赤道坐標系

赤道坐標系

赤道坐標系是一種天球坐標系。過天球中心與地球赤道面平行的平面稱為天球赤道面,它與天球相交而成的大圓稱為天赤道。赤道面是赤道坐標系的基本平面。天赤道的幾何極稱為天極,與地球北極相對的天極即北天極,是赤道坐標系的極。經過天極的任何大圓稱為赤經圈或時圈;與天赤道平行的小圓稱為赤緯圈。作天球上一點的赤經圈,從天赤道起沿此赤經圈量度至該點的大圓弧長為緯向坐標,稱為赤緯。赤緯從0°到±90°計量,赤道以北為正,以南為負。赤緯的餘角稱為極距,從北天極起,從0°到180°計量。

  • 中文名稱
    赤道坐標系

簡介

equatorial coordinate system

由于所取主點以及隨之而來的經向坐標的不同,赤道坐標系又分第一赤道坐標系和第二赤道坐標系。第一赤道坐標系又稱時角坐標系,與觀測者有關。主點取為天赤道與觀測者的天頂以南那段子午圈的交點。從主點起沿天赤道量到天球上一點的赤經圈與天赤道交點的弧長為經向坐標,稱為時角時角從0°到±180°或從0h到±12h計量,向東為負,向西為正。天體因周日視運動,時角不斷變化。第二赤道坐標系或簡稱赤道坐標系,主點取為春分點。從春分點起沿天赤道逆時針向量到天球上一點的赤經圈與天赤道交點的弧長為經向坐標,稱為赤經。赤經從0°到360°或從0h到24h計量。天體的赤經和赤緯,不因周日視運動或不同的觀測地點而改變,所以各種星表通常列出它們。

赤道坐標系

​坐標系

赤道天球坐標系在古代中國被稱為渾天系,它是將天地看作一個整體,將這個整體比做一枚雞卵,將地球比做卵中黃,將環繞地球的天穹比做卵白和卵殼。渾天系是以地體為天地的球心,以南、北兩天極為軸心,亦即天地的中心;以緣地球表面向四周延伸的太空為上下四方。以北天極為上,以南天極為下,以與地球赤道相平行的二十八宿為圓形天道,以將二十八宿所標示360度等分的十二辰為劃分時間的坐標,並在這一立體的"卵殼"上標示日月星辰的運行度數。正如李勇先生所指出:(由十二支標示的)"天空十二辰對觀測者而言是隨整個天球參與周日和周年運動。"隨整個天球,即是隨整個地球參與周日和周年運動。因為整個天球是整個地球全方位向天穹的延伸。正如古代中國天文學典籍《太玄經》所說:南極與北極是天軸所在的處所,天旋地轉由此而起,就象車輪有車軸,所以能自行旋轉。眾星全都移動,惟獨北極固守中央不變換位置(古人所講的用于標識北天極位置的北極星隻是相對不移動位置,其實自古至今作為天軸軸心的北極星也是換了好幾個的)。因此得知北極星的位置居于天地的中心,天地是傾斜的,所以(在人的視覺中)極在正北。極就象轉軸的軸心,以(相對的)靜經歷(不停歇的)動,計量出十二時。這一體系所認知的時空背景是以"極"為樞紐(中心),"時乘十二"。一年的十二月、一日的十二時,都是以極為中心對二十八宿的十二等分。用現代科學的語言講就是以"極"為中心對地球赤道和天球赤道360度的十二等分。

獨特徵

古代中國天文學的獨特徵在于,①六、七千年以前就建立起沿用至今的赤道坐標系;②根本沒有地平系統;③與黃道坐標系沒有關系。這一獨特徵使"中國天文學作為一個體系在著眼點和洞察力方面都跟西方天文學有顯著的不同。"

1.以"地體為天地的球心"不同于西方的"地心說"

古代中國天文學赤道坐標系的"以地體為天地的球心",與西方的"地心說"有著本質的區別。西方地心說認為,地球靜止地居于宇宙的中心,太陽、月亮、行星和恆星都繞地球轉動。在古代西方當時觀測精度不高的情況下,地心體系大致能夠解釋行星的視運動,並據此編出了行星的星歷表。赤道坐標系的 "以地體為天地的中心",卻不是將地球認作靜止的,更不是將地球認作宇宙的中心。

