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历法中的天文学原理li
历法中的天文原理
摘要1
关键词1
一·前言1
1.1中国天文学的萌芽1
1.2历法2
二·历法的分类4
三·天干地支纪年7
四·二十四节气8
五·日食11
5.1产生的原因11
5.2食象13
六·潮汐14
6.1潮汐原理14
6.2潮汐大小的影响因素15
七·藏族的天文历法16
7.1藏历的渊源16
7.2论藏新年与农历春节异同17
八·现代天文学发展前景18
九·结束语21
参考文献21
摘要:
浩瀚的苍穹,繁星点点,日月交替轮回,斗转星移,大地四季轮作有序、节气分明,时而流星划破天际转瞬即逝。
追朔中国古代历法与天文,越发源远流长;历法天文每一个足迹乃至今时今日的每一笔勾画都与人们生活发展休戚相关,它不断推动我们社会的农业、政治等各方面的进步,同时也预示和指示着人们规律轮作,在历史潮河中演绎着举足轻重的角色。
关键词:
历法,天文,日,月,星移,大地,节气,流星,人们生活,农业,政治。
Theastronomicalprincipleofcalendar
Abstract:
Inthevastnessofthesky,thestars,thesunandthemoonalternatingcycle,thepassageoftime,theearthFourSeasonsorderlyrotation,solartermsclear,sometimesameteoracrosstheskyfleeting.DatingbacktotheancientChinesecalendarwithastronomical,moreandmorebacktoancienttimes;calendarastronomyeveryfootprintandeventodayeverypieceofsketchsolidaritywiththedevelopmentofpeople'slives,anditcontinuestopromotetheprogressofoursocietyinagriculture,politicalandotheraspects,butalsoprecedesanddirectpeopletoregularrotation,theinterpretationofapivotalroleinthehistoryofChaoRiver.
Keywords:
calendar,astronomy,sun,moon,starsmove,theearth,thesolarterms,themeteor,people'slives,agriculture,politics.
一·前言
浩瀚的宇宙魅力无穷,它吸引着无数的科学志士为之求索探秘。
千百年来,人们为了认识天体和大地奥秘,不屈不饶地探索着。
变幻莫测的星空曾引起了古人无数的遐想,牛郎织女、女娲补天,等脍炙人口的优美神话。
有时,我们在夜晚遥望星空,发现月亮并不是一直像个圆盘挂在天际,而是阴晴圆缺,井然有序;一年之中,有冷有寒,人们衣服有增有减;四季之中,农作物的播种与收获等等,都让我们产生无限幻想。
然而,追溯幻想的根源,一切都离不开历法和天文的贡献。
本文,作为一篇大四毕业生论文,主要叙写我们生活中常遇到的一些关于历法与天文的知识,追溯其源头,解开我们生活中为什么会出现日食、月食;为什么有平年和闰年,平年365天、闰年366天;为什么一年中有12个月、二十四个节气;太阳、地球、月亮三者到底存在一个什么关系…….这些都是家喻户晓,熟得在熟不过的一些常识,大家心里知晓,但依然有太多为什么。
作为毕业生的我,对历法天从一个不知到求知,求知到心知的过程,最后与大家分享这有趣的历法知识。
1.1中国天文学的萌芽[1]
远古时代,我们的祖先在集体狩猎和采集的过程中,就对自然界寒来暑往,月亮的圆缺,昼夜的变换以及野兽出没的规律和植物成熟的季节有所认识。
由于当时生产力发展十分低下,人们只能靠采集野果和打猎为生,太阳出来了,人们出去采集食物,狩猎或不与,当夜幕降临时就回到住所休息,避免猛兽的侵袭。
