古人二十八星宿觀測方法確定

      在長期觀察后發現，二十八宿出沒的周期和地面上的寒暑和四時變化的周期一致，于是，通過觀測二十八宿的出沒可以確定四時變化和季節。

二十八宿的形成與演變

趙永恒、李勇

（中國科學院國家天文臺 100012）

一、引言

二十八宿是中國傳統天文學的重要組成部分，它們分別為：

東方七宿：角、亢、氐、房、心、尾、箕；

南方七宿：井、鬼、柳、星、張、翼、軫；

西方七宿：奎、婁、胃、昂、畢、觜、參；

北方七宿：斗、牛、女、虛、危、室、壁。

中外學者對二十八宿的起源問題已經爭論了近二百年（參見文[1-3]）。關于二十八宿的起源地，有中國、印度和巴比倫三種觀點，而以中國起源說最為有力[2]。

二十八宿的名稱完整地出現于先秦文獻《呂氏春秋》、《逸周書》、《禮記》、《淮南子》和《史記》中，《周禮》也提到了“二十八星”。文獻學考證的結果，二十八宿的形成年代是在戰國中期（公元前四世紀）[4]。

在考古發現中，長沙馬王堆帛書《五星占》（公元前168年）、湖北睡地虎竹簡《日書》（公元前2世紀中葉）、安徽雙古堆圓盤漆器（公元前165年）和湖北曾侯乙漆箱蓋（公元前433年）均出現了完整的二十八宿名。陳邦懷、饒宗頤和沈健華在商代金文和甲骨文中考釋出12-18個屬于二十八宿體系的星宿名[5]。其中，曾侯乙漆箱蓋上的二十八宿星圖的發現突破了文獻考證所得出的二十八宿的形成年代。

竺可楨對二十八宿與天球赤道的最佳會合年代作過計算，在公元前4500年至前2400年間相合的最多，達12宿[1]。當然，竺可楨后來也將二十八宿的形成年代退到了公元前四世紀[6]。馮時將二十八宿中的赤道星宿和黃道星宿加以區分，計算出自公元前3500年至前3000年間，赤道星座的位置與赤道符合得最為理想[3]。

本文按照天象計算的研究思路，以當前國際天文界使用的最新的歲差模型，來計算二十八宿形成的可能年代，并在此基礎上討論二十八宿體系的演變。

二、二十八宿的形成年代

在以下計算中，歲差改正使用國際天文學會（IAU）推薦的P03模型[7]，二十八宿中的恒星的坐標和自行數據使用依巴谷星表[8]。

1、與赤道和黃道相合的宿數

由于歲差的影響，二十八宿在天球赤道坐標系中的位置（即赤經和赤緯）是隨年代而變化的，星宿離赤道的距離（赤緯）也隨著變化，而星宿離黃道的距離（即黃緯）則變化甚小。因此，二十八宿與黃道相合的宿數幾乎不隨年代而變化，在黃道上的只有角、氐、房、井和鬼五宿；二十八宿與赤道相合的宿數則隨年代而改變。

因此，二十八宿與赤道相合的宿數最多的年代可以作為二十八宿體系形成的年代。

圖1a表示的是二十八宿與赤道相合的宿數則隨年代的變化，在赤道上的星宿最多時達13宿。圖1b表示的是二十八宿與赤道或黃道相合的宿數則隨年代的變化，在赤道或黃道上的星宿最多時達18宿。

2、月舍宿數

《呂氏春秋·圓道》說：“月躔二十八宿，軫與角屬，圓道也。”東漢王充在《論衡·談天》中也說：“二十八宿為日月舍，猶地有郵亭，為長吏廨矣。郵亭著地，亦如星舍著天也。”這說明二十八宿是為觀測月亮之行度而建立的[9]。恒星月的長度為27.32166日，月亮差不多每天移動一宿。這樣，在二十八宿形成的年代，二十八宿應當是沿黃道或赤道均勻分布的，兩個宿之間的距離約為360^o/27.32166=13^o.17636。

