㈠ 佛教的传入,促进了中国古代科技文化的发展,举例
佛教自古以来对中华文化及科技的发展都起到了作用
楼上的朋友岂能未经研究就以主观认定佛教阻碍了科技的进步呢?
我只举一个例子,譬如唐代高僧一行,他就是位了不起的天文学家。天文学是科学吧?
一行(673~727),中国唐代著名的天文学家和佛学家
制造仪器和观测
一行主张在实测的基础上编订历法。为此,首先需要有测量天体位置的仪器。他于开元九年(公元721年)率府兵曹参军梁令瓒设计黄道游仪,并制成木模。一行决定用铜铁铸造,于开元十一年(公元723年)完成。这架仪器的黄道不是固定的,可以在赤道上移位,以符合岁差现象。后来,一行和梁令瓒等又设计制造水运浑象。这个以水力推动而运转的浑象,附有报时装置,可以自动报时,称为水运浑天或开元水运浑天俯视图。一行等以新制的黄道游仪观测日月五星的运动,测量一些恒星的赤道坐标和对黄道的相对位置,发现这些恒星的位置同汉代所测结果有很大变动。
主持天文大地测量
一行受诏改历后组织发起了一次大规模的天文大地测量工作。这次测量,用实测数据彻底地否定了历史上的“日影一寸,地差千里”的错误理论,提供了相当精确的地球子午线一度弧的长度。
一行发起这次大规模的天文测量主要目的有二。其一,中国古代有一种传统理论:“日影一寸,地差千里。”刘宋时期的天算家何承天根据当时在交州(今越南河内一带)的测量数据,开始对此提出了怀疑,但长期未能得到证实。隋朝天算家刘焯则提出了用实测结果来否定这一错误说法的具体计划,他说:“交爱之州,表北无影,计无万里,南过戴日,是千里一寸,非其实差。”他建议:“请一水工,并解算术士,取河南北平地之所,可量数百里,南北使正。审时以漏,平地以绳,随气至分,同日度影。得其差率,里即可知。则天地无所匿其形,辰象无所逃其数,超前显圣,效象除疑。”但这个建议在隋朝没有被采纳。一行的测量则实现了这一计划。其二,当时发现,观测地点不同,日食发生的时刻和所见食象都不同,各节气的日影长度和漏刻昼夜分也不相同。这种现象是过去的历法所没有考虑到的。这就需要到各地进行实地测量。
这次测量过程中,由太史监南宫说及太史官大相元太等人分赴各地,“测候日影,回日奏闻”。而一行“则以南北日影较量,用勾股法算之”。可见,一行不仅负责组织领导了这次测量工作,而且亲自承担了测量数据的分析计算工作。
当时测量的范围很广,北到北纬51 度左右的铁勒回纥部(今蒙古乌兰巴托西南),南到约北纬18 度的林邑(今越南的中部)等十三处,超出了现在中国南北的陆地疆界。这样的规模在世界科学史上都是空前的。 其中最值得注意的是由南宫说亲自率领的测量队,按刘焯的计划在黄河两岸平原地区测量的四个点,由北向南有滑州白马(今河南滑县)、汴州浚仪太岳台(今开封西北)、许州扶沟(今河南扶沟)、豫州上蔡武津馆(今河南上蔡)。其中白马在黄河北,其他三点都在黄河以南。它们均介于东经114.2度—114.5 度之间,差不多在同一经度上(即刘焯所说的“南北使正”)。总计白马至上蔡526 里270 步,北极高度相差1.5 度,从而得出大约三百五十一里八十步,北极高度相差一度的结论。这实际上给出了地球子午线一度的长度。
由于对唐尺数值的大小,人们目前的看法还不一致,故评价一行这次子午线测量的精度受到限制。初步的估计结果是,一行的测量值与现代值相比,相对误差大约为11.8%。
