褚龍飛 楊伯順

(中國科學技術(shù)大學科技史與科技考古系 合肥 230026)

恒星觀測是我國古代天文學的重要內(nèi)容, 具有悠久的歷史. 最晚從漢代開始, 便出現(xiàn)了測量周天星官坐標的傳統(tǒng). 此前學界普遍認為, 元代郭守敬的恒星觀測水平達到了傳統(tǒng)恒星觀測的最高水準;而明代一直到傳教士來華前, 在恒星觀測方面都無甚建樹. 事實上這種觀點并不準確, 明初不僅擁有數(shù)量豐富的天文人才, 還繼承了簡儀等元代觀測儀器, 完全具備高水平恒星觀測的條件. 而明初欽天監(jiān)編撰的《大統(tǒng)通占》[1]中, 便保存了當時觀測恒星的數(shù)據(jù), 是明初進行過恒星觀測的直接證據(jù). 然而, 如此重要的文獻之前學界從未涉及, 因此本文首先擬分析相關(guān)線索以初步判斷其成書年代. 其次, 這次明初的恒星觀測未見載于史書, 其觀測年代與精確性尚無人討論, 故本文將其整理成一份星表, 計算其觀測年代及精確性, 并就明初觀測恒星的條件等相關(guān)問題做討論. 最后, 以這份精密星表為基礎(chǔ), 結(jié)合其他中國古代星表, 進一步揭示中國古代星官的位置變化.

1 《大統(tǒng)通占》及其成書年代

《大統(tǒng)通占》目前僅存八冊十六卷, 為明烏絲欄鈔彩繪本1本文所用為國家圖書館網(wǎng)站收錄的黑白圖片版, 半頁12行, 每行字數(shù)不等. 該書原藏于北平國立圖書館, 現(xiàn)藏于臺灣省臺北市故宮博物院. 其內(nèi)容豐富, 不僅包括五星占、星官占, 還有人物宮室占. 其現(xiàn)存各卷中, 卷五、六分別為五星總論與歲星占, 卷十一為紫微垣占, 卷十五至十六分別為亢氐2宿部占, 卷三十五為井宿(僅存一頁),卷三十六至四十一為鬼至軫宿部占, 而卷五十四至五十七則為人物宮室部占, 包括人鬼部、草木部、宮室城邑部、器服部4卷. 該本各卷首頁第1行為標題“大統(tǒng)通占卷第×”, 第2、3行署名“承德郎欽天監(jiān)副劉哲等奉敕編”. 圖1為《大通通占》卷首頁示例.

圖1 《大統(tǒng)通占》五星部占Fig.1 The section of planetary divination of Datong Tongzhan

《大統(tǒng)通占》卷帙龐大, 內(nèi)容詳盡, 與天文相關(guān)的內(nèi)容為五星占與恒星占兩部分. 五星占部分雖僅存《五星總論》與《歲星占》2卷, 但仍足以見其內(nèi)容結(jié)構(gòu). 以《歲星占》為例, 其大體內(nèi)容與常規(guī)占書相似, 介紹了行度、光色、干犯3個方面的異變內(nèi)容. 但《大統(tǒng)通占》不僅材料更為豐富,結(jié)構(gòu)也更加完整: 與常規(guī)占書直接給出各種異變主題不同, 《大統(tǒng)通占》先總論歲星的星占性質(zhì),然后給出各類異變總體占例, 如歲星犯五星占例、歲星去止占例等, 最后才分述更細致的異變主題,如歲星逆行、歲星五色、月犯歲星等. 值得一提的是, 除了一般的占驗內(nèi)容, 《歲星占》一卷中也囊括了歲星行度、伏見率、距元率等歷法知識; 書中對各種干犯情況還配有豐富插圖, 圖2即為《大統(tǒng)通占》中一些天象的圖示. 恒星占部分的體例結(jié)構(gòu)與《乾象通鑒》頗為一致, 如《紫微垣》: 先總論某星官, 再分述各種占驗, 如月暈紫微垣、五星犯紫微垣、客流彗孛犯紫微垣等. 總論中還記載了來自多種占書的恒星數(shù)據(jù), 一些重要的星官亦有圖示, 使人一目了然. 《大統(tǒng)通占》所引歷代占書亦頗為豐富, 其《歲星占》一卷引前書50種, 《紫微垣》一卷引前書70余種. 將《大統(tǒng)通占》與《乾象通鑒》比較, 后者對應《歲星占》的《五緯歲星論》一卷僅引21種, 而對應《紫微垣》的《紫微垣星論》、《紫微垣內(nèi)坐統(tǒng)論》、《紫微垣外坐統(tǒng)論》3卷也不過41種.

