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历法

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从太初历到乾象历

秦汉时期天文学得到了长足的发展,初步形成了我国的传统天文学体系。其中尤为突出的是独具特色的历法体系的形成。秦统一中国,推行“车同轨,书同文字”。又在全国统一施行颛顼历,以建亥之月(十月)为岁首,年终置闰。汉承秦制,仍用颛顼历,但到汉武帝时,颛顼历渐与实际天象不符,把闰月总是放在闰九月也不能适应农业生产对掌握季节的需要,司马迁等人提议改历。武帝于太初元年(公元前104年)下令从全国征募二十余人“议造汉历”。经过实测和推算,共提出了十八种方案,最后确定了邓平提出的81分法,即每月有294381天,每年有■3653851589天,19年有7个闰月。

新历在太初元年颁行,是为太初历。太初历的原文虽然失传,但西汉末年刘歆按太初历改编的三统历却完整地保存下来,成为现今能见到的最古老的一部完整的历法。它不仅包括根据日月运动推算朔望、24节气,安排历日的方法,还有推算日月食,预告行星位置等内容,这确立了我国古历的基本框架。制定历法必先造仪器,搞天象观测,按实测来确定数据和检验历法疏密,这一原则在制定太初历前后得到了充分的体现,也对后世产生了深远的影响。

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中国古历采用阴阳合历,即以太阳的运动周期作为年,以月亮圆缺周期作为月,以闰月来协调年和月的关系。由太阳运动而确立的24节气反映了一年四季的变化,与农牧业生产密切相关,在汉初的《淮南子?天文训》中首次出现了完整的24节气名称,与现今通行的名称一致。24节气是相间的12个中气和12个节气的总称。太初历首次确定以中气所在决定月的名称,如雨水所在月为一月,春分所在月为二月,冬至所在月为十一月,等等。而无中气的月无名称,只能称为前一个月的闰月,这一原则称无中气置闰。它合理地调整了年和月的关系,使季节与月份大体稳定,从太初历开始一直延用到现在。

东汉早期发现了月亮的视运动不均匀,即月亮每天的行度不一样,而且知道了月行最快的地方每月朝前移三度。刘洪在乾象历(公元206年)里首次把月亮的快慢不均匀编成表,为后世月离表和日躔表的先声。要计算某一天月亮的位置,应在平均值上再加上快慢多少的改正,又用内插法推算任何时刻的月亮位置。采用了这些数学方法,推算日月合朔和日月食发生的时刻便提高了准确程度。刘洪还发现,月道(白道)和日道(黄道)不在一个平面上,中间有六度夹角,这就造成了不是每次日月合朔都发生交食。他认为合朔时月亮离黄白交点超过十五度半就不会发生交食,这就是发生食的判断数据,即现代的食限概念,这一数据后代各历都遵用不改。

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中国古历的特色从太初历到乾象历,中国古历无论在内容、形式、计算方法等方面都形成中国的特色而跟欧洲历法有了明显的不同。如欧洲古罗马公元前46年起实行的格里高利历,时代同中国的太初历相当,年长也取用26514天,同战国时古六历和东汉四分历相同。但月是31天和30天两种,与我国的朔望月不同,它没有天文意义,与月亮运动无关。格里历为阳历,我国古历为阴阳合历。欧洲古历仅包括历日安排,大小月年年相同,而我国古历各年不同,且还包括交食、行星、节气、晷漏等内容,可以说是一种天文年历,为了编制历法而带动了整个天文学的发展。

中国古历以观测为基础确定各种天文数据,而以代数学方法处理这些数据,推算天文学问题;欧洲从古希腊天文学以来一般以几何学系统立论来处理数据。我国古历以周天36514度的制度划分全天,度下为分,各历采用不同的进位制;欧洲以周天360°为分划,度下为分、秒,皆以六十进位。秦汉以来,由于皇权的加强,而历法又由皇家颁行,颁历权成为皇权的一部分。天文历法事业由皇室经办,逐渐形成了我国天文事业的官办性质,而民间研习天文历算逐渐受到了限制,这也与西方的情况大不相同。

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浑仪和浑象

浑仪天文仪器系统也在秦汉时代形成了。为了编制太初历的需要,制造了观测天象、测量角度的仪器,这就是浑仪和浑象的研制。西汉时落下闳就制造过浑仪,据记载他是四川人,“武帝征侍太史,于地中转浑天,改颛顼历,作太初历”。晋天文学家虞喜也说他“为汉孝武帝于地中转浑天,定时节,作太初历”。这里的“地中”指阳城(今河南省登封县吉城镇),古传此地为地之中央。“浑天”即浑仪,亦称浑天仪,是用于观测的仪器,以之测量日月行星恒星在天空的位置,确定两个天体之间的角度。它应包括一个用来对准天体的管或衡,又有刻有度数的标尺,如地平环子午环、赤道环等。当窥管或窥衡对准了要观测的天体时,各种标尺所指示的读数就是天体的位置。东汉的贾逵还在浑仪上加进黄道环,首次制造了一架“黄道铜仪”。汉代的浑仪虽没有留传下来,我们相信后世保留下来的浑仪不会跟它相去太远。

