隋唐五代史 (史仲文)

　　他的主要贡献，一是和梁令瓒合作，制成了观测天象的铜浑天仪和黄道游仪；二是在天文观测中发现了恒星移动的现象；三是制定了沿用800　年之久的《大衍历》；四是组织在全国各地测量日影，客观上实施了对地球子午线的测定。这些都是旷世纪的工作，尤其是对地球子午线的测定，这在全世界还是第一次。
　　我国古代的历法不但包括了年、月、日的安排，而且还包含了日、月食的预报，各个节气日的昼夜时刻长度等等。这些项目都跟观测地球的纬度有关。开元十三年（公元725　年），在一行的倡议下，唐政府派南宫说等人到全国13　个地方进行观测。观测的项目包括：这一地点的北极出地高度，冬至、夏至和春秋分日太阳在正南方向的时刻八尺高表的影子长度。在这次测量中，以南宫说等人在今河南省的四个地点进行的一组最重要。他们除了测量北极高度和日影长度外，还测量了这四个地点之间的距离。这四个地点是：白马、浚仪、扶沟和上蔡，它们的地理经度几乎完全相等，误差很小。一行根据这些地点实测所得的数据算出：从白马到上蔡，距离相差526　里270　步，（唐代尺度一步等于5　尺），夏至日表影的长度差2　寸挂零。这一次观测再一次证明古代流传的"南北地隔千里，影长差一寸"的说法是错误的。"千里一寸"的说法，早在公元442　年（南北朝宋文帝元嘉十九年）就被天文学家何承先所否定了。但是何承先却认为，影差一寸的任意两地，其间南北距离的差总是相等的。这个说法意味着地是平的，结论自然是错误的。隋代刘焯就曾否认这个说法，提出影差和南北距离差的比率不是常数，但他仅是估测，没有实测。一行根据南宫说等人的实测证实了刘焯、李淳风的说法是正确的。他完全放弃了"地隔千里，影差一寸"的概念，而代之以北极高度差1　度，南北距离差多少的概念。根据南宫说等人的实测，一行求出南北两地间距离相差351　里80　步，北极高度相差1　度。我国古制1　里等于300　步，一步等于5　尺，1　尺约合24.525　厘米，1　度等于365.2565-360　度。换算为现代单位，即为南北相距131.11　公里，北极高度相差1　度。这实际就是测量地球子午线上1　度的长度。按现代测量的结果，在纬度35　度处，子午线1　度长为110.94　公里。一行所得的数据比现代测量的数字偏大20.17　公里，虽然误差大了一些，但它是世界上第一次对地球子午线长度的实测，具有划时代的意义。西方国家最早关于子午线的测量，是伊斯兰教阿尔曼孟于814　年在美索不达米亚地方举行的，比我国实测晚了90　年。一行这次测量的地理范围，南到北纬17　度线的林邑（今越南中部一带），北到52　度线的铁勒回纥部（位于现在蒙古人民共和国乌兰巴托西南的喀拉和村遗址附近）。中经朗州武陵（今湖南省常德市）、襄州（今湖北襄樊市）、太原府（今山西太原市）和蔚州横野军（今河北蔚县东北）等13　处。其规模之大也是史无前例的。一行生活在儒、佛、道等封建思想盛行的年代，又是一个僧人，尽管在他的思想中充塞了很多封建迷信的糟粕，但他力行实践，并尊重实践的结果，这是很可贵的。通过这次测量活动，他还初步认识到在很小范围有限的空间得到的认识，不能任意不加分析地扩展到很大甚至是无限的空间去使用，这在我国科学思想史上是一个进步。正如他所说："古人所以恃句（gōu，勾的古字）股之术，谓其有征于近事。故未知目视不能远，浸成微分之差，其差不已，遂与术错"（《旧唐书·天文志》）。
　　一行组织的这一次大规模的天文测量活动，开创了我国通过实际测量认识地球的途径，把地球子午线的测量同地面距离结合起来，从中寻找出接近实际的变化规律。彻底推翻了千里差一寸，以地平推算宇宙半径的荒谬观点。从而为制订新的历法提供了较科学的依据，也为后来的大地天文测量提供了基础。一行这次测量的实践活动和数据成果，很可惜没有引起更多人们的重视；根据浑天说中地球如鸡子的猜想，一行和他的同事们如果具有更大胆的精神，完全有可能推算出地球的大小了。由于受历史的限制，我们可以看到，他们把目标过于放在数据的精确性方面，而没有把所得的材料从整体方面综合起来思考，没有去思考大地和日、月、星之间的确切关系和根本运动规律。而当时的哲学家们也把主要精力放在文化性的事物方面，论述天人关系，即使是牵涉到宇宙和天的问题，他们也对天文学家的计算数据乃至新的发现不够注意。唐后期的刘禹锡（公元772-842　年）和柳宗元（公元773-819　年）对天的问题很关心，分别写了《天论》和《天说》，但他们不过是从朴素的唯物论出发，指出天命论的错误，从没有考虑大地和日月星辰的结构问题，只把日月星辰的排列运行和山崩地裂等自然现象看成是与神和人事无关而已。但于天体结构则相去甚远，唯有一行在天文史上率先测知子午线这一伟大功勋，才是永远不会磨灭的。