圖2 《大統(tǒng)通占》插圖Fig.2 Some illustrations from Datong Tongzhan

《大統(tǒng)通占》具有很高的文獻價值, 且由署名可知其應為明代欽天監(jiān)官方所使用. 然而, 如此重要的文獻筆者竟查不到任何相關(guān)記載, 或許此書為欽天監(jiān)內(nèi)部秘傳. 盡管如此, 據(jù)其署名“承德郎欽天監(jiān)副劉哲”仍可判斷該書應編撰于明初. 按順治年間編撰的《河南通志》, 劉哲乃河南密縣人, 洪武十七年(1384年)被推舉進入欽天監(jiān), 后官至監(jiān)正[2].此外, 圖3為一份明代欽天監(jiān)監(jiān)官名單, 載于隆慶年間周相所刊《大明大統(tǒng)歷法》. 名單中也提到: “劉哲, 密縣人, 由教諭任靈臺郎, 升監(jiān)正.”[3]可見, 洪武十七年劉哲由教諭“舉天文”進入欽天監(jiān), 后歷任靈臺郎、監(jiān)副(兼承德郎)、監(jiān)正, 而《大統(tǒng)通占》便是劉哲任監(jiān)副時所編.

圖3 《大明大統(tǒng)歷法》所載明代欽天監(jiān)監(jiān)官名單Fig.3 The list of officials in Astronomical Bureau kept in Daming Datong Lifa

那么, 劉哲究竟是什么時間任監(jiān)副的呢? 關(guān)于這個問題, 相關(guān)史料未見直接記載, 筆者只能通過梳理明初欽天監(jiān)監(jiān)正、副的任命情況來判斷. 事實上, 洪武初欽天監(jiān)主管官員的職銜并非監(jiān)正、監(jiān)副, 而是監(jiān)令、監(jiān)丞等, 直到洪武二十二年(1389年)才“改(監(jiān))令為監(jiān)正、(監(jiān))丞為監(jiān)副”, 其中“監(jiān)正一人正五品, 監(jiān)副二人正六品”[4]. 此時的欽天監(jiān)監(jiān)正為元統(tǒng), 于洪武十七年上任監(jiān)丞, 何時結(jié)束任期不詳. 不過, 至少洪武二十九年他編撰《緯度太陽通徑》時仍為監(jiān)正2該書序言署名“長安抱拙子元□謹志”, 正文之首稱“洪武二十九年···監(jiān)正元□□按法編述于本監(jiān)之后廳”, 抱拙子為元統(tǒng)之號.. 元統(tǒng)之后的監(jiān)正應為王之臣, 建文帝兵敗時不知所蹤, 《皇明史竊》、《建文年譜》等文獻記載建文從亡諸臣名單都提到了“欽天監(jiān)監(jiān)正王之臣”[5–6]. 此時距元統(tǒng)編輯《緯度太陽通徑》僅6年, 故王之臣應為元統(tǒng)的繼任者. 王之臣之后的監(jiān)正為何人, 史籍未載, 其后最早的監(jiān)正任命記錄見永樂二十二年(1424年)《明實錄》,“升欽天監(jiān)副皇甫仲和為本監(jiān)正”. 4年后, “行在欽天監(jiān)監(jiān)副黃愷為監(jiān)正”. 正統(tǒng)元年末(1436年), 黃愷任滿[7], 次年末即“ 卒于官”[8], 而皇甫仲和則復任監(jiān)正. 正統(tǒng)九年, 監(jiān)正為彭德清, 十四年“欽天監(jiān)監(jiān)正彭德清死獄中”, 升中官正許惇為監(jiān)正[7]. 此時距離劉哲進入欽天監(jiān)已65年, 他多半已不在人世, 所以劉哲任監(jiān)正應在永樂元年(1403年)至二十一年之間.

另外, 在劉哲之前還有其他幾位官員擔任過欽天監(jiān)監(jiān)副. 張綖于洪武二十二年便為監(jiān)副[9], 是目前所見記載最早的明代監(jiān)副. 另一位記載較早的監(jiān)副是李德秀, 洪武二十六年他曾上奏元統(tǒng)不用歲實消長之事[7]. 與李德秀時間接近的監(jiān)副還有徐伯陽, 《明實錄》記載他建文四年(1402年)十二月監(jiān)副考滿, 永樂八年以監(jiān)副任卒[7]. 由于明代欽天監(jiān)以九年為考滿[10], 故徐伯陽應在洪武二十七年初已開始任監(jiān)副, 并歷經(jīng)建文、永樂, 在去世之前一直擔任此職. 繼任李德秀的監(jiān)副應為劉伯完, 《建文朝野匯編》記載他“歷官欽天監(jiān)副”, 建文四年靈璧之戰(zhàn)后下落不明[11]. 因此, 劉伯完任監(jiān)副是在建文四年之前, 應為繼李德秀之后, 徐伯陽之外的另一位監(jiān)副. 以任職的連續(xù)性進行判斷, 劉哲既然在建文時期尚未擔任監(jiān)副, 其上任時間則應不早于永樂元年3上述梳理也證明, 圖3中羅列的監(jiān)正、副的先后順序與《明實錄》記載的實際任職時間一致. 以此判斷, 劉哲既名列徐伯陽之后、皇甫仲和之前, 那么他任監(jiān)副、監(jiān)正也應該在二者之間. 本文的推論也恰好與此相符.. 不僅如此, 劉哲的承德郎身份也有助于判斷《大統(tǒng)通占》的編撰時間. 按《大明會典》, 承德郎乃是六品官員對應的散官; 而明代各品官員在任期內(nèi)滿3年、初次考核合格者, 才可升授相應散官[12].由于監(jiān)副才是正六品, 故劉哲升授承德郎當在任監(jiān)副3年之后, 則《大統(tǒng)通占》的編撰時間應不早于永樂四年, 可能在1406至1423年之間.

