十三度,贵阳偏西九度半,云南偏西十七度。
这些偏西的经度,都记录在《崇祯历书》的交食历里。当时修订历法正忙,没时间仔细测量,所以这些经度数据很多都不太准确,先记下来,以后再慢慢校对吧。
古今星辰的位置不一样,这是因为岁差。而关于岁差的说法,中西方又不一样。中国的方法是说节气差而西,西方的方法是说恒星差而东,但最终结果其实是一样的。接下来,我把李天经和汤若望他们推算的崇祯元年北京日出日落时间和中星位置列在后面。
春分那天,傍晚戌时二刻五分的时候,北河三在正中间;第二天早上寅时一刻十分的时候,尾宿在正中间。清明节那天,傍晚戌时三刻十三分的时候,七星偏东四度;(如果傍晚或清晨的时候没有星星正好在正中间,那就取中间前后比较亮的星星来代替。距离中间三度以内的,时间相差不到一刻钟,可以忽略不计。超过四度,距离中间比较远,所以要记录它偏东或偏西的度数。)第二天早上寅时初刻二分的时候,帝座在正中间。谷雨那天,傍晚戌时一刻七分的时候,翼宿偏东七度;第二天早上寅时二刻八分的时候,箕宿偏东四度。
立夏那天,傍晚戌时三刻二分的时候,轸宿偏东五度;第二天早上寅时初刻十三分的时候,箕宿偏西四度。小满那天,傍晚亥时初刻十二分的时候,角宿在正中间;第二天早上丑时三刻三分的时候,箕宿在正中间。芒种那天,傍晚亥时一刻十二分的时候,大角偏西六度;第二天早上丑时二刻三分的时候,河鼓二在正中间。
夏至那天,傍晚亥时二刻五分的时候,房宿在正中间;第二天早上丑时一刻十分的时候,须女在正中间。小暑那天,傍晚亥时一刻十二分的时候,尾宿在正中间;第二天早上丑时二刻三分的时候,危宿在正中间。大暑那天,傍晚亥时初刻十二分的时候,箕宿偏东七度;第二天早上丑时三刻三分的时候,营室在正中间。立秋那天,傍晚戌时三刻二分的时候,箕宿在正中间;第二天早上寅时三刻十三分的时候,娄宿偏东六度。处暑那天,傍晚戌时一刻七分的时候,织女一在正中间;第二天早上寅时二刻八分的时候,娄宿在正中间。白露那天,傍晚戌时三刻十三分的时候,河鼓二偏东四度;第二天早上寅时初刻二分的时候,昴宿偏东四度。
秋分那天,傍晚七点多一点,河鼓二星在正中;第二天早上五点多一点,毕宿偏西五度。寒露那天,傍晚七点多一点,牵牛星在正中;第二天早上五点多一点,参宿四星在正中。霜降那天,傍晚五点多一点,须女星偏西五度;第二天早上五点多一点,南河三星偏东六度。立冬那天,傍晚五点多一点,危宿偏东四度;第二天早上五点多一点,舆鬼星在正中。小雪那天,傍晚五点多一点,营室星偏东七度;第二天早上五点多一点,张宿在正中。大雪那天,傍晚五点多一点,营室星偏西八度;第二天早上五点多一点,翼宿在正中。
冬至那天,傍晚五点多一点,土司空星在正中;第二天早上五点多一点,五帝座星在正中。小寒那天,傍晚五点多一点,娄宿在正中;第二天早上五点多一点,角宿偏东五度。大寒那天,傍晚五点多一点,天囷一星在正中;第二天早上五点多一点,亢宿在正中。立春那天,傍晚五点多一点,昴宿偏西六度;第二天早上五点多一点,氐宿在正中。雨水那天,傍晚五点多一点,参宿七星在正中;第二天早上五点多一点,贯索一星在正中。惊蛰那天,傍晚七点多一点,天狼星在正中;第二天早上五点多一点,心宿在正中。
《周礼·保章氏》里说,用星象和地上的土质来辨别九州的地域,每个被封的区域都有对应的星宿,用来观察妖魔鬼怪和吉凶祸福。《周礼·保章氏》以星土辨九州之地,所封之域皆有分星,以观妖祥。唐朝贞观年间,李淳风写了《法象志》这本书,他根据《汉书》里记载的十二次星宿的度数,把它们和唐朝的州县对应起来;而一行大师则认为,天下的山川河流的景象,都存在于南北两极之间,他的说法很详细。洪武十七年,《大明清类天文分野书》完成了,并且赏赐给了秦王和晋王。这本书的大概意思是说:“《晋书·天文志》里说,分野开始于角宿、亢宿,是因为东方苍龙以角宿为首。唐朝人认为,女宿、虚宿、危宿以子为首。现在则认为,斗宿、牛宿以星纪为首。古人说‘天’的时候,都是从斗宿、牛宿开始记星,所以叫它星纪,这就是书中取用的意思。” 这里摘录的是这本书里关于直隶十三布政司府州县卫以及辽东都司分星的记录。
话说,古代把天上星星分成不同的区域,叫星次。斗宿三度到女宿一度,这叫星纪。咱们现在说的直隶地区,包括应天、太平、宁国、镇江、池州、徽州、常州、苏州、松江九个府,还有广德州,这些地方都属于斗宿的范围。凤阳府下面的寿州、滁州、六安州,泗州的盱眙县和天长县,扬州府的高邮州、通州、泰州,庐州府的无为州,安庆府的和州,也都属于斗宿。淮安府呢,它一部分属于斗宿,一部分属于牛宿。
浙江布政司管辖的杭州、湖州、嘉兴、严州、绍兴、金华、衢州、处州、宁波九个府,都属于牛宿和女宿。台州、温州这两个府,就更复杂了,属于斗宿、牛宿、须宿和女宿。江西布政司管辖的地方,全都在斗宿的范围。福建布政司管辖的地方,全都在牛宿和女宿的范围。广东布政司管辖的广州府,也属于牛宿和女宿。惠州属于女宿。肇庆府、南雄府、德庆州,都属于牛宿和女宿。潮州府属于牛宿。雷州府、琼州府、崖州、儋州、万州三个州,还有高州府的化州,广西布政司管辖的梧州府下面的苍梧县、藤县、岑溪县、容县,这些地方都属于牛宿和女宿。
女宿二度到危宿十二度,这叫玄枵。山东布政司管辖的济南府下面的乐安州、德州、滨州,都属于危宿。泰安州和青州府,属于虚宿和危宿。莱州府的胶州,登州府的宁海州,东昌府的高塘州,都属于危宿。东平州的阳谷县、东阿县、平阴县,还有北平布政司管辖的沧州,这些地方都属于须宿、女宿、虚宿和危宿。
危宿十三度到奎宿一度,这叫娵訾。河南布政司管辖的卫辉府、彰德府、怀庆府,北平的大名府开州,山东东昌府的濮州,馆陶县、冠县、临清县,东平州的汶上县、寿张县,这些地方都属于室宿和壁宿。
奎宿二度到胃宿三度,这叫降娄。山东济宁府的兖州、滕县、峄县,青州府的莒州、安丘县、诸城县、蒙阴县,济南府的沂州,直隶凤阳府的泗州、邳州,五河县、虹县、怀远县,淮安府的海州,桃源县、清河县、沭阳县,这些地方都属于奎宿和娄宿。
话说这天上的星宿啊,分得可细着呢!先说胃宿到毕宿这片天,属于大梁的范围。北京附近的真定府,就落在昴宿和毕宿之间。定州、冀州都在昴宿的范围内;晋州、深州、赵州则都在毕宿的范围内;广平府、顺德府都在昴宿;祁州呢,昴宿和毕宿都有份儿。河南彰德府下的磁州,山东高唐州的恩县,山西大同府管辖的应州、朔州、浑源州、蔚州,也都在昴宿和毕宿的范围里。
接下来,毕宿七度到井宿八度,这块儿属于沈州的范围。山西太原府管辖的石州、忻州、代州、平定州、保德州、岢岚州,还有平阳府,都属于参宿的范围。绛州、蒲州、吉州、隰州、解州、霍州,这些都属于觜宿和参宿;泽州、汾州都在参宿;潞州、沁州、辽州,则分属参宿和井宿。
从井宿九度到柳宿三度,这叫鹑首。陕西西安府管辖的同州、华州、乾州、耀州、邠州,凤翔府的陇州,延安府的鄜州、绥德州、葭州,汉中府的金州,临洮府、平凉府、静宁州,这些都属于井宿和鬼宿的范围。泾州属于鬼宿;庆阳府的宁州,巩昌府的阶州、徽州、秦州,也都属于井宿和鬼宿。四川,就只有绵州属于觜宿,合州属于参宿和井宿,其他的都属于井宿和鬼宿。云南呢,全都在井宿和鬼宿的范围内。
最后,从柳宿四度到张宿十五度,这叫鹑火。河南府的陕州属于柳宿;南阳府的邓州、汝州、裕州,汝宁府的信阳县、罗山县,开封府的均州、许州,陕西西安府的商县,华州的洛南县,湖北德安府的随州,襄阳府的均州、光化县,这些都属于张宿。
张十六度到轸九度,是鹑尾星宿的位置。湖北的武昌府兴国州,荆州府的归州、夷陵州、荆门州,黄州府的蕲州,襄阳府、德安府,安陆州、沔阳州,这些地方都属于翼宿和轸宿的范围。长沙府旁边有一颗小星叫长沙星,正好对应长沙府的地名。衡州府的桂阳州,永州府的全州、道州,岳州府、常德府,澧州,辰州府的沅州,汉阳府的靖州、郴州,宝庆府的武冈州、镇远州,这些地方也都属于翼宿和轸宿的范围。广西地区,除了梧州府的苍梧、藤州、容州、岑溪四县属于牛宿和女宿的范围,其他的都属于翼宿和轸宿的范围。广东的连州、廉州府钦州、韶州府,也都属于翼宿和轸宿的范围。
轸十度到氐一度,是寿星的位置。河南的开封府,属于角宿和亢宿的范围。郑州属于氐宿的范围。陈州属于亢宿的范围。汝宁府的光州,怀庆府的孟县、济源县、温县,直隶寿州的霍丘县,这些地方都属于角宿、亢宿和氐宿的范围。
氐二度到尾二度,是大火星宿的位置。河南开封府的杞县、太康县、仪封县、兰阳县,归德州、睢州,山东的济宁府,这些地方都属于房宿和心宿的范围。直隶凤阳府的颍州,属于房宿的范围。徐州、宿州,寿州的蒙城县,颍州的亳县,这些地方都属于房宿和心宿的范围。
尾三度到斗二度,是析木星宿的位置。北平的北平府,属于尾宿和箕宿的范围。涿州、通州、蓟州,都属于尾宿的范围。霸州、保定府,都属于尾宿和箕宿的范围。易州、安州,都属于尾宿的范围。河间府、景州,都属于尾宿和箕宿的范围。永平府属于尾宿的范围。滦州属于尾宿和箕宿的范围。辽东都指挥司属于尾宿和箕宿的范围。朝鲜属于箕宿的范围。
话说这璿玑玉衡,是古代天文仪器的鼻祖,可是啊,在夏商周三代,它却没怎么派上用场。《周礼》里记载了圭表和漏壶,却没提璿玑玉衡,所以这玩意儿到底是个啥样,现在也考证不出来了。后来汉朝人发明了浑天仪,说是继承了璿玑玉衡的衣钵,这说法嘛,也说不定吧。
之后各个朝代都有人改进制作浑天仪。总的来说,那些用六合、三辰、四游、重环这些部件拼凑起来的,就叫浑天仪;而那些用实心的圆球,画上黄赤道经纬度,或者再镶嵌上星宿的,就叫浑天象。虽然浑天仪和浑天象的制作工艺有粗有细,但说到底,也就是青出于蓝而胜于蓝的区别而已。除了这些,就只剩下圭表和漏壶了。直到元朝,才有了简仪、仰仪、窥几、景符等等更精密的仪器,天文仪器的制作才真正达到了精益求精的地步。
明朝开国皇帝朱元璋打败元朝后,天文台送给他一个水晶做的计时器,里面有两个木头人,能按时敲钟打鼓。朱元璋觉得这玩意儿没啥用,就把它砸了。
