序言

为天数者，必通三五。终始古今，深观时变，察其精粗，则天官备矣。

——司马迁《史记·天官书》

这本书源于我的个人经历，倘若要让一个欧洲人来理解中国的天文学发展及中国古代的科学，这显然不是一件容易的事。在欧洲，中国的古代天文学一直被误解为极为肤浅和无关紧要的学问，并且它还时常作为奇闻趣事，出现于充满异国情调的版画中。中国的古代天文有时还被当成一门非常初级的历法学问及一种令人费解的星官系统而呈现于世人面前。

对于我来说，揭开它的面纱需要一个特殊的机缘。很快我就意识到，中国天文学家的天象观测活动竟然持续了近五千年，其中的一些重要发现即便在全世界也是极为突出的。

作为一位天体物理学家，我研究恒星的死亡，这是人类发展历程中极为罕见的天体物理现象之一。如今我们知道，能够产生超新星的恒星的质量至少要大于8个太阳的质量，这类恒星的寿命大约为2000万年。然而当恒星内部的“燃料”耗尽时，它的寿命就会在极短的时间内结束。这时就会出现一种天体现象，那就是超新星爆炸——恒星会在几秒内自行坍塌，发生非常壮观的大爆炸。爆炸产生的明亮光芒可以使恒星在一个月里被持续观测到，超新星有时甚至还会像满月一样耀眼。爆炸之后，恒星的中心通常会产生致密物质的内核，它像一个疯狂的陀螺一样快速地旋转，成为一颗“脉冲星”。恒星还会被炽热的气体和尘埃包围，这是大爆炸的残留物，但它们却很难被探测到，因为数百年之后，它们发射出的可见光已经相当少了。由于这些气体和尘埃也会发射电磁波，近几十年来，天文学家可以据此确定它们的位置。特别是1967年以来，由于能够精确地探测到X射线和伽马射线，天文学家对它们的定位有了最新的手段。超新星爆炸的残留物对现代天体物理学而言至关重要，因为它们不仅产生了生命所必需的各种化学元素，而且带来了关于这些恒星的基本信息，这是地球上的人工实验室无法模拟和实现的。

北宋时期的天象记录：1054年的“客星”

1968年，人们在金牛座发现了一颗引人注目的“脉冲星”，这是恒星大爆炸的遗迹，其周围还弥漫着所谓的“蟹状星云”。“蟹状星云”之所以叫这个名字，是因为它的形状很容易让人联想到螃蟹这种动物。天体物理学家认为，如果想要知道这次恒星爆炸的确切日期，不但需要精确的现代天文学计算，还需要大约一千年前的中国“同行”来提供帮助。具体来说，生活在公元1054年的北宋皇家天文学家记录了这次恒星大爆炸过程中的所有细节，这些记载大概与法国的卡佩王朝和英国的“征服者威廉”处于同一时期。当时除了一些同时期的日本天文学家目睹了这次恒星爆炸并提及该事件，它几乎没有引起任何关注，中国的天文学家却不但观察到了这种异常的“客星”现象，还详细记录了其过程。他们的记录精确且严谨，完全能够被用来准确地推算恒星爆炸的具体日期，以及复原大爆炸的整个过程。

这一发现对我来说是一次深刻的启发。我们通常会联想到古希腊、古巴比伦、古埃及、古波斯和阿拉伯的天象记录，而在中国的史料记载中，我们却可以找到几千年来最为全面的天象资料。中国的古代天文学家何以做到如此精确呢？他们是否和我们今天一样已经有了某种严谨的科学方法？他们的动机是什么，又是在什么样的环境下开展这些工作的，并且用了哪些观测仪器？

由于百科全书类的著作并无涉及这一问题，我的这些疑问都难以得到令人满意的回答。例如，1985年法国出版的巨著《法国环球百科全书》中有“天文图集”章节，书中通过几十页的篇幅向读者介绍了世界天文学的发展历史。其中，涉及中国古代天文学的部分只有少得可怜的几个段落，而关于中国古代天象记录的内容更是寥寥数语，叙述也非常概括和笼统。其他的大多数百科全书甚至对此只字不提，即便是英文的著作和研究文献也同样让人失望。当时，除了极少数精通中文的汉学家的著作，我在西欧几乎找不到任何专门研究中国天文学的著作。这时，1973年出版的一本小书打开了我的视野，它就是英国生物学家和汉学家李约瑟编撰的《中国科学技术史》。该书系统地总结了古代中国在天文学和数学领域所取得的重要发现，以及在其他科学技术领域中曾被欧洲人忽视或者他们尚不知道的内容。从1954年开始，李约瑟组织出版了这个系列的著作，这些著作至今仍是极具价值的参考文献。1959年，该书的第三卷，即数学与天文卷，得以正式出版。自1995年李约瑟逝世后，一大批不同国籍的学者还在继续着这项工作，目前这套书已经出版了24卷。