　　（三）浑仪的改进与测天精度的提高浑天仪是我国古代研究天文的唯一测器。自汉以来，天文学家都以制造浑天仪为其首要任务，其制造技术不断改进提高。浑天仪制造技术的提高，也使测量天文常数的精度进一步提高。
　　隋文帝时，耿询（字敦信，丹阳人）就曾改进、试造浑天仪，"不假人力，以水转之"与天象密合。他还曾制作十分精巧的"马上刻漏，世称其妙"（《隋书·耿询传》）。
　　唐初李淳风鉴于当时北魏造的铁浑仪不够精密，因而立意改革，于贞观七年（公元633　年）造了一架新型的浑天黄道铜仪。同时写了《法象志》一书7　卷，论述"前代浑天仪得失之差"。李淳风所造的浑仪在前人基础上作了重大改进，它吸收了北魏铁浑仪设有水准仪的优点，"下据准基，状如十字"。进一步把浑仪由两重改为三重，就是在六合仪和四游仪之间再安装一重三辰仪。李淳风把张衡浑天仪的外面一层，由地平圈、子午圈和赤道圈固定在一起的一层叫做六合仪，因为中国古时把东西、南北、上下六个方向叫做六合。把里面能够旋转用来观测的四游环连同窥管，叫做四游仪。在这两层之间新加的三辰仪是由3　个相交的圆环构成。这3　个圆环是黄道环、白道环和赤道环。黄道环用来表示太阳的位置，白道环用来表示月亮的位置，赤道环用来表示恒星的位置。古时把日、月、星叫做三辰，所以称之为三辰仪。三辰仪可以绕着极轴在六合仪里旋转；而观测用的四游仪又可以在三辰仪里旋转。这样就可直接用来观测日、月、星辰在各自轨道上的视运动。由于黄白交点在黄道上有较快的移动，李淳风在黄道环上打了249　个小洞眼，每过一个交点月，就把白道环移过一对洞眼，较好地解决了实际的需要。浑天仪用三层，是从李淳风开始的。经这样改进后，黄道经纬、赤道经纬、地平经纬都能测定。
　　李淳风黄道浑仪的研制成功，是对天体产生新认识的结果，标志着我国古代在天文学研究方面进入了一个新的阶段。
　　一行在开元九年（公元721　年）接受修订新历后，提出直接观测太阳视运动的要求。但当时由于李淳风的黄道浑仪亡佚，"官无黄道游仪，无由测候"。一行和另一位天文学家梁令瓒合作，制成了铜浑天仪和黄道游仪。铜浑天仪是在汉朝浑天仪的基础上加以改进制成的。一行为了使铜浑天仪能自己转动，应用了古代计时漏壶滴水的原理，在仪器上安装一个齿轮，用漏壶滴水的力量推动齿轮，齿轮带动浑天仪绕轴旋转，每天转动一周，用水力运转仪器反映天体现象。其中还安装有自动报时器，"立二木人于地平之上，前置鼓以候辰刻，每一刻自然击鼓，每辰则自然撞钟"（《旧唐书·天文志》）。整个位置构思精巧，结构精细，在天文钟的发明制作和机械工艺史上都是一个大创造。
　　黄道游仪是在李淳风黄道浑仪基础上加以改进的。先是用木试制，后用铜铁浇铸。铜游仪于开元十三年（公元725　年）造成，唐玄宗"亲为制铭，置于灵台以考星度"。黄道游仪制作时，在赤道环和黄道环上每隔一度都打上洞，使黄道环也可以沿赤道环转动，白道环也可以沿黄道环移动，成为"动合天运，简而易从"的天文观测仪器。
　　由于天文仪器的改进和人们艰苦的探索，这一时期的天文测量和天象记录等方面也取得了辉煌的成果，天文常数的测量精度也进一步提高。如隋代张胄玄的《大业历》（公元608　年），在五星位置的推算上给出了令人惊叹的五星会合周期的准确值，其中火星误差最大，为0.011　日，木星和土星的误差均为0.002　日（2.88　分），水星仅差0.001　日（1.44　分），而金星则达到密合的程度。又如这一时期的十余种历法中所用交月点的长度同理论推算值之间的差异，绝大多数均在1　秒以下。近月点长度值的误差为1.5　秒左右，达到了历法史上精确度的高峰。关于交食周期的数值，也达到十分精确的程度。郭献之的《五纪历》（公元726　年）中采用716　个朔望月122　次食季的交食周期，这同19　世纪末西方的所谓纽康（Newcomb，Simon，美，1835-1909年）周期是相等的。以后边冈的《崇玄历》（公元893　年）使用了3087　个朔望月有526　食季的交食周期，由此推算得交食年的长度为346.6195412　日，这同理论推算值仅有14　秒的误差。再如徐昂的《宣明历》（公元822　年）所用的黄赤交角值为23°34′55″，仅比理论值小37″。