洪武十七年,他让人制造了观星盘。十八年,在鸡鸣山建了观象台。二十四年,又铸造了浑天仪。
正统二年,钦天监正皇甫仲和上奏说:南京的观象台有浑天仪、简仪、圭表这些天文仪器,用来观测日月星辰的运行,而北京城里只有在齐化门城楼上简单观测,没有专门的天文仪器。请求派钦天监的官员去南京,用木头先做一个模型,运到北京,测量一下北极星的高度,然后再用铜铸造正式的仪器,这样天文观测才会有依据。皇帝批准了他的请求。
第二年冬天,北京铸造了铜制的浑天仪和简仪。皇帝还亲自写了一篇《观天器铭》,诗词如下:
“粤古大圣,体天施治,敬天以心,观天以器。厥器伊何?璇玑玉衡。玑象天体,衡审天行。历世代更,垂四千祀,沿制有作,其制寝备。即器而观,六合外仪,阳经阴纬,方位可稽。中仪三辰,黄赤二道,日月暨星,运行可考。内仪四游,横箫中贯,南北东西,低昂旋转。简仪之作,爰代玑衡,制约用密,疏朗而精。外有浑象,反而观诸,上规下矩,度数方隅。别有直表,其崇八尺,分至气序,考景咸得。县象在天,制器在人,测验推步,靡忒毫分。昔作今述,为制弥工,既明且悉,用将无穷。惟天勤民,事天首务,民不失宁,天其予顾。政纯于仁,天道以正,勒铭斯器,以励予敬。”
过了十一年,钦天监的官员又上奏说:简仪还没刻上刻度,而且地基太低,观测日月星辰的时候,会被周围的建筑物遮挡。圭表放在露台上,阳光四散,影子不稳定。计时用的漏壶屋子太低,水池太小,晚上很难注水调节时间。请求重新按照标准建造。皇帝批准了。
第二年冬天,钦天监正彭德清又上奏说:北京北极星的高度、太阳升落的时间和南京不一样,冬夏昼夜长短也不同。现在宫里和官府用的漏壶都是南京旧式的,不能用了。皇帝下令,让内务府重新制造。
景泰六年,又制造了内廷观象台的简仪和铜壶。成化年间,尚书周洪谟再次请求制造璇玑玉衡,宪宗皇帝下令自己动手制作,然后献上。
成化十四年,钦天监官员请求修缮晷影堂,皇帝也批准了。
弘治二年,监正吴昊说:“咱们现在用的浑仪,黄赤道交点的位置不对,跟实际的天象不一样。南北两轴的度数也不准,窥管测量的太阳出没时间也不准,所以根本没法用。简仪虽然是郭守敬留下的,但是北极的云柱太短了,用来测量经星到北极的距离也不准。所以,我觉得应该改进或者重新制造一个浑仪,做一个能代表我们这个时代的标准仪器。” 这事儿后来交给了礼部,礼部让监副张绅做一个木头模型先试试,黄赤道的度数也可以改改。
正德十六年,漏刻博士朱裕又提了个建议:“现在测时间的晷表尺寸大小不一,很难精确测量,而且咱们计算历法用的还是南京的日出时间,这好像有点矛盾。应该让一位大臣负责这件事,铸造一个铜制的晷表,仔细观察一年四季正午的影子长度。还要去河南阳城看看以前立的土圭,跟现在的晷表比对一下,再在山东、湖广、陕西、大名等地也立上圭表,测量不同地方的影子。然后把新旧历书和晷影的测量数据都拿出来仔细对比研究,制定一个准确的历法,这样才能保证天象的推算和日食的预测都准确无误。” 但是,他的建议没被采纳。
嘉靖二年,朝廷修缮了测风的相风杆和简仪、浑仪。七年才开始立起一根四丈高的木表来测量日影,确定节气和朔日。 从那以后,钦天监的各种天文仪器,比如立运仪、正方案、悬晷、偏晷、盘晷等等,都齐全了,主要还是沿用元朝的办法。
万历年间,西洋人利玛窦制造了浑仪、天球、地球仪等仪器。仁和的李之藻写了《浑天仪说》,讲解了这些仪器的制造和使用方法,具体内容就不细说了。这些仪器的制作原理,基本上还是基于古代的“六合”、“三辰”、“四游”的理论。不过,古代的浑仪是把北极固定在地面上,而利玛窦的浑仪,子午线是可以调节的,可以根据不同地方的地理纬度来调整,用起来更方便。
崇祯二年,礼部侍郎徐光启兼管历法,他请求制造:象限仪六架,纪限仪三架,平悬浑仪三架,交食仪一架,列宿经纬天球一架,万国经纬地球一架,平面日晷三架,转盘星晷三架,候时钟三架,望远镜三架。 朝廷批准了他的请求。 之后,他又说:
关于计时的方法,有五件事需要讨论:一是用壶漏,二是用指南针,三是用表臬,四是用仪器,五是用晷。
漏壶计时,水流速度会因为水的新旧和漏管的堵塞情况而变化,所以计时并不精准。漏壶只能在白天补充日晷和圭表无法观测的时间,并不能作为精确计时的主要工具。它只能辅助晨昏和阴天的时候,日晷和圭表观测不到时间的时候使用。
指南针可以用来确定南北方向,但它指向的并非正北方,而是略微偏东,具体偏角各地不同,北京地区偏东5度40分。如果用指南针制作日晷,那么冬至正午时间会比实际时间早1刻44分多一点,夏至正午时间则会早51分多一点。
圭表是根据《考工记》中记载的方法制作的,通过观测日影来确定方位。现在的方法比较简单,在地面上竖立一根短小的表竿,在正午前后多次测量日影长度,找出两根长度相等的日影,这两根日影的连线就是东西方向,最短的那根日影则指向正南正北方向。
我们天文台原本就有一架浑仪,可以测量七曜(日月五星)的高度。我用它来确定子午线,在上午多次测量太阳高度,高度最高时,日影最短,这时就找到了南北正线。
确定了子午线和东西方向后,就可以根据方法划分时刻,再加入节气线,就制成了平面日晷。现在使用的圆形石制欹晷是赤道日晷,也用我们测定的子午线来校准。这两种日晷都能测得精确的太阳时间,也就是白天测日。至于夜间测星的日晷,其实就是《周礼》中记载的观测北极星的方法。但是,由于北极星的位置会缓慢移动,现在它已经偏离了原来的位置3度多,所以旧方法已经不可用了。因此,我们使用了重盘星晷,上面刻有时间和节气,通过观测靠近北极的两颗星就可以知道时间,这就是夜间测星。
七年前,督修历法的右参政李天经先生说:
光启辅臣提出的计时方法,古代有漏壶,近代有轮钟,这两种方法都依赖人力操作,不如直接利用日月星辰来计时,这才是根本之法。因此特地请求制造日晷、星晷和望远镜三种仪器。我奉命接管这项工作,先简单汇报一下。
日晷呢,就是用磨光的石头做成一个平面,上面刻着十三条线表示节气,其中冬至和夏至各占一条线,其他的节气,因为太阳运行速度差不多,所以就两两共用一条线。平面的边缘刻着时刻线,以每天太阳的出没为界限。另外,还会根据北京的北极星高度,做一个三角形的铜表放在中间。铜表整体的影子指示时刻,铜表尖端的影子指示节气。这就是日晷的大概样子。
星晷是用铜做成一根柱子,上面安装一个重的圆盘。内盘刻着周天度数,并用十二宫来划分节气,外盘刻着时刻,中间刻有一条细缝,用来观察星星。使用方法是:先把外盘的初始刻度对准内盘的节气,然后转动铜盘,朝北对着北极星和句陈大星,让这两颗星同时出现在细缝中,这时看圆盘上指针指的位置,就是准确的时刻。这就是星晷的大概样子。
至于望远镜,也叫窥筒,它的构造是许多层空管套在一起,可以伸缩,两端都装有玻璃镜片,根据观察目标的远近来调整长度。它不仅可以观察天象,还能把几里以外的东西看得像在眼前一样,可以用来观察敌人,进行炮击,用途很大。
日晷和星晷这些东西,要想用得好,必须得建个台子,方便安放。
皇帝命令太监卢维宁、魏国徵到天文机构去检验使用方法。
第二年,天文学家又请求制造沙漏。明朝初期,詹希元发现水漏在严寒的时候水会结冰,不能使用,所以就用沙子代替水。但是沙子流得太快,和天体的运行速度不协调,于是就在齿轮外面又加了四个齿轮,每个齿轮都有三十六个齿。后来周述学觉得沙漏的孔太小,沙子容易堵塞,于是又改制成六个齿轮,其中五个齿轮各有三十个齿,并且稍微放大孔径,这样运行速度才和日晷相符。天文学家后来提出的改进建议,大概就是继承了这些人的想法吧。
制造天文仪器,要符合天象规律,这是天文学家的首要任务。但是,精通这门技术的人,可以凭着自己的想法来制造。所以,西方人制造的天文仪器,名字多得数不清,其中浑仪和简仪是最精密的。具体的原理,书里都写得很详细,这里就不赘述了。
宣城人梅文鼎说:
影子长度的变化总是和时间相关。你知道北极星的高度,就能知道每节气正午的影子长度;反过来,测出每节气正午的影子长度,也能知道北极星的高度。但是,这可不是件容易的事儿。用圭表测量的方法,表短了,精确到秒就很难;表长了,影子又虚又淡。郭守敬所以要立起四丈高的表,用影符来辅助测量。太阳很大,竖直的表测的是太阳上边缘的影子,水平的表测的是太阳下边缘的影子,都不是太阳中心的投影,所以郭守敬在表端架起横梁来测量,他的方法确实很巧妙。但是他那个影符的设计,是用铜片钻出针眼大小的孔,虽然可以前后调整角度对准太阳,但太阳的高度每天都在变化,铜片的倾斜角度怎么能总是正好呢?角度不对,阳光就透不过来,等调整好了,太阳都西斜了。应该把铜片换成圆木,左右用两块板架着,像车轴一样,这样就很容易转动了。再把圆孔换成直缝,那就更方便了。不过,影符只能解决影子虚淡的问题,并不是根本的解决方法。必须把表立正,把圭(测量用的底座)放平,把刻度弄均匀,这三点缺一不可,否则就测不出准确的影子。这三点都做到了,但人的细心程度不同,目力也有好坏,做事也可能有真有假,所以选人也很重要。明白了这些,大概就能测准影子长度了。
西方的方法更进一步。他们说,地球半径大约是日地距离的千分之一,那么地面上测得的太阳高度,一定比地心测得的实际高度要低一些,所以要加上一个“地半径差”。靠近地面有浑浊的空气,会使太阳看起来比实际位置更高,所以测得的太阳高度,可能比实际高度要高一些,所以还要减去一个“清蒙差”。这两个差值,都只在靠近地面时比较大,越高的地方就越小,最后就变成零了。“地半径差”到天顶就为零,“清蒙差”到45度角就为零了。
崇祯皇帝刚上任那会儿,西方人测算出了北京等地北极高度,也就是北极星在地平线上的高度。北京是40度,(周天三百六十度,一度六十分,以下都按这个算法。)南京是32.5度,山东37度,山西38度,陕西36度,河南35度,浙江30度,江西29度,湖广31度,四川29度,广东23度,福建26度,广西25度,云南22度,贵州24度。(这些北极高度,只有北京、南京、江西、广东四个地方是实地测量的,其他的都是根据地图估算的。)
