周王朝建立后,周武王認(rèn)為嵩山是天室,并在此祭天。成王繼位后,攝政的周公遵照武王的遺囑營(yíng)建新都洛邑。在占卜盛行的時(shí)代,周公一方面做洛邑位居地中、 “求地之中,以建王而阜安萬(wàn)民”、“王者必居土中”的輿論,一方面打著制訂歷法、發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的旗號(hào),開(kāi)始了中國(guó)歷史上第一次大規(guī)模的天文測(cè)量。他在全國(guó)設(shè)置了五處觀測(cè)點(diǎn),以潁川陽(yáng)城為中表,開(kāi)始筑土圭、立木表,測(cè)量日影。通過(guò)日復(fù)一日、年復(fù)一年的測(cè)量,周公把測(cè)量的數(shù)據(jù)一一記錄下來(lái),發(fā)現(xiàn)了日影有一個(gè)由長(zhǎng)到短再由短變長(zhǎng)的周期,并根據(jù)每天日中日影的變化找出了季節(jié)的變化,得知了冬天日影長(zhǎng)、夏天日影短的規(guī)律。于是,他就把一個(gè)周期稱為一年,并把日影最長(zhǎng)的那一天定為冬至,把日影最短的那一天定為夏至,把長(zhǎng)短變化中的兩次等分點(diǎn)分別稱為春分和秋分,這樣根據(jù)四季變化指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)就有據(jù)可依。
古時(shí),因?yàn)榭萍悸浜螅a(chǎn)力不發(fā)達(dá),認(rèn)識(shí)水平低下,人們認(rèn)為天圓地方,認(rèn)為地球南北長(zhǎng)三萬(wàn)里。與八尺表測(cè)量出來(lái)的日影長(zhǎng)對(duì)照,認(rèn)定“影長(zhǎng)一寸,地差千里”。周公利用圭表之法“測(cè)土深、正日景、求地中、驗(yàn)四時(shí)”,發(fā)現(xiàn)登封陽(yáng)城夏至?xí)r表影長(zhǎng)一尺五寸,恰在地球南北的中心點(diǎn)上,于是就認(rèn)定這里為天地、宇宙的中心。正因?yàn)榇,周公即派太保召公去距地中?yáng)城僅一百多里的洛邑觀察地形,隨后親往洛邑營(yíng)建都城。周公證得陽(yáng)城為天地之中,于是中原地區(qū)被稱為中國(guó),豫州被稱為中州,華夏民族被稱為中華。中國(guó)、中華、中州、中原、中岳、中土、中央、中天等詞語(yǔ)中的“中”字都由此而來(lái)。連河南方言也不說(shuō)“好不好”、“行不行”,而說(shuō)“中不中”。
唐開(kāi)元十二年(724年),著名天文學(xué)家僧一行奉命“考前代諸家歷法,改撰新歷”,再次組織了一次空前的天文測(cè)量,他仍以登封陽(yáng)城為中心觀測(cè)點(diǎn),并根據(jù)實(shí)地測(cè)量結(jié)果,編成了結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、條理分明的《大衍歷》。他的下屬南宮說(shuō)為保存周公測(cè)影的舊制,遂把周公時(shí)期的土圭木表更改為石圭石表,并刻上“周公測(cè)景臺(tái)”五個(gè)大字。
