平子讲堂丨天文学之行星运动理论-南阳市张衡博物馆

欢迎关注“张衡博物馆”！

中国古代对行星运动的观测和认识是很早的。由于金、木、水、火、土这五颗行星比较明亮且在恒星背景下有明显的视运动，因此它们的运动很早就受到人们的关注。《诗经·小雅·大东》中有“东有启明，西有长庚，有捄天毕，载施之行”的诗句，这里的长庚和启明指的就是金星，它是五星中最亮的一颗。从公元前4世纪开始，天文学家对五星位置的观测、计算和记录就没有中断过。他们不仅注意研究行星在恒星间的周期运动，而且还注意它们的会合运动，也就是与太阳相对位置的变化周期。战国时期的天文学家甘德和石申对五星的运动进行了认真的观测和研究，对五星的运动状况和规律做出了有价值的描述。从《开元占经》所载甘德和石申的言论中可以看出，他们二人已经明确提出了会合周期和恒星周期的概念。甘德称：“岁星凡十二岁而周，皆三百七十日而夕，入于西方。三十日复晨出于东方”《开元占经》，即岁星的恒星周期为十二年，会合周期为四百日。他们还明确指出了五星的逆行现象。《开元占经》引石申语曰：“五星行二十八舍星七寸内者，及宿者，其国君死。五星舍二十八宿，王者诛，除其国。五星犯合宿中间星，其坐者在国中，犯南为男，犯北为女，东为少，西为老。五星逆行去宿，虽非七寸内而守之者，其国君被诛刑死；顺而留之，疾病死。”

至汉代，对行星的逆行现象有了更为详细的记载，并对逆行的原因给予解释。《汉书·天文志》谓之“气盛乃逆行”，意思是说当行星离太阳很近的时候，由于太阳气盛，从而导致它的逆行。到西汉时，天文学家已经认识到了行星的运动速度有快有慢。《史记·天官书》云：“察日月之行以揆岁星顺逆。曰东方木，主春，日甲乙。义失者，罚出岁星。岁星赢缩，以其舍命国。所在国不可伐，可以罚人。其趋舍而前曰赢，退舍曰缩。”这里的赢缩即指行星运动的快慢。从汉代的《三统历》开始，每一部历法中都有推算行星位置的算法，可见，当时对行星运动规律的认识已经相当详细了。

尽管如此，古代在研究日、月、五星运动方面却大多只注重实际位置的推算，却不注意五星运行理论的研究，而张衡在这方面则提出了极有价值的见解。他在《灵宪》一书中对行星的运动现象及其规律进行了系统而又深入的论述。其云：

凡文耀丽乎天，其动者七，日、月、五星是也。周旋右回，天道者贵顺也。近天则迟，远天则速。

张衡认为，在天空中有众多光芒四射的星辰，而其中能够运动的是太阳、月亮及金、木、水、火、土五星，它们周而复始地按照各自的轨道运行，速度是有规律可循的。这里所说的天，是指设想中的天球壁，他认为日、月、五星是在天地之间运行，而非在天球壁上，它们与天的距离各不相同，离天近，也就是离地远的速度慢，而离天远，也就是离地近的速度就快。这一认识，在张衡之前还没有人提起过。现在，我们都知道行星包括地球都是围绕太阳运行的，而早在一世纪的张衡通过自己的不懈观测，认识到了行星运动的快慢与行星运动中心体距离之间的关系，这于当时的科学水平来说，可谓是一个超前的发现。显然，张衡在寻求行星运行速度的力学原因，这个研究方向无疑是正确的。直到1500多年后，清朝天文学家王锡阐在《五星行度解》中才提出了类似的思想，并进一步提出了天对日、月、五星有一种磁石吸针的力量。而在西方，许多天文学家只有对日、月、五星的运动做精细的运动学描述，而从未想过解释其力学原因。力学原因的探讨，直到16世纪科学技术革命开始以后才被提出来。

