徐光启天文计量思想探析_徐倩.pdf

年月第 卷（总 期）上 海 交 通 大 学 学 报（哲 学 社 会 科 学 版）（），徐光启天文计量思想探析徐倩关增建（上海交通大学马克思主义学院，上海 ；上海交通大学人文学院，上海 ）摘要：徐光启为解决明末时间计量的统一问题，明确了以恒星定时作为计时基准校正其他计时系统的定时原则；将计时与定向结合参验，并引入多种仪器复合定向，以提升定向的准确度；通过引介西方计量概念如地球经纬度、里差和时差等，促成了中国天文计量与西方的接轨；通过对传统里差概念进行重新定义和调整，使其顺利地与西方地球观念相适应。徐光启对天文计量原理的阐释，为中国传统天文计量向近代天文计量的转变奠定了基础。关键词：测时；定向；经纬度；时差；里差 ：天文计量属于计量的一种，是时间和空间等计量内容在天文学领域的概称。中国的天文计量有着悠久的历史和独特的传统。明末传教士东来，带来了与中国传统天文学迥然不同的西方天文学，西方天文计量也由此进入中国，促成了中国天文计量的转型。徐光启（）在这次转型中发挥了重要作用。学界对徐光启在中国古代天文学方面的贡献已有很多的研究，但从计量史角度来看，仍有一些重要内容有待挖掘。一、计时定向本质问题的提出（一）中国古代的两种计时系统学界已有研究认为，中国古代计时器有多种形式，包括日晷、漏刻、机械计时器、轮漏和木漏等，构造和设计原理都可自成体系。这些装置按照工作原理，可分为两类：一类以天然均匀周期运动为参照，笔者称其为自然计时系统；第二类则是以人为制造均匀运动为参照的人工计时系统。在古代社会，一般情况下是两套计时系统并用的，这就产生了基准的选择问题。传统采取的是以天体尤其是太阳的周日视运动为基准，人工计时系统须以其为准进行校验。例如漏刻计时，其时间起点的选择、水流速率的调节，都需要参考日行进行校准，“古之为漏者，必有表”，漏之度要“考以日中之影”，为的是“与天相应”，也就是说，中国作者简介：徐倩，上海交通大学马克思主义学院博士研究生；关增建，上海交通大学人文学院特聘教授。基金项目：国家社会科学基金重大项目“中国计量史”（）。参见陈美东、华同旭主编：中国计时仪器通史（古代卷），合肥：安徽教育出版社，年，第 页。古代的人工计时系统是对天文测日计时的补充。但这种计时主次排序在宋代遇到了问题。北宋沈括的调漏技术十分精湛，在他之前，“下漏家”们的“步漏之术，皆未合天度”，他们认为“水性如此”才使漏刻不精，于是便在漏箭的长短分划、水流速率、壶漏级数等方面深钻。沈括也在持续探究漏刻和日行不匹配的问题，他尝试调理漏刻，但“万方理之，终不应法”，于是“占天候景，以至验于仪象，考数下漏”，通过十余年的研究，他发现“冬至日行速，天运已期，而日已过表，故百刻而有余；夏至日行迟故不及百刻”，这与黄赤相交造成的日行赤经变化正好相反。沈括由此指出了日行和天运（恒星天）速度不一致的问题，他认为漏刻的计时精度很高，出现漏刻“未合天度”的情况只能是太阳周日视运动不均匀造成的。古历法由汉至唐积累了许多日行盈缩的研究和创见，历算家们已经发现黄赤相交使日黄道运动的赤经分量变化不均的问题。即使这样，也没有人将日行不均与漏刻计时联系起来。而沈括通过比对漏刻与天文计时，发现漏刻计时的均匀性超越了日行，如此就不能以日行作为计时基准。沈括的发现彻底颠覆了传统认识，因此遭到时人的怀疑。沈括曾感叹道：“余先验天百刻有余、有不足，人已疑其说。又谓十二次斗建当随岁差迁徙，人愈骇之。”无论如何，沈括的发现昭示着计时有三种参照：漏刻、日行和天运，究竟哪一个才是计时的最高标准？沈括没有明确回答。沈括之后，漏刻和其他人工计时器具（如水运浑象）越来越朝着大型化、观赏化方向发展，不利于计时精度的提高。元明漏刻的制作和管理技术严重下滑，很难达到沈括的调漏精度。明朝还人为控制时间的运行制度，如永乐帝迁都北京后，声称要遵照祖制，漏刻的昼夜时间管理便依然沿用南京制度。北京观象台的仪器安置方向也完全复刻南京，并没有根据计时仪器的测量原理及时间流逝的客观特性进行调整。