国外最早的子午线实测是在公元814 年,由天文学家阿尔·花剌子米(约783—850)参与组织,在幼发拉底河平原进行了一次大地测量,测算结果得出子午线一度长为111.815 公里(现代理论值为110.6 公里),相当精确。但这已在一行之后九十年了。
一行还制定了制定《大衍历》其书中的大衍历》的九服晷影算法及其正切函数表体现了佛教法师高超的数学和天文知识。
一行在《大衍历》“步晷漏术”中就建立了这样一个从0 度到80 度的每度影长与太阳天顶距对应数表,这是世界数学史上最早的一张正切函数表。
在国外,大约920 年左右,阿拉伯学者阿尔·巴坦尼(al-Battani,约858年—929年)根据影长与太阳仰角之间的关系,编制了0 度—90 度每隔一度时12 尺竿子的影长表,这实际上是一个12ctgα的数表。另一位阿拉伯学者阿尔·威发(Abul-Wafa,940—998)在980 年左右编成了正切和余切函数表,每隔15 度和10 度给出一个值。他还首次引进了正割和余割函数。一行和阿尔·巴坦尼差不多沿着相同的途径编成正切和余切函数表。一行用太阳天顶距,阿尔·巴坦尼用太阳仰角,两者互为余角,所以他们两人的发现是相同的。而一行的正切函数表比阿尔·巴坦尼的余切函数表早近两百年,比阿尔·威发的正切表要早二百五十年。
一行大师被史学家及学术界一致公认为佛教中的科学家。
㈡ 一行发明了的测量工具有什么实用价值
一行还创造了一种测量北极出地高度(即所测地的地理纬度)的专用新仪器——“覆矩”(又叫“覆矩图”)。关于覆矩的式样,史料没有详细记载。
根据我们的考证,“矩”在中国古代天算典籍中有两种含义:一是形似木工曲尺的平面区域,即所谓的“积矩”;一是勾股形中的勾边加股边夹一直角构成的直角折线,即所谓的“矩线”。“覆矩”当理解为将积矩开口向下。
《旧唐书·天文志》有“以覆矩斜视,北极出地”多少度的记载,又说:“以图(即覆矩图)校安南,日在天顶北二度四分”。这说明一行的覆矩是一种用“角度”表示地平高度的测量工具。在覆矩的直角顶点系以重锤,在两直角边间安装一个0度到91.31度(因中国古代历法多取圆周为365.25度,故直角当为91.31度)的量角器。使用时,把覆矩的一个特定边指向北极,使此边恰好在人眼和北极的连线上,则重锤线即能在量角器上直接读出北极的地平高度。
一行发明的覆矩是一种简便的测量北极高度的仪器,它在一行领导的开元年间天文大地测量活动中,起到了非常重要的作用。
一行受诏改历后组织发起了一次大规模的天文大地测量工作。这次测量,用实测数据彻底地否定了历史上的“日影一寸,地差千里”的错误理论,提供了相当精确的地球子午线一度弧的长度。
一行发起这次大规模的天文测量主要目的有二。
其一,中国古代有一种传统理论:“日影一寸,地差千里。”刘宋时期的天算家何承天根据当时在交州(今越南河内一带)的测量数据,开始对此提出了怀疑,但长期未能得到证实。
隋朝天算家刘焯则提出了用实测结果来否定这一错误说法的具体计划,他说:“交爱之州,表北无影,计无万里,南过戴日,是千里一寸,非其实差。”他建议:“请一水工,并解算术士,取河南北平地之所,可量数百里,南北使正。审时以漏,平地以绳,随气至分,同日度影。得其差率,里即可知。则天地无所匿其形,辰象无所逃其数,超前显圣,效象除疑。”但这个建议在隋朝没有被采纳。一行的测量则实现了这一计划。
其二,当时发现,观测地点不同,日食发生的时刻和所见食象都不同,各节气的日影长度和漏刻昼夜分也不相同。这种现象是过去的历法所没有考虑到的。这就需要到各地进行实地测量。