他们还用一个十二度分成六十分的小表,测量了北京一年四季不同节气正午时分太阳的影子长度。夏至的时候影子是3度33分,芒种、小暑是3度42分,小满、大暑是4度15分,立夏、立秋是5度6分,谷雨、处暑是6度23分,清明、白露是8度6分,春分、秋分是10度4分,惊蛰、寒露是12度26分,雨水、霜降是15度5分,立春、立冬是17度47分,大寒、小雪是20度47分,小寒、大雪是23度30分,冬至是24度4分。
咱们以北京的子午线为中心,来计算各地和北京经度的差异。各地节气的早晚,月食的先后,都得根据这个差异来算。因为每个人都是根据自己看到的日出日落来判断东西方向和时间,中午是正南正午。可是,东方比西方早看到日出,所以东西方向距离不同,时间也就不同。相差三十度经度,时间就差一个小时。(比如,北京是中午,西边的地方可能是上午十点,西边是中午,东边的地方可能是下午两点。)相差九十度,时间就差三个小时。(北京中午,西边可能是上午九点,西边中午,东边可能是下午三点。)相差一百八十度,那昼夜时间就完全反过来了。(北京中午,西边是半夜。)
西方传教士汤若望说:“天启三年九月十五晚上,戌初一刻(晚上七点)是望(满月),发生月食,北京初亏(月食开始)在酉初一刻十二分(下午五点十二分),但是意大利等西方的国家那时是白天,根本看不到月食。他们推算初亏时间是巳正三刻四分(上午九点四分),前后相差三个小时八分,按照里数来算,大概距离北京西边九十九度半。所以,要确定东西经度差,必须两地同时观测一次月食,比较一下时间。如果早了二十分之一小时,就偏西一度;如果晚了二十分之一小时,就偏东一度。(节气的早晚也是同样的道理。)”现在各省的经度差还没来得及精确测量,我这里根据《广舆图》里记载的里程数大概估算了一下,应该不会差太多。南京、福州都偏东一度,济南偏东一度十五分,太原偏西六度,武昌、开封偏西三度四十五分,西安、桂林偏西八度半,杭州偏东三度,南昌偏西二度半,广州偏西五度,成都偏西四十三度,贵阳偏西九度半,云南偏西十七度。
这些偏东偏西的经度数据,记载在《崇祯历书》的交食历里。当时正忙着修订历法,没时间精确测量,所以很多经度数据并不准确,先记下来,以后再慢慢校对吧。
古今星象位置不一样,这是因为岁差。而关于岁差的解释,中西方又不一样。中国的方法是说节气会逐渐西移,西方的方法是说恒星会逐渐东移,但最终结果是一样的。接下来,我会把李天经和汤若望他们根据崇祯元年北京日出日落时间推算出的星象位置列出来。
春分那天,傍晚戌时二刻五分的时候,北河三星在正中间;第二天早上寅时一刻十分的时候,尾宿在正中间。清明节那天,傍晚戌时三刻十三分的时候,七星偏东四度;(如果傍晚或清晨的时候没有星星正好在正中间,那就取中间前后比较大的星星来代替。距离正中间三度以内的,时间不到一刻钟,可以不用管。四度以上的,距离正中间稍微远一些,所以要记录它偏东的度数。)第二天早上寅时一刻二分的时候,帝座星在正中间。
谷雨那天,傍晚戌时一刻七分的时候,翼宿偏东七度;第二天早上寅时二刻八分的时候,箕宿偏东四度。立夏那天,傍晚戌时三刻二分的时候,轸宿偏东五度;第二天早上寅时一刻十三分的时候,箕宿偏西四度。小满那天,傍晚亥时一刻十二分的时候,角宿在正中间;第二天早上丑时三刻三分的时候,箕宿在正中间。芒种那天,傍晚亥时一刻十二分的时候,大角星偏西六度;第二天早上丑时二刻三分的时候,河鼓二星在正中间。
夏至那天,傍晚亥时二刻五分的时候,房宿在正中间;第二天早上丑时一刻十分的时候,须女星在正中间。小暑那天,傍晚亥时一刻十二分的时候,尾宿在正中间;第二天早上丑时二刻三分的时候,危宿在正中间。大暑那天,傍晚亥时一刻十二分的时候,箕宿偏东七度;第二天早上丑时三刻三分的时候,营室宿在正中间。立秋那天,傍晚戌时三刻二分的时候,箕宿在正中间;第二天早上寅时三刻十三分的时候,娄宿偏东六度。处暑那天,傍晚戌时一刻七分的时候,织女一星在正中间;第二天早上寅时二刻八分的时候,娄宿在正中间。白露那天,傍晚戌时三刻十三分的时候,河鼓二星偏东四度;第二天早上寅时一刻二分的时候,昴宿偏东四度。
秋分那天,傍晚七点多一点,河鼓二星在正中;第二天早上五点多一点,毕宿偏西五度。寒露那天,傍晚七点多一点,牵牛星在正中;第二天早上五点多一点,参宿四在正中。霜降那天,傍晚五点多一点,须女星偏西五度;第二天早上五点多一点,南河三偏东六度。立冬那天,傍晚五点多一点,危宿偏东四度;第二天早上五点多一点,舆鬼星在正中。小雪那天,傍晚五点多一点,营室星偏东七度;第二天早上五点多一点,张宿在正中。大雪那天,傍晚五点多一点,营室星偏西八度;第二天早上五点多一点,翼宿在正中。
冬至那天,傍晚五点多一点,土司空星在正中;第二天早上五点多一点,五帝座星在正中。小寒那天,傍晚五点多一点,娄宿在正中;第二天早上五点多一点,角宿偏东五度。大寒那天,傍晚五点多一点,天囷一星在正中;第二天早上五点多一点,亢宿在正中。立春那天,傍晚五点多一点,昴宿偏西六度;第二天早上五点多一点,氐宿在正中。雨水那天,傍晚五点多一点,参宿七在正中;第二天早上五点多一点,贯索一星在正中。惊蛰那天,傍晚七点多一点,天狼星在正中;第二天早上五点多一点,心宿在正中。
《周礼·保章氏》里说,用星象和地貌来辨别九州的地域,每个封地都有对应的星宿,用来观测吉凶。唐朝贞观年间,李淳风写了《法象志》,他根据《汉书》里十二次星宿的度数,把它们和唐朝的州县对应起来。而一行和尚则认为,天下的山川河流的景象,都体现在南北两边的星象里,他的说法很详细。洪武十七年,《大明清类天文分野书》完成了,并且赏赐给了秦王和晋王。这本书大致的意思是说,《晋书·天文志》里说的分野,开始是角宿、亢宿,因为东方苍龙以角宿为首。唐朝开始是女宿、虚宿、危宿,因为十二地支以子为首。现在开始是斗宿、牛宿,因为以星纪为首。古代说天,都是从斗宿、牛宿开始纪年的,所以叫星纪,这就是书中取名的由来。这里摘录了这本书里关于直隶十三布政司府州县卫以及辽东都司的星宿对应记录。
话说,古代天文学家把天上星星分成不同的区域,叫做星次。斗宿三度到女宿一度,这片区域叫星纪。咱们直隶地区的应天、太平、宁国、镇江、池州、徽州、常州、苏州、松江九个府,还有广德州,都属于星纪。凤阳府下面的寿州、滁州、六安州,泗州的盱眙县、天长县,扬州府的高邮州、通州、泰州,庐州府的无为州,安庆府的和州,也都属于星纪。淮安府呢,一部分属于星纪,一部分属于牛宿。
浙江布政司管辖的杭州、湖州、嘉兴、严州、绍兴、金华、衢州、处州、宁波九个府,都属于牛宿和女宿。台州、温州两个府,则属于斗宿、牛宿、须宿和女宿。江西布政司管辖的地方,都属于星纪。福建布政司管辖的地方,都属于牛宿和女宿。广东布政司管辖的广州府也属于牛宿和女宿。惠州属于女宿。肇庆府、南雄府、德庆州,都属于牛宿和女宿。潮州府属于牛宿。雷州府、琼州府、崖州、儋州、万州三个州,高州府的化州,广西布政司管辖的梧州府下的苍梧县、藤县、岑溪县、容县,都属于牛宿和女宿。
女宿二度到危宿十二度,这片区域叫玄枵。山东布政司管辖的济南府下面的乐安州、德州、滨州,都属于危宿。泰安州、青州府,都属于虚宿和危宿。莱州府的胶州,登州府的宁海州,东昌府的高塘州,都属于危宿。东平州的阳谷县、东阿县、平阴县,北平布政司管辖的沧州,都属于须宿、女宿、虚宿和危宿。
危宿十三度到奎宿一度,这片区域叫娵訾。河南布政司管辖的卫辉府、彰德府、怀庆府,北平的大名府开州,山东东昌府的濮州,馆陶县、冠县、临清县,东平州的汶上县、寿张县,都属于室宿和壁宿。
奎宿二度到胃宿三度,这片区域叫降娄。山东济宁府的兖州、滕县、峄县,青州府的莒州、安丘县、诸城县、蒙阴县,济南府的沂州,直隶凤阳府的泗州、邳州,五河县、虹县、怀远县,淮安府的海州,桃源县、清河县、沭阳县,都属于奎宿和娄宿。
话说这天象啊,胃宿四度到毕宿六度,这片天区啊,就属于大梁的地界了。北平的真定府,正好在昴宿和毕宿之间。定州、冀州都在昴宿的范围,晋州、深州、赵州都在毕宿的范围。广平府、顺德府都在昴宿的范围,祁州呢,横跨昴宿和毕宿。河南彰德府的磁州,山东高唐州的恩县,山西布政司管辖的大同府下的应州、朔州、浑源州、蔚州,也都落在昴宿和毕宿的范围内。
毕宿七度到井宿八度,这块天区就属于沈地了。山西太原府管辖的石州、忻州、代州、平定州、保德州、岢岚州,还有平阳府,都属于参宿的范围。绛州、蒲州、吉州、隰州、解州、霍州这六个州,以及泽州、汾州都属于觜宿和参宿的范围。潞州、沁州、辽州则分属参宿和井宿。
井宿九度到柳宿三度,这片天区是鹑首的地盘。陕西布政司管辖的西安府下辖的同州、华州、乾州、耀州、邠州,凤翔府的陇州,延安府的鄜州、绥德州、葭州,汉中府的金州,临洮府、平凉府、静宁州,这些地方都属于井宿和鬼宿的范围。泾州属于鬼宿,庆阳府的宁州,巩昌府的阶州、徽州、秦州也都在井宿和鬼宿的范围内。四川布政司管辖的地方,只有绵州属于觜宿,合州属于参宿和井宿,其他的都属于井宿和鬼宿。云南布政司管辖的所有地方,也都属于井宿和鬼宿。
柳宿四度到张宿十五度,这片天区是鹑火的地界。河南河南府的陕州,属于柳宿的范围。南阳府的邓州、汝州、裕州,汝宁府的信阳县、罗山县,开封府的均州、许州,陕西西安府的商县,华州的洛南县,湖广布政司管辖的德安府的随州,襄阳府的均州、光化县,这些地方都属于张宿的范围。
张十六度到轸九度,是鹑尾星宿的位置。湖北的武昌府兴国州,荆州府的归州、夷陵州、荆门州,黄州府的蕲州,襄阳府、德安府,安陆州、沔阳州,这些地方都属于翼宿和轸宿的范围。长沙府旁边一颗小星叫长沙星,对应着长沙府的地名。衡州府的桂阳州,永州府的全州、道州,岳州府、常德府,澧州,辰州府的沅州,汉阳府的靖州、郴州,宝庆府的武冈州、镇远州,这些地方也都属于翼宿和轸宿的范围。广西地区,除了梧州府的苍梧、藤县、容县、岑溪四县属于牛宿和女宿的范围,其他的都属于翼宿和轸宿的范围。广东的连州、廉州府钦州、韶州府,也都属于翼宿和轸宿的范围。
