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刘贺镜晷:汉代观测北斗确定二十四节气的物证

来源:光明网  编辑:张枫瑶 时间:2018-05-09

  作者:王金中

  汉代最终确立的用来指导农事的补充历法——二十四节气,是我国古代的一项伟大发明。2016年底中国申报的“二十四节气——中国人通过观察太阳周年运动而形成的时间知识体系及其实践”正式通过评审,列入联合国教科文组织人类非物质文化遗产代表作名录,成为我们这个星球文明发展的鲜明标志之一。在国际气象界,二十四节气被誉为“中国的第五大发明”。然而,很少有人知道二千多年前的汉代,人们最初是通过观测北斗而确定二十四节气的。如今,海昏侯墓出土的一面称为刘贺镜晷的铜镜,为我们揭开这个谜底提供了确凿的物证。

  一、出现在镜晷上的特殊刻度

  在海昏侯墓考古发掘中,出土了一面十分奇特的铜镜(图1),它的背面通体鎏金,尽显华贵;镜纽中央下陷,好似凹槽,这与任何一面古镜的镜纽完全不同;五道圆环内,分布着四叶柿蒂纹、八瓣连弧纹,其间还加杂着各式各样的小圆点。有人认为所有的凹槽和圆点都是当初嵌宝石时留下的痕迹,因此将它命名为“鎏金镶宝石铜镜”。但出土时凹槽和圆点处找不到任何镶嵌过宝石的痕迹。笔者观察研究后认为,这面铜镜正面为镜,背面为晷(guǐ,音轨),白天用于观测时间,夜间用于观测天象,是古代的一种天文计时仪器,应当命名为镜晷(参见光明网发拙文《镜晷:海昏侯墓惊现古代天文计时仪器》)。由于此铜镜是在海昏侯刘贺大墓中发现的,因此正式名称应当为刘贺镜晷。现在看来,这面镜晷还是汉代用于测量北斗确定二十四节气的一个重要物证。

刘贺镜晷:汉代观测北斗确定二十四节气的物证

图1

  与一般的古镜不同,在这面镜晷上,既没有花样繁多的纹饰,也没有充满吉祥的铭文,只有点、线、方、角、圆等几何图案,其中暗藏着许多特殊的刻度。深入分析可知,它们与古代通过测量北斗确定二十四节气有着密切关系。这些特殊刻度至少表达出三层含义。

  第一层含义,是方位坐标。观察镜晷的最外圈,等距分布着类似花瓣的6个标志,其中1个好似桃花,5个好似梅花(图2)。

刘贺镜晷:汉代观测北斗确定二十四节气的物证

刘贺镜晷:汉代观测北斗确定二十四节气的物证

图2

  这些花瓣应该带有定位的性质。根据古人对北斗的崇拜,单独的桃花瓣应指向北极星。

  如果把镜晷中央柿蒂纹叶片上的圆点,与这个桃花瓣用绿线连接起来,那么,这条线便指向正北。而在相反的方向上,柿蒂纹叶片上的圆点,与梅花瓣用绿线连接起来,那么,这条线便指向正南。凑巧的是,在镜晷第二圈共有12个刻铸的圆点,正北与正南两条线分别经过其中的1个圆点。在此基础上,再把柿蒂纹左右叶片上的圆点,与位于第二圈上的圆点分别用绿线连接起来,便得到了正东与正西、正北与正南相互垂直的线(图3)。

刘贺镜晷:汉代观测北斗确定二十四节气的物证

图3

  这样,镜晷上的这四条绿线,就确立了东、南、西、北的基本方位。按照古代的天象,东方青龙代表春天,南方朱雀代表夏天,西方白虎代表秋天,北方玄武或玄鹤代表冬天。相应地,二十四节气的四个最重要的时间节点——春分、夏至、秋分、冬至——便顺理成章地形成了。

  第二层含义,是节气刻度。如果把镜晷第二圈的12个点全部用绿线标出来,其中6个点与第一圈的桃花瓣和梅花瓣相连,从而将镜晷平分为6个扇面。而另外6个点又将每个扇面平分为2份。这样,便将镜晷划分成为12等份(图4)。每等分应当包含2个节气,共计24个节气。

刘贺镜晷:汉代观测北斗确定二十四节气的物证

图4

  古人通过观测得出,一年二十四节气共三百六十五又四分之一天,反映在圆周的刻度上是三百六十五又四分之一度。如果12等份包含着二十四节气的话,那么,每等份2个节气为30度强或31度弱。每个节气便是15度强,代表的实际时间是15天强。