圖1c給出符合“月躔二十八宿”的宿數隨年代的變化。計算宿數的方法是，對某宿來說，赤經加上13^o.17636后與下一宿相重疊，則算入月舍宿數。從圖中可看到，月舍宿數最多時達24-25宿。

3、對偶宿數

中國古代日躔所在往往以月望所在之宿定之，則二十八宿兩兩相對成偶，相隔半個周天，如角配奎、亢配婁、氐配胃等[1][9]。

圖1d給出二十八宿相對成偶的宿數隨年代的變化。計算方法是，將某一宿的赤經加上180^o后與另一宿相重疊，則此兩宿對偶。從圖中可以知道，對偶宿數最多時達26-28宿。

4、二十八宿的形成年代

綜合以上結果可以看到，在公元前6000年至前5000間，無論是二十八宿與赤道和黃道相合的宿數、還是月舍宿數和對偶宿數都達到了局部極大值。極大值所對應的年代是：

赤道宿數在公元前5980至前5570年達到13宿；

赤道和黃道宿數在公元前5980至前5570年達到18宿；

月舍宿數在公元前5690至前5120年達到24宿；

對偶宿數在公元前6000至前5170年達到26宿。

這四個年代的共有區間是自公元前5690至前5570年，因此二十八宿體系的形成年代就應該是在這120年里。

要得到形成二十八宿體系的最可能的年代，可以使用如下方法：1）二十八宿的各宿都是由多顆恒星組成的，將每一宿中的恒星的赤緯或黃緯進行平均，平均值相當于該宿距赤道或黃道的平均距離；2）對每一宿，在距赤道和距黃道的兩個距離中，選擇絕對值小的距離，以作為該宿離開赤道或黃道的距離；3）將二十八宿離開赤道或黃道的距離做平方和，以表征二十八宿與赤道或黃道的符合情況；平方和的值越小，表明二十八宿與赤道或黃道的符合情況就越好。

因參宿和觜宿在大部分的年代中都是遠離赤道或黃道，故在實際計算中只用了其它二十六宿，計算結果見圖2。計算結果表明，二十六宿與赤道或黃道符合得最好的年代是公元前5669年，這是處于上述年代區間里的。

因此，二十八宿體系的形成年代在公元前5670年前后。

在這個年代，二十八宿在天球赤道坐標系中的分布見圖3a，春分點的赤經為0^o（即春分時太陽的赤經為0^o，下同），夏至點的赤經為90^o，秋分點的赤經為180^o，冬至點的赤經為270^o。從圖中可以看出，東方七宿分布在夏至點到秋分點之間，北方七宿分布在秋分點至冬至點之間，西方七宿分布在冬至點和春分點之間，南方七宿分布在春分點至夏至點之間，這恐怕不是巧合。在該年代的初春，黃昏時可看到東方七宿正在從東方升起，西方七宿在西方沉沒，而南方七宿正在南方天空橫貫東西，恰好符合“四陸”的含義。

從圖中還可以看出，在西方七宿中，觜參二宿遠遠偏離赤道和黃道，似乎與其它二十六宿不屬一個體系中；昴畢二宿在黃道附近，婁、胃二宿介于赤道和黃道之間，奎宿在赤道上。在東方七宿中，角、亢、氐、房、心五宿在黃道附近，尾、箕二宿在赤道上。南方七宿和北方七宿中，除鬼宿在黃道上，其它各宿均在赤道附近。

三、二十八宿的演變

古代中國往往使用日躔所在之宿來判斷季節。而由于歲差的影響，二分（春分、秋分）和二至（夏至、冬至）所在之宿也會發生變化。下面從古代文獻的記載來探討一下二十八宿隨年代的演變。

1、“房昴為緯，虛張為經”