在这种认识水平的驱使下，计时基准问题很难被明确提出。且明朝历法直接将元 授时历 更名 大统历 行用，省却了大量的天文观测实践，因此没有精确计时的迫切需求。元明两代，无论从人工计时精度、测时意识还是实践需求诸方面都激活不了关于计时本质的思考，沈括发现的计时基准问题因而被掩蔽了。而不时有学人对漏刻、圭表和晷仪进行探索比较的目的是调节漏刻“与天相合”，以符合人们对于时间的原初认知习惯，而非深究哪一种运动形式最能反映客观时间的流逝。总之，明末以前，计时基准问题无论在理念还是实践层面皆被悬置。（二）徐光启的创新：计时之本，准于天行明末传教士东来触发了士人关于时间本质特征的探讨。古希腊先哲亚里士多德 物理学 认为时间就是对变化的量度。传教士邓玉函因循亚氏理念，基于运动变化标定时间并对其本质特征给予界定：徐倩等徐光启天文计量思想探析参见陈美东、华同旭主编：中国计时仪器通史（古代卷），合肥：安徽教育出版社，年，第 页。详见冯锦荣导读，冯锦荣、林学忠、陈志明译注：梦溪笔谈，北京：中信出版社，年，第 页。参见郭盛炽：沈括发现的漏壶迟疾和太阳周年视运动的不均匀性，中国科学院上海天文台年刊 年第期，第 页。冯锦荣导读，冯锦荣、林学忠、陈志明译注：梦溪笔谈，北京：中信出版社，年，第 页。参见吴守贤、全和钧主编：中国古代天体测量学及天文仪器，北京：中国科学技术出版社，年，第 页。参见亚里士多德：物理学，转引自卡洛罗韦利：时间的秩序，杨光译，长沙：湖南科学技术出版社，年，第 页。时者何物？凡诸有形之物必有变革，变革多端中有迁运一端。因其迁运先后，从而测量剖分之，则为时也。问：草木鸟兽人事，皆有变革迁运，亦可用以为时，何必二曜（日月）？曰：凡立术有三法：一须公共，一须分明，一须永久。惟二曜则然，他无有足比者故也。邓玉函关于时间与有序运动的认知联系是深刻的，但他以日月运动作为其他运动“无有足比”计时参照的论断是有问题的。因为即便日月运动满足他提出的“公共”（一定范围内的同时性）、“分明”（易测）和“永久”（持续性）三个重要计时考量，但关于时间基准的两项要素均匀性和周期性才是至关重要的。这也是古代中西方时间认知发展脉络中突出的方向性区别：中国更重视均匀性，而西方则更看重周期性。但日月因“偏心圆”中心差和地平观测视差等因素影响，在均匀性和周期性上都存在不足。因而二者并不是入选计时基准的最佳对象。实践层面，崇祯改历之前，人工计时一度占领上风。彼时测时是先以圭表测影确定正午校准漏刻，再以漏刻所守之时作为天文观测用时。明末传教士带来了精度相对较高的天文观测仪器，使得观测技术有所进步，这就需要更加准确的时间计量。而计时基准若选择不当就会导致测算结果产生误差。徐光启等明末士大夫上疏改历的一个重要伴随命题就是：旧法已经不合当下天象运行，要验证历法疏密就必须保证计时准确。而计时不准问题在明末历测中已十分突出，“考验历法全在交食，览奏台官用器不同，测时互异”。大统历 回回历 和西法在对 年月 日的日食推算中均失准，西法虽然较为接近现代天文回推的结果，但其对日食持续时间的验算仍有将近 分钟的误差。这是明末北京观象台的计时器具漏刻没有进行时间校准所致。徐光启意识到了计时方式准确性的问题，他在给崇祯的奏疏中明确表达了要解决此类问题必须先确定计时基准，再以基准校正其他计时系统。那么哪种计时系统可以作为基准呢？人工计时的漏刻是否可行？徐光启认为答案是否定的，因为漏刻存在诸多缺点。其一，漏刻形制多且计时易受环境因素影响，“壶漏等器规制甚多，今所用者水漏也。然水有新旧滑涩，则迟速异；漏管有时而塞，有时而磷，则缓急异”；其二，漏刻计时不能独立确定计时起点或校准点，必须依赖于自然计时系统；其三，漏刻“调品皆繇人力，迁就可凭人意”，在时间管理上人为因素介入过多，容易产生偶然误差。也就是说，漏刻在“公共”和“永久”两个计时客观条件上都存在短板。