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东方的天地智慧
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中国是天文科学最早萌发的国家之一，他们很早就懂得通过天文观测来确定季节、时间和方位。
大约在4500年以前，人们就从东、南、西、北四个方向观察天象，后来又懂得了用星宿 （亮星）的位置来确定播种的季节，通过天文观测和农耕的实践逐步懂得四季的划分。
古人对农时的推算和掌握，也逐步从经验中提升出来。在尧帝时就有了初步的历法，史书曾记载尧派人观测天象、制定历法、预报季节的情况。
到了夏朝时，就有了专管天文的官员。公元前24世纪中国夏朝发生了一次战争，夏朝皇帝仲康下令让胤国之君为主帅去征讨羲氏、和氏两个人。
仲康征讨羲、和二人的原因是：二人沉湎于酒，玩忽职守，使时间发生了错误，所掌握日月不够准确。结果“废时乱日”，“昏迷于天象”，本应预报的日食没有报准。
依照夏朝之法，预报早于或晚于日食发生时间，均要受到杀头的严厉制裁。可见，当时的中国在天文学上的成就了。
在这时，人们已经能够靠北斗星来确定方位，用其他恒星确定季节，甚至在原始山洞的石壁上面，就画有大熊星座 （北斗星）的图画。
早在夏代，就出现了天干记日法，用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸十个天干进行十进制的记日，把十天分为一旬。
而到了商代，就出现了干支记日法，用十个天干和十二地支相互配合组成甲子、乙丑、丙寅等六十干支。这标志着六十进位的形成。到了周代，又出现了用圭表测日影来确定冬至、夏至的时刻，同时还用12地支把一天分为12时辰。
商、西周时期对天文观测已十分重视，考古学家证明，公元前13世纪的甲骨卜辞中就有了月食、新星爆发的记载。《诗经》中就开始提到28宿的名字。其中有好几处描述过金星，金星又叫启明星，长庚星等。
到了春秋战国时期，天文学有了比较大的发展。如甘德、石申分别著有
《天文星占》和《天文》等书，书中记载了数百颗恒星的方位。
甘、石二人还发现了行星的顺行和逆行，并测得了火星的运行周期为1.9年，现在测得是1.88年；木星为12年，现在测得是11.86年。可见当时天文学已发展到一定的高度。
在长沙马王堆出土的帛书《五星占》中，记录了从公元前246年到公元前177年间木星、土星和金星的位置和它们在一个会合周期内的动态表。
金星会合周期为584.4日，比现在测得值仅小0.48日；
土星会合周期为377日，比现在测得值小1.09日。
在《春秋》一书中，共记载了37次日食，这是世界上最早的科学的天象记录。鲁文公14年（前613）就有“星陨如雨”的记载，这也是最早的关于陨石雨的记载。
关于彗星的观测，《春秋》中也有记载：鲁文公14年，“‘秋七月’有星索入北斗。”这是世界上最早的一次关于哈雷彗星的记录。
上面这些都说明春秋战国时，我国的天文观测成就是很大的，同时也给后人留下了极为宝贵的资料。
和春秋时期天文学相联系的是历法，到春秋后期，采用了一年为365.25日，19年7闰，这种历法叫古四分历。古四分历比真正的年长度每年多11分钟。
由于农业生产的需要，春秋战国时期还逐步形成了对24节气的划分，平均15天设置一个节气，这实质上是不自觉地根据太阳的位置和视运动来确定的一种历法。
到了秦、汉时期，我国的天文学的发展主要表现在三个方面，即天文观测、天文理论和历法。
这个时期对天象观测的记录很多，其中最伟大的科学成就是关于太阳黑子的观测。
太阳黑子实际上是太阳表面漩涡状的低温区。我们知道，太阳是个炽热的大火球，表面温度也有6000°C左右。在这样
的温度下，所有的物质都气化了，分解为比较简单的元素。
在太阳燃烧的过程中，会产生局部的温度不均匀区域，这些区域的温度会低于附近区域的正常温度而产生气漩，这些气漩产生后能存在一定时间，这就是太阳黑子。
黑子并不是真正的黑色，只不过温度低一点，看上去发暗罢了。现在世界上公认最早的黑子记录，是中国西汉河平元年（前28年）三月所见的黑子现象。
据《汉书·五行志》记载：“……日出黄，有黑气大如钱，居日中央。”这段文字把太阳黑子出现的时间、形状、大小、位置都描述得十分清楚。
其实，我国还有比这更早的黑子记载，早在公元前140年的《淮南子》一书中就有这样的描述：“日中有 鸟。”所谓的“ 鸟”也就是太阳黑子的形状。
古人们观测太阳黑子，全靠目力。只有利用日赤无光、烟雾蔽日之际，或是太阳近于地平线，朦胧不清之中，以及利用盆中装油使日影映于盆中的方法，才能观望和记录。
从汉代后的1600多年里，我国关于黑子的记录超过100次。中国人的精确黑子观测，得到了外国学者的赞扬。中国古人测天的精确，十分惊人。黑子的观测，远在西人之前大约2000余年。
的确，直到1610年，意大利天文学家伽利略才利用望远镜观测到太阳上有黑斑这一现象，才在欧洲天文学界引起轰动。
我国的祖先们不但记录了最早的太阳黑子现象，而且还记录了公元134年出现的新星，这是人类第一次对新星的记载。
《后汉书·天文志》中还记载了公元185年出现超新星，“客星出南门中，大如半筵，五色喜怒，稍小，至后年六月消”。