至元十三年(1276年),忽必烈任用著名的科學(xué)家郭守敬、王恂等人進(jìn)行大規(guī)模的天文觀測(cè)活動(dòng),以改進(jìn)、修訂歷法,這就是著名的“四海測(cè)驗(yàn)”。改歷之初,郭守敬就敏銳地首先提出實(shí)際觀測(cè)是治歷之本的原則,他說(shuō):“歷之本在于測(cè)驗(yàn),而測(cè)驗(yàn)之器莫先儀表。”所以他集中精力研制新的天文觀測(cè)儀器,在簡(jiǎn)要實(shí)用的原則指導(dǎo)下,他先后創(chuàng)制了簡(jiǎn)儀、高表、仰儀、景符等十八種天文儀器,而簡(jiǎn)儀和高表是最重要的兩種儀器。而觀星臺(tái)實(shí)際就是郭守敬創(chuàng)建改進(jìn)的高表。為了制訂出更加精準(zhǔn)的歷法,郭守敬向忽必烈進(jìn)諫說(shuō):“唐朝開(kāi)元年間,一行和尚曾命令南宮說(shuō)到天下十三個(gè)地區(qū)實(shí)地觀測(cè),而今天國(guó)家的疆域比唐時(shí)尤為廣大,更需要到邊遠(yuǎn)的地方進(jìn)行測(cè)驗(yàn)。不然,日月交食分?jǐn)?shù)時(shí)刻不同,晝夜長(zhǎng)短不同,日月星辰去天高下不同,可以先南北立表,取直測(cè)影。”英明的忽必烈批準(zhǔn)了他的建議,于至元十六年(1279年),設(shè)十四路監(jiān)候官,分幾路出發(fā)到全國(guó)各地進(jìn)行天文觀測(cè)。據(jù)記載,登封陽(yáng)城就是這次四海測(cè)驗(yàn)活動(dòng)中的一個(gè)觀測(cè)所,并且是當(dāng)時(shí)全國(guó)的中心觀測(cè)站。至元十六年三月,郭守敬由上都、大都開(kāi)始,歷經(jīng)河南,轉(zhuǎn)抵南海,行程數(shù)千里,親自掌握這一路的測(cè)驗(yàn),曾親自在登封陽(yáng)城主持觀測(cè),得出了陽(yáng)城“北極出地三十四度太弱”的結(jié)論。今天的登封觀星臺(tái)北京觀象臺(tái)是郭守敬創(chuàng)建的兩所永久性高表。登封觀星臺(tái)是一座具有測(cè)影、觀星和計(jì)時(shí)等多種功能的天文臺(tái),也是“四海測(cè)驗(yàn)”中二十七座觀測(cè)站迄今仍然保存于世的唯一一處。觀星臺(tái)不僅是我國(guó)現(xiàn)存最的天文臺(tái),也是世界上最古老的天文遺址之一。觀星臺(tái)距今已有700多年歷史。它是世界上沿用最久、保存最為完整的古天文建筑之一,是我國(guó)歷史上天文科學(xué)發(fā)展高峰的佐證,也是目前我國(guó)現(xiàn)存最早的一座觀星臺(tái)。
郭守敬通過(guò)在觀星臺(tái)的實(shí)地觀測(cè),掌握了地球運(yùn)轉(zhuǎn)的規(guī)律,并準(zhǔn)確地測(cè)出二十四節(jié)氣,特別是夏至、冬至、春分、秋分的準(zhǔn)確時(shí)間,于至元十七年(1280年)編制出了當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)的歷法——《授時(shí)歷》,該歷法的一個(gè)回歸年長(zhǎng)度為3652425天,合今天的365.2422天即365天5小時(shí)49分12秒,同現(xiàn)代科學(xué)測(cè)定的回歸年長(zhǎng)度365天5小時(shí)48分6秒相比,一年僅長(zhǎng)0.0003日即26秒,而與現(xiàn)今世界上通用的格里高利歷相比一秒不差,但卻比它早了三百多年!妒跁r(shí)歷》編成后,元世祖忽必烈根據(jù)《尚書(shū)》中“敬授民時(shí)”一句定名為《授時(shí)歷》!妒跁r(shí)歷》使用長(zhǎng)達(dá)364年之久,是我國(guó)歷史上施行時(shí)間最長(zhǎng)的歷法。后來(lái)元朝皇帝還下詔書(shū)把《授時(shí)歷》賜給高麗(今朝鮮)、日本、安南(今越南)等國(guó)家使用。
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