作者：丁俊奎
出版社：中国商业出版社
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中华文化公开课——科技文化九讲试读：
前言
科技是一个国家发展的脊梁，是一个社会立足的根本，也是一个时代前进的保证。中国历代的科学技术，在很长的一段时期里都居于世界领先地位，中国历史上的科技成就，为世界文明的发展作出了巨大贡献。
在漫漫5000年的历史长河中，勤劳智慧的中国人民创造了灿烂的科技文明，留下了许多举世瞩目的科技成果。在天文学上，祖先们发明了浑天仪、地动仪，创制了多部历法，并制成了世界上最早的自动化天文台、水运仪象台；在地理学上，玄奘写出了著名的《大唐西域记》，徐霞客完成了地理学巨著《徐霞客游记》；在手工业方面，祖先们发明了弓箭、丝绸、青铜器、刺绣等，这些发明无一不对人类发展起到了重要的推动作用。
同时，中国亦在物理学、化学、医药学，以及建筑、纺织、陶瓷、造船、水利建设等方面颇有建树。家喻户晓的火药、指南针、造纸术、印刷术等四大发明更是促进了整个人类文明的长足进步，在世界科技文化发展史上占有辉煌灿烂的一页。
科技创造历史，科技改变历史，科学技术是第一生产力。英国哲学家、近代实验科学的始祖培根曾指出：印刷术、火药和指南针“已经改变了世界的面貌”，“没有一个帝国，没有一个教派，没有一个赫赫有名的人物，能比这三种发明在人类的事业中产生更大的力量和影响。”
了解中国科技发展史，是为了更好地继承与创造。我们的祖先在古代所取得的伟大成就已经证明，中华民族是一个具有创造力的民族，我们完全可以继承祖先们勇于创新、积极开拓的精神，开创中华民族伟大的复兴之路。要真正实现这个理想，就需要我们更好地了解中国古代的科技创造，从中汲取更多的营养，再登科技创造的顶峰。
本书通过全新的体例和合理的安排，把中国五千年的科技发展分门别类地展现在读者面前。全书分为天文历法、地理探索、水利工程、建筑设计、农学农具、数学成就、物理化学、医学药物、手工制造多个板块，把一部中华科技文明史浓缩在薄薄的一册书内。本书既“美味可口”又“营养丰富”，图文并茂，知识性与趣味性相融合，为读者展现了一幅中国科技文明的灿烂画卷。第一讲 天文历法技术最早的历书──《夏小正》《夏小正》是我国最早的记载物候的著作，也是中国现存最早的一部农事历书，对古代天象与先秦历法研究有相当重要的参考价值。《夏小正》是我国现存最早的文献之一，也是现存采用夏时最早的历书。这部书文辞古朴简练，用字不多，但内容却相当丰富，它按一年12个月分别记载了物候、气象、天象和重要的政事，特别是有关说明我国古代以农立国方面的政事。
书中反映当时的农业生产的内容包括谷物、纤维植物、染料、园艺作物的种植，蚕桑、畜牧和采集、渔猎。其中蚕桑和养马颇受重视；马的阉割，染料中的蓝，园艺作物桃、杏等的栽培，均为首次见于记载。《夏小正》最突出的部分是物候。由于农业生产上的需要，书中注意收集物候资料，并且按月记载下来，作为适时安排农业生产的依据。它主要是各月的物候和农事活动的记载，大多数是二字、三字或四字为一完整句子。其指时标志以动植物变化为主，用以指时的标准星象都是一些比较容易看到的亮星，如辰参、织女等。书中缺少十一月、十二月和二月的星象记载，还没有出现四季和节气的概念。《夏小正》记载的生产事项无一字提到“百工之事”，这是社会分工还不发达的反映。所有这些表明《夏小正》历法的原始和时代的古老。《夏小正》的成稿年代争论很大，但一般认为最迟成书在春秋时期。隋代以前，它只是西汉戴德汇编的《大戴礼记》中的一篇。后来出现了单行本，在《隋书·经籍志》中第一次被单独著录。从北宋至清代，研究者有十余家。
相传夏禹曾“颁夏时于邦国”。《礼记·礼运》载：“孔子曰：我欲观夏道，是故之杞，而不足征也；吾得夏时焉。”郑玄笺：“得夏四时之书也，其书存者有《小正》。”《史记·夏本纪》也说：“
太史公曰：孔子正夏时，学者多传《夏小正》云。”这些记载表明，《夏小正》在春秋时代以前已经出现，春秋时代的杞国还在使用它。
学者夏纬瑛、范楚玉认为，《夏小正》的经文成书年代可能是商代或商周之际，最迟也是春秋以前居住在淮海地区沿用夏时的杞人整理记录而成的。《夏小正》的内容保留了许多夏代的东西，为我们研究中国上古的农业和农业科学技术提供了宝贵的资料。《夏小正》的《传》则是战国时期的人作的。关于《夏小正》所反映的地域，夏纬瑛认为，经文中有明显的反映淮海地区物候的记载，表明它是淮海地区的产物。对此观点其他学者也有不同意见。延伸阅读
织女星的由来
七月处在夏秋之交，因此在时令上特别重要，《夏小正》的作者对于七月的天象也描述得特别详细。除了银河的走向和北斗的指向之外，又刻意提到织女星象。但是，在满天繁星中，织女星同其他星星一样，除了亮一些外并无特异之处。古人为什么单单对这颗星星情有独钟，替它命名，赋予它生动的故事呢？
一入七月，暑气渐消，凉风乍起，天气开始变凉。这个时候，女人就要开始忙碌了，纺线织布，准备寒衣，迎接即将到来的肃秋和严冬。此时织女星恰恰升到了一年当中的最高点，这颗皎洁的明星正处在人们的头顶上。地上，织妇们在灿烂的星光下，一边摇动纺车织布，一边反复吟唱。天上，织女星光芒璀璨。人间天上，相映成辉。那颗照耀着人间纺织娘劳作的明星，因此被赋予了织女的名称，成了人间织女的守护神。世界上最早的天文学著作──《甘石星经》春秋战国时期，随着生产力的不断发展，人们在天文学研究方面也取得了巨大的成就。《甘石星经》就是这一时期的代表作品，它是世界上最早的天文学著作，在我国和世界天文学史上都占有重要地位。