中国历史上在1700年以前曾有90个新星记录，其中可能有11颗超新星，24史中有100多次太阳黑子记录，这些极有价值的科学的天文记录，都出于秦汉时期。
秦汉时期对日食、月食、黑子、陨石雨、彗星、新星、超新星的记录都比较全面而准确，反映了当时精细而高超的观测水平。
秦汉时期的天文科学理论在天文观测的基础上已经形成。当时的天文科学理论有三种：
1.盖天说。其系统化和数学化的论说则见于《周髀算经》。这一学说认为半圆形的天在上，拱形的大地在下，日月星辰附在有实体的天上，但不能转到地的下面去。
这一学说有许多自相矛盾之处，后来被天文观测的事实所否定。
2.浑天说。这一学说经耿寿昌、杨雄等人的努力，到张衡时就逐步形成了比较完善的理论。
张衡认为：“浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡中黄，孤居于内，天大而地小，天表里有水，天之包地，犹壳之裹黄。天地各乘气而立，载水而浮。”
他们还认为，无限的天体绕地球运行，“宇之表无极，宙之表无穷。”浑天说实质上是地球中心宇宙论。
3.宣夜说。由东汉时期的郄萌加以系统化，他认为“日月众星，自然浮生虚空之中，其行止皆须气焉”。天是无限的“高远无极”，各种天体靠气的作用在无限的空间浮动。
宣夜说缺乏对天体运动规律的具体说明，还只是一种猜测性的理论，所以它的影响不如浑天说。
秦汉时期，天文学的观测和理论成果主要用于制定和完善历法体系，其次还用于占卜、算卦等。
公元前104年，汉都城长安贴出了招募天文历算家来京制历的通告，接着从全国不少地方征募到20多人，其中有邓平、落下闳、唐都等人。
他们在公孙卿、壶遂、司马迁等人的主持下，讨论制定了《大初历》。这是我国流传至今的第一部完整的历法，于汉武帝太初元年 （前104）到东汉章帝元和2年 （公元85）间颁布实行。
《太初历》第一次以没有中气的月份为闰月，推算出135个朔望月有23
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次食季的交食周期。它规定：一个月为29 天，平年 12个月，闰年加1月，
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19年中加7个月。这样计算，每年就是12 月，相当于一回归年是365 天。
19 1539这一历法根据当时的天文知识，把月份、闰月、季节排布得非常合理，但用现代测量值来比较，回归年的长度的误差比较大。
秦汉时期，在天文、历法发展的同时，地学知识也逐步地发展起来，用于军事目的的地图和地形图在中国出现得非常早。如在长沙马王堆三号汉墓中曾出土三幅绘在帛上的地形图、驻军图和城市图。这些图的比例在8万至18万分之一，画得精细准确。
秦汉时代典型的地理科学著作是《汉书·地理志》，全书分三部分，第一部分和第三部分记述了前人的地理学著作，由此可以看出中国地学研究的久远历史。
第二部分记录了汉代的疆域、行政区划分，以及山地、河流、物产、水利工程、官办厂矿、军事要塞、庙宇、古迹等。此外还记载了湖泊、天然气、盐铁矿等方面的详细位置。这是一部科学价值很高的地学著作。
与天文学和地学发展相联系的是气象科学，由于农业生产和军事活动的需要，人们日益注意天气的变化，开始对雨量、风速和风向、湿度等进行定量测量。
他们把风力分为8级：8级，拔树；7级，折木飞沙；6级，折大枝；5级，折小枝；4级，坠叶；3级，摇枝；2级，鸣条；1级，叶动。
他们创造性地发明了“悬炭识雨”的晴雨计，还用琴弦的弛张来测晴雨，王充《论衡》中说：“天且雨，琴弦缓。”
王充和董仲舒等人还用水的循环和五行说解释风、云、雨、雾、雷、电、雪、雹的成因。上述事实，说明秦汉时期我国人民在劳动实践中积累了相当的气象科学知识。
张衡与天文学
张衡，字平子，东汉建初三年（78年）诞生于河南南阳郡西鄂县石桥镇的一个没落的官僚家庭。祖父张堪是地方官吏，张衡幼年时期，家境已经衰落。
但贫困的生活并未影响张衡对学业的进取，张衡学习十分勤奋，史书上形容他到了“如川之逝，不舍昼夜”的程度。加之南阳是经济和文化都发达的地区，这样的社会环境使他得以开阔眼界。
只读经卷典籍满足不了张衡的求知欲望，从17岁开始，他便离开故里，踏上求师问学的旅途。
他曾到汉朝故都长安一带考察了两三年，游览了当地的名胜古迹，考察了当地的山川形势、物产风俗、世态人情，足迹遍及广大的渭河平原。
后来他又到了当时的京都洛阳，求知若渴的张衡进入了当时的最高学府——太学学习。他虚心好学，勤奋努力，进步很快，终于成为学识比较渊博的学者。
这时候，地方上曾经推举他做“孝廉”，公府也多次招聘他去做官，但他不为所动，一心扎进知识的海洋里。他对天文、地理、数学等无不潜心研究，在各方面均取得了很大成绩，深得许多名士的赞许。
和帝永元12年（100年），23岁的张衡为了谋生，应邀回乡出任南阳太守的主薄，掌管文书工作。在这期间，他劝太守减轻对老百姓的剥削，还采取了一些发展农业的措施，所以南阳境内连年丰收。
张衡在他29岁那年，完成了两篇著名的文学作品：《东京赋》和《西京赋》。他以很大篇幅无情揭露讽刺了京师中帝王贵族“取乐今日，遑恤我后，既定目宁，焉知倾 ”的腐朽寄生生活，受到了劳动人民的欢迎而传诵于世。