2 《大統(tǒng)通占》中的明初星表

從天文學史的角度來說, 《大統(tǒng)通占》一個非常重要的價值在于保存了很多恒星觀測數(shù)據(jù).這些數(shù)據(jù)主要位于書中星官占卷冊中的各星官“總論”部分,圖4所示即“陣車星”總論部分引用的數(shù)據(jù).其中很多數(shù)據(jù)引自其他占書, 如《增廣考異》、《宋天文》、《乾象通鑒》等; 但還有一類數(shù)據(jù), 多位于“總論”的結(jié)尾處, 以“今按”起句, 應為《大統(tǒng)通占》編纂者根據(jù)明初欽天監(jiān)恒星觀測記錄增入. 這些“今按”數(shù)據(jù)十分詳細,除記錄入宿度、去極度外,還記載了赤道內(nèi)外度(等價于赤緯). 赤道內(nèi)外度可與去極度互相參校, 便于發(fā)現(xiàn)和修正數(shù)據(jù)傳抄之誤. 如北斗天樞星, “今按”記載其坐標為“入張一十五度二十分, 去極二十五度四十分, 在赤道內(nèi)六十五度九十一分”, 去極25度40分與赤道內(nèi)65度91分相加正好為91度31分, 即四分之一周天. 若相加不等于91度31分, 則數(shù)據(jù)應存在傳抄訛誤, 需要參考實際坐標進行校對: 如去極度更接近實際坐標, 則調(diào)整赤道內(nèi)外度, 反之則調(diào)整去極度. 由于《大統(tǒng)通占》現(xiàn)存僅為殘本, 因此“今按”數(shù)據(jù)也無法涵蓋全天星官, 其所包括的星官有29座, 共計87顆星, 其中17顆(7官)屬紫微垣, 25顆(11官)屬東方亢、氐二宿, 45顆(8官)屬南方井至軫七宿. 我們將“今按”數(shù)據(jù)整理為一份星表, 稱為《大統(tǒng)通占》星表. 盡管這只是一份不完整的星表, 但它卻是學界此前從未提及的一次恒星觀測記錄, 對于研究明初天文學的發(fā)展具有重要價值, 毋庸置疑是意義重大的珍貴史料.

圖4 《大統(tǒng)通占》所載恒星位置數(shù)據(jù)Fig.4 The positional data of stars kept in Datong Tongzhan

不過, 《大統(tǒng)通占》星表的確切觀測時間仍需進一步論證. 雖然這些數(shù)據(jù)是劉哲等編撰《大統(tǒng)通占》時增入, 卻并不一定是他們親自觀測的結(jié)果.總體來說, 這份星表應觀測于明朝建立到《大統(tǒng)通占》編纂完成的半個世紀中, 但要得到更具體的時間還需要對數(shù)據(jù)本身進行分析. 確定古星表數(shù)據(jù)的觀測年代無法避免對恒星進行證認4對古代恒星進行數(shù)據(jù)分析必須先進行證認, 即以記載值將古代星與天空中的恒星一一對應. 隨后以現(xiàn)代星表數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進行歲差變換, 得到若干個歷史年代(如依次間隔10年)的恒星坐標, 從中選擇整體坐標最接近古代星記載值的年代, 古人的觀測年代便在這個年代左右., 根據(jù)《大統(tǒng)通占》星表中的北斗七星與九宿距星坐標可以初步判斷其觀測時間為1380年前后, 故本文即利用該年的星空背景進行證認. 表1為星表及證認結(jié)果5由于恒星坐標在幾十年中的位置變化不大, 所以只需要大致的觀測年代也可以進行恒星證認. 在計算出觀測年代(1378年)與系統(tǒng)偏差后, 我們?nèi)コ到y(tǒng)偏差, 根據(jù)1378年的星空背景再次證認, 得出的結(jié)果與首次證認一致..在證認中, 筆者按照前文所述原則修正了一些錯誤的赤道內(nèi)外度記載值, 并將記載值放在正確數(shù)值后的括號中. 通過證認發(fā)現(xiàn), 《大統(tǒng)通占》星表中的天棓五星與實際天空相比南北順序顛倒, 左、右攝提也顛倒, 本文對其進行了相應糾正. 不過, 內(nèi)階、內(nèi)廚二星數(shù)據(jù)偏離傳統(tǒng)認知的正常位置過大, 且附近無星, 無法證認; 而開陽、天廚、翼宿距星去極度誤差明顯大于其他值, 很可能是觀測過程中操作失誤所致, 將其計入全體數(shù)據(jù)進行計算會對結(jié)果造成極大的影響, 故下文進行數(shù)據(jù)分析時將其剔除6數(shù)據(jù)分析應該盡量在隨機誤差均勻分布的情況下進行, 避免個別極端值的影響, 整體誤差值應分布在一定的范圍之內(nèi). 但這幾個異常值相對全體誤差范圍偏離過大, 顯然不是正常情況下的觀測誤差. 如果將它們加入全體數(shù)據(jù)進行計算, 對計算結(jié)果觀測年份的影響將達幾十年, 也會使計算出的正常誤差水平翻倍..