  第三层含义,是四维标志。细心的人一定会发现,在镜晷第二圈的12个圆点之间,还有规律地分布着4个显然是后来用刀子刻上去的小圆圈(图5)这一定是根据观测者的实际需要增补上去的。如果把增补的这4个小圆圈用红点表示,再与镜纽相连,就会发现每个红点与两片柿叶纹之间的2个圆点形成一条直线。也就是说,增补的小圆圈可以看作是两片柿叶纹之间的2个圆点的自然延伸。因此有充足的理由把这3个圆点用一条红线连接起来(图6)。

刘贺镜晷:汉代观测北斗确定二十四节气的物证

刘贺镜晷:汉代观测北斗确定二十四节气的物证

图5

刘贺镜晷:汉代观测北斗确定二十四节气的物证

图6

  在镜晷上,由3个点连接起来的直线,除了南北2条绿线外,就是这4条红线。它们与南—北、东—西4条绿线一样,互相垂直。非常奇怪的是,以现代人的眼光看,互相垂直的红线并没有平分互相垂直的绿线所形成的90度夹角,而是有一定的偏差。这就预示着红线在镜晷上处于极为特殊的地位。

  那么,这四条红线代表什么含义呢?按照《淮南子•天文训》的说法,二十四节气中包含着四个维度,简称四维,即立春时的报德之维,立夏时的常羊之维,立秋时的背阳之维,立冬时的蹄通之维。原来,这4条红线代表着四维,把立春、立夏、立秋、立冬在镜晷上的位置固定下来。

  以上这三层含义叠加起来,再按照古籍上的描述,绘制在镜晷上,便得出一幅可以用于观测北斗而确定二十四节气的示意图(图7)。

刘贺镜晷:汉代观测北斗确定二十四节气的物证

图7


二、从测量日影到观测北斗

  众所周知,二十四节气是指中国农历中表示季节变迁的24个特定节令,现在人们知道,它是通过观察太阳周年运动,认知一年之中时令、气候、物候等方面变化规律所形成的知识体系。它把太阳周年运动轨迹划分为24等份,每一等份为一个节气,始于立春,终于大寒,周而复始,成为历代官府颁布时间的准绳,指导农业生产的司南,也是人们日常生活中预知冷暖雪雨的表尺。二十四节气凝聚着古代劳动人民经验的积累和智慧的结晶。

  先秦以前,并没有形成完整的二十四节气。但是古人通过长期的观察和实践,逐渐掌握了冬至、夏至(称两至)和春分、秋分(称两分)这四个一年之中最重要的时间节点。甲骨文中有关时间的字大多从日字。《尚书•尧典》把春分叫日中,秋分叫宵中,夏至叫日永,冬至叫日短。而《吕氏春秋》则把夏至、冬至分别叫日长至、日短至。可见,那时对节气的判断,主要是根据观察太阳照射大地的位置变化完成的,学名叫“观象授时”。

  那么,这种“观象授时”用的是什么工具或方法呢?说起来并不复杂,成语“立竿见影”便是答案。中国古代在对太阳的观测中,出现得最早、沿用得最久的仪器是圭表。“圭”即为正南正北方向平放在地面的测定表影长度的刻板;“表”则是直立于平地上的测日影的标杆或石柱。“圭”与“表”二者互相垂直。用圭表测影,也叫立杆测影。正午当太阳照射在“表”上的时候,“圭”上便出现了“表”的影子,根据影子的方向和长度,就能读出时间,这也是光阴的来历。太阳虽然每天东升西落,但在不同季节,出没的方位和正午的高度是不同的,并有着周期性变化的规律。冬至正午时,太阳的影子最长;夏至正午时,太阳的影子最短。而春分、秋分正午时,太阳的影子正好在中间。这样就可以比较准确地观测到两至、两分的时间节点。

  《周礼•考工记》中提到过一种土圭,就是用赤土制成的圭板,平放到地面上观测表影。海昏侯墓主棺中发现了一件玉圭(图8),青色,尖首,折肩,方底,素面,材质优良,磨制光滑,放置平整。其底部有一圆孔,可插入与之配套的短杆测量日影,是一件不可多得的观天祭天的礼器。