“日出而作,日落而息”生动反映了当时人们对“日”的概念的认识,人们或是采用“迎日推测”记日,即每日迎着朝阳,翻过记日子的竹片;或是采用“结绳记日”,即过一天在绳子上打一个结的方法记日。
对“月”的认识也很自然,在茫茫黑夜之中,人们仰望天穹,比繁星大得多的月亮引起人们的注意,这不仅是由于它美丽的外貌,而是因为它有从圆到缺,乃至消失,周而复始的月相变化。
这种变化十分有规律,于是人们把第一次满月到下一次满月所经历的时间称作为月,这种属于大自然挂出的月历,当然要比迎日推测、结绳记日准确多了。
当人们进入农耕社会以后,人们从生产的实践中体会到寒来暑往的季节变化与农作物的播种、收获关系极大,只有正确掌握季节时令,才能不误农时,及时耕种,确保丰收。
比如:
人们只要听到布谷鸟的叫声,就开始播种;一看到蒿子花开就开始翻地。
但由于物候的变化往往受到气象等异常因素的影响,农作有时提前,有时滞后,不能准确地预告季节的变更,因此单凭植物的枯荣、候鸟迁徙、动物蛰伏等物候变化来推测时间、确定农时,已经远远不能满足生产发展的需要。
在长期的劳动生产实践中,古人发现物候与天象的周期变化有密切的联系,人们开始注意观察星象,首先是观察太阳。
1972年,河南郑州大河村仰韶文化遗址出土的一个彩陶上就绘有太阳纹的图案,中心为圆点红色,四周用褐彩绘有光芒,据有关专家考证,此彩陶绘制于5000年以前。
考古发掘中人们还发现在一些原始社会的文化遗址中,房屋都有一定的方向,氏族墓地上的墓穴取向也很有规律。
这说明当时人们已经开始利用天象观测来确定方向,反映了在新石器时代,由于农业、畜牧业的发展需要,天文学开始萌芽,并有所发展。
1.2历法
历法主要是农业文明的产物,最初是因为农业的生产的需要而创制的。
公元3000年,生活在两河流域的苏美尔人根据自然变换的规律,制定了时间上最早的方法,即太阴历。
苏美尔人以月亮的阴晴圆缺作为计时标准,把一年分为12个月,共364天。
公元前2000左右,古埃及人根据计算尼罗河泛滥的周期,制定出了太阳历,这是公历最早的源头。
中国的历法起源也很早,形成了独特的阴阳历法。
在世界历史上,不同的时期和不同的地区,还采用过各种不同的历法,比如伊斯兰教历,中国的农历,藏历等。
所谓历法,简单说就是根据天象变化的自然规律,计量较长的时间间隔,判断气候的变化,预示季节来临的法则。
中国古代天文学史,在一定意义上来说,就是一部历法改革史。
纵观中国古代历法,所包含的内容十分丰富,大致说来包括推算朔望、二十四节气、安置闰月以及日月食和行星位置的计算等。
当然,这些内容是随着天文学的发展逐步充实到历法中去的,而且经历了一个相当长的历史阶段。
如果再将这个“相当长的历史阶段”细分的话,大致又可以分为四个时期,即古历时期:
汉武帝太初元年以前所采用的历法;中法时期:
从汉太初元年以后,到清代初期改历为止。
这期间制订历法者有七十余家,均有成文载于二十四史的《历志》或《律历志》中。
诸家历法虽多有改革,但其原则却没有大的改变;中西合法时期:
从清代期苏会传教士汤若望上呈《新法历书》到辛亥革命为止;公历时期:
辛亥革命之后,于1912年孙中山先生宣布采用格里高历(即公历,又称阳历),即进入了公历时期,中华人民共和国成立后,在采用公历的同时,考虑到人们生产、生活的实际需要,还颁发中国传统的农历。
历法是天文学的分支学科。
它是一种推算年、月、日的时间长度和它们之间的关系,制定时间的序列的方法。
简单说来,就是为人们为了社会生产时间的需要而创立的长时间的记时系统。
历法能使人类确定每一日再无限的时间中的确切位置并记录历史。
(Lifa)以使用方便为目的,按一定法则,科学地安排年月日。
日以上的时间系统计量与安排属于历法范畴。
历法是在人类生产与生活中逐渐形成的,年、月、日都直接与天体运行周期相关。
很早以来,人们就把四季更迭的周期定为年,把月亮盈亏变化的周期定为月。
一回归年365.2422日,一朔望月为29.5306日,它们既不是月的整数倍,也不是日的整数倍,使用起来很不方便。
因此在人为规定历法中的年和月都是整数日,这种整数日的年和月,称为历年和历月。
历法是关于时间的计算方法的科学。
比如今天是2013年3月12日,某个清末学者是光绪三十三年三月初九日出生的,唐朝从公元618年到907年共统治了290年等等,这些就是时间。
这些时间的计算单位和数字是怎么来的?