表1 續(xù)Table 1 Continued

表1 續(xù)Table 1 Continued

表1 《大統(tǒng)通占》星表及其證認結(jié)果Table 1 The Datong Tongzhan star catalogue and the results of identification

前人分析古代星表觀測年代的方法雖有多種7利用統(tǒng)計學方法分析星表, 需要足夠數(shù)量且離散程度不大的數(shù)據(jù). 不少學者僅以28宿距星數(shù)據(jù)分析星表, 且有時候離散程度較大, 無疑會對結(jié)果的可靠性產(chǎn)生相當大的影響. 在計算中, 本文剔除了去極度誤差大于0.5度的開陽、天廚、翼宿距星, 因為它們在數(shù)據(jù)擬合時對計算結(jié)果影響較大.,但其原理基本一致, 都是以最小二乘法推求現(xiàn)代理論值與古代觀測值整體誤差最小的時間點. 為了更直觀地展現(xiàn)《大統(tǒng)通占》星表的隨機誤差和系統(tǒng)偏差, 本文擬采用傅里葉分析方法[13], 思路如下:若某星表的實際觀測年代為Tr, 在該年代前后設置多個時間間隔固定的假設觀測年代Tis(i為不同假設年代), 然后以現(xiàn)代星表8本文使用了van Leeuwen F重新修正過的依巴谷星表(2007), 該表可以從斯特拉斯堡天文臺網(wǎng)站上獲取: http://cdsarc.u-strasbg.fr/vizbin/cat/I/311.為基礎(chǔ)、利用歲差公式求出各個假設年代的恒星赤緯Dis, 再將Dis與古代觀測值Dr比較, 可得到差值δi=Dr-Dis. 假定隨機誤差均勻分布的情況下, 此差值可以通過傅里葉擬合變換為以下形式:δi=C+n(Tis-Tr)cosα,其中C為常數(shù)項, 代表赤緯觀測值的系統(tǒng)偏差; 一次余弦項A=n(Tis-Tr)cosα表示赤緯觀測的年代系統(tǒng)誤差,n=0.5567°/百年, 是與歲差相關(guān)的常數(shù)項,α為恒星赤經(jīng). 當余弦項系數(shù)n(Tis-Tr)為零時,即Tis=Tr, 假設觀測年代則為實際觀測年代. 以前述1380年為中心, 本文假設了1340–1420年間、以十年為間隔的9個年代, 并計算各年代的余弦項系數(shù)、常數(shù)項及相應誤差標準差. 圖5為各假設年代的赤緯誤差傅里葉擬合曲線, 圖中D代表赤緯的誤差, RA代表赤經(jīng), 根據(jù)代表赤緯誤差的散點擬合出的曲線越平直, 表示假設年代越接近實際觀測年代. 如圖5所示, 假設年代為1380年的擬合曲線最平滑. 表2是各假設年代緯度誤差的分析結(jié)果, 其中求得的觀測年代也都指向1378或1377年.圖5最后一幅圖為另外增加的假設年代為1378年時的擬合曲線, 結(jié)果顯示此時一次余弦項A約為零, 擬合曲線完全水平. 根據(jù)假設年代為1378年求得的誤差標準差, 可算出推算結(jié)果的不確定性為另外考慮到該星表由明欽天監(jiān)觀測, 應不早于1368年, 故本文認為《大統(tǒng)通占》星表當觀測于1368–1399年之間, 基本對應整個洪武時期.