轸十度到氐一度,是寿星的位置。河南的开封府,属于角宿和亢宿的范围。郑州属于氐宿的范围。陈州属于亢宿的范围。汝宁府的光州,怀庆府的孟县、济源县、温县,直隶寿州的霍丘县,这些地方都属于角宿、亢宿和氐宿的范围。
氐二度到尾二度,是大火星宿的位置。河南开封府的杞县、太康县、仪封县、兰阳县,归德州、睢州,山东的济宁府,这些地方都属于房宿和心宿的范围。直隶凤阳府的颍州,属于房宿的范围。徐州、宿州,寿州的蒙城县,颍州的亳县,这些地方也都属于房宿和心宿的范围。
尾三度到斗二度,是析木星宿的位置。北平的北平府,属于尾宿和箕宿的范围。涿州、通州、蓟州,都属于尾宿的范围。霸州、保定府,都属于尾宿和箕宿的范围。易州、安州,都属于尾宿的范围。河间府、景州,都属于尾宿和箕宿的范围。永平府属于尾宿的范围。滦州属于尾宿和箕宿的范围。辽东都指挥司属于尾宿和箕宿的范围。朝鲜属于箕宿的范围。
十二宫的名字,在《尔雅》里就能找到,大部分都是根据星宿来定的,比如娄、奎对应降娄宫,心宿对应大火宫,朱雀七宿对应鹑首、鹑尾宫等等。所以说,每个宫对应固定的星宿,每个星宿也长期对应固定的宫,这传统由来已久。唐朝以后,人们开始考虑岁差的影响,但其实天还是那个天,年还是那个年,宫和星的对应关系基本没变。
西方的算法,是用中气来确定宫的位置,比如太阳运行到冬至点,就对应星纪宫。但恒星有岁差,这就导致一个宫对应不到固定的星宿了,星宿可以轮流在各个宫出现,这可是跟古法大不一样了。为了记录这个情况,我这里列出了崇祯元年各个星宿与宫位交接时的黄赤道度数,算是留个纪念吧。
赤道交宫宿度和黄道交宫宿度的数据如下:
箕宿,赤道经度3度07分,进入星纪宫;黄道经度4度17分,进入星纪宫。
斗宿,赤道经度24度21分,进入玄枵宫;牛宿,黄道经度1度06分,进入玄枵宫。
危宿,赤道经度3度19分,进入娵訾宫;黄道经度1度47分,进入娵訾宫。
壁宿,赤道经度1度26分,进入降娄宫;室宿,黄道经度11度40分,进入降娄宫。
娄宿,赤道经度6度28分,进入大梁宫;黄道经度1度14分,进入大梁宫。
昴宿,赤道经度8度39分,进入实沈宫;黄道经度5度13分,进入实沈宫。
觜宿,赤道经度11度17分,进入鹑首宫;黄道经度11度25分,进入鹑首宫。
井宿,赤道经度29度53分,进入鹑火宫;黄道经度29度52分,进入鹑火宫。
张宿,赤道经度6度51分,进入鹑尾宫;星宿,黄道经度7度51分,进入鹑尾宫。
翼宿,赤道经度19度32分,进入寿星宫;黄道经度11度24分,进入寿星宫。
亢宿,赤道经度1度50分,进入大火宫;黄道经度0度46分,进入大火宫。
心宿,赤道经度0度22分,进入析木宫;房宿,黄道经度2度12分,进入析木宫。
话说这璿玑玉衡,是古代用来观测天象的仪器,可是啊,在夏商周三代的时候,却没怎么见着它被用上。你看《周礼》里记载的,只有圭表和壶漏,压根儿没提玑衡这玩意儿,所以这玑衡到底是个啥样,现在也考证不出来了。后来到了汉朝,人们发明了浑天仪,说是继承了玑衡的衣钵,这说法嘛,也说不定对吧。
之后历朝历代都有人改进制作浑天仪。大体上来说,用六合、三辰、四游、重环这些部件拼凑起来的,就叫浑天仪;要是用个实心的圆球,上面画上黄赤经纬度,再镶嵌上星星的,那就叫浑天象。虽然这些浑天仪和浑天象的制作工艺有简有繁,但说到底,也就是青出于蓝而胜于蓝的区别罢了。除了这些,就只有圭表和壶漏这两种比较简单的观测仪器了。直到元朝,才又发明了简仪、仰仪、窥几、景符等等这些观测仪器,这才算把天文观测仪器的制作工艺搞得精细起来了。
明朝开国皇帝朱元璋打败元朝后,天文台送给他一个水晶做的计时器,里面有两个木头人,能自动打鼓报时。朱元璋觉得这玩意儿没啥用,就把它砸了。
洪武十七年,他让人制造了观星盘。十八年,在鸡鸣山建了观象台。到了洪武二十四年,又铸造了浑天仪。
正统二年,钦天监正皇甫仲和上奏说:南京的观象台有浑天仪、简仪、圭表这些天文仪器,用来观测日月星辰的运行,但是北京城里只有在齐化门城楼上简单观测,没有专门的天文仪器。他请求派人去南京,仿照着做一套木质的仪器运到北京,先测量一下北极星的高度,再用铜重新铸造一套,这样观测才有依据。皇帝批准了他的请求。
第二年冬天,北京铸造了铜制的浑天仪和简仪。皇帝还亲自写了一篇《观天器铭》来赞美这些仪器:“古时候的大圣人,都是效法天理来治理国家,他们敬畏上天,又用仪器来观测天象。这些仪器是什么呢?就是璇玑玉衡。玑代表天体的运行规律,衡用来精确测量天体的运行。历经几代人,几千年了,一直沿用着这些仪器,但其制作却越来越完善。通过这些仪器观测,可以了解到宇宙的运行规律,阴阳的运行轨迹,方位都可以考证。浑天仪内部的三辰,黄赤二道,日月星辰的运行轨迹都可以推算。简仪的制作,取代了璇玑玉衡,结构精密,简洁而精准。浑象的外层,可以反观宇宙,上规下矩,度数精确。另外还有直立的圭表,高八尺,可以用来测量节气和日影。天文仪器是人造的,但它能反映天象,用来推算天体运行,精确无误。从古至今,这些仪器制作越来越精良,功能越来越完善,用途将是无限的。只有勤政爱民,才能得到上天的保佑,百姓才能安居乐业。只有政治清明,才能顺应天意。我刻铭于此,以激励自己要敬畏上天。”
正统十一年,钦天监的官员又上奏说:简仪还没有刻上度数,而且地基太低,观测日月星辰的时候,会被周围的建筑物遮挡。圭表放在露天的平台上,阳光散射,影子不稳定。计时用的漏壶屋子太低,水池太小,难以注水调节时间。请求重新按照规范修建。皇帝批准了他们的请求。
第二年冬天,钦天监正彭德清又上奏说:北京北极星的高度、太阳升落的时间和南京不一样,冬夏昼夜长短也都不一样。现在宫里和官府用的漏壶都是南京旧式,已经不能用了。皇帝下令内务府重新制造。
景泰六年,又制造了内廷观象台的简仪和铜壶。成化年间,尚书周洪谟再次请求制造璇玑玉衡,宪宗皇帝下令自己动手制作后献上。成化十四年,钦天监官员请求修缮晷影堂,皇帝也批准了。
弘治二年,监正吴昊说:“咱们现在用的浑仪,黄赤道交点的位置不对,跟实际的天象不一样。南北两轴的度数也不准,窥管也和太阳的出没时间对不上,所以根本没法用。简仪虽然是郭守敬留下来的,但是北极的云柱太短了,用来测量星星到北极的距离也不准。所以,我觉得应该修改或者重新制造一个浑仪,弄个咱们这个时代用的标准出来。” 这事儿后来交给了礼部,礼部让监副张绅做一个木头模型试试,黄道的度数可以改改。
正德十六年,漏刻博士朱裕又提意见说:“现在用的晷表尺寸大小不一,测量结果不准,而且咱们推算历法用的还是南京日出时间,这俩好像有点矛盾啊!应该让一位大臣负责这事儿,铸造一个铜制的晷表,好好测测一年四季中午的影子长度。还要去河南阳城看看以前立的土圭,跟现在的晷表比对一下,再在山东、湖广、陕西、大名等地也立上圭表,测测各个地方的影子。然后把新旧历书和各地晷影的数据都拿来仔细研究,制定一套新的历法,这样才能保证天象观测和日食预报准确无误。” 不过,他的建议最后没被采纳。
嘉靖二年,朝廷修缮了测风用的风杆,还有简仪和浑仪。到了七年,才立起了一根四丈高的木表来测量日影,确定节气和朔日。 从那以后,钦天监的各种天文仪器,比如立运仪、正方案、悬晷、偏晷、盘晷等等,都齐全了,主要还是沿用元朝的办法。
万历年间,西洋人利玛窦带来了浑仪、天球、地球仪等仪器。仁和的李之藻还写了《浑天仪说》,解释了这些仪器的制造和使用方法,具体内容就不多说了。这些仪器的原理,说到底还是基于六合、三辰、四游的传统方法。不过,古代的浑仪是把北极固定在地面上,而利玛窦带来的浑仪,子午线是可以调节的,根据不同地方的纬度调整,用起来更方便。
崇祯二年,礼部侍郎徐光启兼管历法,他建议制造:象限仪六架、纪限仪三架、平悬浑仪三架、交食仪一架、列宿经纬天球一架、万国经纬地球一架、平面日晷三架、转盘星晷三架、候时钟三架、望远镜三架。 朝廷批准了他的请求。 之后,他又说:
关于计时的方法,有五件事需要讨论:一是用壶漏计时,二是用指南针,三是用表臬(圭表),四是用仪器(浑仪等),五是用日晷。
漏壶计时,水流速度会因为水的新旧和漏管的堵塞情况而变化,所以计时并不精准。漏壶只能在白天和阴天补充日晷和表臬的不足,它本身并不是精确的计时工具。 说白了,漏壶这玩意儿,计时不准,只能用来凑数。
指南针用来辨别方向,大家都用它来确定方位。但是指南针的指向并不完全准确,通常会偏离正南正北,而且不同地方偏差程度还不一样。比如在北京,指南针会偏东5度40分。如果用指南针制作日晷,冬至中午的时候,实际时间会比日晷显示的时间早1小时44分钟左右,夏至中午则会早51分钟左右。 这指南针啊,指的方向也不太准,做日晷的话时间还会差不少。
所谓表臬,就是根据《考工记》里说的方法,观察太阳的影子,通过日影的变化来确定方位。现在的方法比较简单,在地上放个小表,在中午前后多次测量日影长度,找到两根长度相等的影子,这两根影子的连线就是东西方向,最短的那根影子的方向就是正南正北。 这方法简单多了,在地上立个杆子,看看影子就知道了。
我们天文台以前就有一个立运仪,用来测量七曜的高度。我用它来确定正南正北方向,在上午多次测量太阳高度,高度最高的时候,影子最短,这就找到了南北正线。 我们用仪器来测,更精准。
确定了正南正北、正东正西之后,就可以根据这个来划分时间,再加入节气线,就做成了平面日晷。我们现在用的那个圆形的石制日晷,是赤道日晷,也是用我们测定的正南正北线来校准的。这两种日晷都能测得准确的太阳时,这是白天测日的方法。 白天用日晷,晚上呢?