是从与人类关系最密切的三个天体——太阳、地球、月亮的运转周期的比例计算出来的。
计算时间的三个基本单位,年指地球绕太阳公转一周,月指月亮绕地球公转一周,日指地球自转一周。
这些本来是小学生都懂的常识,为什么说是一种专门学问?
其实并不那么简单。
准确地计算时间是一件十分复杂的事,复杂的原因在于太阳、地球、月亮这三个天体运转周期的比例都不是整数,谁对谁都无法除尽。
我们通常说一年12个月,360日,这只是一个概数。
假如真的一个月是30整日,一年是12整月或360整日,那么历法就不成其为一门学问了。
实际情况却是:
地球绕太阳一周是地球自转一周的365倍多一点,相当于月亮绕地球一周的12次再加11日多一点;月亮绕地球一周是地球自转一周的29倍多一点。
它们相互间的比例都有一个除不尽的尾数,这就需要进行很复杂的计算,使年、月、日的周期能够相互配合起来,并且都能用整数进位,便于人们计算、使用,这就是历法。
所以又可以说历法是计算太阳、地球、月亮运转周期的比例的学问,是以这三个天体的运转比例为研究对象的。
用不同的方法来计算这种比例关系,就是不同的历法。
二·历法的分类
古今中外有多少种历法,我们没有统计过。
总之一个民族有一个民族的历法,一个时代有一个时代的历法。
时代愈近,科学愈发达,测试手段愈先进,历法就愈科学。
我们中国从古到今使用过的历法,就有一百多种。
不过不管有多少种历法,都可以把它们分别归到以下三大系统中去:
阳历、阴历、阴阳合历。
这是因为计算时间,要么以地球绕太阳公转的周期为基础,要么以月亮绕地球公转的周期为基础,要么把两种周期加以调和。
前者属于阳历系统,后者属于阴历系统,调和者则属于阴阳合历系统。
2.1阳历
阳历是以地球绕太阳公转的周期为计算的基础的,要求历法年同回归年(地球绕太阳公转一周)基本符合。
它的要点是定一阳历年为365日,机械地分为12个月,每月30日或31日(近代的公历还有29或28日为一个月者,例如每年二月),这种“月”同月亮运转周期毫不相干。
但是回归年的长度并不是365整日,而是365.242199日,即365日5时48分46秒余。
阳历年365日,比回归年少了0.242199日。
为了补足这个差数,所以历法规定每4年中有一年再另加1日,为366日,叫闰年,实际是闰一日。
即使这样,同实际还有差距,因为0.242199日不等于1/4日,每4年闰1日又比回归年多出约0.0078日。
这么小的数字,一年两年看不出什么问题,如果过了100年,就会比回归年多出约19个小时,400多年多出近75个小时,相当于3个整日多一点,所以阳历历法又补充规定每400年从100个闰日中减去3个闰日。
这样,400阳历年闰97日,共得146097日,只比400回归年的总长度146096.8796日多2小时53分22.5秒,这就大体上符合了。
这种历法的优点是地球上的季节固定,冬夏分明,便于人们安排生活,进行生产。
缺点是历法月同月亮的运转规律毫无关系,月中之夜可以是天暗星明,两月之交又往往满月当空,对于沿海人民计算潮汐很不方便。
我们今天使用的公历,就是这种阳历。
2.2阴历
阴历是以月亮绕地球公转的周期为计算的基础的,要求历法月同朔望月(月亮绕地球公转一周)基本符合。
朔望月的长度是29日12小时44分2.8秒,即29.530587日,两个朔望月大约相当于地球自转59周,所以阴历规定每个月中一个大月30日,一个小月29日,12个月为一年,共354日。
由于两个逆望月比一大一小两个阴历月约长0.061日(大约88分钟),一年要多出8个多小时,三年要多出26个多小时,即一日多一点。