《黃帝內經·靈樞》的“衛氣行第七十六”記載：“黃帝問于岐伯曰：愿聞衛氣之行，出入之合，何如？岐伯曰：歲有十二月，日有十二辰，子午為經，卯酉為緯。天周二十八宿，而面有七星，四七二十八星，房昴為緯，虛張為經。”

這里的“子午卯酉”指的是月份，子月是冬至所在的月份，午月是夏至所在的月份，卯月是春分所在的月份，酉月是秋分所在的月份。因此，這段話表明冬至點在虛宿、夏至點在張宿、春分點在昴宿、秋分點在房宿。

唐初的楊上善在《黃帝內經太素》對此段話的評論是：“經云‘虛張為經’者錯矣，南方七宿星為中也。”他認為夏至點是在星宿而不是張宿。

按照宿度的定義，某宿的范圍是從本宿的起點直到下一宿的起點。由此，我們計算出二分二至太陽所在宿的年代如下表：

從表中可知，夏至點在張宿的年代與其他三宿的年代不合，而夏至點在星宿是合適的。由此，可以得到““房昴為緯，虛星為經”的年代為公元前2494年至前2315年，取約數為公元前2400年（見圖3b）。

此外，《史記·律書》在解釋虛宿的含義時說：“虛者，能實能虛，言陽氣冬則宛藏于虛，日冬至則一陰下藏，一陽上舒，故曰虛。”竺可楨認為“我國想來有冬至日在虛之傳說矣。”［1］從上表可知，冬至點在虛宿的年代是公元前2494年至前1853年。

同時，“昴”的含義是“日在卯”，即卯月時太陽在昴宿。從上表可知，春分點在昴宿的年代是公元前2664年至前2176年。

2、《尚書》四仲中星

《尚書·堯典》記載了著名的四仲中星：日中星鳥，以殷仲春；日永星火，以正仲夏；宵中星虛，以殷仲秋；日短星昴，以正仲冬。

古今中外對此討論得非常多，竺可楨以實測的角度考證出是殷末周初之現象［10－12］。

我們認為四仲中星是和上述《靈樞》的記載一樣，也是用來確定二分二至的，只不過是用昏中星來表示的。例如，冬至日在虛宿，黃昏時太陽在西方地平線，即黃昏時虛宿在西方，此時春分點在南方，而春分日在昴宿，故仲冬昴宿“昏中”。

在四仲中星里，虛宿和昴宿是很明確的，由上表可知“冬至日在虛”和“春分日在昴”的年代范圍為公元前2494年至前2176年。

對于“鳥”星，一般認為不出柳、星、張三宿。但夏至日在柳宿或日在張宿的年代都超出了由虛昴二宿定出的年代范圍，因此只能是夏至日在星宿。

對于“火”星，如果它是心宿，即秋分日在心宿，其年代遠遠超出上述年代范圍。實際上，十二次中的“大火”是指氐、房二宿［2］。如此，可得下表：

從上表可知，若秋分日在房宿，則四仲中星的年代與前述《靈樞》天象的年代一樣。若秋分日在氐宿，則四仲中星的年代為公元前2314年至前2176年。我們傾向于取后一年代，圖3c給出公元前2176年時的二十八宿天象圖。

3、《史記》“二十八舍”

《史記·律書》記載的“二十八舍”，與通常的二十八宿相比，差別是用建替代斗、用參替代觜、用伐替代參、用狼替代井、用弧替代鬼。《漢書·天文志》所引的《甘氏星經》與之相同。在《禮記·月令》的記載中，也是用建星替代斗宿、用弧替代鬼宿。

在二十八宿體系形成的年代，即公元前5670年前后，二十八宿基本上是沿赤道均勻分布的，即各宿的赤經之差是相似的（見圖3a）。然而，由于歲差的影響，各宿的赤經隨著年代而變化，各宿的宿度（即與下一宿的赤經差）變得廣狹不一。