至于晚上测时间的日晷,其实就是《周礼》里说的观测北极星的方法。但是古时候北极星的位置是固定的,现在它已经移动了三度多,旧方法已经不适用了。所以我们现在用重盘星晷,上面刻着时间和节气,通过观测靠近北极的两颗星就能知道时间,这就是晚上测星的方法。 以前的方法不行了,我们换了新的。
七年后,督修历法的右参政李天经说:
辅臣光启建议的计时方法,古代有漏壶,近代有机械钟,这两种方法都依赖人力操作,不如直接利用日月星辰来计时,这样才能真正符合天体运行规律。所以特地请制做了日晷、星晷和望远镜这三件仪器。我奉命接管这项工作,先简单汇报一下情况。
日晷呢,就是用磨好的石头做成一个平面,上面刻着十三条线,表示节气。其中冬至和夏至各占一条线,其他的节气,每两节气共用一条线。平面的四周刻着时刻线,范围是根据太阳在各个节气里升起和落下的时间来定的。然后,根据北京的北极星高度,做一个三角形的铜表放在平面中央。铜表整体的影子指示时间,铜表尖端的影子指示节气。这就是日晷的大概样子。
星晷呢,是用铜做成一根柱子,柱子上面安着一个比较重的圆盘。圆盘里面刻着周天度数,并按十二宫来划分节气;圆盘外面刻着时刻。圆盘中间刻一条细缝,用来观察星星。使用方法是:先把外盘的初始刻度对准内盘的节气,然后转动铜盘,朝北对着北极星和句陈大星,让这两颗星同时出现在细缝里,这时看圆盘上指针指的位置,就是准确的时间。这就是星晷的大概样子。
望远镜,也叫窥筒,它的构造是许多空管套在一起,可以伸缩,两端都装上玻璃镜片,根据观察物体的远近来调整长度。它不仅能观察天象,还能把几里以外的东西看得像在眼前一样,可以用来观察敌情、指挥炮击,用途很大。
日晷和星晷这些东西,要想用得好,必须得建个台子,方便安放。
皇帝命令太监卢维宁、魏国徵到天文机构去检验和试用这些仪器。
第二年,天文学家又请求制造沙漏。明朝初期,詹希元发现水漏在严寒时水会结冰,无法使用,所以就用沙子代替水。但是沙子流得太快,和天体的运行速度不协调,于是就在原来的斗轮外面又加了四个轮子,每个轮子都有三十六个齿。后来周述学觉得沙漏的孔太小,沙子容易堵塞,于是又重新制造了六轮沙漏,其中五个轮子各有三十个齿,并且稍微放大了一些孔,运行速度这才和日晷相符。天文学家提出的请求,大概就是继承了这种改进的思路吧。
制造天文仪器,是天文学家最重要的任务。但是,精通这门技术的人,可以凭着自己的想法来制造。所以,西方人制造的天文仪器,名字多得数不清,其中浑盖仪和简平仪是最精密的。它们的具体原理,在书里都有详细记载,这里就不赘述了。
宣城人梅文鼎说:
阳光影子长度的变化规律,其实是可以互相推导的。只要知道北极星的高度,就能算出每个节气正午时分影子的长度;反过来,测出每个节气正午的影子长度,也能算出北极星的高度。但这可不是件容易的事儿。
传统的圭表测量方法,表尺短了,精确到秒就很难;表尺长了,影子又虚又淡,看不清楚。郭守敬厉害就厉害在这儿,他用四丈高的表尺,还发明了影符来辅助测量。太阳很大,竖直的表尺测到的是太阳上边缘的影子,水平的表尺测到的是太阳下边缘的影子,都不是太阳中心的影子,所以郭守敬在表尺顶端加了个横梁来辅助测量,这方法确实高明!不过,他那个影符的制作,用铜片钻个针眼那么小的孔,虽然可以前后调整角度对准太阳,但太阳高度每天都在变,铜片倾斜的角度怎么可能每次都正好呢?对不准,阳光就透不过来,等调整好了,太阳都西斜了!所以啊,得把铜片换成圆木,左右用两块木板架着,像车轴一样,这样就容易转动了。再把圆孔改成直缝,用起来就方便多了。但是,影符只能解决影子虚淡的问题,并不是根本的解决方法。
最关键的是,表尺必须竖直,圭表必须水平,测量单位必须精确,这三点缺一不可,否则就测不出准确的影子长度。即使这三点都做到了,人的细心程度不同,视力也不一样,做事认真程度也不同,所以还得选人。 明白了这些,大概就能测准影子长度了。
西方的测量方法更进一步。他们认为,地球半径大约是日地距离的千分之一,所以地面上测到的太阳高度,肯定比地心测到的实际高度要低一些,这就需要加上一个“地半径差”。而且,靠近地面的空气比较浑浊,会让太阳看起来比实际位置更高,所以测到的影子长度又会让太阳高度显得比实际高,这就需要减去一个“清蒙差”。这两个差值,都只在靠近地面时比较大,越高的地方就越小,最后都变成零。“地半径差”到天顶就为零了,“清蒙差”到四十五度角就为零了。
崇祯皇帝刚上任那会儿,西方人测算出了北京等地的北极高度。他们说,北京是北纬40度,南京是北纬32.5度,山东是北纬37度,山西是北纬38度,陕西是北纬36度,河南是北纬35度,浙江是北纬30度,江西是北纬29度,湖广(今湖北湖南)是北纬31度,四川是北纬29度,广东是北纬23度,福建是北纬26度,广西是北纬25度,云南是北纬22度,贵州是北纬24度。(这里要说明一下,只有北京、南京、江西和广东这四个地方是实地测量出来的,其他的都是根据地图估算的。) 周天三百六十度,一度六十分。
他们还用一种仪器,测算北京一年四季不同节气的正午日影长度。 夏至那天,日影长3度33分;芒种、小暑,日影长3度42分;小满、大暑,日影长4度15分;立夏、立秋,日影长5度6分;谷雨、处暑,日影长6度23分;清明、白露,日影长8度6分;春秋分,日影长10度4分;惊蛰、寒露,日影长12度26分;雨水、霜降,日影长15度5分;立春、立冬,日影长17度47分;大寒、小雪,日影长20度47分;小寒、大雪,日影长23度30分;冬至那天,日影最长,达到了24度4分。
咱们以北京的子午线为中心,来计算各地和北京的经度差。各地节气的早晚,月食的先后,都得根据这个经度差来算。因为大家都是根据自己看到太阳升起和落下的时间来判断东西方向和时间,中午是正南正午。可是,东方比西方早看到日出,所以东西方向相隔的距离越大,时间差就越大。
相隔三十度,时间就差一个小时。(比如,北京是中午,而西边三十度的地方才是上午十点;反过来,西边三十度的地方是中午,北京已经是下午两点。)相隔九十度,时间就差三个小时。(比如,北京是中午,西边九十度的地方是上午九点;反过来,西边九十度的地方是中午,北京是下午三点。)如果相隔一百八十度,那昼夜的时间就完全反过来了。(北京中午,另一边是半夜。)
汤若望(就是那个西洋人)说:“天启三年九月十五号晚上,戌初一刻(大约晚上七点半)是满月,发生了月食。北京是酉初一刻十二分(大约下午五点一刻)开始出现月食,但是意大利等欧洲国家那时是白天,根本看不到月食。他们算出来月食开始的时间是巳正三刻四分(大约上午九点半),和北京的时间差了三个小时二十分八秒。根据距离计算,意大利大概在北京西边九十九度半的地方。所以,要确定东西经度差,必须在两个地方同时观测月食,然后比较时间。如果时间早了二十分之一,就说明偏西一度;如果时间晚了二十分之一,就说明偏东一度。(节气的早晚也是同样的道理。)”
现在各省的经度差还没完全测算出来,我这里根据地图上的里程数大概列了一下,可能不太准确。南京和福州都偏东一度,济南偏东一度十五分,太原偏西六度,武昌和开封偏西三度四十五分,西安和桂林偏西八度半,杭州偏东三度,南昌偏西二度半,广州偏西五度,成都偏西四十三度,贵阳偏西九度半,云南偏西十七度。
这些偏东偏西的经度数据,记载在《崇祯历书》的交食历里。当时正忙着修订历法,没时间仔细测量,所以这些度数其实很多都不太准确,先记下来,以后再慢慢校对吧。
古今星辰的位置不一样,这是因为岁差。但是,中西方对岁差的解释又不一样。中国的方法是说节气向西移动,西方的方法是说恒星向东移动,但最终结果是一样的。接下来,我会把李天经和汤若望他们根据崇祯元年北京的日出日落时间推算出来的星辰位置列出来。
春分那天,傍晚戌时二刻五分的时候,北河三星在正中;第二天早上寅时一刻十分的时候,尾宿在正中。清明节那天,傍晚戌时三刻十三分的时候,七星偏东四度;(如果昏晓时分没有正好在正中的星星,就取正中前后较亮的那颗星来代替。距离正中三度以内的,时间差不到一刻钟,可以忽略不计。超过四度,距离正中较远,所以要记录它偏东或偏西的度数。)第二天早上寅时初刻二分的时候,帝座星在正中。
谷雨那天,傍晚戌时一刻七分的时候,翼宿偏东七度;第二天早上寅时二刻八分的时候,箕宿偏东四度。立夏那天,傍晚戌时三刻二分的时候,轸宿偏东五度;第二天早上寅时初刻十三分的时候,箕宿偏西四度。小满那天,傍晚亥时初刻十二分的时候,角宿在正中;第二天早上丑时三刻三分的时候,箕宿在正中。芒种那天,傍晚亥时一刻十二分的时候,大角星偏西六度;第二天早上丑时二刻三分的时候,河鼓二星在正中。
夏至那天,傍晚亥时二刻五分的时候,房宿在正中;第二天早上丑时一刻十分的时候,须女星在正中。小暑那天,傍晚亥时一刻十二分的时候,尾宿在正中;第二天早上丑时二刻三分的时候,危宿在正中。大暑那天,傍晚亥时初刻十二分的时候,箕宿偏东七度;第二天早上丑时三刻三分的时候,营室宿在正中。立秋那天,傍晚戌时三刻二分的时候,箕宿在正中;第二天早上寅时三刻十三分的时候,娄宿偏东六度。处暑那天,傍晚戌时一刻七分的时候,织女一星在正中;第二天早上寅时二刻八分的时候,娄宿在正中。白露那天,傍晚戌时三刻十三分的时候,河鼓二星偏东四度;第二天早上寅时初刻二分的时候,昴宿偏东四度。
秋分那天,傍晚七点多一点,河鼓二星在正中;第二天早上五点多一点,毕宿偏西五度。寒露那天,傍晚七点多一点,牵牛星在正中;第二天早上五点多一点,参宿四在正中。霜降那天,傍晚五点多一点,须女星偏西五度;第二天早上五点多一点,南河三偏东六度。立冬那天,傍晚五点多一点,危宿偏东四度;第二天早上五点多一点,舆鬼星在正中。小雪那天,傍晚五点多一点,营室星偏东七度;第二天早上五点多一点,张宿在正中。大雪那天,傍晚五点多一点,营室星偏西八度;第二天早上五点多一点,翼宿在正中。
冬至那天,傍晚五点多一点,土司空星在正中;第二天早上五点多一点,五帝座星在正中。小寒那天,傍晚五点多一点,娄宿在正中;第二天早上五点多一点,角宿偏东五度。大寒那天,傍晚五点多一点,天囷一星在正中;第二天早上五点多一点,亢宿在正中。立春那天,傍晚五点多一点,昴宿偏西六度;第二天早上五点多一点,氐宿在正中。雨水那天,傍晚五点多一点,参宿七在正中;第二天早上五点多一点,贯索一星在正中。惊蛰那天,傍晚七点多一点,天狼星在正中;第二天早上五点多一点,心宿在正中。
《周礼·保章氏》这书里说,用星象和地貌来划分九州的地域,每个封地都有对应的星宿,用来观测吉凶。唐朝贞观年间,李淳风写了《法象志》这本书,他根据《汉书》里记载的十二次星宿的度数,把它们和唐朝的州县对应起来。而一行大师则认为,天下的山川河流的景象,都体现在南北两极的星象里,他的说法很详细。洪武十七年,《大明清类天文分野书》完成了,还赏赐给了秦王和晋王。这本书的大概意思是说,《晋书·天文志》里说的分野,开始于角宿、亢宿,因为东方苍龙以它们为首;唐朝开始于女宿、虚宿、危宿,因为十二地支以子为首;现在开始于斗宿、牛宿,因为以星纪为首。古代说‘天’都是从斗宿、牛宿开始记星的,所以叫星纪,这就是书里取用的意思。这里摘录的是这本书里记载的,直隶十三布政司府州县卫以及辽东都司对应的星宿记录。
话说古代分星宿分野,这块地方归哪个星宿管呢?