中国是天文学发展最早的国家之一。由于农业生产和制定历法的需要，中国的祖先很早就开始观测天象，并用以定方位、定时间、定季节。春秋战国时期，楚国人甘德和魏国人石申各自在其本国进行天文观测，在长期观测天象的基础上，甘德和石申各写出了一部天文学著作。甘德的著作名为《天文星占》，石申的著作名为《天文》，都是八卷。汉朝时这两部著作还是各自刊行的，后人把这两部著作合并，并定名为《甘石星经》。
石申对天空中的恒星作了长期细致的观测，他和甘德都建立了各不相同的全天恒星区划命名系统。其方法是依法给出某星官的名称与星数，再指出该星官与另一星官的相对集团，从而对全天恒星的分布位置等予以定性的描述。三国时陈卓总结甘德、石申和巫咸三家的星位图表，得到中国古代经典的283星官、1464星的星官系统，其中属甘氏星官者146座（包括28星宿在内）。由此可见甘德在全天恒星区划命名方面的工作对后世产生的巨大影响。甘德还曾对若干恒星的位置进行过定量的测量，可惜其成果后来大多散佚了。
石申对行星运动的研究，也取得了划时代的成就。尤其对金、木、水、火、土五星的运行，有独到的发现。石申推算出木星的回合周期为400天整，比准确数值398.88天差1.12天；他还认识到木星运动有快有慢，经常偏离黄道南北，代表了战国时代木星研究的先进水平。另外，石申还推算出水星的回合周期是136日，比实际数值115日误差了21日，这个误差虽大，但石氏已初步认识了水星运动的状态和见伏行程的四个阶段，说明石申已基本掌握了水星的运行规律。石申还首先发现了火星的逆行现象，推算出火星行度周期为410度780日，接近于实际日期。
后人把甘德和石申测定恒星的记录称为《甘石星经》。《甘石星经》是世界上最早的恒星表，比希腊天文学家伊巴谷在公元前2世纪测编的欧洲第一个恒星表还早约200年。《甘石星经》在宋代就失传了，但在唐代的《开元占经》中还保存着一些片断，南宋晁公武的《郡斋读书志》的书目中保存了它的梗概。《甘石星经》是我国、也是世界上最早的一部天文学著作，后世许多天文学家在测量日、月、行星的位置和运动时，都要用到《甘石星经》中的数据。因此，《甘石星经》在我国和世界天文学史上都占有重要地位。石氏星表是古代天体测量工作的基础，因为测量日月星辰的位置和运动，都要用到其中二十八宿距度（本宿距星和下宿距星之间的赤经差叫距度）的数据，这是中国天文历法中一项重要的基本数据。知识小百科
石申环形山《甘石星经》对天文研究有很高的科学价值，书中的研究成果为历代天文星相家所重视，在正史的天文志类中，引用了《甘石星经》大量的研究成果。为了纪念石申对天文学研究作出的杰出贡献，现代
人以他的名字命名一座环形山。环形山是月球表面上最显著的地貌特征，以石申的名字命名的环形山，位于月球背面西北隅，离北极不远，月面坐标为东105°，北76°，面积350平方千米。最早的天文学专著──《周髀算经》《周髀算经》是中国流传至今最古老的一部天文学著作,是解释天地高远深厚的记录，给出了测量天体的方法。
《周髀算经》提出了著名勾股定理的公式与证明，对后世数学科学的发展起到了重要作用。《周髀算经》是我国古代十大算经之首，原名《周髀》，是中国现存最早的一部天文学典籍。《周髀算经》成书时间大约在两汉之间 (公元前后)，也有史家认为它出现更早，是孕于周而成于西汉。
人们常常把《周髀算经》当成一部数学专著，其实，《周髀算经》是一部天文著作，其中大部分的记载与天文学的计算有关。书中为讨论天文历法，而叙述一些有关的数学知识，重要的题材有勾股定理、比例测量与计算天体方位所不能避免的分数四则运算，主要阐明当时的盖天说和四分历法。
盖天说是中国古代最早的一种宇宙结构学说。这一学说认为，天是圆形的，像一把张开的大伞覆盖在地上，地是方形的，像一个棋盘，日月星辰则像爬虫一样过往天空，因此这一学说又被称为“天圆地方说”。盖天说认为，日月星辰的出没，并非真的出没，而只是离远了就看不见，离得近了就看见它们照耀。到了《周髀算经》的写作年代，已经形成一个完整的、定量化的体系。它反映了人们认识宇宙结构的一个阶段，在描述天体的视运动方面有一定的历史意义。
在晴朗的夜晚仰望星空，你可能会想知道天到底有多高呢?其实，几千年前，我们的祖先就已经思考这个问题了。在《周髀算经》中有这样一个故事：一天，周公问当时的数学家商周：“天有多高？”商周想了想说：“用‘勾三股四弦五’的方法可以计算出来天有多高。”那么，什么是“勾三股四弦五”呢？你可以在纸上画一个长方形，长3厘米，宽4厘米，然后将对角用直线连接起来，这样就会出现两个直角三角形，量一量这条对角线线，一定是5厘米。这就是我们今天所知道的勾股定理，又名“商高定理”或“毕达哥拉斯定理”。
