唐代高僧一行的天文学成就

唐代高僧一行的天文学成就

董英哲

内容提要：本文主要论述了唐代高僧一行在天文学上的伟大成就。他的天文学成就有三项：一是创制天文观测仪器和演示仪器，如黄道游仪、水运浑天仪和复矩等；二是主持进行了一次大规模的天文大地测量工作，这是世界上第一次子午线长度的实测；三是把中国古代历法的制订工作提高到一个新的水平,使我国古代历法体系达到完全成熟的地步。

一行(公元682—727年)，俗名张遂，魏州昌乐(今河南省南乐县)人，唐代伟大的天文学家和数学家。《旧唐书》有传，说“一行少聪敏，博览经史，尤精历象、阴阳、五行之学。”他年轻时，因不愿与武三思交往而出家为僧，一行是其法名，出家之后，他仍然勤奋攻读，为了精研数学，曾长途跋涉，求师闻教。开元五年(公元717年)，唐玄宗强征一行入京都，长安充当顾问。玄宗经常向他请教，一行直言无隐，提出了不少防止腐化、励精图治的建议。据《旧唐书》本传记载，“一行尤明著述，撰《大衍沦》三卷，《摄调伏藏》十卷，《天一太一经》及《太一局遁甲经》、《释氏系录》各一卷。”其著作留下宋的很少，但《大藏经》中有他的《宿曜仪轨》和《北斗七星念诵仪轨》。当时的麟德历行用已久，误差较大。玄宗便令一行“考前代诸家历法，改撰新历，又令率府长史梁令瓒等与工人创造黄道游仪，以考七曜行度，互相证明。于是一行推《周易》大衍之数，立衍以应之，改撰《开元大衍历经》。至十五年卒，年四十五，赐谥日大慧禅师。”①在长安生活的十年，一行主要致力于天文学研究和历法改革，其重大成就有三：一是创制天文观测仪器和演示仪器，如黄道游仪、水运浑天仪和复矩等；二是主持进行了一次大规模的天文大地测量工作，这是世界上第一次子午线长度的实测；三是把中国古代历法的制订工作提高到一个新的水平，使我国的古代历法体系达到完全成热的地步。

一、创制天文观测和演示仪

开元九年(公元721年)，一行接受修定新历的使命后，提出：“今欲创历立元，须知黄道进退，请太史令测候星度。”②也就是说，要直接观测太阳视运动。但当时“官无黄道游仪，无由测候。”③黄道游仪是用来观测日月星辰的位置和运动情况的天文仪器，是浑仪的一种。浑仪是专指测量天体在天球面上的坐标仪器。我国古代的浑仪采用的是赤道坐标系统。赤道坐标系统就是利用天球面上的赤经和赤纬来表示天体的位置。用这种系统表示恒星的位置是方便的。但是；推算历法还要求了解日、月在自己运行轨道上的位置和运行情况。太阳在恒星间的视运动轨道叫黄道，月亮在恒星间的视运动轨道叫白道。黄道和赤道有二十三度多夹角。把赤道坐标变换成黄道度数，要用到球面三角学。当时我国还没有掌握这种数学方法，而是用近似公式计算，或者在浑仪上量度，这就不可避免地会带来一定的误差，影响历法的精确度。东汉傅安、贾逵等人在浑仪中增设了黄道环，以测定日月在黄道上移动的度数，称为黄道铜候仪。唐初，天文学家李淳风设计制造了一架铜的浑天黄道仪。这架仪器共分内、中、外三层：外层叫六合仪，固