首先,斗宿三度到女宿一度,这叫星纪分野。直隶管辖的应天府、太平府、宁国府、镇江府、池州府、徽州府、常州府、苏州府、松江府这九个府,还有广德州,都属于斗宿管辖。凤阳府下面的寿州、滁州、六安州,泗州的盱眙县、天长县,扬州府的高邮州、通州、泰州,庐州府的无为州,安庆府的和州,这些也都归斗宿管。淮安府呢,它一部分归斗宿管,一部分归牛宿管。浙江布政司管辖的杭州府、湖州府、嘉兴府、严州府、绍兴府、金华府、衢州府、处州府、宁波府这九个府,都属于牛宿和女宿管辖。台州府、温州府呢,它们就更复杂些,斗宿、牛宿、须宿、女宿都有份儿。江西布政司管辖的地方,都归斗宿管;福建布政司管辖的地方,都归牛宿和女宿管;广东布政司管辖的广州府,也归牛宿和女宿管;惠州归女宿管;肇庆府、南雄府、德庆州,都归牛宿和女宿管;潮州府归牛宿管;雷州府、琼州府、崖州、儋州、万州这三个州,还有高州府的化州,以及广西布政司管辖的梧州府下的苍梧县、藤县、岑溪县、容县,这些都归牛宿和女宿管。
接下来,女宿二度到危宿十二度,这叫玄枵分野。山东布政司管辖的济南府下面的乐安州、德州、滨州,都归危宿管。泰安州、青州府,归虚宿和危宿管。莱州府的胶州,登州府的宁海州,东昌府的高塘州,都归危宿管。东平州的阳谷县、东阿县、平阴县,还有北平布政司管辖的沧州,都归须宿、女宿、虚宿、危宿管。
然后是危宿十三度到奎宿一度,这叫娵訾分野。河南布政司管辖的卫辉府、彰德府、怀庆府,北平的大名府开州,山东东昌的濮州,馆陶县、冠县、临清县,东平州的汶上县、寿张县,这些都归室宿和壁宿管。
最后,奎宿二度到胃宿三度,这叫降娄分野。山东济宁府的兖州、滕县、峄县,青州府的莒州、安丘县、诸城县、蒙阴县,济南府的沂州,直隶凤阳府的泗州、邳州,五河县、虹县、怀远县,淮安府的海州,桃源县、清河县、沭阳县,这些都归奎宿和娄宿管。
话说这天象啊,胃宿四度到毕宿六度,是大梁的位置。北京附近的真定府,属于昴宿和毕宿的范围;定州、冀州都属于昴宿;晋州、深州、赵州都属于毕宿;广平府、顺德府都属于昴宿;祁州呢,也属于昴宿和毕宿;河南彰德府下的磁州,山东高唐州的恩县,山西布政司管辖的大同府下面的应州、朔州、浑源州、蔚州,也都属于昴宿和毕宿的范围。
接下来,毕宿七度到井宿八度,是沈宿的位置。山西太原府管辖的石州、忻州、代州、平定州、保德州、岢岚州,还有平阳府,都属于参宿;绛州、蒲州、吉州、隰州、解州、霍州这六个州,都属于觜宿和参宿;泽州、汾州都属于参宿;潞州、沁州、辽州,都属于参宿和井宿。
然后是井宿九度到柳宿三度,是鹑首的位置。陕西布政司管辖的西安府下面的同州、华州、乾州、耀州、邠州,凤翔府的陇州,延安府的鄜州、绥德州、葭州,汉中府的金州,临洮府、平凉府,静宁州,这些都属于井宿和鬼宿;泾州属于鬼宿;庆阳府的宁州,巩昌府的阶州、徽州、秦州,也都属于井宿和鬼宿;四川布政司管辖的地方,只有绵州属于觜宿,合州属于参宿和井宿,其他的都属于井宿和鬼宿;云南布政司管辖的地方,也都属于井宿和鬼宿。
最后,柳宿四度到张宿十五度,是鹑火的位置。河南河南府的陕州,都属于柳宿;南阳府的邓州、汝州、裕州,汝宁府的信阳县、罗山县,开封府的均州、许州,陕西西安府的商县,华州的洛南县,湖广布政司管辖的德安府的随州,襄阳府的均州、光化县,这些都属于张宿。
张十六度到轸九度,是鹑尾星宿的范围。湖北的武昌府兴国州,荆州府的归州、夷陵州、荆门州,黄州府的蕲州,襄阳府、德安府,安陆州、沔阳州,这些地方都属于翼宿和轸宿的范围。长沙府旁边一颗小星叫长沙星,对应着长沙府的地名。衡州府的桂阳州,永州府的全州、道州,岳州府、常德府,澧州,辰州府的沅州,汉阳府的靖州、郴州,宝庆府的武冈州、镇远州,这些地方也都在翼宿和轸宿的范围里。广西地区,除了梧州府的苍梧、藤县、容县、岑溪四县属于牛宿和女宿的范围,其他的都属于翼宿和轸宿的范围。广东的连州、廉州府钦州、韶州府,也都属于翼宿和轸宿的范围。
轸十度到氐一度,是寿星的范围。河南的开封府,属于角宿和亢宿的范围。郑州属于氐宿的范围。陈州属于亢宿的范围。汝宁府的光州,怀庆府的孟县、济源县、温县,直隶寿州的霍丘县,这些地方都属于角宿、亢宿和氐宿的范围。
氐二度到尾二度,是大火的范围。河南开封府的杞县、太康县、仪封县、兰阳县,归德州、睢州,山东的济宁府,这些地方都属于房宿和心宿的范围。直隶凤阳府的颍州,属于房宿的范围。徐州、宿州,寿州的蒙城县,颍州的亳县,这些地方也都在房宿和心宿的范围里。
尾三度到斗二度,是析木的范围。北平的北平府,属于尾宿和箕宿的范围。涿州、通州、蓟州,都属于尾宿的范围。霸州、保定府,都属于尾宿和箕宿的范围。易州、安州,都属于尾宿的范围。河间府、景州,都属于尾宿和箕宿的范围。永平府属于尾宿的范围。滦州属于尾宿和箕宿的范围。辽东都指挥司属于尾宿和箕宿的范围。朝鲜属于箕宿的范围。
崇祯元年测算的二十八宿黄赤度数,跟古时候的都不一样。这星星嘛,是沿着黄道走的,而赤道和黄道是斜交的,所以度数不可能没有增减,这是必然的。黄道的度数本身也会增减,可能是推算的时候有失误,或者恒星运行本身也有快慢之分吧?我这里把数据列出来,供大家参考。
赤道和黄道的度数不一样,具体如下:角宿,赤道是11度44分,黄道是10度35分;亢宿,赤道是9度19分,黄道是10度40分;氐宿,赤道是16度41分,黄道是17度54分;房宿,赤道是5度28分,黄道是4度46分;心宿,赤道是6度9分,黄道是7度33分;尾宿,赤道是21度6分,黄道是15度36分;箕宿,赤道是8度46分,黄道是9度20分;斗宿,赤道是24度24分,黄道是23度51分;牛宿,赤道是6度50分,黄道是7度41分;女宿,赤道是11度7分,黄道是11度39分。
虚宿,赤道是8度41分,黄道是9度59分;危宿,赤道是14度53分,黄道是20度7分;室宿,赤道是17度,黄道是15度41分;壁宿,赤道是10度28分,黄道是13度16分;奎宿,赤道是14度30分,黄道是11度29分;娄宿,赤道是12度4分,黄道是13度;胃宿,赤道是15度45分,黄道是13度1分;昴宿,赤道是10度24分,黄道是8度29分;毕宿,赤道是16度34分,黄道是13度58分;参宿,赤道是0度24分,黄道是1度21分;觜宿,赤道是11度24分,黄道是11度33分;井宿,赤道是32度49分,黄道是30度25分;鬼宿,赤道是2度21分,黄道是5度30分;柳宿,赤道是12度4分,黄道是16度6分;星宿,赤道是5度48分,黄道是8度23分;张宿,赤道是17度19分,黄道是18度4分;翼宿,赤道是20度28分,黄道是17度;轸宿,赤道是15度30分,黄道是13度3分。
十二宫的名字,最早在《尔雅》里就能看到,大多都是根据星宿的位置来定的,比如娄、奎对应降娄宫,心宿对应大火宫,朱鸟七宿对应鹑首、鹑尾宫等等。所以,每个宫对应着固定的星宿,而星宿也长期占据着固定的宫位,这都是由来已久的规矩了。唐朝以后,人们开始考虑岁差的影响,但实际上,天还是那个天,年还是那个年,宫位和星宿的对应关系基本没变。
西方的算法,是用中气来确定宫位,比如太阳运行到冬至点,就对应星纪宫。但是,恒星有岁差,这就导致宫位不再对应固定的星宿,而星宿可以轮流占据不同的宫位,这可是跟古法大不一样了。为了记录这个情况,我这里列出了崇祯元年各个星宿与宫位交界处的黄赤道度数,就当作个开端吧。
赤道交宫宿度和黄道交宫宿度的具体数值如下:
箕宿赤经三度零七分,进入星纪宫;箕宿黄经四度一十七分,进入星纪宫。
斗宿赤经二十四度二十一分,进入玄枵宫;牛宿黄经一度零六分,进入玄枵宫。
危宿赤经三度一十九分,进入娵訾宫;危宿黄经一度四十七分,进入娵訾宫。
壁宿赤经一度二十六分,进入降娄宫;室宿黄经十一度四十分,进入降娄宫。
娄宿赤经六度二十八分,进入大梁宫;娄宿黄经一度一十四分,进入大梁宫。
昴宿赤经八度三十九分,进入实沈宫;昴宿黄经五度一十三分,进入实沈宫。
觜宿赤经十一度一十七分,进入鹑首宫;觜宿黄经十一度二十五分,进入鹑首宫。
井宿赤经二十九度五十三分,进入鹑火宫;井宿黄经二十九度五十二分,进入鹑火宫。
张宿赤经六度五十一分,进入鹑尾宫;星宿黄经七度五十一分,进入鹑尾宫。
翼宿赤经十九度三十二分,进入寿星宫;翼宿黄经十一度二十四分,进入寿星宫。
亢宿赤经一度五十分,进入大火宫;亢宿黄经初度四十六分,进入大火宫。
心宿赤经初度二十二分,进入析木宫;房宿黄经二度一十二分,进入析木宫。
话说这璿玑玉衡,是古代用来观测天象的仪器,可是啊,它在夏商周三代都没怎么见着踪影。《周礼》里记载了圭表和壶漏,却没提玑衡,所以这玩意儿到底长啥样,就不好考证了。后来汉朝人发明了浑天仪,说是继承了玑衡的衣钵,这说法嘛,也说不定吧。
之后,历朝历代都有人改进制作浑天仪。大体上来说,用六合、三辰、四游、重环这些部件拼凑起来的,就叫浑天仪;而用实心的圆球,画上黄赤经纬度,再镶嵌上星星的,就叫浑天象。虽然这些浑天仪和浑天象的制作工艺有粗有细,但说到底,也就是青出于蓝而胜于蓝的区别。除了这些,就只有圭表和壶漏了。直到元朝,才又发明了简仪、仰仪、窥几、景符等等天文仪器,这才算是把天文仪器的制作工艺真正做到精益求精了。
明朝开国皇帝朱元璋打败元朝后,天文台送给他一个水晶做的计时器,里面有两个木头人,能按时敲钟打鼓。朱元璋觉得这玩意儿没啥用,就把它砸了。
洪武十七年,他让人造了个观星盘。十八年,在鸡鸣山上建了个天文台。二十四年,又铸造了一个浑天仪。
到了正统二年,钦天监正皇甫仲和上奏说:南京的天文台上有浑天仪、简仪和圭表这些仪器,用来观测日月星辰的运行,可是北京天文台只有在齐化门城楼上简单观测,没有像样的仪器。他请求派人去南京,用木头做一个模型,运到北京,测量一下北极星的高度,然后再用铜铸造正式的仪器,这样观测才有依据。皇帝批准了他的请求。
第二年冬天,北京铸造了铜制的浑天仪和简仪。皇帝还亲自写了一篇《观天器铭》来歌颂这些仪器:“粤古大圣,体天施治,敬天以心,观天以器。厥器伊何?璇玑玉衡。玑象天体,衡审天行。历世代更,垂四千祀,沿制有作,其制寝备。即器而观,六合外仪,阳经阴纬,方位可稽。中仪三辰,黄赤二道,日月暨星,运行可考。内仪四游,横箫中贯,南北东西,低昂旋转。简仪之作,爰代玑衡,制约用密,疏朗而精。外有浑象,反而观诸,上规下矩,度数方隅。别有直表,其崇八尺,分至气序,考景咸得。县象在天,制器在人,测验推步,靡忒毫分。昔作今述,为制弥工,既明且悉,用将无穷。惟天勤民,事天首务,民不失宁,天其予顾。政纯于仁,天道以正,勒铭斯器,以励予敬。”
