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周公测景台和观星台

  周王朝建立后,周武王认为嵩山是天室,并在此祭天。成王继位后,摄政的周公遵照武王的遗嘱营建新都洛邑。在占卜盛行的时代,周公一方面做洛邑位居地中、“求地之中,以建王而阜安万民”、“王者必居土中”的舆论,一方面打着制订历法、发展农业生产的旗号,开始了中国历史上第一次大规模的天文测量。他在全国设置了五处观测点,以颍川阳城为中表,开始筑土圭、立木表,测量日影。通过日复一日、年复一年的测量,周公把测量的数据一一记录下来,发现了日影有一个由长到短再由短变长的周期,并根据每天日中日影的变化找出了季节的变化,得知了冬天日影长、夏天日影短的规律。于是,他就把一个周期称为一年,并把日影最长的那一天定为冬至,把日影最短的那一天定为夏至,把长短变化中的两次等分点分别称为春分和秋分,这样根据四季变化指导农业生产就有据可依。

  古时,因为科技落后,生产力不发达,认识水平低下,人们认为天圆地方,认为地球南北长三万里。与八尺表测量出来的日影长对照,认定“影长一寸,地差千里”。周公利用圭表之法“测土深、正日景、求地中、验四时”,发现登封阳城夏至时表影长一尺五寸,恰在地球南北的中心点上,于是就认定这里为天地、宇宙的中心。正因为此,周公即派太保召公去距地中阳城仅一百多里的洛邑观察地形,随后亲往洛邑营建都城。周公证得阳城为天地之中,于是中原地区被称为中国,豫州被称为中州,华夏民族被称为中华。中国、中华、中州、中原、中岳、中土、中央、中天等词语中的“中”字都由此而来。连河南方言也不说“好不好”、“行不行”,而说“中不中”。

  唐开元十二年(724年),著名天文学家僧一行奉命“考前代诸家历法,改撰新历”,再次组织了一次空前的天文测量,他仍以登封阳城为中心观测点,并根据实地测量结果,编成了结构严谨、条理分明的《大衍历》。他的下属南宫说为保存周公测影的旧制,遂把周公时期的土圭木表更改为石圭石表,并刻上“周公测景台”五个大字。

  至元十三年(1276年),忽必烈任用著名的科学家郭守敬、王恂等人进行大规模的天文观测活动,以改进、修订历法,这就是著名的“四海测验”。改历之初,郭守敬就敏锐地首先提出实际观测是治历之本的原则,他说:“历之本在于测验,而测验之器莫先仪表。”所以他集中精力研制新的天文观测仪器,在简要实用的原则指导下,他先后创制了简仪、高表、仰仪、景符等十八种天文仪器,而简仪和高表是最重要的两种仪器。而观星台实际就是郭守敬创建改进的高表。为了制订出更加精准的历法,郭守敬向忽必烈进谏说:“唐朝开元年间,一行和尚曾命令南宫说到天下十三个地区实地观测,而今天国家的疆域比唐时尤为广大,更需要到边远的地方进行测验。不然,日月交食分数时刻不同,昼夜长短不同,日月星辰去天高下不同,可以先南北立表,取直测影。”英明的忽必烈批准了他的建议,于至元十六年(1279年),设十四路监候官,分几路出发到全国各地进行天文观测。据记载,登封阳城就是这次四海测验活动中的一个观测所,并且是当时全国的中心观测站。至元十六年三月,郭守敬由上都、大都开始,历经河南,转抵南海,行程数千里,亲自掌握这一路的测验,曾亲自在登封阳城主持观测,得出了阳城“北极出地三十四度太弱”的结论。今天的登封观星台北京观象台是郭守敬创建的两所永久性高表。登封观星台是一座具有测影、观星和计时等多种功能的天文台,也是“四海测验”中二十七座观测站迄今仍然保存于世的唯一一处。观星台不仅是我国现存最的天文台,也是世界上最古老的天文遗址之一。观星台距今已有700多年历史。它是世界上沿用最久、保存最为完整的古天文建筑之一,是我国历史上天文科学发展高峰的佐证,也是目前我国现存最早的一座观星台。

  郭守敬通过在观星台的实地观测,掌握了地球运转的规律,并准确地测出二十四节气,特别是夏至、冬至、春分、秋分的准确时间,于至元十七年(1280年)编制出了当时世界上最先进的历法——《授时历》,该历法的一个回归年长度为3652425天,合今天的365.2422天即365天5小时49分12秒,同现代科学测定的回归年长度365天5小时48分6秒相比,一年仅长0.0003日即26秒,而与现今世界上通用的格里高利历相比一秒不差,但却比它早了三百多年。《授时历》编成后,元世祖忽必烈根据《尚书》中“敬授民时”一句定名为《授时历》。《授时历》使用长达364年之久,是我国历史上施行时间最长的历法。后来元朝皇帝还下诏书把《授时历》赐给高丽(今朝鲜)、日本、安南(今越南)等国家使用。