定不动，包括与地球赤道平面平行的赤道环，与地面平行的地平环和正南正北方向的子午环；中层叫三辰仪，可以转动，是互相交叉的赤道、黄道、白道三环；内层就是一个夹有窥管可以旋转的赤经环，也叫四游仪。这架仪器虽然比较复杂、精密；但有缺陷。其中一个缺陷是：由手月亮轨道平面变化很快，黄道和赤道的相对位置也因岁差有缓慢的变化。对于这些变化，这架仪器反映不够精密，或者根本没有反映，致使某些环圈很快失去作用。针对这个缺陷，一行和梁令瓒作了大胆改进，在黄道环和赤道环上每隔一度都打一个洞，使白道环可以黄道环上一度就移动一下，这就比李淳风的浑天黄道仪要一度半左右才能移动一下前进了一步；黄道环又可以在赤道环上移动(古代错误地认为岁差使黄道沿·赤道移动，实际情况却正好相反)，表示岁差。：章道游仪’的名称，就是由此而宋的。据<旧唐书·天文志)记载，’时率府兵曹梁令瓒特制于丽正书院，因造游仪本样，甚为精密。一行乃上言日：‘黄道游仪，古有其术而无其器。以黄道随天运动，难用常仪格之，故昔人潜思皆不能得。今梁令瓒创造此图，日道月交，莫不自然契合，既于推步尤要，望就书院以铜铁为之，庶得考验星度，无有差舛。’从之，至十三年造成。’(新唐书·天文志)说：“十一年仪成。’无论那一年制成，而黄道游仪都可以说是当时世界上最先进的观测仪器。一行利用它研究月亮的运动和恒星的坐标，对于修订(大衍历)，提高交食计算的准确性，发现恒星坐标因岁差而变化等方面都起了很大的作用。

在制历准备时，一行还与梁令瓒等人制造了一架水运浑天仪。这是一种浑象，浑象是表现天球运动的仪器；因为它是浑天家发明来说明浑天学说的，所以有时也称浑天仪。在隋唐以前，浑象’这个名，词常常和观测仪器——“浑仪”这个名词混用。不过，观测仪器却从来没有称作象的。张衡的浑象是个划时代的创造。他在浑象上装置了一套齿轮系机械传动装置，利用漏壶流水田稳定性，推动浑象均匀地绕极轴旋转。它的速度可以控制得和天球的旋转速度一样。这一来，昼夜交替，星辰出没都和天上的实际位置相应。这架仪器形象而雄辩地证明了浑天学说的正确性。因此，它又被称为浑天仪，或漏水转浑天仪。不仅如此，这套仪器还带动了一个称为瑞冥荚机构日历，能随着月亮的盈亏表演一个阴历月中日期的推移，它相当于一个机械自动日历。这一传统的发展，后来成了世界机械天文钟的祖先。一行与梁令瓒等人制造的水运浑天仪，就是张衡水运浑象的发展。它是用水力驱动模仿天体运行的仪器，类似于现代的天球仪，不仅在球形的浑象上遍列各星宿和黄、赤道等，而且还在浑象外安装两个圆环，上边各装一个球标，分别代表日、月。利用水力推动齿轮系，使浑象每昼夜自转一周。日标除每昼夜回转一周外，沿黄道还日行一度，三百六十五天沿黄道移动一周；月标在每昼夜回转一周的基础上，每二十七天半沿白道移动一周；二十九天多，日、月相合一次。这种水运浑天仪很有规律地演示出日、月、星象的运转，比张衡的水运浑象更加精巧、复杂。其中特别是安装有自动报时器，可以说是现代钟表的雏型。据《旧唐书·天文志》记载，“立二木人于地平之上，前置钟鼓以候辰刻，每一刻自然击鼓，每辰则自然撞钟。皆于柜中各施轮轴，钩键交错，关锁相持。既与天道合同，当时共称其妙。铸成，命之日水运浑天俯视图，置于武成殿前，以示百僚。”推想其中应当已具有类似于现代钟表上的擒纵器装置，这在天文钟和机械史上是一大创造。英国著名科技史家李约瑟指出：“很明显，这至少必然包括机械钟的发明，这项发明迄今一般都认为出现于十四世纪初的欧洲，然而现在的研究已经表明，第一个被称为机械钟灵魂的擒纵器应属于一行和尚和他的同事们，他们大约于公元723年在唐都长安(西安)的太史院制成。”④也就是说，它比1370年