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图8

  有人会问,用这种简便易行的工具和方法能不能观测全部二十四节气呢?回答是否定的。因为汉代一般的表高约八尺,一尺约合现在的23厘米,八尺相当于1.8米左右。从理论上讲,用1.8米的圭表测影之法去求两至、两分,是没有太大问题的。但在实际操作时却困难重重,主要原因是太阳照射到地面或“圭”上的影子往往是虚的,很不清晰。正如清代学者所说:“测影之臬(niè,音聂),不可过短,过短则分寸太密而难分;过长则测景虚淡而难审。”显然,圭表短了,投影也短,长度量得不精确;圭表长了,则影端虚淡,更不好测量。为解决这个矛盾,古人想了很多办法,一直到元代天文学家郭守敬,在“周公测景台”主持修建了高达九米多的巨大圭表,又采用了小孔成像的原理测量日影,这个问题才得到初步解决。不过,这是后话。

  对二十四节气最早、最完整的总结,是在汉代,见诸于前面提到的《淮南子•天文训》。它的作者是淮南王刘安,即汉高祖刘邦之孙、汉武帝刘彻的叔父,当然,他也是海昏侯刘贺的曾祖辈。刘安的《淮南子》成书于公元前139年,早于司马迁的《史记》成书40多年,因此,《史记》中约有70多处引用《淮南子》。可见,《淮南子》在历史上、学术上的地位,其中记述的天文、地理、历法、气象、物候、乐律等,代表了汉代最高科技成果和学术水平,它所记载的二十四节气及其观测方法,应该是可信的。

  首先,《淮南子•天文训》第一次把二十四节气的名称、顺序完整地确定下来。惊蛰古名“启蛰”,由于汉景帝叫刘启,又是刘安的表哥,刘彻的父亲,为了避讳,《淮南子》把它改名为惊蛰。直到2200多年后的今天,《淮南子》所确立的二十四节气名称、顺序也没有改变(图9)。这在世界科技史上不能不称为一个奇迹。

刘贺镜晷:汉代观测北斗确定二十四节气的物证

图9

  其次,《淮南子•天文训》第一次明确指出二十四节气的测量是依靠观测北斗的变化取得的。原文是:“而升日行一度,十五日为一节,以生二十四时之变。斗指子,则冬至,……”古人注释为:“升”当为“斗”字之误也。言斗柄左旋,日行一度,而以十五日为一节也。当斗柄指向子位,便是冬至。这就明白无误地说明,最初的二十四节气,并不是由观测太阳位置的变化确定的,而是由观测北斗斗柄位置的变化获得的。

  再次,《淮南子•天文训》第一次给出了运用北斗测量二十四节气的具体数据。中国古代观测太阳围绕地球转一周需要三百六十五又四分之一天,相应地把圆周的刻度划分为三百六十五又四分之一度,这与西方圆周的刻度为360度完全不同。古人把两维之间的6个节气确定为九十一又十六分之五度,也就是九十一又十六分之五日。每个节气斗柄旋转15度强,即15日强。这样计算下来很不方便。于是规定每个节气为15度整,即15日,而处于四维的立春、立夏、立秋、立冬每个节气为16度强,也就是16日多一点。这样,二十四节气加起来就是三百六十五又四分之一日。

  三、古代的天文历法与对北斗的崇拜

  秦始皇统一中国后,实行“书同文,车同轨”,在历法上全国统一施行颛顼(zhuān xū)历,以建亥之月(十月)为岁首,年终置闰。汉承秦制,仍然沿用颛顼历。但到汉武帝时,颛顼历渐与实际天象不符,把闰月总是放在闰九月也不能适应农耕生产对掌握季节的需要。于是,汉武帝听取太史令司马迁等人改历的建议,下令从全国征募二十余位专家“议造汉历”,并于公元前104年颁行新历。由于这一年是太初元年,因此称为太初历。这是现今能够见到的我国最古老的一部完整的历法。此时,距《淮南子》成书已经过去了35年。

  太初历不仅规定了每月二十九又八十一分之四十三天、每年三百六十五又一千五百三十九分之三百八十五天、19年置7个闰月、每年1月为岁首等,更重要的是把二十四节气融入到历法中。这样,就使古代中国的历法既不是阴历,也不是阳历,而是阴阳合历。具体地说,就是以太阳的运动周期作为年,以月亮圆缺周期作为月,以闰月来协调年和月的关系,从而使古代历法建立在更加科学的基础上。

  怎样使阴历和阳历紧密结合在一起呢?太初历把24节气进一步细分为相间的12个中气和12个节气,并且确定以中气所在决定月的名称,如雨水所在月为1月,春分所在月为2月,谷雨所在月为3月……冬至所在月为11月,大寒所在月为12月,等等。而无中气的月无名称,只能称为前一个月的闰月,这一原则称“无中气置闰”。它合理地调整了年和月的关系,使季节与月份大体稳定。这一方法从太初历开始施行一直延用到今天。