过了十一年,钦天监的官员又上奏说:简仪上还没有刻度,而且地基太低,观测日月星辰的时候,会被周围的建筑物挡住视线;圭表放在露台上,阳光四散,影子不清晰;计时用的漏壶屋子太低,水池太小,不好注水和调节时间。请求重新按照规范建造。皇帝批准了。
第二年冬天,钦天监正彭德清又上奏说:北京北极星的高度、太阳升起和落下的时间,跟南京不一样,冬夏昼夜长短也都不一样。现在宫里和官府用的漏壶都是南京旧式的,不能用了。皇帝下令,让内务府重新制造。
景泰六年,又制造了内廷天文台的简仪和铜壶。成化年间,尚书周洪谟再次请求制造璇玑玉衡,皇帝下令自己动手制作后献上。成化十四年,钦天监官员请求修缮晷影堂,皇帝也批准了。
弘治二年,监正吴昊说:“现在用的浑仪,黄赤道交点的位置不对,跟实际的天象不一样;南北两轴的倾斜角度也不准;窥管(用来观测太阳的装置)和太阳的出没时间也不匹配。所以虽然有这玩意儿,但根本没用上。简仪呢,是郭守敬留下来的,但是北极的云柱太短了,用来测量恒星到北极的距离也不准确。所以我想,咱们得改进一下,或者干脆重新做一个,弄个能用一辈子的东西出来!” 这事儿后来交给了礼部,礼部又让监副张绅做一个木头模型先试试,黄赤道的度数也可以修改。
正德十六年,漏刻博士朱裕又提意见了:“咱们的晷表(测量日影的仪器)尺寸大小不一,测量结果不准;而且咱们推算历法用的日出时间是南京的,这跟实际情况好像有点矛盾啊! 建议皇上派个大官来管这事儿,铸造一个铜制的晷表,好好测测一年四季中午的日影长度。 还得去河南阳城看看以前立的土圭(古代测量日影的仪器),跟现在的晷表比对一下。 最好再在山东、湖广、陕西、大名这些地方也立上圭表,测测不同地方的日影,然后把新旧历法和这些观测数据好好对比一下,制定一套新的历法,这样天象的运行和日食的预测才不会出错。” 可是,他的建议没被采纳。
嘉靖二年,朝廷修缮了测风的装置以及简仪和浑仪。七年的时候,才开始立起一根四丈高的木头做晷表,用来测量日影,确定节气和朔望。 从那以后,钦天监的各种天文仪器,比如立运仪、正方案、悬晷、偏晷、盘晷等等,都齐全了,主要还是沿用元朝的办法。
万历年间,西洋人利玛窦带来了浑仪、天球、地球仪这些东西。仁和的李之藻还写了一本《浑天仪说》,详细介绍了这些仪器的制造和使用方法,具体内容就不多说了。 这些仪器的制作原理,说到底还是基于古代的“六合”、“三辰”、“四游”这些说法。 但是,古代的浑仪是把北极固定在一定的角度上,而利玛窦带来的这些仪器,子午线是可以调节的,根据不同地方的纬度来调整,用起来更方便。
崇祯二年,礼部侍郎徐光启兼管历法,他建议制造:象限仪六架,纪限仪三架,平悬浑仪三架,交食仪一架,列宿经纬天球一架,万国经纬地球一架,平面日晷三架,转盘星晷三架,候时钟三架,望远镜三架。皇上批准了他的请求。 后来,他又说:
关于计时的方法,有五件事需要讨论:一是用水漏,二是用指南针,三是用表臬(圭表的一种),四是用仪器,五是用日晷。
漏壶计时,水流速度会因为水的新旧和漏管的堵塞程度而变化,所以计时并不精准。漏壶只能在白天补充日晷和表臬的不足,它本身并不是精确的计时工具。 简单来说,漏壶计时容易受各种因素影响,不够准确,只能作为辅助工具。
指南针虽然能用来确定南北方向,但它指向的并非正北,而是略微偏东。具体偏多少,各地都不一样,比如在北京就偏东五度四分。如果用指南针来制作日晷,那么测得的正午时间就会有偏差,冬至正午会比实际时间早一刻四十四分多,夏至正午则会早五十一分多。所以,指南针虽然方便,但在精确计时方面,还是有误差的。
至于表臬,就是古代工匠根据《考工记》的方法,通过观察日影来确定方位。现在的方法比较简单,在地面上竖立一根小表,在正午前后多次测量日影长度,找到两根长度相等的日影,这两根日影连线的方向就是东西方向,最短的日影则代表正午的南北方向。
我之前用的立运仪,可以测量七曜(日月五星)的高度。我用它来确定子午线,通过多次测量太阳高度,找到太阳高度最高的时候,也就是日影最短的时候,就确定了南北正线。
确定了子午线、卯酉线之后,再根据方法划分时刻,加上节气线,就做成了平面日晷。现在用的那种圆形的石制欹晷,是赤道日晷,也是用我们测定的子午线来校准的。这两种日晷都能测得准确的太阳时,也就是白天测日。至于夜间测星的日晷,其实就是《周礼》里记载的观察北极星的方法。但是,北极星的位置一直在缓慢移动,现在已经偏离了原来的位置三度多,所以旧方法已经不适用了。因此,我们现在用的是重盘星晷,上面刻着时间和节气,通过观测靠近北极的两颗星来确定时间,这就是夜间测星。
七年前,督修历法的右参政李天经先生说过:
光启大人提出的计时方法,古代有漏壶,近代有轮钟,这两种方法都依赖人力操作,不如直接利用日月星辰来计时,这才是根本方法。所以,特地请制做了日晷、星晷和望远镜这三件仪器。我奉命接管这项工作,先简单汇报一下情况。
日晷呢,就是用磨光的石头做成一个平面,上面刻着十三条表示节气的线,其中冬至和夏至各占一条线,其他的节气,因为太阳运行速度差不多,所以每两节气共用一条线。平面的边缘刻着时刻线,以每天太阳升起和落下的时间为界限。然后,根据北京的北极星高度,做一个三角形的铜表放在平面中央。铜表整体的影子指示时间,铜表尖端的影子指示节气。这就是日晷的大概情况。
星晷呢,是用铜制作的柱子,上面安装一个重的圆盘。内盘刻着周天度数,并用十二宫来划分节气,外盘刻着时刻,中间刻有一条细缝,用来观察星象。使用方法是:先把外盘的初始刻度对准内盘的节气,然后转动铜盘,朝北对着北极星和句陈大星,让这两颗星同时出现在细缝中,这时看圆盘上指针指的位置,就是准确的时间。这就是星晷的大概情况。
至于望远镜,也叫窥筒,它的构造是:用许多层空心管套在一起,可以伸缩,两端都装上玻璃镜片,根据观察物体远近来调整长度。它不仅可以观察天象,还能把几里外的物体看得像在眼前一样,可以用它来观察敌人,然后进行炮击,用途很大。
日晷和星晷都需要安放在合适的地方,必须建造一个台子,方便安放它们。
皇帝命令太监卢维宁、魏国徵到天文机构去检验和测试使用方法。
第二年,天文学家又请求制造沙漏。明朝初期,詹希元因为水漏在严寒时水会结冰而无法使用,所以用沙子代替水。但是沙子流得太快,和天体的运行速度不协调,于是就在斗轮的外面又加了四个轮子,每个轮子都有三十六个齿。后来周述学觉得沙漏的孔太小,沙子容易堵塞,于是又重新制造了六个轮子的沙漏,其中五个轮子各有三十个齿,并且稍微放大孔洞,运行速度才和日晷协调起来。天文学家提出的请求,大概就是继承了这种想法吧。
制造天文仪器,效法自然现象,是天文学家的首要任务。但是,精通这门技术的人,可以凭着自己的想法来制作。所以,西方的天文仪器,名字多得数不清,其中浑盖仪和简平仪是最精密的。它们的原理在书中都有详细记载,这里就不赘述了。
宣城人梅文鼎说:
影子长度的变化总是和时间相关。你知道北极星的高度,就能知道每个节气的正午影子长度;反过来,测出每个节气的正午影子长度,也能知道北极星的高度。但这可不是件容易的事儿。用圭表测量,表短了,精确到秒就很难;表长了,影子又虚又淡。郭守敬所以要立起四丈高的表,用影符来辅助测量。太阳很大,竖直的表测的是太阳上边缘的影子,水平的表测的是太阳下边缘的影子,都不是太阳中心的影子,所以郭守敬在表端架上横梁来测量,他的方法确实很巧妙。但是他那个影符的设计,用铜片钻出针眼大小的孔,虽然可以前后调整方向对准太阳,但太阳高度每天都不一样,铜片的倾斜角度怎么能都正好合适呢?不合适的话光线就透不过去,临时调整的时候,太阳都西斜了。应该把铜片换成圆木,左右用两块板架着,像车轴一样,这样转动就方便多了。再把圆孔换成直缝,用起来就更方便了。不过,影符只能解决影子虚淡的问题,但这并不是根本的解决方法。必须保证表垂直,圭面水平,度量准确,这三点缺一不可才能得到准确的影子长度。即使这三点都做到了,但人的粗心细心程度不同,视力好坏也不一样,做事认真程度也不一样,所以选择人也很重要。明白了这些,大概就能测准影子长度了。
西方的方法更进一步。他们说地球半径大约是日地距离的千分之一,那么地面上测得的太阳高度,就一定比地心测得的实际高度要低一些,所以要加上一个地球半径差。靠近地面有大气层,它能使太阳看起来比实际位置更高,所以用影子推算出的太阳高度,可能比天上实际高度要高一些,所以还要减去一个大气差。这两个差值,都靠近地面时比较大,越高就越小,最后变成零。地球半径差到天顶就为零了,大气差到45度角就为零了。
崇祯年头,那些西洋人啊,用他们的仪器测算出北京、南京等地的北极高度。北京是北纬四十度,南京是北纬三十二度半,山东是北纬三十七度,山西是北纬三十八度,陕西是北纬三十六度,河南是北纬三十五度,浙江是北纬三十度,江西是北纬二十九度,湖广是北纬三十一度,四川是北纬二十九度,广东是北纬二十三度,福建是北纬二十六度,广西是北纬二十五度,云南是北纬二十二度,贵州是北纬二十四度。(周天三百六十度,一度六十分,以下都按这个算法。) 他们说,只有北京、南京、江西、广东这四个地方的数据是实测的,其他的都是根据地图估算的。
他们还用什么十二度表,测算北京一年四季不同节气的正午日影长度。夏至那天,日影长三度三十三分;芒种、小暑的时候,日影长三度四十二分;小满、大暑的时候,日影长四度十五分;立夏、立秋的时候,日影长五度六分;谷雨、处暑的时候,日影长六度二十三分;清明、白露的时候,日影长八度六分;春分、秋分的时候,日影长十度四分;惊蛰、寒露的时候,日影长十二度二十六分;雨水、霜降的时候,日影长十五度五分;立春、立冬的时候,日影长十七度四十七分;大寒、小雪的时候,日影长二十度四十七分;小寒、大雪的时候,日影长二十三度三十分;冬至那天,日影最长,达到二十四度四分。