公元111年，张衡应征进京，先后任郎中、太史令、公车司马令等低、中级官职。其中担任太史令时间最长，达14年之久。
太史令是主持观测天象、编订历法、候望气象、调理钟律等事务的官员，在他任职期间，对于天文历算进行了精湛的研究，为天文学做出了重大的贡献。
我们前面说过，汉代已形成了三种关于天体运动和宇宙结构的学说，即盖天说，浑天说和宣夜说。
张衡根据自己对天体运行规律的认识和实际观察，认真研究了这三种学说，认为浑天说比较符合观测的实际，并在前人研究的基础上，对浑天说加以修正和完善。
在此期间，张衡创制了一个能够精确地表演浑天思想的“浑天仪”，并且写出了《灵宪》、《灵宪图》、《浑天仪图注》等天文学著作，成为浑天学说的代表人物之一。
公元117年，一台利用水力推动自动连转的大型天文仪器—－“水运浑象” （即浑天仪）在京都洛阳制造成功。
这台仪器的主体是一个大空心铜球，上面布满了星辰，球的一半隐没在地平下面，另一半显露地面，就像人们看到的天穹一样。
仪器靠漏壶流水的力量推动齿轮系，带动铜球缓慢地运转着，一天旋转一周。到了晚上，人们从仪器上可以看到星辰的起落，和实际天象完全相合。仪器的表演在当时引起了极大的轰动。
浑天仪，类似于现在的天球仪。这台仪器用精铜做成，主体是一个球体模型，代表天球。球体可以绕天轴转动，天轴与地球面有两个交点，一个是北极，一个是南极。
在天球的表面上遍列有28宿和其他恒星。球面上还有赤道圈和黄道圈，
1两者成24度夹角，分列有24节气，从冬至起点，把圆周分为365 度。
球体外面有两个圆环，一个是地平圈，一个是子午圈，和地平斜交成36度，就是说北极高出地平36度，这是洛阳地区的北极仰角，也是洛阳地区的地理纬度。
浑天仪是有明确记载的世界上第一架用水力发动的天文仪器，其中应用的齿轮系和凸轮机构在当时可以说是极其复杂的，浑天仪实质上可以认为是天文钟。在1800多年前，我国能够制造出这样复杂而精巧的仪器，是很值得自豪的。
张衡最重要的天文学著作是《灵宪》，它是一部阐述天地日月星辰生成和它们的运动的天文理论著作，代表了张衡在天文学中的丰硕成果。
在《灵宪》中，他提出了一些独到的见解。他指出，月亮并不会发光，月光是反射的太阳光。“月光生于日之所照，魄生于日之所蔽；当日则光盈，就日则光尽也。”
张衡还在这部科学的著作中说明了月食的道理：“月光生于日之所照……当日之冲，光常不合者，蔽于地也，是谓暗虚，在星则星微，遇月则月食。”
就是说：望月的时候，月光常常没有了，这是因为被地影遮了的缘故。地影叫做暗虚，星碰上暗虚则变暗，月亮转动到暗虚处，就发生了月食。
此外，张衡还在《灵宪》中算出了日、月的视直径，记录了在中原洛阳观察到的恒星2500颗，这与近代天文学家观察的结果也是相当接近的。他还测出了地球绕太阳一年所需的时间是“周天三百六十五度又四分度之一”，和近代天文学家所测得的时间为365天5小时48分46秒这一数字极为接近。
这时，张衡对天文学的研究已经达到很高的水平，可以说是前无古人，在当时的世界科学史上，无疑是一流的水平。
在张衡造出浑天仪的同时，他还制造了一种可以显示月相的仪器“瑞轮寞荚”，它与浑天仪联动，从每月初一起，每天转出一片木叶，可以反映出月亮的盈亏。它实际上是世界上最早的机械日历。
地动仪和候风仪
东汉时期，我国的地震比较频繁，据记载，从公元92年到125年间，共发生了26次比较大的地震。地震区有时大到几十郡，引起地裂山崩，江河泛滥，房屋倒塌，给人民的生命财产造成很大损失。
据说，有一年冬天，一团团阴惨惨的乌云，在天空中沉重地、徐徐地移动。一小块一小块沉思般的冷冷的天空，不时地从乌云缝里向下探视。
大地沉没在泥泞和潮湿的空气里，散落在各处的村落、河谷、远方的森林和高山，像死一般苍白，显得十分悲惨。一些像死人眼睛般的黑黝黝的大水塘，在田野里闪闪发光。
人们不知道，一场灾难即将降临。
入夜，大地开始震颤，人们不知怎么回事，用被子死死地蒙住头，不一会儿，房屋开始摇晃。忽然狂风大作，一霎时，飞沙走石，扑天盖地，地震来了。
只听得一声声巨响，墙倒屋塌，村庄顿时乱了套，鸡飞狗跳，人声哀叫。接着，狂风扯天扯地地疾走，四面八方的乱卷，扭折了树枝。吹掀了屋草。
慌乱中的人们不知所措，人们赖以躲藏的居住之地顷刻成了平地，砸死砸伤无数，那些侥幸从房中逃生的人又陷入寒冷之中。
据统计，有一个村庄1600余人，被房屋砸死900余人，冻死饿死600余人，只有10余人的命得以保住，但也是奄奄一息了。
作为一个关心国计民生的学者，张衡对地震有了不少亲身体会，他不能对这满目疮痍的震后残景熟视无睹。于是，他暗下决心，一定要制造出预报地震的仪器。
经过长期研究，并汲取了当时民间预报地震的经验，阳嘉元年（132年），张衡终于发明了世界上第一台测定地震方位的仪器——候风地动仪，在人类与地震的斗争史上，又写下了光辉灿烂的一面。
公元138年二月初三日，一台新安置的青铜仪器上正西方向的龙嘴中的小球突然“当”地落到了下面的铜制蟾蜍口中，于是发生了开头叙述的一幕——千里之外的陇西地区发生地震。
这台青铜仪器就是张衡制造的候风地动仪，人们通过它有史以来第一次准确地测知地震，开始了用仪器研究地震的新纪元。