伟大的汉学家

李约瑟对中国古代天文学的研究，建立在中国近五千年来历代所保存的大量原始文献的基础之上。从资料来源的质量来看，这是一项了不起的综合性研究工作，李约瑟非常严谨、忠实地搜集和筛选了这些史料，以避免某些不可靠的内容令人产生误解。

李约瑟的著作在今天看来仍然是案头的必备书。不过，自该书的天文学部分于1959年出版之后，又有许多新的材料不断出现，其中不少还是非常关键的资料，尤其是一些涉及中国古代早期历史方面的内容。例如，自20世纪70年代初，随着中国开始从长期的政治运动中走出来，一些考古发掘活动逐渐恢复，特别是一些墓葬中出土了不少最新的史料，这对我们进一步了解和认识中国古代天文学的发展有着极其深远的影响。

得益于20世纪80年代初期中国在国际交流方面的开放，1986年5月，南京举办了一次国际天体物理学会议，会议的主题恰好就是关于恒星大爆炸的。在参加了这次大会之后，我与中国的天体物理学家建立了联系，并于1988—1989年前往北京进行了一次科学考察活动。正是由于这次考察活动，我对中国文化有了首次的接触，眼前这层遮蔽了中国科学的面纱终于得以揭开，而这层面纱似乎比“冷战”的铁幕还要厚重。

在当时，北京还不是一座高楼林立的城市，周边地区也没有密集的高速公路和令人窒息的路网。它是一座迷人的都城，虽然有着一点儿乡土气息，但到处是公园和林荫小径。那是一个完全不同于现在的世界。当时的每一条主干道上，只有中间一条狭窄的车道是留给为数不多的卡车、出租车和公交车的，道路两旁的两三条车道上全都是密集的发出沙沙声的自行车。正是在这样的氛围中，我开始探寻中国悠久的天文学传统，并在中国科学院自然科学史研究所的帮助下，尽情地发掘着这其中令人难以置信的“宝藏”。

我就像现代的马可·波罗一样，开始意识到中国人曾经取得的惊人成就。我想我们应该感谢中国古代的天文学家，正是他们在现代望远镜被发明之前，完成了人类历史上第一次对超新星的观测、对太阳黑子的发现，以及对早期彗星的记录等。这一切在我的中国同事看来是理所当然的事情，但对于我来说，这些足以令人惊叹不已。

天地的臣民

这本书可以说是一部非常朴实的著作，它集中探讨了中国所取得的天文学成就，试图给读者呈现出一幅完整的，而欧洲人长期以来却对此视而不见的中国天文学家早期活动的全景图。几千年来，在历代官方天文台工作的中国科学家，日复一日，年复一年，详细且精确地记录着所有发生的天象。从公元前5世纪到1911年的清朝末年为止，他们保存了数以千计的天文观测资料。此外，许多新的考古发现和相关文物也在不断地丰富着这一遗产。然而，这样一座真正的宝藏却尚未得到充分的利用。令人费解的是，这些遗产在欧洲鲜为人知，也一直被现代科学史学家忽略。

1988—1989年，我在北京考察期间，出于个人的兴趣，开始接触这些丰富的古代天象资料，这些内容至今仍对现代天体物理学家十分有用。因为这些工作是科学考察的一部分，我得到了李惕碚教授的鼓励，他当时是中国科学院高能物理研究所宇宙射线研究实验室的主任。在当时，除了讨论我们共同关心的脉冲星高能辐射研究，他还与中国科学院自然科学史研究所的科研人员取得了联系。我要感谢薄树人教授和李启斌教授的支持，感谢自然科学史研究所众多学生的帮助。为了让我熟悉中国古代天文史，并且了解中国同行最近的研究成果，他们付出了大量的时间和精力。

得益于曾经富有成果的交流，这本书使我这样一个欧洲人对中国古代天文学的发展和用途有了自己独到的理解。特别是利用这一古老学科在天体物理学方面开展一些重要工作，这方面的实例其实有很多。例如，1989年，我和中国两位科研人员一起计算出了银河系中恒星爆炸的频度。这个数据是非常重要的，因为它决定着宇宙中生命产生所需的各种元素的富集程度。得益于丰富的中国古代天文观测数据，我们首次推算出过去两千年中恒星爆炸的频度，然而世界上其他国家和文明都无法提供如此精确的古代科学数据。这些数据还可以用于包括彗星出现的频率、太阳黑子活动的频率，以及地球自转速度变化等课题的研究。