为了补足这个差距,所以规定每三年中有一年安排7个大月,5个小月。
这样,阴历每三年19个大月17个小月,共1063日,同36个朔望月的1063.1008日,只相差约2小时25分9.1秒了。
阴历年同地球绕太阳公转毫无关系。
由于它的一年只有354日或355日,比回归年短11日或10日多,所以阴历的新年,有时是冰天雪地的寒冬,有时是烈日炎炎的盛夏。
今天一些阿拉伯国家用的回历,就是这种阴历。
2.3阴阳合历
阴阳合历是调和太阳、地球、月亮的运转周期的历法。
它既要求历法月同朔望月基本相符,又要求历法年同回归年基本相符,是一种综合阴、阳历优点,调合阴、阳历矛盾的历法,所以叫阴阳合历。
我国古代的各种历法和今天使用的农历,都是这种阴阳合历。
时间长河是无限的,只有确定每一日在其中的确切位置,我们才能记录历史、安排生活。
我们日常使用的日历,对每一天的“日期”都有极为详细的规定,这实际上就是历法在生活中最直观的表达形式。
年、月、日是历法的三大要素。
历法中的年、月、日,在理论上应当近似等于天然的时间单位——回归年、朔望月、真太阳日,称为历日、历月、历年。
为什么只能是“近似等于”呢?
原因很简单,朔望月和回归年都不是日的整倍数,一个回归年也不是朔望月的整倍数。
但如果把完整的一日分属在相连的两个月或相连的两年里,我们又会觉得别扭,所以历法中的一年、一个月都必须包含整数的“日”。
为了生活的便利,学术、理论必须往后站,没办法,只能近似了!
历法,随着人类社会的不断发展,还会继续改革。
如何在精确、方便二者之间找到更好的结合点,过去是、将来还会是历法改革的方向与目标。
理想的历法,应该使用方便,容易记忆,历年的平均长度等于回归年,历月的平均长度等于朔望月。
实际上这些要求是根本无法同时达到的,在一定长的时间内,平均历年或平均历月都不可能与回归年或朔望月完全相等,总要有些零数。
因此,目前世界上通行的几种历法,实际上没有哪一种称得上是最完美的。
任何一种具体的历法,首先必须明确规定起始点,即开始计算的年代,这叫“纪元”;以及规定一年的开端,这叫“岁首”。
此外,还要规定每年所含的日数,如何划分月份,每月有多少天等等。
因为日、月、年之间并没有最大的公约数,这些看似简单的问题其实非常复杂,不仅需要长期连续的天文观测作为知识基础,而且需要相当的智慧。
三·天干地支纪年
在中国十代历法中,甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸被称为“十天干”;子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥叫作“十二地支”。
两者按固定的顺序互相配合,组成了天干地支相配的纪年汉,简称“干支纪法”,标志着中国历法的产生。
作为80、90后的我们经常在历史片中看到什么甲申年、丙卯年,对奇怪干支纪念充满兴趣,但是我们还是充满了许多疑惑。
到底干支纪念怎么算?
自己出生那年的干支是什么?
我们可以根据一个干支序号表来简单推算。
干支序号表
序号
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
天干
庚
辛
壬
癸
甲
乙
丙
丁
戊
己
地支
申
酉
戌
亥
子
丑
寅
卯
辰
巳
午
未
对于任一公元年数:
天干序号=公元年尾数;
地址序号=(公元年数/12)的余数。
如:
公元2003年,天干的序号=3,天干为癸;地址序号=(2003/12)的余数=11,地支为未,所以公元2003年为癸未年。
大家今后可以运用这个简单的算法来推导任何一年的干支纪念,是不是很方便!