在將地球作為一個天體這一問題上,中國古代的先哲們,是把地球和木火土金水五大行星等同看待。認為"地體"與五大行星是同一類物質。如《素問》就明確指出:"觀五星之東轉,則地體左行之理昭然可知也。""地為人之下。太虛之中者也。" 是"太虛之中一物爾。"這兩段引文的意思是:觀測木火土金水五大行星自西向東旋轉,那麽地體自右向左運行是明明白白可以認知的。地體在人的腳下,太空之中。不過是太空之中的一個物體罷了。《尚書·考靈曜》也指出:"地恆動不止,而人不知,譬如人在大舟中,閉牖而坐,舟行不自覺也。"地就象一條航行著的大船,人坐在船中,關著窗戶,船在行駛,人卻覺不出來。《列子·天瑞》則說:"運轉靡已,大地密移,疇覺之哉!"地球是不斷地旋轉著,隻是人的感官不能覺察。《春秋緯·元命苞》記述了:"天左旋,地右動。"《春秋緯·運鬥樞》則說:"地動則見于天象。"天空中天體的移動體現了地體的運動。

《屍子》的論述則具有相當強的學術性:"天左舒而起牽牛,地右闢而起畢昂。"即天是從左向右伸展開來,起點處是牽牛星宿----冬至起點;地是從右向左旋轉,起點處是畢、昂兩組星宿。牽牛與畢、昂在二十八宿中處于遙遙相對的位置。那麽地體憑借什麽而立足呢?"大氣舉之也。"也就是說,地球和五大行星一樣,共同漂浮在太空之中。它們和太空中的所有天體一樣,都被大氣托舉著。而且承傳了四千多年以前夏代用十幹紀一年分十個月歷法的彝族人民,就保留了古老的中華民族"老虎推動地球轉"的觀念。這些觀念就是古代中國天文學的以"地體為天地的球心"之出發點。有了這些正確的出發點,無論是對北極星的觀測也好,還是對北鬥星、太陽、月亮、五大行星等天體的觀測也罷,認知的都是地球與北鬥、太陽、月亮、五星、二十八宿等天體復合運動的現象,測定的都是天體(自然也包括地球這個天體)在運行過程中的相互對應規律。赤道坐標系的天球坐標系就是以此為基礎而建立起來的,而且其科學性也是無可置疑的。不然的話,現代天文科學就不會"在計量恆星精確位置這一同樣重要方面卻完全是中國式的。"

2. 赤道坐標系的"天地"不同于地平坐標系的"天地"

古代中國天文學的"赤道坐標系",是用于對整個天地的劃分,赤經、赤緯是不變的,依據天極、赤道劃分的南北東西也是固定的。它不同于阿拉伯系統所使用的地平坐標系是"僅可用于地球上某些單個的特殊點。"因為地平坐標系是以觀測者為中心來確定天頂和天底,地平經度地平緯度隨觀測者所在地不同而不同,依據天頂、天底、地平圈劃分的南北東西也是隨之變化的。

以天極為中心來劃分東南西北四個方位,是將整圈赤道等分為四;以天頂為中心來劃分東南西北四個方位,劃分的是以觀測者為中心的東南西北四個方位。比如中國的殷商朝代主要活動地域是河南一帶,如果以觀測重地----陽城為中心來劃分方位,劃分的就是中華大地的東西南北中。

單舉依據赤道坐標系的十二辰而製訂的"十二支"歷法為例,如果將"十二支"認做"地平十二支",就會在地平坐標系內探詢十二支的空間取向,比如以陽城為中心來劃分十二個方位,在中華大地的東、西、南、北、中地域探詢十二支的時空依據。

然而中華大地的東、西、南、北、中是無法圓出360度的,隻有赤道坐標系所界定的整個天地的十二辰才是十二支的真正歸宿。現今天文學中以英國格林尼治本初子午線為基準的一天24小時劃分與古代中國歷法的一天十二時辰直接對應,現代天文學的赤道大圓360度與古代中國天文學的二十八宿同出一轍,現代南北兩個半球的劃分是依據赤道一分為二,等等,這些都體現出現代天文學是對古代中國天文學赤道坐標系的承傳,並證實了古代中國天文學的"赤道坐標系"是用于對整個天地的劃分。