在《周髀算经》中，还记载了古人怎样用简单的方法计算出太阳到地球的距离。据记载，太阳距离的求法是：先在全国各地立一批八尺长的竿子，夏至那天中午，记下各地竿影的长度，得知首都长安的是一尺六寸；距长安正南方一千里的地方，竿影是一尺五寸；距长安正北一千里则是一尺七寸。因此知道南北每隔一千里竿影长度就相差一寸。又在冬至那天测量，长安地方影长一丈三尺五寸。《周髀算经》取夏至与冬至间，竿影刚好是六尺的时候来计算，得出的答案是十万里。这十万里，就是《周髀算经》所记载的太阳与地面距离。 我们知道，地球和太阳的距离约为14950万千米，《周髀算经》的记载并不准确。但是我们必须强调，这段求太阳距离的运算过程却是正确的。
在《周髀算经》中还有开平方和等差级数的问题，使用了相当繁复的分数算法和开平方法，以及应用于古代“四分历”计算的分数运算和数字计算。知识小百科
算经十书“算经十书”是指汉、唐1000多年间的十部著名数学著作，它们曾经是隋唐时候国子监算学科的教科书。这十部算书分别是：《周髀算经》《九章算术》《海岛算经》《五曹算经》《孙子算经》《夏侯阳算经》《张邱建算经》《五经算术》《缉古算经》和《缀术》。宋代刊刻《算经十书》时，《缀术》和《夏侯阳算经》已失传，于是用《数术记遗》代替《缀术》，用《韩延算术》代替《夏侯阳算经》，仍称为《夏侯阳算经》。现存最早最完整的历法──《太初历》《太初历》的制定，是中国古代历法史上的一项伟大壮举，也是中国古代宇宙理论发展史上的巨大突破。《太初历》是中国第一部有完整文字记载的历法，也是当时世界上最先进的历法。
西汉初年，采用的历法是秦朝的《颛顼历》。但《颛顼历》有一定的误差，随着农业生产的发展，人们渐渐觉得这种历法与习惯通用的春夏秋冬不合。公元前104年（元封六年），汉武帝采纳司马迁等人的提议，下令改定历法。
公元前104年 (元封七年）农历十一月初一恰好是甲子日，又恰交冬至节气，是一个千载难逢的好机会。五月，汉武帝命公孙卿、壶遂、司马迁等人议造汉历，并征募民间天文学家20余人参加，其中包括治历邓平、长乐司马可、酒泉郡侯宜君、方士唐都和巴郡落下闳等人。
他们或做仪器进行实测，或进行推考计算，共提出了18种方案。对这18种改历方案，专家们进行了一番辩论、比较和实测检验，最后选定了邓平、落下闳提出的八十一分律历。把元封七年改为太初元年，并规定以十二月底为太初元年终，以后每年都从孟春正月开始，到季冬十二月年终。
这种历法叫《太初历》，是我国最早根据一定规制而颁行的历法。《太初历》规定一年等于365.2502日，一月等于29.53086日；将原来以十月为岁首改为以正月为岁首；开始采用有利于农时的二十四节气；以没有中气的月份为国月，调整了太阳周天与阴历纪月不相合的矛盾。这是我国历法上一个划时代的进步。《太初历》不仅是我国第一部比较完整的历法，也是当时世界上最先进的历法。它问世以后，一共行用了189年。
落下闳系统《太初历》在天文观测数据的基础上进行推算，形成了一个完整的系统。这个系统是以地球为中心的宇宙周期系统，是定性与定量相统一的系统，称为“落下闳系统”。共有10个基本的周期：回归年周
期；置闰周期；日食周期；干支年周期；干支日周期；木星会合周期；火星会合周期；土星会合周期；金星会合周期；水星会合周期。
时间周期的创新《太初历》确定了“以孟春正月为岁首”的历法制度，使国家历史、政治上的年度与人民生产、生活的年度，协调统一起来，改变秦和汉初“以冬十月到次年九月作为一个政治年度”的历法制度；《太
初历》科学地规定了“以没有中气的月份为闰月”，使二十四节气这一周期的变化与春夏秋冬四个季节的变化协调配合起来。这一规定，从汉太初年一直用到明末，应用了近两千年。二十四节气这一有
关农业气象的周期系统与日月星辰运行的天文周期系统统一起来，从历法中可较准确地预先告之季节，以便安排农业生产。
空间周期的制定“落下闳系统”包括了日月及五大行星运行的“空间恒星背景”，即“二十八宿”。中国在公元前8世纪至公元前5世纪的《书经·尧典》中就写道：“日中星鸟，以殷仲春。日永星火，以正仲夏。宵中星虚，以殷仲秋。日短星昴，以正仲冬。”这就是以日与二十八宿的恒星来判定春夏秋冬四季。《太初历》是我国第一部有完整文字和数字记载的历法，展现了中国古代关于宇宙图象的“代数结构”，意义远非通常理解的“历法”。它比之中国古代的“古六历”——黄帝历、颛顼历、夏历、殷历、周历、鲁历，有划时代的巨大进步。知识小百科
刘歆与《三统历》
西汉学者刘歆在《太初历》基础上，引入董仲舒天道循环的“三统说”思想，整理成《三统历》。它共有七节：统母、纪母、五步、统术、纪术、岁术、世经。统母和统术讲日月运动的基本常数和推算方法，包括回归年、朔望月长度、一年的月数、交食周期、计算朔日和节气的方法等；纪母、纪术和五步讲行星的基本常数和推算方法，包括五大行星的会合周期、运行动态、出没规律、预告行星位置等；岁术讲星岁纪年的推算方法；世经讲考古年代学。《三统历》包含了现代天文年历的基本内容，因而被认为是世界上最早的天文年历的雏形。汉代天文学家数学家──张衡汉代是中国历史上科技与文化非常辉煌的一个时期，张衡就诞生在这个时代。他集文学家、天文学家、数学家、地震学家、制图学家、官员等多种头衔于一身，对中国古代天文学、机械技术、地震学的发展，贡献尤多。
张衡（78—139），字平子，南阳西鄂（今河南南阳市石桥镇）人，汉代著名的天文学家、数学家。他出生在一个破落的官僚家庭，自小刻苦向学，很有文采。
