读《周髀算经》,学天文知识——古书新知

《周髀》全名《周髀算经》,是最古老的天文学和数学著作。髀,股也,指计算方法。因相传成书于周公姬旦,故称「周髀」。

《周髀算经》

第六章起(节选)

昔者榮方問於陳子,曰:「今者竊聞夫子之道。知日之高大,光之所照,一日所行,遠近之數,人所望見,四極之窮,列星之宿,天地之廣袤,夫子之道,皆能知之。其信有之乎?」

陳子曰:「然。」

榮方曰:「方雖不省,願夫子幸而說之。今若方者,可教此道邪。」

陳子曰:「然,此皆算術之所及。子之於算,足以知此矣。若誠累思之。」

於是,榮方歸而思之,數日不能得。復見陳子曰:「方思之不能得,敢請問之。」

陳子曰:「思之未熟。此亦「望遠起高」之術,而子不能得,則子之於數,未能通類。是智有所不及,而神有所窮。夫道術、言約而用博者,智類之明。問一類而以萬事達者,謂之知道。今子所學,算數之術,是用智矣。而尚有所難,是子之智類單。夫道術所以難通者,既學矣,患其不博;既博矣,患其不習;既習矣,患其不能知。故同術相學,同事相觀。此列士之愚智,賢不肖之所分。是故能類以合類,此賢者業精習智之質也。夫學同業而不能入神者,此不肖無智而業不能精習。是故算不能精習,吾豈以道隱子哉?固復熟思之。」

榮方復歸思之,數日不能得。復見陳子曰:「方思之以精熟矣。智有所不及,而神有所窮,知不能得。願終請說之。」

陳子曰:「復坐,吾語汝。」

於是,榮方復坐而請陳子之說,曰:「夏至南萬六千里,冬至南十三萬五千里,日中立竿測影。此一者天道之數。

按:太阳,夏至时正南16000里,冬至为135000里。

图一 周髀算经示意图

周髀長八尺,夏至之日晷(guǐ,日影。)一尺六寸。髀者,股也。正晷者,句(gōu)也。正南千里,句一尺五寸;正北千里,句一尺七寸。日益表南,晷日益長。

按:立杆八尺(约184厘米),夏至时的日影长为一尺六寸(约36.8厘米)。往南北各走1000里,日影长缩短或加长一寸(约2.3厘米)。

候句六尺,即取竹,空徑一寸,長八尺,捕影而視之,空正掩日,而日應空之孔。由此觀之,率八十寸,而得徑一寸,故以句為首,以髀為股。

按:一根空径一寸(2.3厘米),长八尺(184厘米)的竹子,对着太阳观察,竹管正好可以覆盖太阳大小。八十寸长的竹管对应于一寸的日影。

從髀至日下六萬里,而髀無影。從此以上至日,則八萬里。以率率之,八十里得徑一里,十萬里,得徑千二百五十里。故曰,日晷徑千二百五十里。

按:疑古人先认定地日距离为十万里,日高八万里,倒算出往南六万里至日下。另外:这段计算太阳的直径。太阳(影)的直径 = 100000÷80 = 1250 里。

若求邪(同「斜」)至日者,以日下為句,日高為股,句股各自乘,併而開方除之,得邪至日,從髀所旁至日所,十萬里。」

按:用勾股定理计算斜线距离:10×10 = 8×8 + 6×6。

法曰:周髀長八尺,句之損益寸千里。故曰:極者,天廣袤也。今立表高八尺以望極,其句一丈三寸。由此觀之,則從周(周國所在,指鎬京。)北十萬三千里而至極下。」

按:一丈三寸=103寸。103×1000 = 103000

榮方曰:「周髀者何?」

陳子曰:「古時天子治周,此數望之從周,故曰周髀。髀者,表也。日夏至南萬六千里,日冬至南十三萬五千里,日中無影。以此觀之,從南至夏至之日中十一萬九千里,北至其夜半亦然。凡徑,二十三萬八千里,此夏至日道之徑也,其周,七十一萬四千里。

按:夏至日道半径103000 - 16000 = 119000,直径 238000

周长 238000 × 3 = 714000

從夏至之日中,至冬至之日中,十一萬九千里,北至極下亦然。則從極南至冬至之日中,二十三萬八千里,從極北至其夜半亦然。凡徑四十七萬六千里,此冬至日道徑也,其周百四十二萬八千里。

按:夏至日道直径一样。故一周年的总直径是238000 × 2 = 476000里,周长是476000 × 3= 1428000里。

图二 周髀算经太阳四季示意图

從春秋分之日中北至極下,十七萬八千五百里。從極下北至其夜半亦然,凡徑三十五萬七千里,週一百七萬一千里。故曰:月之道常緣宿,日道亦與宿正。南至夏至之日中,北至冬至之夜半,南至冬至之日中,北至夏至之夜半,亦徑三十五萬七千里,週一百七萬一千里。

按:春、秋分的日中在夏至、冬至中间。

半径 178500 = 119000÷2 + 119000

春分之日夜分,以至秋分之日夜分,極下常有日光。秋分之日夜分,以至春分之日夜分,極下常無日光。故春秋分之日夜分之時,日光所照適至極,陰陽之分等也。冬至夏至者,日道發斂之所生也,至晝夜長短之所極。春秋分者,陰陽之修,晝夜之象。晝者陽,夜者陰。春分以至秋分,晝之象。秋分至春分,夜之象。故春秋分之日中,光之所照北極下,夜半日光之所照亦南至極。此日夜分之時也。故曰:日照四旁各十六萬七千里。

人所望見遠近,宜如日光所照。從周所望見,北過極六萬四千里,南過冬至之日三萬二千里。夏至之日中,光南過冬至之日中光四萬八千里,南過人所望見萬六千里,北過周十五萬一千里,北過極四萬八千里。冬至之夜半日光,南不至人目所見七千里,不至極下七萬一千里。夏至之日中與夜半日光九萬六千里,過極相接。冬至之日中與夜半日光,不相及十四萬二千里,不至極下七萬一千里。夏至之日,正東西望,直周東西日下至週五萬九千五百九十八里半。冬至之日,正東西方不見日。以算求之,日下至週二十一萬四千五百五十七里半,凡此數者,日道之發斂。冬至、夏至,觀律之數,聽鐘之音。冬至晝,夏至夜。差數及,日光所還觀之,四極徑八十一萬里,週二百四十三萬里。

從周至南日照處三十萬二千里,周北至日照處五十萬八千里,東西各三十九萬一千六百八十三里半。周在天中南十萬三千里,故東西短中徑二萬六千六百三十二里有奇。周北五十萬八千里。冬至日十三萬五千里。冬至日道徑四十七萬六千里,周百四十二萬八千里。日光四極當周東西各三十九萬一千六百八十三里有奇。此方圓之法。」

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