古代天文史

古代天文史 一、天地起源的傳說二、規律性的啟蒙三、發覺問題與解決策略四、我國古天文學的發展五、歐洲天文學的發展六、天文教材創意實作

古代天文史 人類自懵懵懂懂、心智初開起，天文現象在人們的心目中總有一種難以解釋的魅力。初始人類經常會凝望著這天幕而有所思，我們是從哪來的？這一切的一切是如何開始的？這種種的問題似乎給與人們心靈有所啟發，發動了揭開天地奧秘之旅。在史前的人們想像中，這天空可能是有至高的管理者；日夜由祂而生、四季因祂而運行、大自然依祂旨意管理，天幕下目視所及之處，所充滿的、或空乏的無數神奇事物都由某些基本東西所組成。天空是屬於至高全能者的，所以世上各地都有這位至高全能者的天地起源傳說。

天地起源的傳說 盤古開天「盤古開天」的「陰陽說」：中華古老文化中相信宇宙的起源是始於「陰陽」，涵蓋的是呈對立關聯的兩極，有正反、男女、寒暑、明暗，而在陰陽當中正是「盤古」神，祂的雙眼變成太陽和月亮、身體和頭髮化成大地和樹木、氣息成風、汗水成雨，其餘腐為人類。

天地起源的傳說 七日創世基督徒都相信【聖經】《創世記》的記載。起初神創造天地，神依祂意旨在六日（六個晨昏，或譯為六個階段時期）分別設立晝和夜、海和地、植物、日月星辰、魚和鳥、畜類，並照著祂形像和樣式造人；天地萬物都造齊後，神賜福安息的第七日為「聖日」。

天地起源的傳說 埃及神話古埃及神話初始宇宙是來自Atum 神，之後祂吐出祂的兄弟 Shu 和姊妹Tefnut，Shu和Tefnut他們才生下地神 Geb 和天神 Nut。所有埃及子民都來自 Nut 和 Geb 。天神Nut 和地神Geb 白天是分開，晚上才重聚。

天地起源的傳說 阿芝特克天地傳說墨西哥地區的阿芝特克人，關於的天地來源傳說，是 Quetzalcoatl 神和 Tezcatlipoca 神扯下宇宙之神 Coatlicue ，而且迅速地，祂的身體變成了大地山河、頭髮化成了星辰。但Coatlicue 對這樣的安排很不高興，所以常要以人心來獻祭。有另一說法是，Tezcatlipoca 驚動巨大水怪而受重傷化成陸地。

天地起源的傳說 印度金蛋創生印度文化中有許多依其特徵命名的來源傳說，如大海洋傳說、巨蛋的傳說。還有「金蛋創生」一說，創生神Prajapati 擺脫金蛋而出後，想開口出聲，第一聲生成了地，第二聲化成了天，第三聲有了四季。此雕塑像是印度神中和創造有關的 Vishnu 神。

天地起源的傳說 澳大利亞夢幻時間澳大利亞原住民文化中心是《夢幻時間》，他們的祖先在紀元早期時，就喜好散漫，旅行中編出了《夢幻》，這習性演變成後來的人們、神壇的傳統。這是起源於原住民是Dieri 神創造出來的首批人類，但發現截去尾巴的人類只會行走。這群《夢幻時間》的原住民祖先，為了引人注目而在石璧上繪圖。此圖兩位原住民祖先正在神奇的飛翔、造神壇和有感情的生物。

規律性的啟蒙―― 巨石、迷宮探秘 遠古各部落的人們，觀天是他們生活的部份。天文考古發現，在尚無文字的史前時期所留下的遺跡中，不少與天文有關。先民由白晝時間最長的日子（夏至）、最短的日子（冬至）和晝夜時間對分時刻（春分和秋分）標記出季節的變換，來決定狩獵計劃的簡易曆法。除了這些週期性外，重大天象發生時和太陽、月亮、星辰的昇降位置也在部落的歷史裡記載著。