四·二十四节气
二十四节气起源于黄河流域。
远在春秋时代,就定出仲春、仲夏、仲秋和仲冬四个节气。
以后不断地改进与完善,到秦汉年间,二十四节气已完全确立。
公元前104年,由邓平等制定的《太初历》,正式把二十四节气订于历法,明确了二十四节气的天文位置。
二十四节气在黄道上的位置[3]
太阳从黄经零度起,沿黄经每运行15度所经历的时日称为“一个节气”。
每年运行360度,“二十四”节气仅指时刻,在我国传统历法中,将黄道分为24段,每段15°,这样黄道上就有24个节点,共经历24个节气,每月2个。
其中,每月第一个节气为“节气”,即:
立春、惊蛰、清明、立夏、芒种、小暑、立秋、白露、寒露、立冬、大雪和小寒等12个节气;每月的第二个节气为“中气”,即:
雨水、春分、谷雨、小满、夏至、大暑、处暑、秋分、霜降、小雪、冬至和大寒等12个节气。
“节气”和“中气”交替出现,各历时15天,现在人们已经把“节气”和“中气”统称为“节气”。
二十四节气反映了太阳的周年视运动,所以节气在现行的公历中日期基本固定,上半年在6日、21日,下半年在8日、23日,前后不差1~2天。
二十四节气是按阳历推算的。
它是一年中十二节气和十二中气的总称,是在—个回归年(用阳历计算的年)中,太阳行经黄道上二十四个特定位置的日期。
中国过去长期使用的是农历(也叫阴历、古历、旧历)是以十二个朔望月为一年,其长度和回归年大约相差十一天。
用十九年置七个闰月,使其周期和回归年相符。
因此,农历的月份与实际季节可能有半个月左右的差异,不利于指导农业生产。
为此,中国古代的天文工作者,将太阳在黄道上的二十四个具有季节意义位置的日期,给以有关季节、气候和农业生产的名称,用来反映季节气候和指导农时。
二十四节气歌,是为便于记忆我国古时历法中二十四节气而编成的小诗歌,流传至今有多种版本,体现着我国古代劳动人民的劳动智慧。
二十四节气歌
春雨惊春清谷天,夏满芒夏暑相连。
秋处露秋寒霜降,冬雪雪冬小大寒。
每月两节不更变,最多相差一两天。
上半年来六廿一,下半年是八廿三。
“二分二至”是指春分、秋分、夏至、冬至,是祖国传统历法中“二十四”节气的四个节气。
我国的传统历法是配有干支纪时(纯数学的60进制纪时法,与其他两个成份没有关系)的阳历和阴阳历的合历,其中的阳历成分就是“二十四”节气。
严格说来,其中黄经0°、90°、180°、270°的节点就是春分点、夏至点、秋分点、冬至点,太阳在黄道上运行,过这些节点的时刻就是24节气。
所以,“二分二至”是指四个时刻,“二分二至点”则是黄道上的四个节点,至于“二分二至日”则是“二分二至”这四个节气分别所在的那一天了。
关于上述三个概念的关系可以这样表述:
在“二分二至日”里的“二分二至”时,太阳位于黄道上的“二分二至点”。
二分二至其实就是春分、秋分、夏至和冬至的合称,南北半球的这四个点日期不一致,但可以这样来认识:
如果在北半球,
3月19,20,21,春分----当太阳直射在赤道并开始向北回归线移动时,就是每年的3月21日,是为中国农历的春分;
6月21日或22日,夏至----当太阳直射北回归线并开始向赤道回归时,就是每年6月21日或22日,是为中国农历的夏至日,这一天北半球进入盛夏;
9月22或23,秋分----当太阳从北回归线回归,直射赤道,并向南回归线移动时,就是每年9月22日或23日,是为中国农历的秋分,北半球因为太阳照射时间变短(天黑得早),照射角度越来越大,逐渐转凉;
12月21日至23日之间,冬至----当太阳到达其最南端的直射点——南回归线时,就是每年的12月22日左右,是为中国农历的冬至,这一天是北半球日照最短的一天,天气变得寒冷。
在南半球刚好相反!