张衡根据距离地球的远近和运行速度的快慢将七曜进行了分类。他在《灵宪》中说：

行迟者觌于东，觌于东者属阳。行速者觌于西，觌于西者属阴。日与月共配合也，摄提、荧惑、地候晨见，附于日也。太白、辰星昏见，附于月也。二阴三阳，参（通叁）天两地，故男女取则焉。

我国秦汉时期将金、木、水、火、土五颗行星称为太白、摄提、辰星、荧惑、地候。张衡把七曜中运行速度快的称为“附于月”，属阴，运行速度慢的“附于日”，属阳。他认为，五星“参天两地，二阴三阳”，即是说二颗属阴的水星和金星离地近，所以运行速度快，三颗属阳的火星、木星和土星离地远，而靠近天，所以运行速度慢。

现在我们都知道，太阳系中所有的行星，包括地球，都是绕太阳转的，而月亮则是围绕地球转的。所以，附于日和附于月的说法是错误的，但是这些观点与现代天文学也有许多相通之处。现代天文学把太阳系中的八大行星分为内行星和外行星。以地球公转轨道为参考，轨道在地球轨道以外的行星称为外行星，即火星、木星、土星、天王星、海王星，轨道在地球轨道以内的称为内行星，即金星和水星。这恰好与张衡的金星、水星离地球近附于月，火星、木星、土星离地球远附于日的分类相一致。另外，现代天文学已经证明，外行星只能从早晨出现于东方开始一个会合周期，而内行星在一个会合周期不但可以早晨出于东方，也可以黄昏出现于西方，这也与张衡觌于西者属阴，觌于东者属阳的说法相似。虽然张衡对行星的分类还有许多不科学甚至是错误的地方，但从中我们也可以看出对于行星运动规律，张衡进行了长期而又细致的实际观测。

在《灵宪》中，张衡还指出：

周旋右回，天道者贵顺也……行则屈，屈则留回，留回则逆，逆则迟，迫于天也……

他认为，行星周而复始地围绕地球运行，一般情况下都顺行，接近天时就慢，远离天时就快。顺行一段时间后，速度就会逐渐慢下来，以至于停止不动，然后变成逆行。逆行时速度又变慢，这是由于接近天的缘故。实际上，行星的顺行、停留、逆行现象是由于人们的视运动造成的。地球和行星都绕太阳公转，它们之间的距离、相对速度和视角会不断发生变化，而从地球上观察就会出现顺行、停留、逆行的现象。古人认为众星都是绕地球运行，所以这种现象就无法得到科学的解释，这局限于当时的科学技术水平。

在《灵宪》中，张衡还对陨星和超新星等现象做了描述和探讨：

夫三光同形，有似珠玉。神守精存，丽其质而宣其明。及其衰，神歇精罿，于是乎有陨星，然则奔星之所坠，至地则石矣。

张衡继承了前人“星坠至地则石”的思想，对陨石的来源予以正确的解释。同时，他还探讨了陨星产生的原因，认为是日、月、星的衰竭而形成的。虽然这个解释不正确，但是，每个天体都有产生、发展到衰亡的过程，却是非常科学的结论，这是非常合乎辩证法的，也正是西方古代天文学所缺乏的。与陨石相联系，张衡对星体的产生也做了解释：

地有山岳，以宣其气，精种为星。星也者，体生于地，精成于天。

他认为，地球上的山岳能够向外散发出精气，这些精气上升到天空中，就形成了各个星体。这种解释当然是错误的，是当时流行了几百年的天地相应思想的反映。张衡之所以会有山岳精气形成为星的观点，原因可能在于他见到的自天上坠落的陨星都是石头，而山岳正是由石头组成的。石头是不能上天的，所以就想到可能是山岳散发的精气上升到天上而形成了星，这从侧面也反映了陨石来自于地外的思想。而在西方，直到17世纪，还有天文学家认为陨石并非来自地外的说法。