圖5 1340—1420年的赤緯誤差傅里葉擬合曲線Fig.5 Fourier fitting curves of declinational errors from 1340 to 1420

表2 《大統(tǒng)通占》星表緯度誤差分析結(jié)果(1340—1420年)Table 2 Analysis of declinational errors of the star catalogue of Datong Tongzhan from 1340 to 1420

本文分析結(jié)果還表明, 《大統(tǒng)通占》星表的系統(tǒng)偏差約為0.06°, 即當時觀測儀器在緯度上的系統(tǒng)誤差為3.6′, 隨機誤差為0.0868°(5.2′), 標準差為0.1161°(6.97′). 如此高精度的觀測在中國傳統(tǒng)星表中可以說是絕無僅有的, 無論宋代的《楊惟德星表》和《周琮星表》, 還是元明之交的《天文匯鈔》星表, 都達不到這樣的水平. 另外, 本文在前人整理的基礎(chǔ)上, 重新證認了《周琮星表》9在對宋代星表的研究中, 潘鼐先生的工作較為綜合全面. 潘鼐研究發(fā)現(xiàn), 《楊惟德星表》誤差較大, 而《周琮星表》精度較好. 我們以后者作為北宋恒星觀測水平的代表. 但潘鼐的恒星證認中存在著一些錯誤, 筆者對《周琮星表》進行了重新證認., 并利用傅里葉分析的方法重新核算其觀測精度, 發(fā)現(xiàn)該星表的系統(tǒng)偏差為14.2′, 隨機誤差為26.1′, 標準差為34.6′. 而《天文匯鈔》星表的系統(tǒng)誤差約為6′, 去極度隨機誤差約為12′10前人對于《天文匯鈔》星表的精度計算結(jié)果相差不大, 但由于其他幾位研究者未分別給出系統(tǒng)誤差與隨機誤差, 故本文這里以曹軍的計算作為參考.[14]. 很明顯, 《大統(tǒng)通占》星表和《天文匯鈔》星表的誤差整體小于《周琮星表》, 而《大統(tǒng)通占》星表的隨機誤差比《天文匯鈔》星表還要小11. 系統(tǒng)偏差的減小一定程度上反映了觀測儀器北極校準得到改善, 隨機誤差及標準差的降低反映了觀測精度的提高, 從上述3份星表的比較也可以看出北宋到元明時期恒星觀測水平的提高.

11考慮到《大統(tǒng)通占》星表的不完整性, 尤其數(shù)據(jù)量較少可能會影響到精度分析結(jié)果, 本文特意對《天文匯鈔》星表中與《大統(tǒng)通占》星表重疊星(67顆)的數(shù)據(jù)進行了比較, 結(jié)果顯示《天文匯鈔》星表觀測年代為1354年前后, 隨機誤差為7.67′, 標準差為9.63′, 其誤差雖較曹軍分析全體星得到的結(jié)果小, 但仍比不上《大統(tǒng)通占》星表的精度.

3 明初的恒星觀測條件

由于史料的不足, 前人對明代前期的恒星觀測往往語焉不詳, 但長期以來學界普遍認為明代恒星位置觀測基本上承襲元代數(shù)據(jù), 并未另行觀測過,以至于在西學東漸之前無甚作為[15–16]. 事實上, 明王朝建立之初對天文極為重視, 此前雖已有學者注意到了這一點, 但主流看法依舊認為明初儀器廢置, 未曾進行恒星實測[17]. 《大統(tǒng)通占》星表的出現(xiàn), 說明明初不但進行過恒星觀測, 且達到了相當高的水準. 事實上, 從明初欽天監(jiān)的觀測條件來看,的確有進行高水平恒星觀測的可能.

首先, 朱元璋對天文觀測非常重視. 他很早便對天象產(chǎn)生了興趣, 從起兵之初便和擅長推步者仰觀天象, 持續(xù)二十幾年興趣不減. 他經(jīng)常將星占應用于軍事行動的決策, 還親自進行觀測, 以預知吉兇. 如洪武九年、十八年, 他分別以火星與金星犯上將、五星與太陰犯井宿等天象, 按占書所云進行軍事行動部署[7]. 他不僅依賴于專業(yè)的觀象人士, 自己也沉迷于觀星之中, 《九朝談纂》記載他“每夕膳后自于禁中露坐, 玩索天象, 有達旦不寐者”[18]. 為了更方便開展觀象工作, 他在明朝建立之前(1358年)便“建觀星樓于分省治之東偏”, 在建國后短短十幾年中又分別下令建立了3座觀星臺[7].