94年，16岁的张衡就离开家乡到外地游学，进过当时的最高学府——太学。当时南阳郡太守鲍德非常钦佩张衡的才华，邀请他出任南阳郡主簿，帮助自己办理郡政。张衡辅佐鲍德治理南阳，政绩斐然。8年后鲍德调任京师，张衡即辞官居家。在南阳期间他致力于探讨天文、阴阳、历算等学问，并反复研究西汉扬雄著的《太玄经》。111年，张衡被征召进京，拜为郎中。
118年，张衡被任命为尚书郎。第二年，升为太史令。张衡在太史令这个职位上做了14年，他的许多重大的科学研究工作都是在这一阶段完成的。133年，张衡升为侍中。但不久就受到宦官的排挤和中伤，三年之后，张衡被调到京外，任河间王刘政的丞相。但刘政是个骄横奢侈、不守中央法典的人。张衡到任后严整法纪，打击豪强，使得上下肃然。三年后，他向顺帝上书请求退休，但朝廷却征拜他为尚书。就在这一年(139)他与世长辞。
张衡的一生在天文学、地震学、机械技术、数学乃至文学艺术等许多领域都作出了杰出的贡献，是一位不可多得的具有多方面才能的科学家。
发明浑天仪
浑天仪是张衡发明的一种演示天球星象运动的仪器。它的外部轮廓像一个圆球，这与张衡所主张的浑天说相吻合，因此命名为浑天仪。张衡的浑天仪，主体与今天的天球仪相仿，浑天仪的黄赤道上都画上了二十四节气，浑天仪上还有日、月、五星。贯穿浑天仪的南、北极，有一根可转动的极轴。浑天仪转动时，球上星体有的露出地平环之上，就是星出；有的正过子午线，就是星中；而没入地平环之下的星就是星没。
多级刻漏的发明
刻漏是我国古代最重要的计时仪器。目前传世的三件西汉时代的刻漏，都是所谓“泄水型沉箭式单漏”。这种刻漏只有一只圆柱形盛水容器，器底部伸出一根小管，向外滴水，容器内水面不断降低，浮
在水面的箭舟所托着的刻箭也逐渐下降，刻箭穿过容器盖上的孔，向外伸出，从孔沿即可读得时刻读数。但随着水的滴失，容器内水面不断降低，水的滴出速度也会越来越慢。为了提高刻漏运行的均匀性和准确性，张衡发明了多级刻漏。他先把泄水型沉箭式改为蓄水型浮箭式，即把刻漏滴出的水收到另一个圆柱形容器内，把箭舟和刻箭都放在这个蓄水容器内，积水逐渐增多，箭舟托着刻箭渐逐上升，由此来求得时刻读数。然后在滴水器之上再加一具滴水器，上面的滴水器滴出的水补充下面滴失的水，从而使下面的滴水器出水速度的稳定性得到提高。这样一来，刻漏计时的准确性就大大提高了。
月食的解说
在张衡之前，人们对月食产生的原因就有所认识，但并没有明晰的解释。张衡在《灵宪》中对月食产生的原因进行了专门的论述，他说：月亮本身是不发光的，太阳光照到月亮上才产生了月光。月亮之所以出现有亏缺的部分，就是因为这一部分照不到日光。所以，当月和日正相对时，就出现满月。当月向日靠近时，月亮亏缺就越来越大，终至完全不见。张衡对月食原因的阐述是很科学的。知识小百科
张衡星与张衡环形山
1977年，联合国天文组织将太阳系中的1802号小行星命名为“张衡星”,以此来纪念中国古代伟大科学家张衡的功绩。另外一颗“南阳星”，是为纪念张衡及其诞生地河南南阳的。人们还将月球背面的一个环形山命名为“张衡环形山”，环形山多以著名科学家的名字命名。目前月球背面的环形山中，共有四座以我国古代天文学家的名字命名，分别是：石申环形山、张衡环形山、祖冲之环形山和郭守敬环形山。最早测量地震的仪器──候风地动仪东汉时期，我国各地地震灾害频发，引起地裂山崩、江河泛滥、房屋倒塌，造成了巨大的损失。为了掌握全国地震动态，经过长期的研究，张衡发明了世界上第一架地动仪——候风地动仪。
东汉时期，经常发生地震。有时候一年一次，也有时一年两次。发生了一次大地震，就影响到好几十个郡，城墙、房屋倒坍，还死伤了许多人畜。当时的封建帝王和一般人都把地震看作是不吉利的征兆，有的还趁机宣传迷信、欺骗人民。但是，张衡却不信神，不信邪，他对记录下来的地震现象经过细心地考察和反复试验，发明了一个测报地震的仪器，叫作“地动仪”。
地动仪用精铜制成，圆经八尺，合盖隆起，形似酒樽。表面作金黄色，上部铸有八条金龙，分别伏在东、西、南、北及东北、东南、西北、西南八个方向。龙倒伏，龙首向下，龙嘴各衔一颗小铜球，与地上仰蹲张嘴的蟾蜍相对。地动仪空腔中央立一根铜柱，上粗下细。铜柱周围有八根横杆，称为“八道”，各与一龙头相连。铜柱是震摆装置，八道用来控制和传导铜柱运动的方向。在地动仪受到地震波冲击时，铜柱就倒向发生地震的方向，推动同一方向的横杆和龙头，使龙嘴张开，铜球下落到蟾蜍嘴中，并发出响声，以提示人们注意发生了地震及地震的时间和方向。
一颗珠子放在平台上，如果将哪方稍微往下一按，珠子就向哪方滚动。又如我们点亮一支蜡烛，将它放在一张不平的桌子上，它总会向低的一方倒。地动仪就是根据这些简单的原理设计的。地动可以传到很远的地方，只不过太远了人就感觉不到了，但地动仪能准确地测到。
138年2月的一天，张衡的地动仪正对西方的龙嘴突然张开来，吐出了铜球。按照张衡的设计，这就是报告西部发生了地震。可是，那一天洛阳一点也没有地震的迹象，也没有听说附近有哪儿发生了地震。因此，大伙儿议论纷纷，都说张衡的地动仪是骗人的玩意儿，甚至有人说他有意造谣生事。过了几天，有人骑着快马来向朝廷报告，离洛阳一千多里的金城、陇西一带发生了大地震，连山都有崩塌下来的。陇西距洛阳有一千多里，地动仪标示无误，说明它的测震灵敏度是比较高的。同时张衡对地震波的传播和方向性也有一定了解，这些成就在当时来说是十分了不起的，而欧洲直到1880年，才制成与地动仪类似的仪器，比起张衡的发明足足晚了1700多年。延伸阅读