規律性的啟蒙 墨西哥神廟建築在剷去頂的角形丘上，故意排成一線的 Teotihuacan 神廟，是墨西哥大城市的儀式中心。考古天文學者指出，顯然地它們的排列是與令人注目的「夏至日」、「冬至日」時太陽和月亮的出現位置等天文現象有關。

規律性的啟蒙 蘇格蘭蘇格蘭在蘇格蘭西面海岸的這三根紀念碑石柱，由石柱前石棺連線到 Fura 小島，是用以預測冬至日和夏至日時太陽落下的位置。當夏至日時，太陽餘輝映在石柱和似母性胸部的 Fura 島菱線間的海面，景色似乎說著「人們和大地母親的關聯」仿如母子間的臍帶聯繫著。

規律性的啟蒙 英國沙丁堡古代巨石陣 1965 年，在《Stonehenge解碼》一書中提及，可能是建於公元前 2800 年至公元前 1075 年間（青銅器時代）的英國南部沙丁堡「巨石陣」之考古推測。所謂巨石陣是英國古代巨石建築遺址，1740 年已被提出它的東北向排列堆砌與指示一定季節的日出、日落方位有關，甚至它們可預言著月食的發生。

規律性的啟蒙 蘇格蘭之西的海布里地（Hebrides）路易斯島西北方海岸，因位處高緯度，以致於難得能見到月球的蹤跡。現仍留有先民建築的石柱群，據證顯示出由石柱北方向南望，呈現出每 18.6年週期的月亮在它最北方重要的停滯路徑，看來像似說明每 18.6年月亮會從地球此處誕生一次。

規律性的啟蒙 大角（Big-Horn）魔輪位於美國俄明州的一個著名印第安人古蹟「大角（Big-Horn）魔輪」，它是石塊在地面上排成一個直徑約 27 米圓，中心有一個直徑約 4 米的圓錐形石堆，還有 28 根用石塊排成的參差不齊其的輻條，從中心一直到輪邊據考察，它的排列和某些天文現象如夏至日太陽的升起落下的方向，以及獵戶座「參宿七」、金牛座「畢宿五」、天狼星等升起點有關聯。有學者指出這些的標記，可能和當時的打獵、植樹、收成、紀念日等重要計畫的擬定有關。如此和星空有關的建築和儀式在美洲原住民中常可發現。

規律性的啟蒙 中南美洲遠古時代天文學很興盛，從馬雅人和阿芝特克人神殿的排列和太陽升起的「至點」、金星升起的「東大距」、「西大距」關聯。例如已有一千多年歷史，外觀如蝸牛殼的 Caracol 廟，在它的塔頂有管狀窗戶朝向著「春分日」、「秋分日」太陽落下處；而大多數北向和南向的窗戶指向金星的東大距、西大距觀測方位。

規律性的啟蒙 愛爾蘭 Co. Meath 山坵內的 Newgrange 建築，已有 3 萬 4 千年歷史，是世上已知最古老建物之一。是傳說中「光神」住宿的地方，指示著「冬至」時太陽升起的位置。當冬至當日，太陽升起時，陽光會由洞口、穿透 19 公尺長的通道，直達洞底的石塊。而石塊上所刻畫的，可能是與太陽有關的三個螺旋狀迴紋圖案。

規律性的啟蒙 Khufu 金字塔公元前 2600 年建於埃及 Giza 高原上的 Khufu 法老王墓（以外形俗稱為金字塔），金字塔內法老王寢宮引道南指向獵戶座的腰帶上的 ζ星（此星座和埃及司陰府的 Osiris 神有關），北指天龍座 α星（古埃及曆的北極星），當時金字塔位於北緯 31 度。

規律性的啟蒙 金字塔的分布與獵戶座埃及 Giza 高原上金字塔的分佈與星圖中畢宿星團和獵戶座的對照，且金字塔的直徑大小也比照所看到星體的比例。金字塔與尼羅河的相對位置也比照上列星座和銀河的相關位置。金字塔內所葬者的身份是比照埃及神話中的相關神明地位。