这次测量过程中,由太史监南宫说及太史官大相元太等人分赴各地,“测候日影,回日奏闻”。而一行“则以南北日影较量,用勾股法算之”。可见,一行不仅负责组织领导了这次测量工作,而且亲自承担了测量数据的分析计算工作。
当时测量的范围很广,北到北纬51度左右的铁勒回纥部(今蒙古乌兰巴托西南),南到约北纬18度的林邑(今越南的中部)等十三处,超出了现在中国南北的陆地疆界。这样的规模在世界科学史上都是空前的。
其中最值得注意的是由南宫说亲自率领的测量队,按刘焯的计划在黄河两岸平原地区测量的四个点,由北向南有滑州白马(今河南滑县)、汴州浚仪太岳台(今开封西北)、许州扶沟(今河南扶沟)、豫州上蔡武津馆(今河南上蔡)。其中白马在黄河北,其他三点都在黄河以南。它们均介于东经114.2度—114.5度之间,差不多在同一经度上(即刘焯所说的“南北使正”)。总计白马至上蔡526里270步,北极高度相差1.5度,从而得出大约三百五十一里八十步,北极高度相差一度的结论。这实际上给出了地球子午线一度的长度。
由于对唐尺数值的大小,人们目前的看法还不一致,故评价一行这次子午线测量的精度受到限制。初步的估计结果是,一行的测量值与现代值相比,相对误差大约为11.8%。
国外最早的子午线实测是在公元814年,由天文学家阿尔·花剌子米(约783—850)参与组织,在幼发拉底河平原进行了一次大地测量,测算结果得出子午线一度长为111.815公里(现代理论值为110.6公里),相当精确。但这已在一行之后九十年了。
中国古代历法从东汉《四分历》开始,就有各节气初日晷影长度和太阳去极度的观测记录,漏刻、晷影成为古代历法的重要计算项目。隋朝刘焯发明二次等间距插值法之后,李淳风首先将二次插值法引入到漏刻计算中,由每气初日的漏刻、晷影长度数求该气各日的漏刻、晷影数。
但是,各历法中所记载和计算的漏刻和晷影大多是阳城(今河南登封东南告成镇)的数值。一行在编制《大衍历》时,曾进行了大规模的天文测量,通过观测知道,随去极度变化的影长,又因地方而异,但同太阳的天顶距有固定的对应关系。一行在《大衍历》中发明了求任何地方每日影长和去极度的计算方法,叫做“九服晷影”。
历法中已给出阳城各气初日的太阳去极度,则各气的去极度差即为已知,同样各气的太阳天顶距差亦为已知,而这个差数对于任一地点都是相等的。
这样一来,对于任一地方,只要知道某一节气(如夏至)的太阳天顶距,其他各气的太阳天顶距都可以通过加减这个差数求出。剩下还要解决以下两个问题:其一,如何求某地夏至(或冬至)的太阳天顶距;其二,已知天顶距如何换算出晷影长。这两个问题都可以通过建立一个影长与太阳天顶距的对应数表来解决。
如果列出一张以天顶距为引数,每隔一度的影长的数值表,则以上两个问题都可以解决:先在所测地测出(冬)夏至晷影长度(在一行领导的大地测量中,在每处都进行了这样的测量),由影长查表得出太阳天顶距,再加减一个如前所述的差数即可求出该地各气的天顶距,返回再查表得影长。
一行在《大衍历》“步晷漏术”中就建立了这样一个从0度到80度的每度影长与太阳天顶距对应数表,这是世界数学史上最早的一张正切函数表。
在国外,大约920年左右,阿拉伯学者阿尔·巴坦尼(约858年—929年)根据影长与太阳仰角之间的关系,编制了0度—90度每隔一度时12尺竿子的影长表,这实际上是一个12ctgα的数表。另一位阿拉伯学者阿尔·威发(940—998)在980年左右编成了正切和余切函数表,每隔15度和10度给出一个值。他还首次引进了正割和余割函数。