其次, 明初網(wǎng)羅了一大批天文人才. 在明代建立之前, 朱元璋身邊就有劉基、張中等擅長天文者跟隨. 既平元都, 朱元璋下令收其圖籍、儀象,并“昭征元太史院使張佑、張沂···回回司天太監(jiān)黑的兒、阿都剌、監(jiān)丞迭里月實十四人至京”, 次年又“征故元回回司天臺官鄭阿里等十一人至京師”.另外, 朱元璋還注重從民間遴選天文學人才與天文學生, 劉哲便是在洪武十七年因擅長天文而被推舉進入欽天監(jiān). 洪武二十年, 朱元璋又特意“命禮部選天下陰陽官子孫, 年十二以上二十五以下, 質(zhì)美而讀書者, 赴京習天文推步之術(shù)”[7]. 這一系列舉措應使得明初欽天監(jiān)并不缺乏天文觀測人才. 李亮認為, 明代前中期欽天監(jiān)人數(shù)應該并不比其他朝代要少[19].

最后也是最重要的一點是, 明初欽天監(jiān)擁有元代留下的觀測儀器. 從史料記載來看, 元代儀器在明初便已被轉(zhuǎn)移到南京; 此外, 明初在南京也沒有制造用于觀測恒星坐標的新儀器. 關(guān)于明初南京觀象臺所設儀器, 史料記載頗詳. 《明實錄》提到,明軍滅元之后, 朱元璋便下令收集秘書監(jiān)、太史院所藏典籍以及天文儀象, 并昭告天下尋求散在民間的天文儀器[7]. 嘉靖時期黃佐亦稱: “既平元都, 遷其儀象于留都雞鳴山. 其所增簡儀、仰儀、景符、長表等器皆在焉[20].” 故元亡之后, 大都儀器便被送往南京用于觀測. 明末利瑪竇到訪南京雞鳴山觀象臺時曾見過臺上陳列簡儀、渾儀兩種恒星觀測儀器[21]. 這些儀器在入清之后又被送往北京, 梅玨成曾見北京觀象臺下簡儀等有“王珣郭守敬監(jiān)造姓名”[22]. 由此可知, 明初南京觀象臺測星儀器至少有二, 一為元郭守敬所造簡儀, 一為渾儀.

另外, 明代關(guān)于南京天文儀器的制造記錄僅有兩條: 洪武十七年(1384年)“制欽天監(jiān)觀星盤”, 二十四年“鑄渾天儀成”. 觀星盤記錄不詳, 可能是類似星晷的儀器; “渾天儀”可能指代“渾儀”, 也可能指代“渾象”. 但若是前者, 那么利瑪竇在參觀雞鳴山觀象臺時便不會稱渾儀“緯度與南京不符”12利瑪竇指出二儀北極高度與南京緯度不符, 并不適合南京觀測, 應是別處制造. 利瑪竇稱這些儀器“均在北極上6度(即38度)”[21], 可見其測量應不精細, 但與南京緯度不符這一點應該不錯.. 故南京渾儀不似明初新造, 應該來自元大都.

前人對該渾儀是宋儀還是元儀有著爭議[23–25],但應注意到他們基本是基于仿制渾儀的結(jié)構(gòu)及記載進行論述, 因為南京渾儀原件已熔毀, 相關(guān)記載亦甚少. 事實上, 若仿渾儀工藝水平不足, 致使黃赤交點、北極高度相對南京渾儀發(fā)生明顯變化, 則無法判斷南京渾儀是宋儀還是元儀. 若南京渾儀為宋儀, 其刻度應較為粗疏, 1度最多分為4格, 而《大統(tǒng)通占》星表數(shù)據(jù)精確到10古分, 故宋儀不大可能是明初觀測所用儀器. 總之, 不論明初實際使用究竟是渾儀還是簡儀, 都應為元代制造, 因為1度劃為10小格乃是元代郭守敬對儀器的一大改進.

關(guān)于該儀器的情況, 我們從《大統(tǒng)通占》星表去極數(shù)據(jù)的隨機誤差可以窺知一二. 一般來說, 恒星觀測中的隨機誤差有幾方面的來源: 儀器刻度不夠精細、儀器刻度不均勻、操作者的觀測失誤等.在不進行估讀的情況下, 刻度細密程度決定了隨機誤差的下限范圍. 郭守敬將1度劃為10小格, 每格代表10古分(1古分為0.01古度), 在讀數(shù)正確的情況下, 最小隨機誤差僅有0–5古分, 相對宋代已大大降低. 但即便儀器刻度細密, 若分布不均勻, 也會造成較大的隨機誤差. 圖6所示為《大統(tǒng)通占》星表赤緯隨機誤差分布情況, 從中可見《大統(tǒng)通占》星表去極度誤差多數(shù)集中在較小的范圍內(nèi), 且大體遵循正態(tài)分布的規(guī)律, 符合理想儀器下肉眼觀測失誤的情況. 可見元代儀器較好地解決了前代儀器刻度不均等鑄造問題, 工藝應是相當精良的. 另外, 郭守敬在儀器望孔中增加了類似十字絲的兩根輔助線, 也降低了操作者的觀測失誤.