张衡的地动仪是以“精铜铸成”，“圆径八尺”，“形似酒樽”，上有隆起的圆盖，仪器的外表刻有篆文以及山、龟、鸟、兽等图形。
仪器内部中央立着一根起惯性摆作用的铜质“都柱”，柱旁有八条通道，称为“八道”。道中安有“牙机”，即控制含吐铜球的发动机关。
仪器外面周围铸有八条龙，头朝下，尾朝上，按八个方向排列，龙头和内部通道中的发动机关相连，每个龙头嘴里都衔有一个铜球，随时准备吐出。
对着龙头，八个铜蟾蜍蹲在地上，个个昂头张嘴，准备承接铜球。当某个地方发生地震的时候，地动仪内部的“都柱”就发生倾斜，触动“牙机”，使发生地震方向的龙头张开嘴巴，吐出铜球。
当铜球与铜蟾蜍相碰的时候，会发出很大声响。于是人们便知道哪个方向发生地震。史书记载说：“一龙发机，而七首不动。寻其方向，乃知震之所在。”
张衡地动仪的制造成功，是世界地震史上的一件大事。它是利用物体的惯性来拾取大地震震波，进行远距离测量的，这个原理到现在仍然沿用。
在国外，过了1000多年，直到13世纪，古波斯才有类似仪器在马拉哈天文台出现，18世纪，欧洲才出现利用水银溢流出来记录地震的仪器。这是后话，暂且不提。
浑天仪和候风地动仪是张衡的两大发明创造，但是他的贡献并不止这些。他是个博学多能，全面发展的科学家。
除上述成就外，他在数学方面也很有研究，他算出来圆周率比10的平方根3.16多一点儿。现在看来，这个数字不够精确，可是印度和阿拉伯的数学家算出同样的结果来，比他晚了400年到600年。
张衡还创造了世界上第一架观测气象的仪器——候风仪。他在五丈高的杆顶上安一只衔着花的铜鸟，可以随着风转，鸟头正对着风来的方向。
这架仪器和欧洲装在屋顶上的候风鸡相仿，但是欧洲到了12世纪才有候风鸟的记载，比张衡晚了1000多年。张衡还造成了当时只是在传说中有过的指南车和记里鼓车。
对于张衡的成就，汉代崔瑗就作出了公正的评价：“数术穷天地，制作侔造化。瑰辞丽说，奇技伟艺；磊落焕炳，与神合契。”
在我国河南南阳县石桥镇上，有一座朴素而又肃穆的墓圜。在黄土堆起的坟墓前，树立着一方不高的石碑，上面刻写着：
如此全面发展之人物，在世界史中亦所罕见，万祀千龄，令人景仰。
这是中华人民共和国第一任国家科学院院长郭沫若为张衡新立的墓碑题的词，这也是人民对他的评价。
如今，无论是炎黄子孙，还是五湖四海的国际友人，来到这座墓圜，都会对这座黄土肃然起敬，因为那中间安睡着一位曾为祖国和人类作出过巨大贡献的大科学家。
张衡的肖像现在悬挂在世界上许多著名大学和天文台的厅堂墙上，他的名字出现在世界各大图书馆的科技史典籍中，他为人类作出的贡献，人们永远不会忘记。
1970年，国际天文学组织用他的名字为月球上一座环形山命名；1977年，又把他的名字赋予了太阳系中一颗编号为1802的小行星，这一切，都是为了表达今人对中国古代这位科学巨人的崇敬。
古今中外，享有如此殊荣的，实不多见，而他，是当之无愧的。
卓越的祖冲之
到了三国两晋南北朝时，我国天文学方面进一步发展，这表现在三个重大发现：
1.岁差的发现。这是由刘歆、何承天、祖冲之等人发现并推算出来的。由于太阳、月球和其他行星对地球赤道突出部分的摄引，会使地球自转轴的方面不断发生微小变化。
这种变化的结果，使春分点沿黄道向西缓慢移动，速度是每年50.24角秒，约25800年运行一周，这种现象叫岁差。
岁差的发现是这一时期天文历法方面的最大成就，虽然它在计算方面不够精确，也没有做出理论说明。
2.发现大气的消光现象。由于消光现象的存在，使日“初出，地有游气，以厌日光，不眩人目，即日赤而大也”。
3.第三个发现是太阳、五星视运动的不均匀性。这是北齐民间天文学家张子信观测到并提出的。
除对以上三个重要发现外。对日食的推算和观测也有很大进步，对年和月的准确长度的推算也比以前更精确了。
例如，祖冲之算出一年为365.2428148日，比现在推算的值仅差46秒。还有对星图、浑仪的研究和制造也有很大的进步。
这一时期比较著名的人物是我国著名的天文学家、数学家祖冲之。
在南北朝时的宋朝朝廷，一个有着正义感的科学家正在舌战群儒，他义正词严地表明自己观点，用不可辩驳的事实驳倒另一方，他就是下文中要叙述的人物——祖冲之。而对方，是宋孝武帝刘骏的得力干将、宠臣——戴法兴。
祖冲之历数了 《大明法》的优点，并直言不讳地说：“科学，来不得半点虚伪，岁差是客观存在的，如果你把古人的历法当作圣旨，只能是一叶障目，不见泰山。”
戴法兴认为自己丢了面子，恼怒地说：“什么？我是一叶障目吗？请你问问诸位大臣，我不见泰山吗？”
众位大臣不敢得罪戴法兴，纷纷指责祖冲之，说他是“狂妄自大，目无尊长，如此下去，国将不国了。”
戴法兴见众人倒向他一边，威严地说：“历法是古代传下来的，不能改动，改动了就是亵渎上天，叛祖离道。”
祖冲之并未被他的大话所吓倒：“你不要拿古人来压人，古人也是根据实践来制定历法的，俗话说，人无完人。谁也不可能是圣人，所以，你要想驳倒我，请摆出事实来，空话是吓不倒我的。”
祖冲之穷寇紧追，而戴法兴却说：“历法是关系到生产和生活的大事，非是你那妄自尊大之人所能胜任的，你不要 ‘妄可穿凿’，否则，真是‘削闰坏章’。”