可能因為學術界一貫認為,"古人對于宇宙的認識是很簡單的:大地是一塊平面,天穹是半個圓球,扣在大地上,天地毗連在一起,而日月星辰各種天體就在這個半圓球的天穹上運行。例如,古代的希伯來人就認為:在平坦的大地下是深淵,而地面上則充滿了空氣,空氣之上是一個圓形的蒼穹----就是最低一層的"天",在天穹與大地毗連的地方就是所謂風庫,而蒼穹之上,則貯存著雨水和雪;外面還有一層"天"包著,兩層天都和大地毗連在一起。……"所以,一些學者忽略了赤道坐標系整個天地與地平坐標系半個天地之間的區別,認為"中國位于亞洲大陸東部,太平洋西岸,是一個左大海,右高原的'海中地'國家,古代文化中心在黃河流域,這一中心的北部是遼闊的草原和森林,西部是崇山峻嶺和萬裏沙漠,路途艱險,交通不便;東南雖有漫長的海岸線,但臨近的各民族國家的經濟文化都不如中國發達,因而就使中華民族不可能象希臘人那樣大量吸收埃及人的幾何、蘇美爾人的代數、亞述人的天文科學等科技成就。這種相對封閉的大陸內聚形地理環境,不僅有效地限製了中國與其他古文明地域的文化交流,更重要的是局限了中國古人的地理視野,無從全面了解世界地理狀況和真正認識地球形體,遂產生了'中國居天下之中'、'四海之內'、'大九州'的世界圖示觀念這些地平大地觀念的概念,導致我國古代學者對氣候成因的探討,也是從地平觀念出發來提出問題,討論問題和解決問題的。"

要知道,赤道坐標系所界定的"天地",其空間背景是緣地球表面向太空延伸的整個天地;而地平坐標系僅可"用于地球上某些單個的特殊點"。忽略了二者之間的不同,則很容易把中國古代文化中所講的"天地"的空間背景局限于中華大地。如由十二支所標示的地球十二條經線,是對整個地球以"極"為中心等分十二,與之直接對應的子-北;午--南;卯--東;酉-西,是整圈赤道的用四等分,而不是以中州為中心,將中華大地這個大公雞形狀的版圖等分十二,也不是將中華大地用四等分。這是我們在閱讀古籍時應該充分提起註意的。

3. 以"天極為中心"不同于以"黃極為中心"

古代中國天文學的"赤道坐標系"與"黃道坐標系"的不同點在于,不是以黃極為中心,因此不能去地球繞著太陽轉,太陽系繞著銀河系轉的空間背景中,探詢由"赤道坐標系"中誕生出來的歷法如十二支之類的科學依據。因為"古希臘人認為,地球上由于受到太陽光線角度的不同,才產生氣候狀況隨緯度和季節的差異,並據之建立了關于熱帶、溫帶和寒帶的概念。希臘人把整個地球分成許多平行的地帶,他們稱之為'climata'。該詞與現代的"氣候" (climate)不同,它沒有氣象學的意義,而有一種地理學或天文學的含義,意思是"傾斜度"。這就是黃道坐標系的"黃道、角度、真實、周年"。仍舉"十二支"為例,如果將"十二支"認做"黃道十二支",就會在黃道坐標系內探詢十二支的空間取向,在黃道十二宮中探詢十二支的時空依據。而黃道十二宮與赤道十二支在本質上是截然不同的。前者主要是依據對黃極、太陽的視運動;後者主要是依據對天極、北鬥的視運動。

4.三種坐標系的差異體現了古代中國天文學的獨特徵

三種天球坐標系與生俱來的差異,決定了它們在實地觀測中空間取向上的差異。這種差異體現出赤道坐標系的獨特徵,同時也是古代中國天文學的獨特徵。

通常學術界認為六、七千年以前,是原始人生活的時代。一些學者根據自己對原始人認識水準的估測,認為原始人最早的時空觀念來自對日出日落的認知,如果說這個時期就建立起至今還在使用的赤道坐標系,則很可能被認為是痴人說夢。然而出土實物與史料記載的多方面吻合卻無可辯駁地證實了赤道坐標系的年深日久。由此也可以證實,天文學在古代中國不僅僅是存在,而且是相當發達,並被沿用至今。隻是因為古代中國根本沒有地平系統,與黃道坐標系(在東西方文化交流之前)又沒有聯系,一些學者不了解這些情況,自覺或不自覺地用地平、黃道這兩種坐標系的基本知識;用現在的天文現象去分析古代中國六、千年以前的天文現象和天象記錄,其結果隻能是無功而返,因為這種研究方法無法使古代文獻記載的史實找到實實在在的科學依據,所以他們錯下結論,認為"天文學在古代中國不存在"。如果我們無視古代中國天文學的獨特徵,繼續于三種坐標系之間的差異而不顧,仍舊沿襲舊說,拾人牙慧,否定古代中國天文學的實在性、科學性,就會埋沒古代中國天文學中所蘊涵的古代中國先哲們對時間、空間與物質世界科學認知的思想精華,進而將中國傳統科學技術與思想文化那獨具的魅力看得一文不值。

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