圖6 《大統(tǒng)通占》星表赤緯隨機誤差分布Fig.6 The distribution of random errors in declination of Datong Tongzhan star catalogue

由此看來, 明初除了前兩點條件為欽天監(jiān)開展恒星觀測提供保障之外, 還應該使用了元代留下的觀測儀器13事實上, 即便這次觀測所用為明初制造的某件未見記載的儀器, 該儀器也必然繼承了郭守敬對儀器所做的改進.. 郭守敬對儀器的改進, 使得恒星觀測的精度大大提高. 既然有著統(tǒng)治者的支持、充足的天文人才以及優(yōu)良的觀測儀器, 明初欽天監(jiān)的確有可能做出高水平的恒星觀測.

4 結(jié)論與討論

《大統(tǒng)通占》應為1406–1423年間奉敕編撰,內(nèi)容詳盡、卷帙浩繁, 更勝《開元占經(jīng)》與《乾象通鑒》, 顯然在明初欽天監(jiān)中占有重要地位. 今雖已殘缺不全, 但其中所引“今按”恒星數(shù)據(jù), 乃是學界此前從未提及的一次明初恒星觀測記錄, 對研究明初乃至中國傳統(tǒng)的恒星觀測具有重大意義. 經(jīng)過數(shù)據(jù)分析, 本文發(fā)現(xiàn)該星表達到了相當高的精度,勝過其他傳世的傳統(tǒng)星表, 刷新了我國古代恒星觀測的精度記錄. 明初能取得如此高水平的觀測結(jié)果, 除了外部環(huán)境良好與觀測人員盡心之外, 郭守敬對觀測儀器的改進功不可沒.

觀測儀器的精良工藝保證了觀測人員測量恒星坐標的精度, 但是我們在證認《大統(tǒng)通占》星表中的某些星官時, 以前人根據(jù)其他星表證認的結(jié)果與其進行對比, 有相當大的差異, 相隔幾度甚至十幾度之遠; 這顯然不是測量誤差造成的, 而可能是這些傳統(tǒng)星官對應的恒星發(fā)生了變化. 圖7為不同星表記載的太尊星位置差異, 圖中圓點代表依據(jù)現(xiàn)代依巴谷星表數(shù)據(jù)計算的1378年星空背景, 灰色星點亮度較高在5等以內(nèi), 黑色則為5–6.5等星, 坐標網(wǎng)格1格為1度; ■代表《楊惟德星表》記載值的位置, ?為《周琮星表》記載值位置,×為《天文匯鈔》星表記載值的位置,*為《大統(tǒng)通占》星表記載的位置14在這些星表中, 前兩者年代差距遠, 皆進行了歲差轉(zhuǎn)換; 而《天文匯鈔》星表年代與1378年接近, 無須歲差轉(zhuǎn)換. 下文兩幅星圖除了特意說明之外, 相關(guān)符號代表含義與此相同.. 其中, 《楊惟德星表》所記數(shù)據(jù)證認結(jié)果為HIP 50509 (6.4等), 《周琮星表》所記數(shù)據(jù)證認結(jié)果為HIP 5246915潘鼐將《周琮星表》中的太尊星證認為ψ Uma, 但據(jù)圖7可見, 雖然ψ Uma亮度較高, 但距離記載位置過遠.(5.15等), 孫小淳先生據(jù)《天文匯鈔》星表記載數(shù)據(jù)證認結(jié)果為55 Uma(HIP 55266, 4.75等)[26], 而本文根據(jù)《大統(tǒng)通占》所記載數(shù)據(jù)證認的結(jié)果為ψUma (HIP 54539, 3等星). 以上4者除了右上方兩顆之外, 彼此距離基本在七、八度以上, 不太可能是觀測誤差, 應該是認星的差異. 《晉書·天文志》稱“中臺之北一星曰太尊”, 《開元占經(jīng)》亦記載“太尊一星在中臺北”, 宋代《楊惟德星表》的記載較符合這個位置, 而《周琮星表》的記載亦勉強符合; 相較而言, 元明之際的《天文匯鈔》星表與明初《大統(tǒng)通占》星表記載的太尊星并不符合古籍記載的位置. 因此, 明末王英明等人稱太尊“在下臺之上”[27], 或許是尊重當時的太尊位置而對傳統(tǒng)說法進行了主動修改.