一行和阿尔·巴坦尼差不多沿着相同的途径编成正切和余切函数表。一行用太阳天顶距,阿尔·巴坦尼用太阳仰角,两者互为余角,所以他们两人的发现是相同的。而一行的正切函数表比阿尔·巴坦尼的余切函数表早近两百年,比阿尔·威发的正切表要早二百五十年。尽管一行的正切函数表只从0度到80度,误差也相应大一些,但它毕竟是世界上最早的正切函数表。
㈢ 《太衍历》是谁写的
邢台古代八大科学家
1.经天纬地 --僧一行
僧一行(683-727),原名张遂,邢州巨鹿(今邢台市巨鹿县)人,唐朝著名的天文学家、机械专家。
僧一行重新造出了观测天象的“浑天铜仪”和“黄道游仪”,新造出来的浑天铜仪上面画着星宿,仪器用水力运转,每昼夜运转一周,与天象相符。还装了两个木人,一个每刻敲鼓,一个每辰敲钟,其精密程度超过了张衡的“浑天仪”。这已经接近于近代的钟表了。僧一行机械方面的水平也很高。黄道游仪“的用处,是观测天象时可以直接测量出日、月、星辰在轨道的座标位置。僧一行使用这两个仪器,有效的进行了对天文学的研究,发现了好多天文学的现象。僧一行还创造了《太衍历》比过去有许多创新,比过去的《麟德历》与印度传入的九执历更精确,是当时最好的一部历法。并于733年流传到日本,影响甚大。一行重新测定了150多颗恒星的位置,发现古籍上所载的这些恒星位置与实际位置不符。他第一次发现了恒星运动现象,比英国天文学家哈雷1712年提出恒星自行观点早一千年。一行主持了在全国范围十二个观测站中 规模宏大的天文大地测量,在大量新的实测数据的基础上,编制出《开元大衍历法》即《大衍历》(初稿)二十卷,纠正了过去历法中把全年平均分为二十四节气的错误,是我国历法上的一次重大改革。 一行在《大衍历》“步晷漏术”中建立了一个从0度到80度的每度影长与太阳天顶距对应数表,这是世界数学史上最早的一张正切函数表 。还编写了《七政长历》、《易论》、《心机算术》、《宿曜仪轨》、《七曜星辰别行法》、《北斗七星护摩法》等。为了纪念一行的功绩,人们将小行星1972命名为“一行小行星”。
㈣ 历史中的九服是什么意思啊
《大衍历》的九服晷影算法及其正切函数表
我国古代历法从东汉《四分历》开始,就有各节气初日晷影长度和太阳去极度的观测记录,漏刻、晷影成为古代历法的重要计算项目。隋朝刘焯发明二次等间距插值法之后,李淳风首先将二次插值法引入到漏刻计算中,由每气初日的漏刻、晷影长度数求该气各日的漏刻、晷影数。但是,各历法中所记载和计算的漏刻和晷影大多是阳城(今河南登封东南告成镇)的数值。一行在编制《大衍历》时,曾进行了大规模的天文测量,通过观测知道,随去极度变化的影长,又因地方而异,但同太阳的天顶距有固定的对应关系。一行在《大衍历》中发明了求任何地方每日影长和去极度的计算方法,叫做“九服晷影”。
古人把阳城作为测影的标准地点,即所谓的地中。若NP为阳城的北极高度,S1、S2、S3……为阳城夏至、小暑、大暑等日的太阳上中天位置,则PS1、PS2、PS3……为阳城夏至、小暑、大暑……诸气太阳的去极度,取a1=PS2-PS1、a2=PS3-PS2……,则a1、a2分别为阳城夏至到小暑、小暑到大暑的去极度差数,也是太阳天顶距的差数。且这个差数对任何地点的相应季节都是相等的。
设有某地北极高度为NP′,则夏至、小暑、大暑等日的太阳上中天位置为S′1、S′2、S′3……。显然,有