二分二至产生的根本原因是由于地球在自转的同时绕太阳公转,使太阳直射点在南北回归线之间做回归运动所致。
由于地球自转和公转不在同一个水平面内,当地球绕日公转时,随着时间的推移,太阳直射点在地球上的位置也在不断的变化:
每年的3月21日左右,当太阳直射点刚好直射在赤道上时,全球所有地区在一年中第一次昼夜等长,南北半球也第一次受到相同的太阳辐射,这一天是春分日;
地球继续绕日公转,到每年的6月22日左右,太阳直射到地球上的直射点达到一年中所能达到的最北端,即23°26′N。
此时北半球是一年中太阳辐射最多的一天,相应的南半球所受太阳辐射是一年中最少的时候,这一天就是夏至日;
在达到最北直射点后,太阳直射向南运动,当再一次直射赤道时,全球所有地区在一年中第二次昼夜等长,南北半球在一年中第二次受到相同的太阳辐射,这种情况出现在每年的9月23日左右,是为秋分;
太阳辐射最多的一天,相应的北半球所受太阳辐射是一年中最少的时候,此时太阳直射纬度是23°26′S,日期是每年的12月22日左右,这就是冬至日。
五·日食[4]
5.1产生的原因
日食是月球运动到太阳和地球中间,如果三者正好处在一条直线时,月球就会挡住太阳射向地球的光,月球身后的黑影正好落到地球上,这时发生日食现象。
在地球上月影里(月影:
月亮投射到地球上产生的影子)的人们开始看到阳光逐渐减弱,太阳面被圆的黑影遮住,天色转暗,全部遮住时,天空中可以看到最亮的恒星和行星,几分钟后,从月球黑影边缘逐渐露出阳光,开始发光、复圆。
由于月球比地球小,只有在月影中的人们才能看到日食。
月球把太阳全部挡住时发生日全食,遮住一部分时发生日偏食,遮住太阳中央部分发生日环食。
发生日全食的延续时间不超过7分31秒。
日环食的最长时间是12分24秒。
法国的一位天文学家为了延长观测日全食的时间,他乘坐超音速飞机追赶月亮的影子,使观测时间延长到了74分钟。
我国有世界上最古老的日食记录,公元前一千多年已有确切的日食记录。
日食一般发生在农历的初一。
日食、月食是光在天体中沿直线传播的典型例证。
月亮运行到太阳和地球中间并不是每次都发生日食,
日食
发生日食需要满足两个条件。
其一,日食总是发生在朔日(农历初一)。
也不是所有朔日必定发生日食,因为月球运行的轨道(白道)和太阳运行的轨道(黄道)并不在一个平面上。
白道平面和黄道平面有5°9′的夹角。
其二,太阳和月球都移到白道和黄道的交点附近,太阳离交点处有一定的角度(日食限)。
由于月球、地球运行的轨道都不是正圆,日、月同地球之间的距离时近时远,所以太阳光被月球遮蔽形成的影子,在地球上可分成本影、伪本影(月球距地球较远时形成的)和半影。
观测者处于本影范围内可看到日全食;在伪本影范围内可看到日环食;而在半影范围内只能看到日偏食。
月球表面有许多高山,月球边缘是不整齐的。
在食既或者生光到来的瞬间月球边缘的山谷未能完全遮住太阳时,未遮住部分形成一个发光区,像一颗晶莹的“钻石”;周围淡红色的光圈构成钻戒的“指环”,整体看来,很像一枚镶嵌着璀璨宝石的钻戒,叫“钻石环”。
有时形成许多特别明亮的光线或光点,好像在太阳周围镶嵌一串珍珠,称作“贝利珠”(贝利是法国天文学家)。
无论是日偏食、日全食或日环食,时间都是很短的。
在地球上能够看到日食的地区也很有限,这是因为月球比较小,它的本影也比较小而短,因而本影在地球上扫过的范围不广,时间不长,由于月球本影的平均长度(373293公里)小于月球与地球之间的平均距离(384400公里),就整个地球而言,日环食发生的次数多于日全食。
5.2食象
日全食发生时,根据月球圆面同太阳圆面的位置关系,可分成五种食象:
1.初亏:
月球比太阳的视运动走得快,日食时月球追上太阳。
月球东边缘刚刚同太阳西边缘相“接触”时叫做初亏,是第一次“外切”,是日食的开始。
2.食既:
初亏后大约一小时,月球的东边缘和太阳的东边缘相“内切”的时刻叫做食既,是日全食(或日环食)的开始,对日
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