圖7 不同星表“太尊”位置差異Fig.7 Different positions of the star “Tai Zun” in various star catalogues

另外一顆位置有顯著差異的星是招搖. 本文與孫小淳先生在《石氏星表》與《天文匯鈔》星表中對招搖星的證認結(jié)果相同, 為3等星γBoo (HIP 71075). 宋《周琮星表》亦記載招搖數(shù)據(jù), 其證認結(jié)果為4.8等的A Boo (HIP 69879);γBoo則被劃分到七公中, 成為七公西星[28]. 《周琮星表》記載的七公、招搖位置與宋代星圖高度一致. 圖8展示了《周琮星表》等星表(▽代表《石氏星表》記載位置)與蘇州石刻天文圖記載的招搖相對于七公西星、梗河、大角等星的位置比較, 從中可以發(fā)現(xiàn)《周琮星表》與蘇州石刻天文圖在此處的天區(qū)吻合得很好. 這說明, 這些北宋觀測者選用的招搖星確與《石氏星表》、《天文匯鈔》星表、《大統(tǒng)通占》星表不同.

圖8 不同星表以及蘇州石刻天文圖中的“招搖”位置Fig.8 Postions of the star “Zhao Yao” in different star catalogues and Suzhou Astronomical Chart

另外, 在證認過程中, 我們還發(fā)現(xiàn)了二十八宿距星的變化. 《大統(tǒng)通占》記載“今按: 柳宿距星系西第一星, 入本宿初度, 去極八十五度九十分,在赤道內(nèi)五度四十一分”, 證認可知該距星乃是σHya, 而根據(jù)其他傳統(tǒng)星表如《石氏星表》、《周琮星表》、《天文匯鈔》星表等記載數(shù)據(jù)證認得到的柳宿距星則為δHya. 圖9展示了二者在柳宿中的位置, 其中上圖為筆者根據(jù)《大統(tǒng)通占》星表中柳宿各星名與數(shù)據(jù)繪制而成, 下圖為筆者根據(jù)《天文匯鈔》中的柳宿圖像與各星數(shù)據(jù)繪制. 圖中可見二者的距星與勾連方式皆不相同.

圖9 兩種不同的柳宿距星Fig.9 Different Juxing (Key star) of the lodge Liu

這種星官/距星變化的現(xiàn)象, 前人也曾有過關(guān)注. 孫小淳等人曾在對漢代星空的研究中, 發(fā)現(xiàn)甘氏星官“亢池”與后代星圖標記的位置不同, 而巫咸星官“長垣”與石氏星官“少微”本是一體, 在后世才發(fā)生了分化[29]. 馬莉萍等人使用中國古代月與行星的掩犯記錄考證了黃道附近的傳統(tǒng)星官,認為哭、泣二座星官在宋代發(fā)生了位置上的變化,導致宋代之后在記錄凌犯位置時有了3種不同的哭星[30]. 此外, 距星變化的現(xiàn)象學界也早有注意,《開元占經(jīng)》在二十八宿之下除記載石氏宿度之外, 還記有一套不同的劉向《洪范傳》“古度”, 而這些古度恰好與1977年7月安徽出土的漢初汝陰侯墓天文圓盤所刻宿度一致. 潘鼐對古度進行了考察, 發(fā)現(xiàn)其中距星與石氏距星有十七宿不同[28]. 郭盛熾先生對漢代之后歷代二十八宿距星進行歷時比較證認, 發(fā)現(xiàn)明代之前有五宿距星在逐漸發(fā)生變化[31].

星官位置變化的現(xiàn)象, 可能早在唐代便已經(jīng)為當時的學者注意到了. 《開元占經(jīng)》卷一百〇六至卷一百一十中以新測天象與一份舊星圖比較三家星官的古今同異, 指出許多星官形狀、相對位置乃至坐標的變化, 如“大尊(即太尊)舊在中臺西, 子規(guī)外, 今在中臺北, 子規(guī)內(nèi), 一星中臺北”, “長垣舊在黃道外, 有二星, 今并在黃道內(nèi), 四星少微西, 南北列”[32]. 當然, 雖然這些古今差異有可能反映了“今測”與“舊圖”觀測者認星的不同, 但也可能是“舊圖”繪制不精造成的, 畢竟在星圖的流傳中的確難以保持最初的形態(tài). 相對于星圖而言, 不同古代星表保留下的恒星觀測數(shù)據(jù)為這種現(xiàn)象提供了更明確的證據(jù). 畢竟相對于七、八度以上的星官位置變化, 上文提到的幾種古代星表數(shù)據(jù)相對于真實的恒星位置大部分不會超過2度. 通過對不同時代星表數(shù)據(jù)的比較, 對星官的變化現(xiàn)象, 我們有了更大的把握. 但限于《大統(tǒng)通占》星表涵蓋的星官數(shù)量,本文僅列出有限的幾例; 若要對星官變化的現(xiàn)象有更全面的認知, 還需要對更多星表進行比較研究.另外, 造成星官變化的原因究竟是什么? 這種變化反映了中國傳統(tǒng)恒星觀測的什么特質(zhì)? 這些問題還有待更深層次的探究.