双方口枪舌战，互不相让，一个提出要摆事实，讲道理，而另一个则拿古人来压制对方。这到底是怎么一回事呢？
祖冲之 （429～500年），字文远，祖籍范阳人 （今河北省涞水县人），是我国南北朝时期的一位非常杰出的科学家。他在天文历法、数学、机械制造等领域都有卓越的贡献。
更可贵的是，在科学活动中，他敢于推翻前人的陈旧学说，勇于向顽固守旧势力进行坚决的斗争，表现出了追求真理、献身科学的大无畏的战斗精神。
祖冲之生活在南朝的宋、齐两代。波澜壮阔的农民起义，摧毁了两晋的反动统治，沉重地打击了“上品无寒门，下品无土族”的门阀士族制度。
在宋初二三十年间，长江流域的农业发展比较快，手工业活跃，科学技术也获得比较大的进步。祖冲之就是在这样的环境中开始他的科学活动的。
祖冲之年轻时候没有上过什么学校，也没有得到过什么名师指教，但是他学习非常刻苦勤奋，尤其对天文、数学具有浓厚兴趣。
他广泛搜集、认真阅读了前人关于天文、数学等浩繁著述，却从不盲目接受，而是“亲量圭尺，躬察仪漏，目尽毫厘，心穷筹策”，进行精确的测量和仔细的推算。
祖冲之在深入研究天文历法的过程中，发现古代的黄帝历、颛顼历、夏历、殷历、周历、鲁历 （统称六历）都是后人伪托的，而不是那个时代的真正历法。
他并且认为这些历法都出自“汉初周末，理不得远”，决不是远古时期的。近代有人用科学方法计算，所得结果完全证实了祖冲之1500年前的论断。
祖冲之发现，前代历法已经误差很大，历法推算与实际天象之间，出现了越来越大的差距。
例如，当时使用的 《元嘉历》，日月所在的位置差了3度；冬至和夏至那天的日影都提前了1天；推算金、木、水、火、土五大行星的出现和隐没，有的竟和实际差了40天。
祖冲之想到，如果继续照搬那种与实际天象不合的历书，就不能准确地确定一年中的节气、朔望和闰月。于是，他下定决心，创制新历法。
祖冲之在总结劳动人民丰富经验的基础上，通过自己的亲身实践，批判地继承和发展了前代天文学家的研究成果，终于在公元462年编成了大明历。此时，他才36岁。
大明历是当时比较先进的历法，其中有不少创造。
一是大明历最早把岁差引进历法。我国古代天文学家认为，太阳围绕地球旋转一周又会回到原来的出发点（指太阳的视运动），但实际情况如何呢？
由于日、月和行星的吸引，地球自转轴的方向发生了缓慢而微小的变化，因此这一年的春分到下一年的春分，从地球上看，太阳并没有回到原来位置，而是逐渐向西移动，（也即岁岁西移），这就叫岁差。
由于春分点西移，全部24个节气的位置也在移动。那么，原来的历法就已经过时，就要重新制定。
岁差这个概念最早是东晋天文学家虞喜提出的，并且确定了50年退一度的数值，但并没有被应用到以后制订的历法中。
祖冲之通过亲身的长期观测，证明了岁差的存在，并且首先把岁差运用到《大明历》中去。
由于历法中考虑了岁差，回归年和恒星年才有了区分。回归年是太阳连续二次经过春分点所需要的时间，又叫太阳年，就是日常生活中所说的“年”。
恒星年是太阳连续二次经过某一恒星所需要的时间，就是地球绕太阳公转的一个真正周期。回归年要比恒星年短20分23秒。
祖冲之还确定岁差每45年11个月相差1度，这个数值虽然还不够精确，但是祖冲之通过考虑岁差而使历法的编制建立在更科学的基础上，在我国历法发展史上是一个重大的进步。
祖冲之在 《大明历》中作出的另一项重大改革是修改闰法。
东汉以前的历法，为了调节阴历和阳历每年日数的不同，全都采用19年加7个闰月的办法。三国以后，由于天文学的发展，观测更加精密了。
但是，大多数天文学家仍然墨守陈规，继续使用这种已经沿袭好几百年的传统方法。祖冲之发现，如果按照19年加7个闰月的数据，那么，每200年就要相差1天。
因此，要想使历法更精确，就必须对闰法进行改革。于是，他吸取了北京天文学家赵 在600年中加入221个闰月的先进经验，采用了391年加144个闰月的新闰法。
在当时以及后来相当长的一段时间内，祖冲之的这个数据比起其他各家历法的闰法要精确得多。从这个时期开始，改革闰法也成为以后每次改革历法所必须考虑的问题。
按照祖冲之的推算，一回归年的长度是365.24281481日，远比前人的数据准确，误差只有50秒左右。直到公元1199年，杨忠辅制统天历以前，它一直是最精确的数据。
祖冲之在历法上不仅进行了上述两项重大改革，其他方面也取得出色成就。比如在历法计算中第一次引入了交点月。
所谓交点月，是月亮沿白道 （月亮在天球上运行的路线）运行的时候，由一个黄白交点（黄道是太阳在天球上运行的路线，黄白交点就是黄道与白道的交点）环行一周的时间。
祖冲之推算出一交点月是27.21223日，和现代数据27.21222日相差不到一秒钟。由于日食和月食 （统称交食）都发生在黄白交点附近，准确求得交点月，就可以准确预测日月食。
此外，祖冲之测定木星的公转周期是11.858年，和现代测定值11.862年很接近。在大明历中，他还计算出五大行星的会合周期，其中水星和木星的会合周期也接近现代的数值。
在古代仪器和设备十分简陋的情况下，如果没有长期的实际观测，以及实事求是，精益求精的科学态度，要想取得这样的成就，那是根本做不到的。
公元462年，祖冲之上书给刘宋孝武帝，请求将《大明历》准予颁布实行，但是遭到了以戴法兴为首的顽固守旧保守势力的强烈反对和谩骂。