地动仪的复原
1700多年前，地动仪神秘消失，它的模样和工作原理成为千古谜团。
2004年8月，河南博物院与中国地震台网中心组成课题组，联合研究张衡地动仪新的复原模型。在研制过程中，著名科学家冯锐还采用了一些新技术、新方法，即利用洛阳地震台接收到的现代陇西地震记录，算出模拟的陇西历史地震的波动效应，然后把数据输入计算机，再控制特殊的振动台完成洛阳地面震动过程的复现，用这种运动信号对振动台上的复原模型进行检验和改进。2005年4月16日，地动仪复制成功，这一科研成果得到了来自中国科学院、国家博物馆、中国地震局等单位的地震学和考古学专家的肯定。专家们认为：这台复原地动仪首次把概念模型还原成了科学仪器，使之真正有了验震功能，是一次重大的跨越。划时代的历法──《乾象历》《乾象历》是东汉天文学家刘洪的著作，它的出现使传统历法面貌为之一新。《乾象历》确立了很多历法概念和经典的历算方法，对后世历法产生了深远的影响，被称为“划时代的历法”。
刘洪（约130—196），字元章，泰山郡蒙阴（今山东蒙阴县）人，东汉杰出的天文学家和数学家。刘洪自幼勤奋好学，具有渊博的知识。由于他是鲁王宗室，所以，年轻时就成为宫廷内臣，这对于施展他的政治抱负和潜心研究天文历法算有着得天独厚的条件。
刘洪青年时期曾任校尉之职，对天文历法有特殊的兴趣。约160年，由于他对天文历法的研究已经广为人知，刘洪被调到执掌天时、星历的机构任职，为太史部郎中。在此后的十余年中，他积极从事天文观测与研究工作，这为刘洪后来在天文历法方面的造诣奠定了坚实的基础。就在这期间，他与蔡邕等人一起测定了二十四节气时太阳所在恒星间的位置、太阳距天球赤极的度距、午中太阳的影长、昼夜时间的长度以及昏旦时南中天所值的二十八宿度值等5种不同的天文数据。这些观测成果被列成表格收入东汉四分历中，依据这一表格可以用一次差内插法分别计算任一时日的上述5种天文量。从此，这些天文数据表格及其计算成为中国古代历法的传统内容之一。刘洪参与了开创这一新领域的重要工作，这也是他步入天文历法界的最初贡献。
在刘洪以前，人们对于朔望月和回归年长度值已经进行了长期的测算工作，取得过较好的数据。但刘洪发现：依据前人所使用的这两个数值推得的朔望弦晦以及节气的平均时刻，长期以来普遍存在滞后于实际的朔望等时刻的现象。经过数十年的潜心求索，刘洪大胆地提出前人所使用的朔望月和回归年长度值均偏大的正确结论，给上述历法后天的现象以合理的解释。
在《乾象历》中，刘洪取一朔望月长度为29+773/1457日，误差从东汉四分历的20余秒降至4秒左右；取回归年长度为365+145/589日，误差从东汉四分历的660余秒降至330秒左右。刘洪大约是从考察前代交食记录与他自己对交食的实测结果入手，即从古今朔或望时刻的厘定入手，先得到较准确的朔望月长度值，然后依据十九年七闰的法则，推演出回归年长度值的。由于刘洪是在这两个数据的精度处于长达600余年的停滞徘徊状态的背景下，提出他的新数据的，所以这不但具有提高准确度的科学意义，而且还含有突破传统观念的束缚，为后世研究的进展开拓道路的历史意义。
刘洪的贡献还在于，他确立了黄白交点退行的新概念。他大约是从食年长度小于回归年长度这一人们早已熟知的事实出发，经抽象的思维而推演出这一概念。刘洪明确给出黄白交点每经1日退行1488/47分（≈0.054°，称“退分”)的具体数值。已知回归年长度(A)和食年长度(B)，以及1度＝589分，那么“退分”应等于(A-B)/B×589，将有关数值代入计算，正得1488/47分。可见，刘洪当年的思路和退分值的计算正是如此。
总之，《乾象历》创新很多，比起战国至汉初普遍实行的《四分历》更精密，为“后世历法的师法”。延伸阅读
刘洪终生求索的精神
刘洪善于从前辈的研究中获取营养和启迪，又善于参与天文历法的辩难和论争，从他的同代人中获得最新的思想和信息。他还善于实践和探索，使自己的研究工作长期处于反复实践与检验的动态流程之中，不断进行去粗存精的筛选和锤炼。他更勇于创新，这是他敢于面对客观事实、敢于提出问题、敢于突破传统的局限、敢于解决问题的个人品质所促成的。在刘洪的一生中，在太史部任职的10余年，是他专职从事天文历法工作的宝贵时间，而更多的研究工作，则是他充分利用出任各种不同行政职务的空暇时间进行的，这就更加大了他研究工作的艰辛程度。如果没有这种孜孜不倦、终生求索的精神，刘洪就不可能作出如此巨大的贡献。历法史上著名的新历──《大明历》在天文学方面，祖冲之创制了中国历法史上著名的新历——《大明历》。在《大明历》中，他首次引用了岁差，是我国历法史上的一次重大改革；他编制的《大明历》，开辟了历法史的新纪元。
祖冲之（425—500），字文远，祖籍范阳郡遒县（今河北涞水县），我国南北朝时期杰出的数学家、科学家。祖冲之的家族对天文历法素来就有研究，祖冲之从小就有机会接触天文、数学等方面的知识，这种家学渊源是祖冲之从事科学活动极为有利的条件。祖冲之青年时，就得到了博学多才的名声，宋孝武帝听说后，派他到“华林学省”做研究工作，华林园乃是国家藏书讲学之所，这是他开始科学研究的重要一步。