a1=PS′2-PS′1,a2=PS′3-PS′2。
阳城夏至、小暑、大暑太阳天顶距为ZS1、ZS2、ZS3等,故
a1=ZS2-ZS1,a2=ZS3-ZS2,
同样,有
a1=ZS′2-ZS′2,a2=ZS′3-ZS′2。
历法中已给出阳城各气初日的太阳去极度,则各气的去极度差即为已知,同样各气的太阳天顶距差亦为已知,而这个差数对于任一地点都是相等的。这样一来,对于任一地方,只要知道某一节气(如夏至)的太阳天顶距,其他各气的太阳天顶距都可以通过加减这个差数求出。剩下还要解决以下两个问题:其一,如何求某地夏至(或冬至)的太阳天顶距;其二,已知天顶距如何换算出晷影长。这两个问题都可以通过建立一个影长与太阳天顶距的对应数表来解决。
如果列出一张以天顶距为引数,每隔一度的影长的数值表,则以上两个问题都可以解决:先在所测地测出(冬)夏至晷影长度(在一行领导的大地测量中,在每处都进行了这样的测量),由影长查表得出太阳天顶距,再加减一个如前所述的差数ai即可求出该地各气的天顶距,返回再查表得影长。一行在《大衍历》“步晷漏术”中就建立了这样一个从0度到80度的每度影长与太阳天顶距对应数表,这是世界数学史上最早的一张正切函数表。
在国外,大约920年左右,阿拉伯学者阿尔·巴坦尼(al-Battani,约858—929)根据影长与太阳仰角之间的关系,编制了0度—90度每隔一度时12尺竿子的影长表,这实际上是一个12ctga的数表。另一位阿拉伯学者阿尔·威发(Abul-Waha,940—998)在980年左右编成了正切和余切函数表,每隔15度和10度给出一个值。他还首次引进了正割和余割函数。一行和阿尔·巴坦尼差不多沿着相同的途径编成正切和余切函数表。一行用太阳天顶距,阿尔·巴坦尼用太阳仰角,两者互为余角,所以他们两人的发现是相同的。而一行的正切函数表比阿尔·巴坦尼的余切函数表早近两百年,比阿尔·威发的正切表要早二百五十年。尽管一行的正切函数表只从0度到80度,误差也相应大一些,但它毕竟是世界上最早的正切函数表。
㈤ 谁在科学方面贡献巨大
一行在科学方面的贡献主要在天文仪器制造、大地测量、编制《大衍历》三个方面。尤其是《大衍历》是当时最精密的历法,这在当时的条件下是很了不起的成就,受到世人的称颂。
道士邢和璞称赞一行说:“汉之洛下闳造历云:‘后800岁当差一日,必有圣人正之。’今年期毕矣,而一行造《大衍历》正其差谬,则洛下闳之言信矣,非圣人而何?”可见当时人们对一行贡献的崇敬。一行还和梁令瓒等设计制造了用水力运转的浑天铜仪,上刻日月星辰,每昼夜自转一周,和天象符合。更奇妙的是,仪器中还有两个木头人,一个每刻击鼓,一个每时辰敲钟,都能按时自动。浑天铜仪不仅是天文仪器,也是世界上最早有机械转动的计时器。一行在《大衍历》“步晷漏术”中建立了一个从0度到80度的每度影长与太阳天顶距对应数表,这是世界数学史上最早的一张正切函数表。
㈥ 一行的主要成就
后来,一行和梁令瓒等又设计制造水运浑象。这个以水力推动而运转的浑象,附有报时装置,可以自动报时,称为水运浑天或开元水运浑天俯视图。
水运浑天仪是一具依靠水力而使其运转,能模仿天体运行的仪器,并可以测定时间。这个浑天仪改进了汉代科学家张衡的设计,注水激轮,令其自转,昼夜一周,除了表现星宿的运动以外,还能表现日升月落,当然比张衡的水运浑象仪更加精巧、复杂了。所以,当水运浑天仪造成之后,置于武成殿前,文武百僚观看后,无不为其制作精妙,测定朔望、报告时辰准确而叹服,共称其妙。