  应该说,在刘贺生活的年代,随着太初历的颁布实施,二十四节气已经从皇家走到民间,成为中华大地上人们日常生活中非常普遍的计时方法。

  那么,怎样来观测和确定二十四节气呢?这就要提到古人对北斗的崇拜。

  在夜空的所有星象中,中国人最早认识的就是北斗七星。因为其一,从北半球看,北斗星处于终年可见的夜空,比较明亮,非常容易辨别。人们只要认识了北斗星,就能够逐步认识其他星象。其二,利用北斗七星可以准确地找到北极星,而北极星似乎永远不动,人们可以用它确定正北的方向,并分辨其他的方向。其三,北斗七星的斗柄就像指针一样在天空旋转,每年转一圈,可以精确地指示时间,因此有“斗转星移”的成语。

  古人把北斗七星分为魁和杓两组,魁由天枢、天璇、天玑、天权四星构成,称为斗身;杓由玉衡、开阳、摇光三星构成,称为斗柄(图10)。如果朝斗口方向的天枢、天璇二星延长约5倍远,就能找到北极星。

刘贺镜晷:汉代观测北斗确定二十四节气的物证

图10

  古人直观地感觉,天上所有的星辰包括日月都围绕着北极星旋转,从而有了东南西北,有了春夏秋冬,有了日月交替,有了规律秩序,有了天地万物。因此很自然地赋予北斗以神性,认为北斗是一位高高在上的、能够主宰万物的神灵,世界因为有它而存在,生命因为有它而繁衍,人类因为有它而秩序井然。故而把北斗星称为帝车,北极星称为帝星、天极星、天一星、太一星等。汉代的武梁祠画像石,就清晰地表达了这一点(图11)。

刘贺镜晷:汉代观测北斗确定二十四节气的物证

图11

  《周易》说“一生二,二生三,三生万物”,其中的“一” 就是指天一或太一,即北极星;二指月和日或阴和阳;三指天、地、人。《尚书•说命》孔颖达疏:“北斗环绕北极,犹卿士之周卫天子也。”屈原《九歌》中的第一首祭神的乐歌,就是“东皇太一”,对此,王逸注释:“太一,星名,天之尊神。”《汉书•郊祀志》:“天神贵者太一,太一佐曰五帝。古者天子以春秋祭太一东南郊。”《史记•天官书》更加明确地说:“斗为帝车,运于中央,临制四乡,分阴阳,建四时,均五行,移节度,定诸纪,皆系于斗。”这些记述都反映出古人对北斗的崇拜,甚至超过了对太阳和月亮的崇拜。

  正是基于对北斗的这种崇拜,使古人能够依据对它的终年观测,建立起最早的时间系统。我国现存最早的一部传统农事历书、商周时期的《夏小正》多次提及:“正月,斗柄悬在下”,“六月,初昏斗柄正在上”,“七月,斗柄悬在下则旦”,等等。差不多同一时期的道家著作《鹖(hé,音和)冠子》十分明确地提到:“斗柄东指,天下皆春;斗柄南指,天下皆夏;斗柄西指,天下皆秋;斗柄北指,天下皆冬。”这便是运用北斗观测节气的早期记载和最初成果。

  在这样的基础上,刘贺镜晷的出现进一步证明:其一,汉代继承了以往的传统,对于二十四节气的精准观测,仍然是以北斗为主,以日影为辅;其二,观测的精度已经从区别两分、两至以及四季,提高到全部二十四节气。从而使中国历法科学的光芒照耀在中华大地上长达二千多年。

四、如何用镜晷观测北斗?

  仅仅有镜晷还不能有效地观测北斗确定二十四节气,必须配备辅助的测量工具。而这种辅助的测量工具是什么样子呢?目前尚未发现流传下来的实物,史籍中也找不到确切的记载。但有一点推测是合理的:这些辅助测量工具或许就隐藏在刘贺大墓中,只是人们还没有完全识别出来。

  原始社会把礼天作为与神灵沟通的方式,并且非常神圣、虔诚。礼天首先要观测天象,确定日期,然后再进行各种宗教祭祀活动。《周礼•春官》记载:“以玉作六器,以礼天地四方。以苍璧礼天,以黄琮礼地,……”可见,包括观测天象在内的礼天器物都是用最为贵重的玉石制成的。出土于山东的新石器时代的多节玉琮(图12),是我国古代最重要的礼器之一,它内圆外方,象征天圆地方,中间的圆孔可以观天,很可能就是原始社会的一种“天文仪器”。秦汉时期出现的成语“以管窥天”,简称“管窥”。这里的“管”,应当为玉管;“窥”,应当指观测、探测;“天”,应当是天体、天文。这种测量天文的玉管古代叫窥管或玉衡,外国叫望筒。