有一天，祖冲之在自己书房中翻阅历书《春秋四分历》《太初历》《后汉四分历》《元始历》《元嘉历》等，对这些古人制定的历法书认真地比较，仔细地探讨。他发现五胡十国时期的北凉（316—420）的赵榧于421年作的《元始历》中，第一次不用十九年七闰的旧章法，而改用六百年二百二十一闰。他不禁连连称赞：“好！大胆的尝试！”于是他又拿出了算筹，细心地计算了起来，计算结果表明：
十九年七闰，闰数过多，在二百年内，就要比实际多出一天来。“看来十九年七闰的旧章法，是非改不可！”祖冲之开始思索这样的一个问题：要进一步提高历法的精度，光靠桌上的那几本历书行吗？不行！得靠自己去观测，用实际观测得来的数据，才能进行正确的计算。但是，该从哪里入手呢？对！就从测定冬至的日期着手！
他在观测站上，立起了一个八尺高的圭表，观测日影的长度。在观测册上记下了一个又一个数据，记录着一个又一个变化的日影。后来，他又设计了计时的漏壶。在记下日影长短的同时，记下了准确的时间。
一年、两年过去了。用竹简串起来的观测记录把本来十分宽敞的书房，堆得十分拥挤。但是还没有得出理想的结果。这是什么原因呢？经过艰苦的努力，祖冲之发现：由于冬至前后的影长变化不太明显，再加漏壶表示的时间不那么准确，这给冬至时刻的准确测定带来了困难。
他总结失败的教训，想出了一个新方法：不直接观测冬至那天日影的长度，而观测冬至前后二十三四天的日影长度，再取它的平均值，求出冬至发生的日期和时刻。因为离开冬至日远些，日影的变化就快些，所以这一方法提高了冬至时刻的测定的精度。
后来，祖冲之用圭表测定了回归年的长度后，又用浑仪等测角器测定太阳在恒星间的位置，开始研究太阳一年中运动的快慢变化和测定冬至点逐年变化的数值（岁差）。他根据自己的实际测验和计算结果，首先证实了岁差现象的存在，同时还求出冬至点每一百年向西移动1度。这是历法史上的一个创举，揭开了我国历法改革的崭新一页。
这些观测数据为祖冲之创制《大明历》打下了基础。462年，《大明历》终于得以颁行，这是当时最科学的历法。祖冲之制定的《大明历》岁实取365.24281481日，与现代天文学所测结果，一年中仅有六十万分之一的误差，在那个时代这是一项卓越的贡献。知识小百科“交点月”的天数
所谓交点月，就是月亮连续两次经过“黄道”和“白道”的交叉点，前后相隔的时间。黄道是我们看到的太阳运行的轨道，白道则是月亮运行的轨道。交点月的日数是可以推算得出来的，祖冲之测得的
交点月的日数是27.21223日，比过去天文学家测得的要精密得多，同近代天文学家所测得的交点月的日数27.21222日已极为近似。由于日蚀和月蚀都是在黄道和白道交点的附近发生，所以推算出交点月
的日数以后，就更能准确地推算出日蚀或月蚀发生的时间。在当时天文学的水平下，祖冲之能得到这样精密的数字，实在惊人。天文学发展的新阶段──张子信的三大发现张子信的三大发现具有划时代的意义，为天文历法体系的完善增添了全新的内容。他对这三大发现具体的、定量的描述方法，把我国古代对于交食以及太阳与五星运动的认识推进到一个新阶段，为一系列历法计算问题的突破性进展开拓了道路。
张子信，生卒年不详，清河（今河北清河县）人，北魏、北齐间著名的天文学家。
526年至528年间，在华北一带曾发生过一次以鲜于修礼和葛荣为首的农民起义，这次起义声势浩大，震动朝野。为了躲避这次农民起义的影响，张子信跑到了一个海岛上隐居起来。在海岛上，他制做了一架浑仪，专心致志地测量日、月、五星的运动，探索其运动的规律。在这一相对安定的环境中，他孜孜不倦地工作了30多年。在取得大量第一手观测资料的基础上，张子信还结合他所能得到的前人的观测成果，进行了综合的分析研究。
565年前后，张子信敏锐地发现了关于太阳运动不均匀性、五星运动不均匀性和月亮视差对日食的影响的现象，同时提出了相应的计算方法，它们在中国古代天文学史上是具有划时代意义的事件。
太阳视运动不均匀性的发现
据后人猜测，张子信大约是通过两个不同的途径发现太阳运动不均匀现象的。其一，我们知道太阳视运动从平春分到平秋分（时经半年）所历的黄道度数，要比从平秋分到平春分（亦时经半年）所历度数少若干度。于是，前半年太阳视运动的速度自然要比后半年来得慢，即张子信所说的“日行春分后则迟，秋分后则速”(《隋书·天文志》)。
其二，张子信发现，如果仅仅考虑月亮运动不均匀性的影响，所推算的交食时刻往往不够准确，还必须加上另一修正值，才能使预推结果与由观测而得实际交食时刻更好地吻合。该值的正负、大小与二十四节气有密切和稳定的关系。更重要的是，张子信由此升华出太阳视运动不均匀性的结论，给予“入气差”以合理的解释。他还推算出了二十四节气“入气差”的具体数值，这是我国古代对太阳视运动不均匀性现象所作的最早的明确的定量描述。
五星运动不均匀性的发现
经过长期的观测，张子信发现，依据传统的方法推算得出的五星晨见东方的时刻，往往与实际天象不相符，常有应见而不见，或不应见而见的情况发生。由进一步的考察，他确认五星晨见东方时刻的这种超前或滞后及其时间的长短，也与二十四节气有紧密的、稳定的关系。张子信认为，这正是五星运动不均匀性的具体反映。同样，他也推算出了五星二十四节气“入气加减”的明确数值，从而实现了五星运动不均匀性的初始的定量描述。
食差的发现