特别是在水运浑天仪上,还设有两个木人(相关的商州铜佛龛文物遗址仍存),用齿轮带动,一个木人每刻(古代把一昼夜分为一百刻)自动击鼓,一个木人每辰(合现在两个小时)自动撞钟。这两个木人是运用机械原理而制成的古代机器人。这是一个十分巧妙的计时机械,是世界上最早的机械时钟装置,是现代机械类钟表的祖先,比公元1370年西方才出现的威克钟要早六个世纪,这充分显示了中国古代劳动人民和科学家的聪明才智。
尽管这架水运浑天仪在使用了一段时间后,便因铜铁渐涩,不能自转而进入博物馆了。但是,一行和梁令瓒却以获得天文钟的发明权而永垂史册。英国著名科技史家李约瑟博士在《中国科学技术史》第四卷中说:高僧一行和梁令瓒所发明的平行联动装置,实质上就是最早的机械时钟,是一切擒纵器的祖先,走在欧洲14世纪第一具机械时钟的前面;(西方关于钟表装置是14世纪早期欧洲的发明这一说法,是完全错误的。)
水运浑天仪上刻有二十八宿,注水激轮,每天一周,恰恰与天体周日视运动一致。水运浑天仪一半在水柜里,柜的上框,有如地则自然撞钟。整个水运浑天仪既能演示日、月、星辰的视运动,又能自动报时,有二木人,每刻(古代把一昼夜分做一百刻=0.24小时=14,4分钟)击鼓,每时辰(合现在两小时)撞钟。这是世界上最早将擒纵应用于计时的装置,比外国自鸣钟的出现早了六百多年。一行等人的成就又超过了张衡。(也是最早的报时机器人)。
一行等以新制的黄道游仪观测日月五星的运动,测量一些恒星的赤道坐标和对黄道的相对位置,发现这些恒星的位置同汉代所测结果有很大变动。 一行受诏改历后组织发起了一次大规模的天文大地测量工作。这次测量,用实测数据彻底地否定了历史上的“日影一寸,地差千里”的错误理论,提供了相当精确的地球子午线一度弧的长度。
一行发起这次大规模的天文测量主要目的有二。其一,中国古代有一种传统理论:“日影一寸,地差千里。”刘宋时期的天算家何承天根据当时在交州(今越南河内一带)的测量数据,开始对此提出了怀疑,但长期未能得到证实。隋朝天算家刘焯则提出了用实测结果来否定这一错误说法的具体计划,他说:“交爱之州,表北无影,计无万里,南过戴日,是千里一寸,非其实差。”他建议:“请一水工,并解算术士,取河南北平地之所,可量数百里,南北使正。审时以漏,平地以绳,随气至分,同日度影。得其差率,里即可知。则天地无所匿其形,辰象无所逃其数,超前显圣,效象除疑。”但这个建议在隋朝没有被采纳。一行的测量则实现了这一计划。其二,当时发现,观测地点不同,日食发生的时刻和所见食象都不同,各节气的日影长度和漏刻昼夜分也不相同。这种现象是过去的历法所没有考虑到的。这就需要到各地进行实地测量。
这次测量过程中,由太史监南宫说及太史官大相元太等人分赴各地,“测候日影,回日奏闻”。而一行“则以南北日影较量,用勾股法算之”。可见,一行不仅负责组织领导了这次测量工作,而且亲自承担了测量数据的分析计算工作。
当时测量的范围很广,北到北纬51 度左右的铁勒回纥部(今蒙古乌兰巴托西南),南到约北纬18 度的林邑(今越南的中部)等十三处,超出了现在中国南北的陆地疆界。这样的规模在世界科学史上都是空前的。
