为什么「计时历法」是古代最精确的历法?

元朝统一全国后,当时使用的历法“大李明”有很大误差,元世祖忽必烈决定修改历法。于是他命人改历,开始了中国历史上的又一次改革。

据《元史》记载,郭守敬在元大都观象台制作的仪器有13件。

据说,为了解释它们,郭守敬在演奏成乐器风格时,从清晨开始,一直讲到下午,元世祖听得很认真,没有一丝倦意。这个记录反映了郭守敬的生动解释和元世祖的重视和关心。

郭守敬还向元世祖列举了唐代一次全国性天文观测的史实,并提出还应组织一次全国性的大规模天文观测,以编制新的历法。

元世祖接受了郭守敬的建议,派遣了65,438+00多名天文学家到中国各地进行几次重要的天文观测。历史上,这项活动被称为“四海试验”。

元代四海考观测点不少于27个,分布在北纬15度至北纬65度、东经128度、东经102度的广大地区。主要测量了日影、北极的高度,即北极星的视线与地平面的夹角,以及春分和秋分的昼夜时间。

现在还存在的观测站之一的羊城,就是现在的河南登封风景观象台,也叫“元代观星台”。这个地方被古人认为是“在地下”。

登封观测台不仅是一个观测站,还是一个固定的高度计。台面是高台上的横梁,离地垂直距离13米。

高台北侧,有一石圭横卧南北。石圭俗称“量天尺”,长40米。与常用的两米仪表相比,新仪表的高度是原仪表的5倍,降低了测量的相对误差。

郭守敬敢于在所有观测站使用13米高的米,而不怕米的高度造成末端阴影的模糊,是因为他配合使用了景观符号,通过景观符号上的小孔,把米顶的影像清晰地呈现在了地表上。

风景符号是高表的辅助工具。它利用微孔成像原理,使高面光束投下的虚影变成准确的实像,清晰地投射在GUI面上,达到人类摄影测量史上的最高精度,领先同期世界水平。

这次测量获得了高精度的原始测量数据,为时间日历的编制做出了巨大贡献。

经过许衡、郭守敬、王迅等天文学家的艰苦努力,历时四年精确计算,用摆线技术换算黄道坐标和赤道坐标。用二次插值法解决了太阳运行速度不均匀造成的历法不准确的问题,最终在1280年编制了这部历法,这在历史上是史无前例的。

元世祖根据古书中“给人时间”的意思,将其命名为“授时历”。

王勋当时以算术闻名,元世祖让他负责管理历法。他谦虚地说,自己只知道计算年份和季节,但想找一个懂历法原理的人,于是推荐了许衡。

当时的大学者许衡,学习特别好。接受任命后,他同意在郭守敬制作仪器进行实测。

《授时历》出版的第二年,许衡病逝,王勋前年去世。此时《守时历》的计算方法和计算表尚未定稿,郭守敬挑起了定稿的重担,成为整个编年过程中的功臣。

计时历法是中国古代创造的最精确的历法。用郭守敬自己的话来说,《服役编年史》有“考正者七事”,“造法者五事”。

考官有七件事。一是准确确定冬季至日时间为1280。

其次,给出了回归年长度和岁差常数。也就是说,从第一年的冬季至日到第二年的冬季至日的时间是365年的24: 25。古代把一天分为100分钟,即1年是365.2425天;小时方面,“计时日历”是365天5: 49: 12秒。

再次,确定了太阳在冬季至日上的位置,认为太阳的速度在冬季至日最高,在夏季至日最低。

四是测量月球在近地点的时间。

第五,测量冬季至日前月亮升出交点的时刻。即冬季至日时月亮与黄白交点之间的距离,并进一步用这个数据来确定第一个月、最后一个月和交点月的天数。

第六,测了28星座的度数。

第七,测量了二十四节气中日出的时间和昼夜的长短。

创造了五样东西。首先,计算了太阳在黄色赤道上的运行速度。

二是找出月球在白道上的运行速度,即月球每天绕地球运行的速度。

三是由太阳黄道经度推算赤道经度。

四是从太阳黄道的经度推算赤道纬度。

五是找到月球路径与赤道交点的位置。

服务日历中使用的天文数据相当准确。比如郭守敬等人重新测量了黄和红的交角,是23.9030度,相当于今天的23.3334度,与理论计算值的误差只有1分36秒。

法国著名数学家、天文学家拉普拉斯在讨论黄赤交角变小的理论时,引用了郭守敬的测量值,并给予了很高的评价。

郭守敬创立的新数学方法也用于《役历》的计算。比如“差法”就是利用重复的积差求太阳和月亮的运行速度。再比如用“割线圆法”计算积度,类似于球面三角形法求弧长的算法。

而且郭守敬摒弃了用分数表示非整数的做法,用十进制表示小数部分,提高了数值计算的精度。

郭守敬不再花大力气计算上元累计年,直接采用1280的冬季至日作为历法纪元,显示了开创新路的创新精神。

所谓“上元纪年”,是中国古代编制历法的老传统。“上元”是指在过去的年月里,新月日的开始和冬季至日的午夜发生在同一天;“累积年数”是日历制作或发布时,从冬季至日的午夜开始推至所选上元的年数。

历法家为了找到一个理想的上元,常常凑合着用。服历不用这种方法,而是以1280为起点计算各种天文数据,这就是现代的截断法。这是历法史上的一个重要贡献。

在恒星观测方面,郭守敬等人不仅把28星座距恒星的观测精度提高到一个新的水平,而且对28星座距恒星和前人未命名的未知恒星进行了一系列观测,并编制了星表。

元代二十八宿的测量误差很小,其中方、徐、石、楼、张五宿的测量误差小于1分,超过10分的只在胃中停留一夜,真是高水平的测量,也是元代天文仪器的准确客观记录。

郭守敬还是《二十八家新调查,异地而坐,走向极端》和《无名之星新调查》的作者。清代的梅文鼎说他见过一个民间的仿制品。现在天文汇款中的《三壁围捕去极》一卷,是郭守敬的星象图的复印件,非常珍贵。

计时历法是中国古代最先进的历法,代表了元代天文学的高度发展。自颁布以来,已使用了400多年,是中国最长的流行历法。

《服役纪事》编纂后不久就传到了日本和韩国,并被采用。作为我国历史上优秀的、先进的、精确的历法,纪年历在世界天文学史上也占有突出的地位。