食差的发现，是关于交食研究的一大进展。张子信认识到对于日食而言，并不是日月合朔入食限就一定发生日食现象，入食限只是发生日食的必要条件，还不是充分条件。他指出，只有当这时月亮位于太阳之北时，才发生日食；若这时月亮位于太阳之南，就不发生日食，即所谓“合朔月在日道里则日食，若在日道外，虽交不亏”(《隋书·天文志中》)。这就是张子信关于食差的发现的真实天文含义。延伸阅读
张子信成功的秘诀
张子信之所以能在天文学上取得如此巨大的成功，首先就在于他勇于实践的精神，他认识到尽量丰富的客观素材对于获取新知的重要性，坚持不懈地进行了30多年的观测工作；其次，张子信还善于探索，他从表面上看来杂乱无章的客观事实中，理出带有规律性的东西；第三，他还勇于创新，大胆地追究这些带规律性的现象的深层原因，作出理论上的说明，并且给出定量化的描述。张子信的三大发现均较好地体现了他关于科学研究的指导思想和方法。具有里程碑意义的历法──《皇极历》《皇极历》是我国历史上一部具有里程碑意义的历法，它首次考虑到太阳和月亮视运动的不均匀性，创立了等间距二次差内插法。这在中国天文学史和数学史上都有重要地位，后代历法计算日月五星运动使用的内插法多继承《皇极历》的方法并继续发展。
刘焯（544—610），字士元，信都县（今河北省冀州市）人，隋朝经学家、天文学家。刘焯自幼聪敏好学，少年时代曾与河间景城(今河北省献县东北)人刘炫为友，两人一同寻师求学。后师从大儒刘智海门下，寒窗十载，苦读不辍。这十年苦读，使刘焯成为饱学之士，以儒学知名受聘为州博士，与刘炫当时并称“二刘”。
隋文帝开皇年间，刘焯中秀才。后来，他到京都长安(今陕西省西安市)与著作郎王劭同修国史。这时刘焯已年近40岁，虽官微位卑，还是积极参加了这时的历法论争。这一年，他献上了经苦心钻研和实测而得的新历法《皇极历》。可是，隋文帝却颁用了宠臣张宾所献的《开皇历》。刘焯即与当时著名的天文学家刘孝孙一起反对张宾之历，指出该历不用岁差法、定朔法等六条重大失误。但是，事与愿违，刘孝孙却因此被扣上“非毁天历”的罪名，刘焯也被加上“妄相扶证，惑乱时人”的罪名被调到门下省。
刘焯曾再被召用，又再被罢黜，两次挫折之后，遂使他专心著述，不问政事。先后写出《历书》《五经述义》等若干卷，名声大振。据史书载：“名儒后进，博学通儒，无能出其右者。”他的门生弟子很多，成名的也不少，其中衡水县的孔颖达和盖文达，就是他的得意门生，二人后来成为唐初的经学大师。
隋炀帝即位，刘焯被重新启用，任太学博士。当时，历法多存谬误，刘焯多次建议修改。600年，他呕心沥血造出了《皇极历》，很可惜未被采用。但他对天文学的研究，达到了很高的水平。唐初李淳风依据《皇极历》造出的《麟德历》被推为古代名历之一。
刘焯在科学上的贡献主要有三：
其一，在《皇极历》中，他首次考虑视运动的不均匀性，并主张改革推算二十四节气的方法，废除传统的平气，使用他创立的定气法。这些主张，直到1645年才被清朝颁行的《时宪历》采用，从而完成了我国历法上第五次也是最后一次大改革。
其二，刘焯力主实测地球子午线。源起是我国史书记载说，南北相距1千里的两个点，在夏至的正午分别立等长的测杆，它的影子相差一寸，即“千里影差一寸”说。刘焯第一个对此谬论提出异议。后于724年，唐代张遂等才实现了刘焯的遗愿，并证实了刘焯立论的正确性。
其三，他较为精确地计算出岁差(假定太阳视运动的出发点是春分点，一年后太阳并不能回到原来的春分点，而是差一小段距离，春分点遂渐西移的现象叫岁差)，定出了春分点每75年在黄道上西移1度。
而此前晋代天文学虞喜算出的是50年差1度，与实际的71年又8个月差1度相比，刘焯的计算要精确得多。唐、宋时期，大都沿用刘焯的数值。知识小百科
定朔法
定朔法是以朔日为每月的初一，又将回归年划分为二十四节气，在缺中气之月置闰，既反映了太阳热力作用对地球的影响，又反映了以月亮为主，加上太阳对地球的引潮力共振的周期变化，融阴月阳年为一体，为我国传统文化的瑰宝。但因大小月无定序，不时有2-4个大月、2-3个小月相邻，以缺中气之月为闰月，闰月游移不定，各年同名节气在格里历（简称格历）3-4天里波动，不便推算、记忆和使用。古代历法体系的成熟──一行的科技成就一行是我国唐代著名的天文学家，他在制造天文仪器、观测天象和主持天文实地测量方面都有卓越的贡献。一行主持修订的《大衍历》是我国唐代最精密的历法，比较准确地反映了太阳运行的规律，标志着中国古代历法体系的成熟。
一行（673—727），本名张遂，河北巨鹿人，唐代著名的天文学家。
一行自幼聪颖过人，有过目不忘的本领。他去元都观拜见博学多闻的道士尹崇，尹崇借了一部西汉扬雄所作的《太玄经》给他看。《太玄经》是一部文词艰涩、内容隐晦的书，一般人很难看得懂。隔了几天，一行便把这部书交还尹崇。尹崇以为一行是觉得这部书实在太玄了，看不懂，所以就赶快还书。但当一行拿出他的读书笔记请教尹崇时，尹崇惊讶不已，他对一行的聪明才智赞不绝口，并向外宣扬一行的学问，从此一行就以学识渊博而闻名于长安。
唐玄宗时，一行受命编写新的历法。他准备开始观测天象的时候，发觉当时所用的天文仪器都已经陈旧腐蚀，不堪使用。他便立刻重新设计，制造了大批天文仪器，还在世界上第一次组织了大规模的子午线长度测量工作。
制造浑天铜仪和黄道游仪
在修订历法的实践中，为了测量日、月、星辰在其轨道上的位置和掌握其运动规律，一行与梁令瓒共同制造了观测天象的“浑天铜仪”和“黄道游仪”。浑天铜仪是在汉代张衡的“浑天仪”的基础上制