中国古代天文学有何特点？它运用了什么不同的方法？它又如何影响了全世界？中国人在科学上是否有着与众不同的思维模式？尽管中国曾经有着辉煌的古代科技，但为何中国在现代科学的发展中没有发挥出应有的作用？对此我们又该如何解释呢？所有这些问题，我们只有在探寻中国古代科学技术的发展史之后，才能找到答案。

中国历代天文学发展

天空是中华文明思想的源头，自古以来，中国就自称为“天下”，他们的皇帝自命为“天子”。令人惊讶的是，天文学在国家政治中的作用，早就已经贯穿在中国古代的整个历史。正是通过历史记载中与上天的频繁“对话”，中国古人丰富的思想才得以呈现。

接下来，让我们跟随这本书，去探寻中国的天文学是如何在漫长的历史中逐渐演变发展的。从远古时期的遗迹开始，本书首先介绍了夏朝、商朝和周朝这三个连续的朝代。这里我们将要说明中国的“天命”观及中国古人的“天人合一”等思想。汉朝是中国天文学发展最为重要的里程碑式阶段，我们将从天象观测和宇宙论的角度去介绍这一时期的天文学知识。接着是唐朝，在这一时期，数学知识的发展使得星图的绘制和天文大地测量都取得了重要成果。到了宋朝，随着机械技术的发展，人们制造出了雄伟壮观的天文钟。随着蒙古的征服，元朝成为中国与西方世界进行贸易和交流的又一个转折时期，从波斯和伊斯兰地区传入的天文学思想与中国的天才天文学家的思想相互融合，催生出大型天文观测仪器的铸造，这也是现代天文学仪器的始祖之一。明朝是汉族统治的最后一个王朝，明末的耶稣会传教士带来了欧洲科学革命的新知识，中国传统天文学与欧洲天文学相互碰撞、交融。如今，中国的经济发展已经位于世界前列。2013年12月，全世界都在关注中国一个名为“玉兔号”的小型探测器，因为它随着中国的远程运载火箭成功地登陆了月球。这些成就都预示着，中国很可能在2030年左右成为第二个登上月球的国家。

本书凡例

纵观中国4000多年的天文学发展历程，本书的目的并不是面面俱到地介绍不同时期的天文学知识，而是针对其中最重要的主题，逐个进行综合性的叙述，尤其是历史文献在现代科学中的运用。为了简洁起见，我在每一章中会针对某个特定的历史时期，选择其中一个具有代表性的天文主题来重点介绍，例如宇宙观、彗星、历法等。很显然，这些主题都是各个时代中最值得关注的内容。本书在引用中文文献时，会提及其名称和日期。这部分内容的译文有的直接来自相关法文著作，也有一些由本书作者翻译自其他外文著作。在某些情况下，为了忠于原文，尤其是在涉及一些观测记录的内容时，作者会按照原文逐字逐句地进行翻译，而不是采用文学式的叙述方式翻译。

为了保持时间的连续性，人们在天文学中习惯使用0年而非公元1年。由于+1年对应公元1年，而-1年对应公元前2年，这样的约定使得通过简单加减来计算年数变得更加容易，但与欧洲的历史年代相比，这会产生一年的偏差。例如，中国的第一位皇帝登基于公元前221年，这实际上是-220年。对于不同的公元纪年，本书分别使用“AEC”（公元前）和“EC”（公元后）。

除了一些特定的历史背景，书中的“西方”和“东方”只表示天文学和地理学上的含义，并不具有其他任何政治意义。“西方世界”或“西方文化”被认为是与欧洲有关的，但是它们在全球范围内并没有现实意义，在地理上其实也并不完全适用。从美洲大陆看，中国位于美国的西部，因此它也应被视为一个“西方”国家。不同的文化应该是由其独特的地理区域决定的，例如欧洲文化、地中海文化或者亚洲文化。

关于中文原文的书写方式，为了避免歧义，特别是在涉及一些专有名词时，作者基本上都使用了“简体字”。在中国，有些文字可能有两种书写形式，一种是1956年中国大陆地区推广的“简体字”，另一种是中国台湾等地区使用的“繁体字”。根据官方拼音拼写的名词术语，除了城市和地区的通用名称，作者皆以斜体字对其进行标记。