規律性的啟蒙 墨西哥的奇城伊塔 (CHICHEN ITZA) 建於公元前 600 – 830年間，是馬雅時期重要的儀式中心。它建物階梯形成的外觀像似蝸牛的螺旋狀外殼，是地平面上依天文觀測而建的穩固建築，它有著兩重的垂直層層排列的台階，支撐住柱形的高塔，塔頂開了三個眺望窗戶。奇城伊塔的羅旋樓梯平面顯現它在夏至、冬至時可看到的太陽升起和落下的情景。在奇城伊塔中的依卡司提羅 (EI CASTILLO) 的角錐結構，在春分、和秋分時刻會呈現出特殊的太陽投影情景。

地球是怎麼自轉的 ? 在天文學中，一般是從星空中的「不動點」（現今位處於北半球者，是可以在北極星附近找到此點）定義出南北方位（正是地球自轉軸的指向）。科學家告訴我們地球自轉的方向正如右手所示：以你矗立的右手姆指代表地球自轉軸指向「北極」，其餘四根指頭彎曲的方向就表示地球自轉的方向。

一天的定義 依據天文學家的定義，太陽系的行星本身自轉一圈，稱為此行星的「一天」。換句話說，「地球自轉一圈」就是地球的「一天」，也就是「一晝夜」的時間長度。

12 時辰的定義 什麼叫作「一天」(或稱為「一晝夜」) 呢? 我們若依據自然的規律現象來定出淺顯易懂的共同溝通語言，最容易被接受和流傳。因此在時間方面，先民們已是依據「正中午」 (圭表儀上太陽影子北指時) 到下一個「正中午」定義為 12 時辰。我國西周就已實施用子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥等「12 地支」來標示一天當中的不同時間。以「12支」、「四維」和「八干」表示的 24 方位。方位和時間有著什麼關聯？

圭表圭表和日晷 (Sun Dial) 都是以太陽為觀測目標的計時儀器，它們的結構簡單，是我國流傳於世的最古老的天文儀器。所謂的「表」，最初就是一根直立於平地上的竿子或石柱。可依據影子的方向和長短定出方向、節氣、時刻、地域等。圭表是由直立於平地的表和一個正南北指向平放的尺 (圭)組成。最晚大約在春秋中葉，利用圭表測量日影，已經是制定曆法的重要方法了；而利用此法所測定出的「回歸年」長度為 365.25日。

日晷日晷，如以赤道式日晷為例，它由一根永遠指向北極的「晷針」和以晷針為圓心的石質「晷面」組成，晷面刻有放射狀方位線，根據針影與方位線重合情況的觀察結果，就能知道當時的時間。

黃道 12 宮 黃道 12 宮是「黃道」通過的 12 個星座。當地球繞太陽公轉時，太陽看起來會在這些星座構成的背景前移動，移動的軌跡就稱為「黃道」。從圖示，可看出黃道 12 宮是代表一年中，從我們生活的地球上看太陽在星空中規律地運行的背景星座而已，並沒有任何神秘的力量。

四季和 24 節氣 地球繞行太陽一周就是一年，隨著春夏秋冬四季氣候的周期性變化，先民將冬至到次年冬至整個回歸年時間平分成 12 等分，每個分點稱為「中氣」，再將中氣間長均分為二，其分點叫作「節氣」。這 12 中氣和 12 節氣的統稱為「24 節氣」。我國在農業社會時期的春耕、夏耘、秋收、冬藏等日常起居作息生活，都與 24 節息息相關。由於歷代領域大都在黃河流域，節氣名稱因此依該地區氣候變換和耕耘、播種等農事來命名。

一年的定義 地球除了有自轉外，也有著繞行太陽公轉的現象。實際上地球繞行太陽公轉一圈的時間約為 365.2422 日，我們定義這個規律的周期為一個「回歸年」。正因為這個回歸年的時間長度不是正好為整數，所以我們以「平年」365 日和「閏年」366 日來描述一年的長短。