应该指出,在制定太初历之前,测量角度的天文仪器已经存在。战国时代石申编制的星表是基于角度的测量,长沙马王堆西汉早期墓出土的帛书,记载了秦汉时代几十年间行星的运动,也是基于角度的测量。

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《后汉书?律历志》曾提到汉初使用一种“圆仪”来量度日月的运动,后来浑仪流行,圆仪失传。1977年在安徽阜阳一西汉早期墓中出土了带有28宿距度的圆盘,可用于测量角度。这一器物的出土为研究早期的测角仪器提供了实物依据。浑象西汉末年扬雄所著《法言?重黎》里说:“或问浑天,曰:落下闳营之,鲜于妄人度之,耿中丞象之。”这里的耿中丞即汉宣帝时大司农中丞耿寿昌,他制造了一个浑象,模拟浑天的运动情况。这种仪器大体是一个大圆球,在球壳上刻着日月星辰,利用它的转动演示天象的变化。汉代最著名的是张衡制造的“水运浑象”,又叫“漏水转浑天仪”,类似今天的天球仪,利用水力来推动仪器的旋转,速度同天空的周日运动一致,所以把仪器放在室内,根据它的旋转也能知道室外的天象变化。在此基础上后来还发明了钟表。浑仪和浑象历代都有制造,从汉代以来,成了我国古代观测天象的主要仪器。

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圭表和漏刻时间的计量

随着生产和生活水平的提高,对时间的要求也在变化,原始社会的那种日出而作、日入而息的作息制度已嫌粗疏,在殷商时代已将白天分成好几段。甲骨文中有旦、明、小采、大采、中日、昃、昏、夕等字。《左传》昭公五年(公元前537年)条说:“日之数十,故有十时,亦当十位。”说明古代曾将一天分成十时。《隋书?天文志》在记述古代的时刻制度时说:“昼有朝、有禺、有中、有晡、有夕,夜有甲、乙、丙、丁、戊。”这可能就是一天十时,而五夜之说也许就是五更的来源。

《淮南子?天文训》中有一昼夜分成十五时的记载,而汉代的十二辰和百刻时制也相当流行。时刻制度的发展必然伴随着测时和计时仪器的进步。

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圭表甲骨文中有关时间的字大多从日字,说明测时的依据是太阳。根据太阳的运动判断一天内的时间变迁,圭表是最早使用的仪器。一根竿子立在地上,可以根据影子的长短和方向判断季节和一天内的时刻,1967年在江苏仪征的一座东汉墓中出土了一件铜圭表,不用时可以折叠起来,像一把铜尺,使用时将圭从表的凹槽中立起,使用和携带都很方便。在圭表的基础上发展起来的日晷到汉代已做得很精细,1897年和1932年先后在内蒙、河南、山西出土了三块秦末汉初的晷仪,上有69条刻线,占盘面的23,其余部分没有刻线,当为黑夜见不到日影的部分。三块出土地点不同,而其结构和所刻字体都相同,这表明秦汉时圭表和晷仪已很流行。

漏刻作为计量时间的仪器,漏壶是最早发明的。古籍载:“漏刻之作,盖肇于轩辕之日,宣乎夏商之代。”这可能是一种传说。较可靠的资料见于《周礼?夏官》,其中载有挈壶氏,由于古代的漏壶上面有一个提梁、故称挈壶,挈壶氏“掌挈壶,以水火守之,分以日夜”。西汉以前的漏壶现在未见实物,传世最早的漏壶为西汉时制,1958、1967、1975年分别出土于陕西兴平、河北满城、内蒙古默特右旗,都是铜铸圆柱状,上有提梁,下有漏嘴,梁上方有小孔,是插刻箭的。为了改进单壶漏水不均匀的缺点,东汉时代开始用二级漏壶,以便互相补偿,如张衡的漏水转浑天仪。经过秦汉时代的发展和创造,圭表、仪象、日晷、漏刻等天文仪器得到很大发展,并已普遍使名称是:晨明、胐明、旦明、蚤食、晏食、隅中、正中、小还、铺时、大还、高舂、下舂、悬车、黄昏、定昏。

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