圖3d顯示的是公元前1000年二十八宿在赤道坐標系中的位置，從中看出斗宿和牛宿、井宿和鬼宿的間距變得很寬。因為建星正好處于箕宿和牛宿之間，故用建星替代斗宿；而因鬼宿離柳宿太近，故用弧替代鬼；用狼替代井也是同樣道理。因觜參幾乎重疊，故用參替代觜、用伐替代參。這就是產生“二十八舍”的道理。

當然，《禮記》和《史記》所記載的古人對二十八宿的變革并沒有被后人所接受，但從中可以看到古人對“月躔二十八宿”和“星宿對偶”的追求。

當然，在此后的歷史中，因歲差的影響，人們還對二十八宿的一些宿進行了調整，包括對宿中距星的調整。

四、二十八宿的起源

    關于二十八宿的起源，文獻中語焉不詳。

唐初的李淳風在《隋書·天文志》中說：“爰在庖犧，仰觀俯察，謂以天之七曜、二十八星，周于穹圓之度，以麗十二位也。...昔者滎河獻箓，溫洛呈圖，六爻摛范，三光宛備，則星官之書，自黃帝始。” 他認為伏羲創立了二十八宿，用以確定十二月，而黃帝開始編制星官之書。                                             

《后漢書·郡國志》注引皇甫謐《帝王世記》云：“及黃帝受命，始作舟車，以濟不通。乃推分星次，以定律度。…凡天有十二次，日月之所躔也；地有十二分，王侯之所國也。故四方方七宿，四七二十八宿，合百八十二星。…凡中外官常明者百二十四，可名者三百二十，合二千五百星。微星之數，凡萬一千五百二十星，萬物所受，咸系命焉。此黃帝創制之大略也。”這里是說黃帝創立十二次，并對中外星官做了記錄。

以上兩條文獻記載，都說明二十八宿的創立與確定日月之躔有關，是為了確定季節和月份，也說明二十八宿創制于“觀象授時”時期。

古人的“觀象授時”，特別是確定一年的開始（年首）和季節，大概使用下述幾種方法：

1）太陽影長：立竿見影，測量太陽的影長，根據中午太陽影長的變化來確定季節，比如冬至日就是太陽影長最長的那日。

2）太陽出沒方位：可以用太陽出沒的方位來判斷季節。

3）偕日升和偕日沒：在日出前觀察哪些亮星剛剛升起，稱“偕日升”；或在日落后觀察哪些亮星跟著落下，稱“偕日沒”。例如，古埃及就是依據天狼星的偕日升來判斷尼羅河的泛濫，由此得出一年為365天。

4）昏星和晨星：依據某亮星在清晨或黃昏時的位置來判斷季節，也可利用拱極星如北斗來判斷季節。

5）昏中或晨中：即在黃昏或清晨時看正南方的星宿是哪一個來判斷季節。

6）晨昏出沒：在清晨或黃昏時，觀察星宿的出沒來判斷季節。如古埃及將赤道附近的星分為36組，每組管十天，為一旬。當黎明時看到某一組星升起，就知道是哪一旬。三旬為一月，四月為一季，三季為一年，一年360天。

7）二十八宿的月站：依據月相和月亮所在宿來判斷季節，比如滿月時月亮所在宿與太陽所在宿正好相差180度，上弦月或下弦月時月亮所在宿與太陽所在宿相差90度，而太陽所在宿就對應著季節或月份。

除使用太陽出沒方位或太陽影長外，古人經常使用星宿來判斷季節。參宿“三星”可能是最早被用來判斷季節或年首的，比如我國一些少數民族、以及在澳大利亞和太平洋島上的土著使用參宿和昴宿來定季節。《史記·天官書》曰：“昴曰髦頭，胡星也。”