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图12

  考古人员在海昏侯墓的主棺中,刘贺遗体的腰部位置,发现了两件玉管(图13),都是和田玉质。一件稍粗、稍长;一件稍细、稍短。目测粗的玉管长度为汉代的九寸,细的玉管为汉代的八寸。刘贺死后把这两件玉管拴在腰间下葬,说明它们非常珍贵。笔者在《玉质黄钟律管:海昏侯墓惊现汉代律、度、量、衡的基准器》(见光明网)一文中曾经论证,一件为黄钟律管,一件为大吕律管。它们都可以作为窥管或玉衡使用。

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图13

  《淮南子•泰族训》中说:“人欲知高下而不能,教之用管准则说(悦);欲知轻重而无以,予之权衡则喜;欲知远近而不能,教之以金目则射(愉)快,……”意思是,如果有人想知道物体的高度而不能做到时,你教给他们使用窥管和基准器,他们就会高兴的;如果有人想知道物体的重量而不能做到时,你教给他们使用权与衡,他们就会喜欢的;如果有人想知道远近距离而不能做到时,你教给他们使用金目即用窥管瞄测,他们就会愉快的。其中多次提到窥管,可见汉代时窥管已经是民间使用的最重要的测量工具之一。

  夜间使用窥管或玉衡观测星辰,是远古天文测量的一大变革。一是可以使目光集中在一个点上,观察更加细致、准确。二是可以遮蔽一部分侧光,使暗星有较好的能见度。三是可以精准地确定星辰的仰角和方位,便于记录,进行反复对比观察。因此,海昏侯墓中的这两件律管可以作为窥管配合镜晷观测北斗,以确定二十四节气。

  这里还有一个必要条件,就是把律管相对固定在镜晷上,并且可以根据观测的需要左右转动,以便把观测的结果记录下来。古籍中记载,最古老的天文观测仪器——浑天仪,就是由玉衡、璇玑等部件构成的。最初的璇玑也是由玉石制成的。顺便提一句,古人对北斗七星的命名,就是参照了天文仪器上部件的名称,如玉衡星、天璇星、天玑星、天权星、天枢星等。这也说明在相当长的时间里,古人使用天文仪器,是以观测北斗为主的。

  在海昏侯墓主椁室西室中部,出土了一件造型十分奇特的玉龙,其蜿蜒的玉龙尾部围拢成半圆,身躯则与左右两侧弯转的足部形成直角,背部还高起一方形短凸棱,凸棱上有一横穿孔(图14)。对于这种造型的玉器,人们很难说清它的具体用途。考古工作者研究后认为,这件玉龙有不凡的来历:原为西周时期的玉琮,春秋晚期依造型特征改制为玉龙,并加上这一时期特有的纹样而形成一件全新的玉制品。改制后又辗转流传近500年,最终归刘贺所有。玉琮本为观测天文的礼器,改制后是否仍然用于观测天文呢?值得注意的是,这件玉龙有两处未封闭的旋孔,并呈90度夹角。这会不会就是起固定窥管作用的璇玑一类的装置呢?这些疑问有待于人们作出进一步的研究和论证。

刘贺镜晷:汉代观测北斗确定二十四节气的物证

图14

  汉代通过对北斗的观测而确定的二十四节气,在中国古代天文学、历法学、气象学上具有划时代的意义。二十四节气充分体现了中国人尊重自然、顺应自然规律和适应永续发展的思想理念,而刘贺镜晷作为观测北斗而确定二十四节气的物证,成为先人留下的一份宝贵遗产,中华儿女有责任继承过来,再传承下去。

  2018年3月29日

  本文摘自王金中著《管窥汉代文明之光——海昏侯墓出土文物探析》

  本文参考资料:《史记》、《汉书》、《淮南子》、《中国科学技术史(李约瑟)》、《中国通史(白寿彝)》《中国古代文化常识(王力)》、《中国天文考古学(冯时)》、《考古2016•7》、《收藏家2018•3》;《南昌汉代海昏侯国考古成果展》展板说明、近期报刊有关新闻报道。

  图片来源:《五色炫曜》、《惊世大发现》展览、首都博物馆网站。