第四章 持续的恒星观测 第三节 恒星的位置

专门记录恒星位置的书叫星表。中国已知最早的星表保存在《开元占经》里。《开元占经》是唐代著作,而它收录的这份星表是战国时的石申及其门徒所测,共有121颗星。

恒星位置的测量是中国古代天文学家的常规工作。作为衡量其他恒星的标准恒星,各个星官距星的入宿度和去极度,就成了每次测量的重点。作为天文观测坐标的二十八宿的方位,历代天文学家更重视对它进行精密测定。李淳风在唐代贞观年间(公元627—649年)的观测,发现了二十八宿的距度值与前代不同,但出于某种顾虑,他仍然使用汉代太初历的数据。100多年后,一行遇到同样的问题,他没有怀疑自己的测量结果,果断地采用了新数据。宋皇祐年间(公元1049—1054年)的观测,记录下345个星官距星的入宿度和去极度,是清初西方星表引入以前现存星数最多的星表。宋代姚舜辅为了编纂《纪元历》,于崇宁年间(公元1102—1106年)进行了一次观测,这次观测精度很高,测量误差只有0.15°,二十八宿距度被再次更新。元代郭守敬既精于仪器制造又精于天体测量,他的观测精度较之姚舜辅又提高了一步:二十八宿距度的平均测量误差小于0.1°。

陈卓之后,各代天文学家对1464颗星以外的其他星都不予重视,而郭守敬对这些无名星进行了系统的观测,并编入了星表。很遗憾,他的星表长期失传。直至近10年,才有人从北京图书馆善本书库明抄本《天文汇钞》中,查出书名为《三垣列舍入宿去极集》的书,未署作者名。经研究确认为郭守敬星表。与郭守敬同时代的赵友钦创造了恒星观测的新方法,即利用上中天的时间差来求恒星的赤经差,与现代的子午观测原理完全一致。

南北朝时,祖冲之的儿子祖暅〔geng 更〕发现北极星并不在北天极,而是离北天极有一度多的角距离。600年以后的沈括则测为三度多,沈括把这两数的差异,归咎于祖暅的观测不够准确。

其实,不管是二十八宿距度的变化,还是北极星的偏极,都是岁差造成的。虽然古代天文学家已发现这种现象,而且不厌其烦地修正、观测、再修正,但是没有人对此作出任何解释,没有人去探究发生这种变化的真正原因。

星图,是恒星位置的形象记录。中国古代星图大致上有两种,一种是示意性星图,常常绘制在古代建筑物或墓穴内壁上,如五代吴越国文穆王钱元瓘〔guan灌〕墓室的顶部和汉代武梁祠的石碑上都刻画有星象。这种星图只起装饰作用,所以比较粗糙、简略,根本谈不上准确性。星象也往往是不全的,有的只是部分天区,甚至一两个星官。另一种星图则是为天文学家所用,为查找和计算恒星位置而绘制。所以这种星图准确性高,记录的星象比较完整。但从已知星图看,第二种星图远远少于第一种,而且唐代以前的几乎没有。

东汉蔡邕〔yong拥〕的《月令章句》记叙了汉代星图的大致结构,根据这段文字可复原当时的天文星图(见图11)。该星图是圆形的,以北天极为中心,向外三层红色同心圆分别为内规、赤道和外规。内规相当于北纬55°的赤纬圈,表示内规以内的天区,总在地平线以上,全年都可看到。外规相当于南纬55°的赤纬圈,表示外规以外的天区,总在地平线以下,全年看不到。从内规外规的度数分析,此星图曾用于中原地区。


图11 东汉星图

天球是三维体。但中国古代还没有掌握把它投影到二维平面上的技术。在图11中,与北天极不等距的黄道应该是一个椭圆形,却被画成正圆形。在绘有赤道以南星象的圆形星图中,这种变形更为明显。大约在隋代,出现了一种用直角坐标投影的长条星图,称为横图。在横图上,虽然赤道附近的星象接近真实,天极周围的星象又发生歪曲。解决这个问题的最好办法就是分别绘制:用横图表现赤道附近的星象,用圆图表现天极附近的星象,宋代苏颂所绘的一套星图正是采用这种手法的代表作(见图12)。这套星图出自苏颂的《新仪象法要》,图中所标二十八宿距度值,与他在元丰年间(公元1078—1085年)的观测记录相同,说明此星图是他根据实际观测绘制的。


图12 苏颂横图

清代的星图,把天区扩展到南极附近,其与陈卓星表相合的有277个星官1319颗星,另外新设23个星官130颗星。新增加的星中,绝大部分在中国看不到,是根据西方星表补充进来的。