戴法兴是个车马盈门、权大势重、显赫一时的人物，他站在保守、唯心的立场上，提出种种谬论，对《大明历》横加指责，肆意攻击，妄图一举扼杀祖冲之的革新精神和《大明历》的科学成就。
对此，祖冲之根据他渊博的知识和丰富的实践经验逐一加以驳斥，展开了本文前面叙述的那一幕，这也是我国历法上一场著名的大辩论。
这场辩论实质上是革新和守旧、科学与迷信的尖锐斗争，由于戴法兴显赫的地位，朝中百官多附和他。但祖冲之毫不畏惧，理直气壮地据理力争，写出了一篇非常有名的驳议《辩戴法兴难新历》。
在这篇驳议中，他引用前人的经验和自己测算的结果，说明《大明历》的改革是有科学根据的。这充分表现了祖冲之追求真理的科学精神。
戴法兴把攻击的矛头直指向《大明历》中最重大的改革——采用岁差。他反对祖冲之的“冬至所在，岁岁微差”的科学论断，坚持“日有恒度，而宿无改位，古岁冬至皆在建星 （星名）”的陈腐观点。
针对 《大明历》的另一项重大改革——改革闰法，戴法兴说什么“古人制章”，“万古不易”，是“不可革”的。并诬蔑道：“非冲之浅虑，妄可穿凿。”
戴法兴就是这样抬出了神化的“天”，僵死的“经”，妄图把祖冲之压倒。面对戴法兴的猖狂挑战，祖冲之进行了有力的驳斥。
祖冲之针锋相对地回答说：“不可信古而疑今。”并以有力的论据说明了过去的历法或因测量不精或因推算不准而不够精密，因此，改革历法，势在必行。
祖冲之还以 《大明历》来推算从元嘉13年 （436年）到大明3年 （459年）这23年间发生的4次月食的时间和太阳在天空中的位置，结果完全符合实际。
而抱着老皇历的戴法兴推算的结果和实际情况却相差10度。在事实面前，戴法兴理屈词穷，但是仍然蛮横地宣称：“古历尽管有错，也不能改革。”
对此，祖冲之予以有力的驳斥，指出：日月五星的运行有一定的规律，
“非出神怪，有形可检，有数可推”，不是什么神仙鬼怪搞的，通过观测研究，是可以推算的，明知古历有误差，还偏要使用，成何道理！
由于戴法兴的顽固阻挠，一直到梁武帝天监9年 （510年）才被正式颁布采用。这已是祖冲之死后10年的事情了，也是《大明历》编成以后近50年的事情了。
祖冲之还是一个著名的机械专家，他曾经设计制造了水碓磨，是当时世界上先进的粮食加工机器；还制造了当时已经失传的指南车；并做成了历史上有名的能日行百余里的“千里船”，在我国造船史上谱写了瞩目的一页。
祖冲之除了以上的重大成就外，在数学方面还独有建树，他对圆周率π研究，超过了当时任何国家的研究成果。
祖冲之充分汲取了古代科学文化的丰富营养，敢于在前人成就的基础上，标新立异，通过自己的刻苦努力，加以发挥创造，不断攀登前人未曾攀登过的高峰。这对今天的我们，仍有借鉴意义。
祖冲之在天文历学、数学、机械制作等方面的卓越成就，将永远放射出绚丽夺目的光彩。
最早的地图
三国两晋南北朝时期，对地学的研究也有很大的进展。著名的著作有：谯周的《三巴记）、顾启期的《娄地记》、李叔布的《齐州记》、葛洪的《幕阜山记》等。
这一时期的地理学家很多，最著名的有地图学家裴秀，他以“一分为十里，一寸为百里”的比例绘制了全国地图，开全国地图研究之先河。
裴秀是我国古代杰出的地图学家，而且也称得上是世界上最伟大的地图家之一。他是在1700多年前，就创立了绘制地图必须遵循的六条基本规则，成为世界上最早的地图学理论，对于后世地图的绘制产生了重大影响。
公元223年，裴秀生在一个世代官宦的家庭里，河东闻喜 （今山西闻喜县）人，字秀彦。早年，受过很好的教育，8岁就可以写出很出色的文章。
由于他的才学和品行，大将军曹爽任命他为黄门侍郎，后来，又晋升为掌管司法的“廷尉正”。
由于他“博学强记，无文不精，孝敬父母，忠于朋友，品格高尚，远近知名”，深得执掌大权的司马昭的赏识和信任。
公元257年，司马昭出兵征讨蜀国诸葛诞，34岁的裴秀作为参谋人员也参加了这次军事行动。在行军打仗中，由于一时都离不开地图，地图的作用，给裴秀留下了深刻的印象，并圆满地完成了这次任务。
通过这次随军作战和实地考察，使裴秀逐渐认识到地图的重要性，为他后来创编系统的绘图方法打下了良好的基础。
司马炎当了晋国的皇帝后，便任命裴秀为司空。司空，就是掌管工程的官职，也负责管理国家的地图和户籍。
为了做好这一工作，裴秀一方面参与国家的军政大事，另一方面也招揽精通地图的人才，组织他们整理测绘地图等工作。
我国地理学起源较早，远在三四千年的商、周时期，国家已经设置了专门掌管全国图书志籍的官吏。
随着社会生产的不断发展，人们的地理知识逐渐丰富，大约在春秋战国时期，出现了我国历史上一部地理名著——《禹贡》。
它以山川湖海作标志，把全国划分为九州，然后分州叙述各地的山川、湖泊、土壤、物产以及田赋等级、贡品名目、水陆运输线和名胜古迹等。
由于它内容丰富，记载详细，因此受到历代重视，也就成了历代各国的必备之物。到了魏晋期间，由于年代久远，地图上的标记和错误越来越多。
裴秀在整理期间发现，古代的地图存在着许多缺点，一是没有比例，二是地理方位也不准确，有的甚至连有名的山川河流也记载不全。于是裴秀着手解决这一问题。
为了弥补以前地图的错误，纠正其中的缺陷，裴秀开始研究了我国历史上第一部地理学著作——《禹贡》。
