秦汉时代对天象的观测和研究也有重要进展，天象记录日趋详备。如征和四年（公元前89年）日食，在《汉书·五行志》中对于发生日期、太阳方位、食分、亏起方向、初亏及复圆时刻等，都记载得十分清楚。《汉书·天文志》、《五行志》等所载西汉河平元年（公元前28年）关于太阳黑子的记录（成帝河平元年“三月乙未，日出黄，有黑气大如钱，居日中央”），西汉建始元年（公元前32年）关于极光的记录，西汉元光元年（公元前134年）和东汉中平二年（公元185年）关于超新星的记录，都是世界上有确切时日记录中最早的一批。1973年长沙马王堆出土的《五星占》和《彗星图》又一次提供了汉初天文学发展情况的重要资料。
天文学家秦汉时期是天文学人才辈出的时代，涌现出众多的成就卓著的天文学家和精通天文历法的学者。如张苍、司马迁、邓平、落下闳、耿寿昌、刘歆、编䜣、李梵、苏统、贾逵、张衡、刘洪、郗萌等，他们在天文理论、天象观测、制订历法、研制仪器等许多领域作出了杰出贡献，推动了天文学的发展。落下闳，字长公，巴郡阆中（今属四川）人，明晓天文地理，隐于落下，是一位民间天文学家。汉武帝时，经友人荐举，征聘为待诏太史，后拜侍中，辞不受。曾与邓平、司马迁等创制《太初历》，还曾制造浑仪并在阳城（今河南登封）用于观测。贾逵（30—101），字景伯，扶风平陵（今陕西咸阳西北）人，也是东汉时的著名经学家。曾任左中郎将，侍中领骑都尉。在章帝元和二年（公元85年）至和帝永元四年（公元92年）间，与编䜣、李梵等人集体修订东汉四分历，肯定了李梵、苏统发现的月亮视运动的不均匀性，并指出月行速度最大的位置每个月向前移动三度，从而认识到现代所谓的近点月和近地点的进动。他还主张量度日月运行采用黄道度数比较精确，并倡议制造黄道铜仪。刘洪，字元卓，山东蒙阴人，是我国古代杰出的天文学家之一。曾任校尉、郎中、常山长史、会稽东郡都尉、山阳太守等官职。他所创制的《乾象历》是一部优秀历法，曾在三国时的吴国颁行。刘洪在太阳运动、月亮运动和交食研究等方面都取得了重大成就，对后世天文历法的发展产生了深远的影响。例如，他最早把月亮视运动不均匀性引进历法，并确定出相当精确的近点月日数和一个近点月内每天的月亮实际所行度数；首次给出黄道与白道交角值为古度六度一分；改进了回归年和朔望月数值；用月亮的实际运动修正平朔和平望，得出定朔和定望，从而更准确地推算日月食；最早提出交食食限概念，并给出具体的食限数值为十五度半，这在交食预报上是个重要发明；他所提出的新的交食周期值和各种天文数据表也是当时世界上的先进成果。他曾与著名学者蔡邕一起续补《汉书·律历志》。张衡（78—139），字平子，河南南阳人，精通天文历法、仪器制造、地理、数学、文学和绘画，是中国古代最杰出的科学家之一。曾担任主簿、郎中、侍中、河间相、尚书等官职，并两度出任太史令，前后共14年。张衡曾创制世界上最早的自动运转的天文演示仪器水运浑象和世界上第一架测定地震的仪器候风地动仪，据记载，地动仪成功地记录了顺帝永和三年（公元138年）在甘肃发生的一次强震。在天文理论方面，他是浑天说的一位杰出代表人物，对于宇宙结构、宇宙无限性、天体演化、日月五星运行规律、月食成因以及陨星和彗星等，都有相当精辟的论述。在历法问题上，他提出了黄道宿度与赤道宿度互相换算的较好的计算方法，对后世历法有很大影响。张衡重视实践，勤于观测，曾对恒星进行了长期的观测和统计工作，把星空划分成444个星官，记录了两千五百余颗恒星，这个成果在相当长时间内是很先进的。张衡在数学和地理学方面也都很有研究，他在文学方面也很有成就。本卷丁编第三十二章张衡另有传。
天文学典籍汉代出现了我国流传至今的第一本天文学著作《周髀算经》，而在司马迁《史记》和班固《汉书》中有关天文历法的章节，是第一批重要的天文学典籍。它们既总结了秦汉以前天文学的发展情况，又开辟了此后天文学发展的道路。《史记·天官书》、《历书》的编写，为此后廿四史中天文、律历诸志作了楷模。此外，汉代科学家张衡的《灵宪》、《浑天仪图注》都对以后的天文学发展产生了重大影响。秦汉时期是我国传统天文学发展的重要阶段。
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