其中最值得注意的是由南宫说亲自率领的测量队,按刘焯的计划在黄河两岸平原地区测量的四个点,由北向南有滑州白马(今河南滑县)、汴州浚仪太岳台(今开封西北)、许州扶沟(今河南扶沟)、豫州上蔡武津馆(今河南上蔡)。其中白马在黄河北,其他三点都在黄河以南。它们均介于东经114.2度—114.5 度之间,差不多在同一经度上(即刘焯所说的“南北使正”)。总计白马至上蔡526 里270 步,北极高度相差1.5 度,从而得出大约三百五十一里八十步,北极高度相差一度的结论。这实际上给出了地球子午线一度的长度。
由于对唐尺数值的大小,人们目前的看法还不一致,故评价一行这次子午线测量的精度受到限制。初步的估计结果是,一行的测量值与现代值相比,相对误差大约为11.8%。
国外最早的子午线实测是在公元814 年,由天文学家阿尔·花剌子米(约783—850)参与组织,在幼发拉底河平原进行了一次大地测量,测算结果得出子午线一度长为111.815 公里(现代理论值为110.6 公里),相当精确。但这已在一行之后九十年了。僧一行是最早测量子午线长度的人。 《大衍历》的九服晷影算法及其正切函数表
中国古代历法从东汉《四分历》开始,就有各节气初日晷影长度和太阳去极度的观测记录,漏刻、晷影成为古代历法的重要计算项目。隋朝刘焯发明二次等间距插值法之后,李淳风首先将二次插值法引入到漏刻计算中,由每气初日的漏刻、晷影长度数求该气各日的漏刻、晷影数。但是,各历法中所记载和计算的漏刻和晷影大多是阳城(今河南登封东南告成镇)的数值。一行在编制《大衍历》时,曾进行了大规模的天文测量,通过观测知道,随去极度变化的影长,又因地方而异,但同太阳的天顶距有固定的对应关系。一行在《大衍历》中发明了求任何地方每日影长和去极度的计算方法,称做“九服晷影”。
历法中已给出阳城各气初日的太阳去极度,则各气的去极度差即为已知,同样各气的太阳天顶距差亦为已知,而这个差数对于任一地点都是相等的。这样一来,对于任一地方,只要知道某一节气(如夏至)的太阳天顶距,其他各气的太阳天顶距都可以通过加减这个差数求出。剩下还要解决以下两个问题:其一,如何求某地夏至(或冬至)的太阳天顶距;其二,已知天顶距如何换算出晷影长。这两个问题都可以通过建立一个影长与太阳天顶距的对应数表来解决。
如果列出一张以天顶距为引数,每隔一度的影长的数值表,则以上两个问题都可以解决:先在所测地测出(冬)夏至晷影长度(在一行领导的大地测量中,在每处都进行了这样的测量),由影长查表得出太阳天顶距,再加减一个如前所述的差数即可求出该地各气的天顶距,返回再查表得影长。一行在《大衍历》“步晷漏术”中就建立了这样一个从0 度到80 度的每度影长与太阳天顶距对应数表,这是世界数学史上最早的一张正切函数表。
在国外,大约920 年左右,阿拉伯学者阿尔·巴坦尼(al-Battani,约858年—929年)根据影长与太阳仰角之间的关系,编制了0 度—90 度每隔一度时12 尺竿子的影长表,这实际上是一个12ctgα的数表。另一位阿拉伯学者阿尔·威发(Abul-Wafa,940—998)在980 年左右编成了正切和余切函数表,每隔15 度和10 度给出一个值。他还首次引进了正割和余割函数。一行和阿尔·巴坦尼差不多沿着相同的途径编成正切和余切函数表。一行用太阳天顶距,阿尔·巴坦尼用太阳仰角,两者互为余角,所以他们两人的发现是相同的。而一行的正切函数表比阿尔·巴坦尼的余切函数表早近两百年,比阿尔·威发的正切表要早二百五十年。尽管一行的正切函数表只从0 度到80 度,误差也相应大一些,但它毕竟是世界上最早的正切函数表。
《大衍历》的插值算法