由于年代久远，时过境迁，《禹贡》中的山川地名已经发生了很大的变化。后人在解释考证的时候，往往牵强附会，使得错误越来越多，造成极大混乱。
裴秀决心要改变这种混乱局面，于是详细考证了《禹贡》所记载的山岳、湖泊、河流、平原、沼泽，以及古代九州的地理位置和其范围。
他抱着实事求是的态度，纠正了许多错误记载，对一时搞不清的问题，就暂时放在一边，直到弄准确后，才记录在案。
由于裴秀精益求精的工作，使他取得了出色的成绩，最后编成了《禹贡地域图》18篇，成为当时最完备最详尽的地图。
又是一个春天悄悄来到了人间。赤裸裸的树木还在阵阵的寒风中颤抖。沟渠里，去年秋天的败叶正在腐烂，但那里，黄色的莲馨花已在潮湿的草丛中开始探出头来。
从整个原野上，从农家庄户的院子里，从渗透了水分的耕地里，到处可以闻到一种潮湿的、发酵似的气息。无数嫩绿的幼芽从褐色的泥土里钻出来，在阳光下闪闪发亮。
昏睡的土地觉得它的心复活了。似是而非的春悄悄地溜入空中，溜入地下，黝黑的泥土仿佛张着小嘴呼吸这温柔的气息，光秃秃的林中，几只鸟唱出响亮的歌。
裴秀沉浸在这春天的大自然中，也许是久闲在朝廷中，心灵从没有如此开朗过。今天，他乘车春游，享受着大自然赐予的温馨。
忽然，一阵响亮的童音引起他的注意，他急忙令勒马停车。只见10多个10岁上下的村童正在玩打仗的游戏，他们那稚嫩的叫声仿佛把裴秀带入童年。
于是，裴秀走下车来，站在一边，观看着这场“战争”：
只见一位约12岁的村童好像是一方的指挥官，他大声地吩咐道：“敌人离我50里，这里是山头，这里是险滩，这里是羊肠小道，我们要出其不意，在山头这里截击敌军，把他们消灭在山头之下。”
两军开始进军，双方不知为什么，忽然争吵起来，互不相让，好好的一场一触即发的“战争”忽然变成了双方“指挥官”的“吵战”。
裴秀信步走上前去，用手扶摸着两位小指挥官的头说：“两位官大人，何事惹你们生气？”连双方“土兵”也来观战。
两位小指挥官见这人蛮和气，便各诉起苦来：“他离我50里，刚说打，他们就跑到我方边境了，你说50里的路程几分钟能到吗？”
裴秀望着双方的“疆域”说：“我看这只有50米吗？”
一方“指挥官”马上接着说：“一米当1里吗？”
裴秀马上想到自己国家的地形图，如果用村童的话来做图的话，不是又方便又实用吗？裴秀茅塞顿开，于是舒心地笑了起来：“好好，两位官大人不要吵，你们给我解决了一个大问题，你们 ‘内政’我不参与。来人呀，给二位 ‘官爷’送赏钱。”
两个小指挥官不知他为何无故送这么多钱给自己，面面相觑。这时，裴秀已经乐哈哈地打道口府了。
你知道裴秀为何开心而归，连春游都不再游下去了吗？
原来，裴秀担任司空这个职务后，常常需要查阅国家地图，以便随时了解国家土地人口的变动。当时这幅地图很大，是用80匹细绢绘制而成。
因此，裴秀每次看图时，都是好几个人抬着，花费几天的时间才能看完一遍，用起来实在不方便。
裴秀想，如果这幅图，它能够随身携带，想看的时候就打开，打开看的时候，一览无遗，本国诸地、诸物尽收眼底，那有多好呢？可是现在这幅图……
于是，裴秀把这件事放在心上，琢磨了多少天，都没有考虑周到。今天，偶然从村童口中吐出“一米做一里”的话，他马上心领神会。
他想，在地图上，采用“一分当作十里，一寸当作百里”的比例（约1
／180000），把原来的全国地图中的山川河流、村庄城镇都标在图中，也不过是一丈见方，那就方便多了。
于是，裴秀便急忙行动起来，招集人马，按照他的想法去做，终于，经过一个月的努力，这幅一丈见方的地图便大功告成。裴秀把它取名为《地形方丈图》。
裴秀在绘制《禹贡地域图》和《地形方丈图》的实践中知道，要想准确地绘制地图，正确地反映实际地理情况，就必须遵循一些基本的绘图规则。
裴秀总结了前人的经验，并结合自己的实践，概括为六条规则，这就是著名的“制图六体”。
“制图之体有六焉。一曰分率，所以辨广轮之度。二曰准望，所以正彼此之体也。三曰道里，所以定所由之数也。四曰高下，五曰方邪，六曰迂直。此三者，各因地而制宜，所以校夷险之异也。”
在这里，裴秀提出一整套完整的绘图规范。其中“分率”就是比例尺，
“准望”就是方位，“道里”就是距离，而“高下”、“方邪”、“迂直”，就是和地势起伏、倾斜缓急、山川分布走向有关的问题。
裴秀最后总结说，按照上述六条准则绘地图，尽管有崇山峻岭、大川巨海的阻隔，偏远异域的不同，道路的迂回曲折以及地势的高低差别，都可以一目了解地从地图上清楚地看出来。
早在1700多年前，裴秀不仅已经认识到在地图上表现实际地形的时候有哪些相互影响的因素，而且知道用比例尺和方位去加以校正的办法。这在地图发展史上是具有划时代意义的杰出成就。
“制图六体”对我国古代地图学的发展有十分深远的影响，在清代以前大约1千多年的漫长岁月中，中国历代地图学家都是学习并遵守这六条规则，绘制了不同用途的地图。
裴秀编制的《地形方丈图》一直流传了好几百年，后人以它为蓝本，用胶泥、木头和蜂蜡等制成了一些立体的地形模型图。这比欧洲要早好几百年，而且规模也要大得多。
裴秀对我国地图学的发展是做出了巨大贡献的，把他称为我国科学地图学的创始人是并不过誉的。有些西方学者说他完全可以和古希腊著名的地图学家托勒密相提并论，而立于世界地图学家之林。
郦道元走遍山山水水