一個朔望月 我們看到的月面明亮是導因於反射太陽的光，被照亮的月面部位在月球繞行我們地球的相對位置變化中，從我們地球上看到的月面變化。也就是說，月面形狀在一個月當中有著圓缺的周期性變化，若我們依此周期變化，從「望」到下次的「望」（或是從「朔」到下次的「朔」）定義為「一個月」的時間長短。這種命名一個月的方式就稱為「朔望月」(約 29.5 天)。有別於「恆星月」 (約 27.3 天)。

東西方古天文學的發展 天文學是源由於人類高貴的好奇心特性，就像是孩童問他們的父母「星星是什麼？」、「月相為什麼會變化？」、「宇宙是什麼？」。相同地，遠古人們也經常地捫心自問這類的問題，這些回應通常會表達在神話中、或是宗教裡所揭示對天堂的敬重。然而，人類進入語言傳達思想的年代後，人們的辨證思維和對大自然的觀察，促使著天文學在各個年代的發展。所以說，天文學的萌芽乃是「文化起源」之所在，也是「哲理」的源頭。因此之故，世上古文明中必然留下了它們的寶貴天文遺產以待考証。

東方古天文學的發展 據目前考古所知，中西古代天文學的發展模式和成就差異很大。我國先民的天文成就，是配合著生活所需、融入於各階層人民的生活中的，如我國最早的一部書《尚書‧堯典》所說：「乃命羲和，欽若昊天，曆象日月星辰，敬授人時。」這說明在帝堯時期（約公元前 24 世紀）已有專職天文官，從事觀象授時、教導人們依天時而生活的工作。換言之，我國的天文學隨著朝代而演進有著完整的歷史記載，各個時代陸續地都有記錄、新發現和新見解。

西方古天文學的發展 西方古代天文學的發展是隨著武力的興衰而變遷，所以缺乏完整的歷史記載。就以古希臘（約我國的春秋、戰國時期）來說，原本的古希臘天文學是融合了埃及、希伯來、巴比倫等諸古國的天文智識而成的。因著各個文化差異憑藉武力而聚合了，在同一時期裡，西方的天文學發展受到不同文化的衝擊遠大於我們，所以他們的天文學比我們多了些理論的思辯和幻想，卻遠不如我們日常生活上實用的、技術性的內涵。但隨著而來的古希臘文化，歷經羅馬帝國的興起和崩潰、宗教戰爭、阿拉伯人的入侵，人們多放棄了希臘的天文學等科學智能的傳授，且多處希臘的文化中心內的手稿在短時間內被毀壞了，使得從此歐洲進入了科學的「黑暗時期」。直到 15 世紀「文藝復興」，在歐洲才興起了近代天文學。

中國古代對宇宙是有著什麼樣的看法？ 戰國時期的荀子在【天論】的起頭就說：「天行有常，不為堯存，不為桀亡。」，也就是說自然界是按其本身規律運行不斷的，不論是仁君堯還是暴君桀都影響不了它，天文現象和政治無關。另外，管子【宙合】篇說：「宙合之意，上通於天之上，下泉於地之下，外出於四海之外，合絡天地以為一裹。」「是大之無外，小之無內。」，白話來說是：「宇宙是時間和空間的統稱，它向上直到天的外，向下直到地的裡面，向外越出四海之外，好像一個包裹把我們看得到的物質世界包在其中，但是它的本質在宏觀和微觀方面都是無限的。」

渾天說 在古代，『渾』字有圓球的含意。古人認為天是圓的，形狀像蛋殼，出現在天上的星星是鑲崁在蛋殼上的彈丸，而我們的地球則是蛋黃，人們是在這個蛋黃上測量日月星辰的位置。因此，把這種想法稱為「渾天說」，而觀測天體的儀器叫做「渾儀」。渾儀發明於戰國時代（公元前 4 世紀），渾儀基本結構只有三環（子午環、赤道環和赤經環）和一窺管組成，可看出當時不但已略知日月星辰東升西落的變化情形（地球斜傾角度），並已會運用「經度」和「緯度」的座標概念。