今天常用的牛顿插值公式,其不等间距的形式比等间距的形式要复杂得多。天算史界有一种流行的看法,认为在中国古代,唐朝天文学家、数学家一行在其《大衍历》中发明了二次不等间距插值法,且一行还有意识地应用了三次差内插法近似公式。因此,一行在插值法方面的贡献备受中外天算史研究者的关注。中国古代非线性插值法,是刘焯在其《皇极历》(604年)中考虑到太阳运动不均匀性为计算太阳行度改正值时首创的。有关中国古代插值法的算理研究的新成果表明,刘焯二次等间距插值法的造术原理建立在源于《九章算术》描述匀变速运动的模型基础之上,认为太阳每日的运行速度之值构成一等差数列。质言之,所用数学方法就是构造一等差数列并求其前若干项和。一行的插值法并没有人们所想象那样的推广意义。就插值算法本身,一行算法与刘焯算法实质完全相同。所不同的是,《皇极历》是在以平气为间隔的日躔表基础上插值。而《大衍历》是在以定气为间隔的日躔表上插值。
《太初历》以后,各历都以平分一回归年365.25 日为24 等份而得每节气长15.22 日,这样规定的二十四气称为“常气”,或叫“平气”。张子信指出“日行春分后则迟,秋分后则速”,于是刘焯造《皇极历》时体会到二十四气皆应有“定日”,他说:“春、秋分定日去冬至各八十八日有奇,去夏至各九十三日有奇。”但刘焯并没有搞清楚太阳速度的加减和季节的关系,他的日躔表是把秋分定日后到春分定日前平均分为12 段,每气14.54 日;春分定日后到秋分定日前也平分为12 段,每气15.45 日。这显然不是“定气”。一行则认为,太阳在一回归年365.2444 日中共行365.2444 度,每气行15.2185 度。冬至附近日行速度最急,故二气间所需运行时间最短,夏至附近日行速度最缓,故二气间的时间最长。实际上,《大衍历》这里首先提出了平分黄道为24 等份,以太阳实际走完每个等份的时间长度为各节气长度,这就是通常所称的“定气”概念。一行提出正确的定气概念以后,在计算太阳改正时自然就以定气为插值间隔。至于插值法本身则完全是沿用刘焯的方法。
值得一提的是,刘焯在日躔表中规定太阳视运动一年内的变化规律是:冬至最快,冬至后渐慢,到立春时开始加快,春分时又达到最快,冬至到春分这段时间内日速比平均速度快。春分后太阳视运动的速度突变为最慢,之后逐渐加快,到立夏时又开始减慢,夏至达到最慢。春分到夏至时段内比平均速度慢。夏至以后的变化情况以夏至处为镜面对称。
《大衍历》盈缩分一年内的变化趋势将盈缩分在冬至附近最大,以后逐渐变小,夏至时最小,之后又逐渐增大。这相当于把冬至作为太阳视运动的近日点,夏至为远日点。这种认识是正确的,而《皇极历》的规定是不符合实际的。
说一行有意识地应用了三次差内插法的近似公式,是指《大衍历》的月亮极黄纬算法和五星中心差改正算法中所用的插值法。当对中国古代历法中的插值法的构造原理有了深入的认识之后,研究者进一步通过将这两处插值法的有关术文与刘焯二次等间距插值法的术文进行对比研究,证明两者在实质上也是相同的。
人们之所以会认为《大衍历》使用了三次差插值法,是因为《大衍历》在上述两种算法的插值法中都引入了“中差”概念的缘故。但实际上一行引入“中差”的原因在于,刘焯日躔表中的各气陟降率之差是相等的,而《大衍历》月亮极黄纬等数表相邻两栏的差一般不等。这种现象的出现,正是一行受命改历时作了大量天文观测的结果。若仍照搬《皇极历》的做法,就会出现同一点处有可能得到两个不同的值的现象,这就迫使一行必须在计算方法上进行一点细节上的调整。