徐光启意识到，若选择各地可以同步观测到的周期自然运动作为参照标准，则可以上海交通大学学报（哲学社会科学版）年第期邓玉函：测天约说，石云里、褚龙飞校注：崇祯历书合校，合肥：中国科学技术大学出版社，年，第 页。参见马利科夫：计量技术概论，国家计量局编译处等译，北京：中国工业出版社，年，第 页。详见张廷玉等撰：明史 卷，北京：中华书局，年，第册，第 页。徐光启撰，王重民辑校：徐光启集，北京：中华书局，年，第 页。参见 ，“，”，（），徐光启撰，王重民辑校：徐光启集，北京：中华书局，年，第 页。详见徐光启撰，王重民辑校：徐光启集，北京：中华书局，年，第 页。徐光启撰，王重民辑校：徐光启集，北京：中华书局，年，第 页。大范围内实现计时结果的可复现性，“若日月星晷，不论公私处所、南北东西、欹斜坳突，皆可安置施用，使人人能分更分漏，以率作兴事，屡省考成”。这是说自然计时系统能在大范围内测时，满足了计时基准应当具有的公共性和永久性特征，其计时结果更客观，“按晷定时，无可迁就，无容隐匿”，人为介入因素较人工守时少很多，可作为计时基准使用，“惟表、惟仪、惟晷，悉本天行，私智谬巧无容其间，故可为候时造历之准式也”。显然，漏刻只能辅助自然计时系统，徐光启据此明确提出，“壶漏者特以济晨昏阴雨晷仪表臬所不及，而非定时之本。所谓本者，必准于天行”。他进一步指出不光漏刻，另一种人工计时装置即利玛窦进呈内廷的自鸣钟也同样不可：定时之术，相传有壶漏，为古法；近有轮钟，为简法。然而调品皆繇人力，迁就可凭人意，故不如求端于日星，昼则用日，夜则任用一星，皆以仪器测取经纬度数推算得之，是为本法。沈括认为日行不均，人工计时更精确。但他受浑天说的宇宙图景所限，没能探究出漏刻与日行存在差异的另一项因素。沈括关于计时问题的疑问，在明末中西交流中得到了回应。徐光启超越了沈括的认知，不仅将基准重新放回到自然计时系统上，更是创造性地将基准从太阳视运动转变为恒星视运动，从而避开了对计时中日行不均因素的考量，这是徐光启洞察时间本质后在计时理论上迈出的重要一步，古人长久以来关于计时问题的探求因徐光启“计时之本，准于天行”的基准思想得到升华。徐光启后学如熊明遇、李天经等人完全赞同以“天行”作为计时之本的理念。清代学者在撰著 明史 时也对徐光启的计时思想给予了高度肯定。这也体现了徐光启在指导崇祯改历过程中多番强调的兼顾理算、知其然更要知其所以然的致知思想。（三）天行：作为计时基准的恒星定时“天行”作为徐光启提出的计时之本，具体指的是恒星的周日视运动。徐光启定其为基准的原因也不难发现，人们从本能上即能觉知时间流逝的速度是恒定不变的，这就需要找到一个最均匀连续的自然现象来作为时间运动的体现。恒星依附于“宗动天”，只有赤道“左旋”的“恒定”运动，其物理实质是地球自转的表现。地球以固定不变的角速度绕自身轴线均匀旋转，所以恒星的周日视运动比日行更均匀稳定。传教士罗雅谷就强调：“测星求时为公法，最为定准。”对此，徐光启也曾多次提及，如“其（月食）时刻本以测星为正法”，“其月食目所易见，止时刻难定，除壶漏外再用星晷测量，及用恒星徐倩等徐光启天文计量思想探析徐光启撰，王重民辑校：徐光启集，北京：中华书局，年，第 页。徐光启撰，王重民辑校：徐光启集，北京：中华书局，年，第 页。徐光启撰，王重民辑校：徐光启集，北京：中华书局，年，第 页。徐光启撰，王重民辑校：徐光启集，北京：中华书局，年，第 页。徐光启撰，王重民辑校：徐光启集，北京：中华书局，年，第 页。详见张廷玉等撰：明史 卷，北京：中华书局，年，第册，第 页。罗雅谷：测夜时法，日本天理大学图书馆藏本，第页 页，转引自李亮：日本抄本 崇祯历书测夜时法 探赜，中国科技史杂志 年第期，第 页。徐光启撰，王重民辑校：徐光启集，北京：中华书局，年，第 页。推算时刻。先定某星高几度分为初亏，某星高几度分为食甚，至期用仪器测验，以定真正时刻”。可以说，恒星视运动是明末乃至其后二百年内所能找到的最适宜的计时基准。崇祯二年（）九月，徐光启请旨制造天文仪器，包括平面日晷、星晷、自鸣钟和望远镜，但经费紧张，未能全部制造完毕。崇祯七