我国是一个历史悠久，地域辽阔的国家，很多科学家对地理学方面进行认真的探索，为我国古代的地理科学做出重大的贡献的还有我国北魏一位卓越的科学家郦道元。
这是一个昏沉黑暗的夜晚，整个自然界都好像穿着丧服，月亮和星星，都叫乌云遮得一点缝也不漏，好像它们完全消逝一样，只有河水咆哮着。
郦道元陷入困境。
他站在河岸边，看着汹涌的河流，混沌一片，那么沉重、黯淡，急匆匆的老是向前流着。一眼望去，只有动荡不已的危立的山壁、成千成万的条条流水和忽起忽现的漩涡。
正如狂乱的头脑里涌起许多杂乱的形象，永远在那里出现，又永远化成一片。在这种夜的梦境中，想像着有一只像灵柩一样飘流的船，到达自己的面前。可是暮色浓浓，河水且黑且绿像一柄巨大的青铜剑。
郦道元颓然地跌坐在地上。
现在是孤立无援，不但迷失方向，而且所带的干粮早已殆尽。前面是一条湍急的大河，后面是近似于峭壁的悬崖，而所带的书童早已命丧谷底。
郦道元仰天长叹：“天欲绝我，我命已当如此，不存奢望。”
不知不觉，郦道元昏睡过去，他眼前仿佛有他的妻子站在面前。妻子说：
“这次你在家多待几日罢，前日你刚从都江堰回来，也该休息休息了。”
可郦道元却说：“《水经》上有一座山，叫大洪山，记载得非常简单，我想等把那里的地理情况弄清楚再说。”
“你不要命了，那大洪山听人说高数百仞且陡峭难行，还听说即使你爬上去了，那石门洞却不极穷深。”
“正是因为如此，我才要去探探险呀。不然，谁能知道那里到底是什么样子呀？”
妻子生气地扭过头。
郦道元知道自己欠妻子的太多，便婉转地说：“待大洪山之行后，我听你的话，在家好好休养休养。”
于是，他踏上了征程。
郦道元不知什么时候醒来，迷迷糊糊听见好像有人在说话。他睁开眼睛，试图坐起身来，只听得一位老者说：“他醒了，他醒了。”
外面人听后，连忙跑了进来，郦道元一看：“我这是在哪呀？”
那老者连忙把他遇救之事慢慢道来。原来郦道元当夜昏迷后，第二天清晨，老者和他的儿子放下绳索，到河边来采药。
老者下来后，一看有个人躺在这里，吓了一跳，心想：这人迹罕至之处，何人在这。心想不好，连忙跑过来，用手一搭脉，郦道元还有微弱气息。
老者当即叫儿子回村喊人，把郦道元七手八脚地弄到村庄。郦道元在床上昏睡整整三天三夜，老者采来中草药熬好，一勺一勺灌了下去，方把他救活。
郦道元听此，对老者感激不尽，当即把自己所负使命说了出来，并求老者协助，老者被他的毅力所感动，马上答应了。
郦道元这才圆满地完成了大洪山的考察。他写道：
“ 水出县东南大洪山，山在隋郡之西南境，陵之东北， 极所跨，广圆一百余里，峰曰 ‘悬钩’。处平县众阜之中。为诸峰之秀。山下有石门，夹鄣层峻岩，高皆数百许仞。
入石门，又得钟乳穴，凝膏下垂，望齐冰雪，微律细液，滴沥不断。幽深潜远，行者不极穷深。而穴内常有风势，火无能以经久故者也。”
郦道元到底何许人也？他为什么要到大洪山？他冒那么大风险值吗？
郦道元，字善长，北魏范阳人，生于公元446年，曾任过御史中尉、镇东府长史、太守、刺史、河南尹等职。
郦道元在阅读地理古籍的过程中，十分珍惜前人的丰硕成果，同时也深深感到还有许多不足之处。如：
《山海经》虽记述详细，但是不完备；《尚书·禹贡》。《周礼·职方》以及《汉书·地理志》等又过于简略，使人不容易看懂；《水经》虽然记述了全国主要河流水道，但是缺少发展脉络，不够系统。
郦道元认为：地理现象是不断发展变化的，以后又经过历代的更迭、城邑的兴衰、河道的变迁和山川名称的更易。
因此，应该在对现有地理情况的考察的基础上，印证古籍，然后把经常变化的地理面貌尽量详细、准确地记载下来。在这种思想的指导下，他决心为《水经》作注。
郦道元在给《水经》作注的过程中，亲自考察了许多河流，还博览了大量前人著作。经过长期艰苦的努力，他终于完成了他重要的著作《水经注》。
《水经注》共40卷，30多万字，是当时一部空前的地理学巨著。它名义上是注释《水经》，实际上是在《水经》基础上的再创作。
全书记述了1252条河流，比原著增加了上千条，文字也增加了20多倍，内容要比《水经》原著丰富得多。
《水经注》涉及的范围十分广泛。从地域上讲，他抓住河流水道这一自然现象，对全国地理情况作了详细记载；从内容上讲，把每条河流流域区内的其他自然现象如地质、地貌、土壤、气候、物产、民俗、历史古迹、神话传说等综合起来，做了全面描述。
《水经注》中还记载了大量农田水利建设工程的资料，反映了我国古代劳动人民在治水营田、改造自然方面所取得的伟大成就和宝贵成果。
除上述外，《水经注》的内容也涉及其他学科领域，如书中有不少经济地理的材料，记载了古代的冶炼业、煮盐业以及农业等方面情况，可供我们研究占代经济作参考。
《水经注》不仅是一部具有重大科学价值的地理巨著，还是部颇具特色的山水游记。郦道元以饱满的热情，浑厚的文笔，精美的语言，形象、生动地描述了祖国的壮丽山川，表现了他对祖国的热爱和赞美。
《水经注》在中国科学发展史上具有重要地位，许多学者对它进行过系统深入的研究，并形成了专门的学科：郦学。像 《水经注》这样写作严谨、内容丰富的综合性地理著作，在当时，不仅在中国是十分杰出的，在世界上也是罕见的。
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