造的，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”。“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。一行使用这两个仪器，有效地进行了对天文学的研究。
测量子午线
724年（开元十二年），一行修改旧历法的准备工作已经完成了许多，于是开始着手测量子午线的长度。一行的测量工作以河南为中心，北至内蒙古，南至广州以南，广泛收集数据，以求测出当地北极星的高度和冬至、夏至、春分、秋分四天正午时日影的长度。河南周边的那些测量点，由太史监南宫说带队测量，测量的重点是滑县、浚仪、扶沟、上蔡四处的数据。
这次测量跨度大，时间长，一直到两年之后，各种测量数据才陆续汇集齐。一行和南宫说立即投入了复杂的计算。他们终于算出了：北极星高度相差1度，南北间的距离就相差351里80步，折合成现在的距离就是129.22千米，这正是子午线1度的长度。
一行测量子午线，是一项规模宏大的系统工程，为后来的实地测量和天文学奠定了基础。世界上所有的科学史研究者都认为，这确实是一次富有创新精神的科学活动，给予它极高的评价。
制定《大衍历》
725年（开元十三年），一行开始编历。经过两年时间，写成草稿，定名为《大衍历》。《大衍历》是一部具有创新精神的历法，最突出的表现是它比较正确地掌握了太阳在黄道上运动的速度与变化规律。自汉代以来，历代天文学家都认为太阳在黄道上运行的速度是均匀不变的。一行采用了“不等间距二次内插法”推算出每两个节气之间，黄经差相同而时间距却不同。这种算法基本符合天文实际，在天文学上是一个巨大的进步。
不仅如此，一行还应用内插法中三次差来计算月行去支黄道的度数，还提出了月行黄道一周并不返回原处，要比原处退回1度多的科学结论。《大衍历》对中国天文学的影响是很大的，直到明末的天文学家们都采用这种计算方法，并取得了好的效果。知识小百科
覆矩
为了测量北极仰角，一行设计了一种叫“覆矩”的测量工具。据考证，“矩”在我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”；二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”。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。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。唐代天文星象名著──《开元占经》《开元占经》是我国古代的一部天文学著作，书中保存了中国最古老的关于恒星位置观测的记录，包含了大量物异和天文星象等方面的术语，在天文史上很有研究价值。《开元占经》全名是《大唐开元占经》，作者是瞿昙悉达，成书时间约在718至726年之间。唐朝以后，《开元占经》一度失传，所幸在明末又被人发现，才得以流传。全书共120卷，保存了唐以前大量的天文、历法资料和纬书，还介绍了16种历法有关纪年、章率等基本数据。在书中，各种物异和天文星象等方面的术语很多。
瞿昙悉达祖籍印度，其先世由印度迁居中国。关于他本人的生平史料传世很少。在《开元占经》卷一中记载，唐睿宗景云二年（711），瞿昙悉达奉敕作为主持人，参加修复北魏晁崇所造铁浑仪的工作，并于唐玄宗先天二年（713）完成。在《旧唐书·天文志》中又记载有，瞿昙悉达于唐玄宗开元六年（718）奉敕翻译印度历法《九执历》。这部历法后来被录入了《开元占经》，至于瞿昙悉达何时编撰《开元占经》，史无明文。但据今人薄树人考证，瞿昙悉达大概是在开元二年（714）二月之后奉敕编撰《开元占经》的，至于编成时间，则应在开元十二年（724）前后。《开元占经》中关于日蚀现象的论述有很高的科学水平。当时已发明了预报日食的方法，但在时刻计算上还比较粗疏：天文学家借助了一盆水使观测者专注的目光从长时间向上仰视刺目的太阳光本身转变为自然微俯观测刺目程度较低的水中太阳像，从而可以大大减轻观测者的痛苦和疲劳。这个观测方法的发明大大提高了观测日食的能力和质量。此外，《开元占经》还集录了日全食时人们看到的太阳外层的一些现象，如日珥和日冕。
另外，《开元占经》记述了大量古代天文学家有关宇宙结构和运动的认识，而且其中有一些是仅见于此书的。如后秦天文学家姜岌的《浑天论参难》，梁武帝在长春殿召集群臣讨论天文、星象的记载，以及祖暅对姜岌的批评等等。还有些论述在别的古书中虽也有所记载，但是《开元占经》所录却更为详尽。如对祖暅的《浑天论》、陆绩的《浑天象说》等的记载都较《晋书·天文志》《隋书·天文志》等所记为详。所以，集中记述宇宙理论的《开元占经》卷一、卷二，乃是研究中国古代宇宙观的必读之书。《开元占经》中保存了大量已失传的古代文献资料。据初步统计，《开元占经》中摘录有现已失传的古代天文学和星占学著作共约77种，纬书共约82种。这些佚书在其他古籍中间或已有记载，但完全不如《开元占经》丰富。如有关纬书，明代曾有一位学者孙珏从许多唐宋古籍中辑录出一部纬书辑佚集，题为《古微书》。然而，自《开
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