渾象 公元前 70 ~ 50 年間耿壽昌有「渾象」的創製，它是一種教學、表演天體視運動的儀器；它是將日、月、28 星宿等天體以及赤道、黃道都繪製在一個圓球面上，能使人們不受日夜時間、陰雨天候的限制，隨時瞭解當時的天象。渾象不但位置精準不差，補足肉眼無法觀測的空白，況且能幫人們直覺地、抽象地理解日月星辰的運動規律。

簡儀 元代郭守敬分析研究了渾儀上每一道環的作用和相互之間的關係，簡化渾儀組成為兩個互相獨立、結構簡單的赤道裝置(赤道經緯儀) 和地平裝置(另加立運儀) 而創構成「簡儀」。是現代天文望遠鏡的先驅。

水運儀象台 宋元祐年間〔西元 1088 年左右〕，吏部尚書蘇頌檢查太史局與翰林兩天文台不同構造之天文觀測儀器後，兼採自漢唐以來諸家對於渾儀、渾象、激水運輸之說法，將儀象分置於一台中之上下隔，且樞機輪軸隱於中；以水激輪、輪轉而儀象皆動。製成中國唯一有說明的自動水運天文 (渾) 儀 (渾) 象及自動報時天文台，名為「水運儀象台」，且是可隨地球自轉的追蹤觀星裝置。是現代天文望遠鏡的先驅。

赤道座標系 觀察者坐北朝南（因我國位處北半球，日月長年出現在偏南的方位），仰天觀星，發現天之「左旋」，而定義出垂直於指向北極軸線的平面為「天赤道」。此天赤道平行於地球赤道，它雖非指地球的赤道，但對於非常遙遠的天球面而言，兩者已幾乎無差別。以指向北天極軸和赤道環建立的座標系統稱為「赤道座標系」。右圖示，是以天球上天體位置的兩個座標分量，用「去極度」和「入宿度」來表示的赤道座標。

地平座標系 由於人們的視力所及，難以辨別恒星距離我們的遠近區別，故為簡化系統化的描述恒星和我們間的位置關係，以稱之為「天球」的假想球面為恒星目視的座標。右圖示，就是以天球上天體位置的用「地平高度」和「方位」兩個座標分量，來表示的地平座標系。以頭頂正上方的「天頂」和「地平圈」為基本點圈建立的座標系統稱為「地平座標系」。

二十八宿 我國古代天文學家為了比較日、月、五星的運動而選擇鄰近天赤道附近的星象，劃分成 28 個不同大小的部分，每一部分就叫作一「宿」，作為觀測時的標誌。28 宿的選取由於古代是憑肉眼直接觀測，為了測定天體的明確位置，所以都必需在各宿中選取一顆較明亮的星作為測量的標準，這顆被選定的星稱之為「距星」。由西向東相鄰兩宿的距星「赤經差」，稱為此宿（位處西側者）的「赤道距」（簡稱為距度）。

地球運動的思維 西漢末年的《尚書經․考靈曜》中有段話想用地球的運動來解釋所看到的太陽每天在南方高度之周年變化，在提到地動而人無知覺時說道：「地恒動不止，而人不知，譬如人在大舟中，閉牖而坐，舟行而不覺也。」，竟和後來哥白尼在《天體運行論》中所用的完全雷同的說詞。

豐富的中國古天象紀錄 仰韶彩陶太陽紋圖案仰韶文化彩陶上的太陽紋圖案。1972 年在河南鄭州出土，距今約 5000 年的仰韶文化遺物，圖案表達出當時人們對太陽的觀察認知。

豐富的中國古天象紀錄 極光現象紀錄在公元前 11 世紀的西周初期，就有了「極光」(天裂、赤氣、白氣、黃氣) 現象的文字記載，直到清代約有 300 餘次的詳細記載，記載中大多有日期、觀測地點、極光的形態和變化的描述。