咱们用北京的子午线作为标准,来计算各地和北京的经度差。各地节气到来的早晚,月食发生时间的先后,都得根据这个经度差来算。因为每个人都是根据自己看到的太阳升起和落下判断东西方向和时间的,中午是正南正午。可是,东方比西方早看到日出,所以东西方向距离越远,时间差就越大。相隔三十度经度,时间就差一个小时。(比如,北京是中午,西方某个地方可能才上午十点,西方某个地方可能已经下午两点了。)相隔九十度,时间差三个小时。(北京中午,西方可能是上午九点,西方可能是下午三点。)相隔一百八十度,那白天黑夜的时间就完全反过来了。(北京中午,西方是半夜。)
西方传教士汤若望说:“天启三年九月十五晚上,戌初初刻(晚上七点)是望(满月),发生了月食。北京初亏(月食开始)在酉初一刻十二分(下午五点一刻),而意大利等欧洲国家那时是白天,根本看不到月食。他们算出的初亏时间是巳正三刻四分(上午九点三刻),前后差了三个小时二刻八分。根据里数计算,这些欧洲国家大概在北京西边九十九度半的地方。所以,要确定东西经度差,必须在两地同时观测月食,比较一下时间。如果时间早了二十分之一小时,就说明偏西一度;如果时间晚了二十分之一小时,就说明偏东一度。(节气早晚也是同样的道理。)”现在各省的经度差还没来得及精确测量,我这里根据《广舆图》里估算的里程数大概列一下,可能不太准确。南京、福州偏东一度,济南偏东一度十五分,太原偏西六度,武昌、开封偏西三度四十五分,西安、桂林偏西八度半,杭州偏东三度,南昌偏西二度半,广州偏西五度,成都偏西四十三度,贵阳偏西九度半,云南偏西十七度。
这些偏西的经度,都记载在《崇祯历书》的交食历里。当时正忙着修订历法,没时间仔细测量,所以这些经度数据很多都不准确,先记下来,以后再慢慢考证吧。
古今星象位置不同,是因为岁差。但是,中西方对岁差的解释不一样。中国的方法是说节气向西移动,西方的方法是说恒星向东移动,但结果其实是一样的。下面列出李天经、汤若望等人根据崇祯元年北京的日出日落时间推算出的星象位置。
春分那天,傍晚戌时二刻五分,北河三星正中;第二天早上寅时一刻十分,尾宿正中。清明节那天,傍晚戌时三刻十三分,七星偏东四度;早上寅时一刻二分,帝座星正中。(如果昏旦交替的时候没有星宿正好在正中,那就取正中星宿的前后大星来代替。距离正中三度以内的,时间不到一刻钟,可以不用管。超过四度,距离正中比较远,所以要记录它偏离的度数。)谷雨那天,傍晚戌时一刻七分,翼宿偏东七度;早上寅时二刻八分,箕宿偏东四度。
立夏那天,傍晚戌时三刻二分,轸宿偏东五度;早上寅时一刻十三分,箕宿偏西四度。小满那天,傍晚亥时一刻十二分,角宿正中;第二天早上丑时三刻三分,箕宿正中。芒种那天,傍晚亥时一刻十二分,大角星偏西六度;第二天早上丑时二刻三分,河鼓二星正中。
夏至那天,傍晚亥时二刻五分,房宿正中;第二天早上丑时一刻十分,须女星正中。小暑那天,傍晚亥时一刻十二分,尾宿正中;第二天早上丑时二刻三分,危宿正中。大暑那天,傍晚亥时一刻十二分,箕宿偏东七度;第二天早上丑时三刻三分,营室星正中。立秋那天,傍晚戌时三刻二分,箕宿正中;第二天早上寅时三刻十三分,娄宿偏东六度。处暑那天,傍晚戌时一刻七分,织女一星正中;第二天早上寅时二刻八分,娄宿正中。
白露那天,傍晚戌时三刻十三分,河鼓二星偏东四度;第二天早上寅时一刻二分,昴宿偏东四度。
秋分那天,傍晚七点多一点,河鼓二星在正中;第二天早上五点多一点,毕宿偏西五度。寒露那天,傍晚七点多一点,牵牛星在正中;第二天早上五点多一点,参宿四在正中。霜降那天,傍晚五点多一点,须女星偏西五度;第二天早上一点多一点,南河三偏东六度。立冬那天,傍晚五点多一点,危宿偏东四度;第二天早上一点多一点,舆鬼星在正中。小雪那天,傍晚五点多一点,营室星偏东七度;第二天早上一点多一点,张宿在正中。大雪那天,傍晚五点多一点,营室星偏西八度;第二天早上一点多一点,翼宿在正中。
冬至那天,傍晚五点多一点,土司空星在正中;第二天早上一点多一点,五帝座星在正中。小寒那天,傍晚五点多一点,娄宿在正中;第二天早上一点多一点,角宿偏东五度。大寒那天,傍晚五点多一点,天囷一星在正中;第二天早上一点多一点,亢宿在正中。立春那天,傍晚五点多一点,昴宿偏西六度;第二天早上一点多一点,氐宿在正中。雨水那天,傍晚五点多一点,参宿七在正中;第二天早上一点多一点,贯索一星在正中。惊蛰那天,傍晚七点多一点,天狼星在正中;第二天早上五点多一点,心宿在正中。
《周礼·保章氏》里说,用星象和地上的土质来辨别九州的地域,每个封地都有对应的星宿,用来观测吉凶。唐朝贞观年间,李淳风写了《法象志》,他根据《汉书》里十二次星宿的度数,把它们和唐朝的州县对应起来。而一行和尚则认为,天下的山川河流的形状,都体现在南北两极的星象里,他的说法很详细。洪武十七年,《大明清类天文分野书》完成了,并且赏赐给了秦王和晋王。这本书大致的意思是说,《晋书·天文志》里说的分野,角宿和亢宿作为东方苍龙的头部。唐代以女宿、虚宿、危宿为首,用十二地支的子来代表。现在则以斗宿、牛宿为首,用星纪来代表。古代人们都是用斗宿、牛宿来记星的,所以叫它星纪,这就是书中取名的意思。这里摘录的是书中关于直隶十三布政司府州县卫以及辽东都司对应的星宿记录。
话说古代把天上的星星分成不同的区域,就像给它们划分了户口一样。 根据星宿的划分,有些地方就归属到不同的区域里。比如,直隶地区(就是现在的北京一带)的应天府、太平府、宁国府、镇江府、池州府、徽州府、常州府、苏州府、松江府这九个府,还有广德州,都属于“斗”这个星宿的区域。 凤阳府下面的寿州、滁州、六安州,泗州的盱眙县、天长县,扬州府的高邮州、通州、泰州,庐州府的无为州,安庆府的和州,也都属于“斗”的区域。淮安府呢,它一部分属于“斗”,一部分属于“牛”。
浙江省的杭州府、湖州府、嘉兴府、严州府、绍兴府、金华府、衢州府、处州府、宁波府这九个府,都属于“牛”和“女”两个星宿的区域。台州府和温州府就更复杂了,它们分别属于“斗”、“牛”、“须”、“女”四个星宿的区域。江西省所有的地方都属于“斗”;福建省所有的地方都属于“牛”和“女”;广东省的广州府也属于“牛”和“女”,惠州属于“女”,肇庆府、南雄府、德庆州都属于“牛”和“女”,潮州府属于“牛”,雷州府、琼州府、崖州、儋州、万州、高州府的化州,还有广西梧州府的苍梧县、藤县、岑溪县、容县,也都属于“牛”和“女”。
接下来,我们看看“女”到“危”星宿区域的划分。从“女”星宿的第二度到“危”星宿的第十二度,这片区域叫做“玄枵”。山东省的济南府下面的乐安州、德州、滨州,都属于“危”星宿。泰安州和青州府属于“虚”和“危”;莱州府的胶州,登州府的宁海州,东昌府的高塘州,都属于“危”。东平州的阳谷县、东阿县、平阴县,还有北平(现在北京)的沧州,都属于“须”、“女”、“虚”、“危”这几个星宿。
最后,我们来看看“危”到“胃”星宿区域的划分。“危”星宿的第十三度到“奎”星宿的第一度,这片区域叫做“娵訾”。河南省的卫辉府、彰德府、怀庆府,北平的大名府开州,山东东昌府的濮州,馆陶县、冠县、临清县,东平州的汶上县、寿张县,都属于“室”和“壁”这两个星宿。
从“奎”星宿的第二度到“胃”星宿的第三度,这片区域叫做“降娄”。山东济宁府的兖州、滕县、峄县,青州府的莒州、安丘县、诸城县、蒙阴县,济南府的沂州,直隶凤阳府的泗州、邳州,五河县、虹县、怀远县,淮安府的海州,桃源县、清河县、沭阳县,都属于“奎”和“娄”这两个星宿。
话说这天上的星宿啊,分得可细着呢!先说胃宿到毕宿,这片天区啊,跟大梁(今河南开封)附近差不多。北京附近的真定府,就落在昴宿和毕宿之间。定州、冀州都在昴宿的范围,晋州、深州、赵州都在毕宿的范围。广平府、顺德府都在昴宿,祁州呢,横跨昴宿和毕宿。河南彰德府的磁州、山东高唐州的恩县,还有山西大同府管辖的应州、朔州、浑源州、蔚州,这些地方也都在昴宿和毕宿的范围里。
接下来是毕宿到井宿,这片天区对应的是沈阳附近。山西太原府管辖的石州、忻州、代州、平定州、保德州、岢岚州,还有平阳府,都属于参宿。绛州、蒲州、吉州、隰州、解州、霍州这六个州,以及泽州、汾州,都属于觜宿和参宿。潞州、沁州、辽州则属于参宿和井宿。
然后是井宿到柳宿,这对应的是鹑首。陕西西安府管辖的同州、华州、乾州、耀州、邠州,凤翔府的陇州,延安府的鄜州、绥德州、葭州,汉中府的金州,临洮府、平凉府、静宁州,这些地方都属于井宿和鬼宿。泾州属于鬼宿。庆阳府的宁州,巩昌府的阶州、徽州、秦州,也都在井宿和鬼宿的范围。四川,就只有绵州属于觜宿,合州属于参宿和井宿,其他的都属于井宿和鬼宿。云南呢,全部都属于井宿和鬼宿。
最后是柳宿到张宿。河南河南府的陕州,属于柳宿。南阳府的邓州、汝州、裕州,汝宁府的信阳县、罗山县,开封府的均州、许州,陕西西安府的商县,华州的洛南县,湖广德安府的随州,襄阳府的均州、光化县,这些地方都属于张宿。
张十六度到轸九度,是鹑尾星宿的位置。湖北的武昌府兴国州,荆州府的归州、夷陵州、荆门州,黄州府的蕲州,襄阳府、德安府,安陆州、沔阳州,这些地方都属于翼宿和轸宿的范围。长沙府旁边一颗小星叫长沙星,对应着长沙府的地名。衡州府的桂阳州,永州府的全州、道州,岳州府、常德府,澧州,辰州府的沅州,汉阳府的靖州、郴州,宝庆府的武冈州、镇远州,这些地方也都属于翼宿和轸宿的范围。广西地区,除了梧州府的苍梧、藤县、容县、岑溪四县属于牛宿和女宿的范围,其他的都属于翼宿和轸宿的范围。广东的连州、廉州府钦州、韶州府,也都属于翼宿和轸宿的范围。
轸十度到氐一度,是寿星的位置。河南的开封府,属于角宿和亢宿的范围。郑州属于氐宿的范围。陈州属于亢宿的范围。汝宁府的光州,怀庆府的孟县、济源县、温县,直隶寿州的霍丘县,这些地方都属于角宿、亢宿和氐宿的范围。
氐二度到尾二度,是大火星宿的位置。河南开封府的杞县、太康县、仪封县、兰阳县,归德州、睢州,山东的济宁府,这些地方都属于房宿和心宿的范围。直隶凤阳府的颍州,属于房宿的范围。徐州、宿州,寿州的蒙城县,颍州的亳县,这些地方都属于房宿和心宿的范围。
尾三度到斗二度,是析木星宿的位置。北平的北平府,属于尾宿和箕宿的范围。涿州、通州、蓟州,都属于尾宿的范围。霸州、保定府,都属于尾宿和箕宿的范围。易州、安州,都属于尾宿的范围。河间府、景州,都属于尾宿和箕宿的范围。永平府属于尾宿的范围。滦州属于尾宿和箕宿的范围。辽东都指挥司属于尾宿和箕宿的范围。朝鲜属于箕宿的范围。