古代傳說燧人氏“察辰心而出火”，即用大火星（心宿二）的晨出來確定一年的開始。《尸子》云：“燧人上觀辰心，下察五木，以為火也。”《尚書大傳》云：“遂人以火紀。”燧人氏將天上的大火星與人間的用火聯系起來，故《路史》云：“昔者遂人氏作，觀乾象察辰心而出火，作鉆燧別五木以改火，豈惟恵民哉，以順天也。”

用參和大火來確定一年的開始或季節的方法可能一直流傳流傳了下來。《左傳·昭公》記載：“昔高辛氏有二子，伯曰閼伯，季曰實沈，居于曠林，不相能也。日尋干戈，以相征討。后帝不臧，遷閼伯于商丘，主辰。商人是因，故辰為商星。遷實沈于大夏，主參。唐人是因，以服事夏商。”

之后，人們在觀測日月在星空中的運動，認識了更多的黃道星宿，作為“日月五星出入之道”。在黃道星座中，最重要的是東方七宿，亦稱“東方蒼龍”。這樣，古人可能從大火星發展到使用“東方蒼龍”的七宿或六宿（去掉箕宿）來確定季節。許慎《說文解字》稱“龍，鱗蟲之長。能幽能明，能細能巨，能短能長，春分而登天，秋天而潛淵”，這“春分而登天，秋天而潛淵”的“龍”極可能是天上的“東方蒼龍”。《易經》乾卦的卦辭中，如“潛龍”、“見龍在田”、“或躍在淵”、“飛龍在天”、“亢龍有悔”和“群龍無首”也正好描述了一年中不同季節所看到的“東方蒼龍”在天空中的位置。同時，由此奠定了“龍”在中華文明的核心地位。

再后來，就是發明了二十八宿，使得“觀象授時”更加精確和細致。在二十八宿中，只有“東方蒼龍”的七宿和“西方白虎”的數宿（如觜參）等少數星宿是屬于黃道星座，其它各宿都是在公元前5670年的赤道上。一方面，由此可見用參和大火確定季節的傳統影響。另一方面，說明當時人們傾向于使用赤道星宿來確定季節。這是因為赤道星宿的出沒是在正東方和正西方的地平線上，不受地理緯度的影響，使得人們更精細地觀察二十八宿的出沒。

參考文獻

1、竺可楨：“二十八宿起源之時代與地點”，《思想與時代》第34期，1944年（亦見《竺可楨文集》，科學出版社，1979，234-254頁）。

2、陳美東：《中國科學技術史·天文學卷》，科學出版社，2003，61-72頁。

3、馮時：《中國天文考古學》，社會科學文獻出版社，2001，261-275頁。

4、夏鼐：“從宣化遼墓的星圖論二十八宿和黃道十二宮”，《考古學報》2期，1976年。

5、鐘守華：“考古發現中所見二十八宿名”，《東西方科學文化之橋》，科學出版社，2003，155-158頁。

6、竺可楨：“二十八宿的起源”，《竺可楨文集》，科學出版社，1979，317-322頁

7、Capitaine, N. et al. Astronomy and Astrophysics, 2003, 412, 567-586

8、Perryman, M.A.C. et al. Astronomy and Astrophysics, 1997, 323: L49

9、錢寶琮：“論二十八宿之來歷”，《思想與時代》第43期，1947年（亦見《錢寶琮科學史論文選集》，科學出版社，1983，327-351頁）。

10、竺可楨：“論以歲差定尚書堯典四仲中星之年代》，《科學》11卷12期，1926（亦見《中國古史的傳說時代》，文物出版社，1985，279－290頁。

11、劉朝陽：“從天文歷法推測堯典之編成年代”，《燕京大學學報》7期，1930年（亦見《劉朝陽中國天文學史論文選》，大象出版社，2000，10－38頁）

12、潘鼐：《中國恒星觀測史》，學林出版社，1989，3－6頁。

發表于《中國科技史雜志》第30卷 第1期（2009年）：110-119