豐富的中國古天象紀錄 彗星、流星、隕石彗星、流星、隕星，我國古時合稱「彗孛流隕」。我國有著世界上最早最豐富的彗星紀錄，殷末（公元前 11 世紀）武王伐紂時所見的彗星。早在公元前 2 世紀，古人就開始對彗星進行分類。到了戰國時期，對於彗星的觀測已累積了豐富的觀測經驗，可從在長沙馬王堆三號漢墓帛書中 29 幅彗星圖看出古人對彗星觀測的仔細，不但畫出彗尾的不同形狀，也畫出了彗核結構，且有著相當科學的描述。

豐富的中國古天象紀錄 彗星分裂、流星雨記載歷史上還有幾次彗星分裂現象的記載。如《新唐書•天文志》記：「乾寧三年（公元896年）十月有客星（此處指的是彗星）三：一大，二小，在虛、危間（今寶瓶座），乍合乍離，相隨東行，狀如鬥。經三日，而二小星沒。其大星後沒」。和彗星相關的流星雨，我國也有大量的記錄。

豐富的中國古天象紀錄 新星和超新星公元 1054年出現在金牛座的超新星。關於這顆超新星，只有我國和日本有觀測記錄，如 <宋會要> 中記有：「至和元年五月，晨出東方，守天關（天關是指金牛座ξ星）。晝如太白，芒角四出，色赤白，凡見二十三日。」

豐富的中國古天象紀錄 古星圖三千多年以前的殷商時代，就有了關於天文星象的文字記載，繪畫和雕刻天文星象圖表也有悠久的歷史。古星象圖大致可依性質區分成為具示意性或科學性兩類。右圖是山東嘉祥武梁祠東漢石刻畫像中有一幅帝王乘車巡狩圖：以北斗七星作為車子的框架，意表《天官書》所說：「斗為帝車，運於中央」。

豐富的中國古天象紀錄 科學性的星圖常出現在書籍、畫卷、石刻儀器等上面具科學性的星圖，是古代天文觀測者為認知教學和記錄天空星官(星官是古時對星星的稱呼) 位置而繪製的。如戰國時代的魏人石申的石氏星表、約畫於公元八世紀初上繪有1350多顆星的敦煌星圖。右圖是敦煌星圖中紫微垣。

豐富的中國古天象紀錄 《新儀象法要》中的星圖和蘇州石刻《天文圖》蘇頌的《新儀象法要》寫於 1094 年，書中附有公元 1078 – 1085 元豐年間實際觀測記錄的星圖，分述紫微垣、渾象中外星官、渾象北極和渾象南極等五幅，共計有星名者283個、星數 1464 顆。星圖從角宿開始按 28 宿順序連續排列。《新儀象法要》中的星圖是目前流傳下來全星圖中最古老星圖之一。

思辯進展的歐洲古代天文學 古希臘天文學是近代天文學的直接淵源。依據前後年代對大自然的看法差異，古希臘天文學大致上可分成四個主要的時期，或說前後形成的四個學派。也就是，公元前七世紀起，泰利斯（Thales, 約 624 – 547 BC.）提出以「思辯」方法來探究和理解宇宙形狀、功能和基本組成的愛奧尼亞學派；主張「球形大地」的畢達哥拉斯（Pythagoras, 約570 – 500 BC.）學派；公元前四世紀，提出「同心球宇宙」構思的柏拉圖（Plato, 約 428 – 347 BC.）學派；公元前三世紀，應用天文觀測和量測方法的亞歷山大學派。

思辯進展的歐洲古代天文學 思辯宇宙時期古希臘自然哲學家泰利斯（被尊為哲學鼻祖），主張拋棄天地星辰神話傳說的想像，首創以哲學思辯的方式來探究宇宙結構和組成。泰利斯認為大地是一個漂浮著的圓盤，就像一塊木頭漂浮在萬物的本源 (水)之上，穹隆狀的天空籠罩著大地。

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