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古代天文历法释证 说太阳远近
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吾侪犹忆童稚时,尝读译述《列子·汤问》篇两小儿辩日之课文,原饶兴趣。辄悠然神往,恍惚如见两小儿坐草地上辩论,并思欲一知太阳晨午离地之距离究孰远孰近,童稚识浅,无从解答。今忽忽已成人矣,此问题犹横亘于胸中,援就暇时,重申论之。其《列子》原文曰:
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孔子东游,见两小儿辩斗,问其故,一儿曰:“我以日始出时去人近,而日中时远也。”一儿以日初出远,而日中时近也。一儿曰:“日初出大如车盖,及日中则如盘盂,此不为远者小而近者大乎?”一儿曰:“日初出沧沧凉凉,及其日中如探汤,此不为近者热而远者凉乎?”孔子不能决也。两小儿笑曰:“孰谓汝多知乎?”
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《列子》系晋人伪书,然此事汉人书中多乐道之,且设法解答之。桓谭《新论》、张衡《灵宪》、王充《论衡》,皆尝言之。则列子本条所记,虽未必有仲尼遇两小儿辩日之事,而此问题,要为姬汉旧说也。
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桓谭《新论》系佚书,沈阳孙冯翼有辑本,中华书局《四部备要》已收入,其引李严《法苑珠林》卷七《日月》篇曰:
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予小儿闻闾巷言,孔子东游,见两小儿辩斗,问其故,一儿曰:“我以日始出时近,日中时远。”一儿以日初出远,日中时近。长水校尉关子阳以为天去人上远而四旁近。以星宿昏出东方,其间甚疎,相去丈余,夜半在上视之甚数,相去惟一二尺。日为天阳,火为地阳。地阳上升,天阳下降。今置火于地,从傍与上诊其热,远近不同,乃差半焉。日中在上,当天阳之衡,故热;于始出,从太阳中来,故凉。西在桑榆,大小虽同,气犹不如清晨也。
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桓子引长水校尉之言,结论实不正确,证据亦不合,盖实天去人上近而四旁远。星宿昏时出东方其间甚疎,夜半在上视之甚数者,此与光之强弱有关,而用以证日之远近,甚不类也。
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《后汉书·天文志》刘昭注引张衡《灵宪》曰:
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日之薄地,其明也,由暗视明,明无所屈,是以望之若火。方于中天,天地同明,由明瞻暗,暗还自夺,故望之若水。火当夜而扬光,在昼则不明也。
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张氏之言,虽未明言解答辩日一题之问题,然其言日之薄地及中天,由暗视明与由明瞻暗,实与日近日远问题暗中有关。其以光之强弱释晨日薄地,由暗视明,望之若火。望之若火,其意谓日大也。方日中天,天地同明,明暗相夺,望之若水。望之若水,其意谓日小也。义尚中肯,惟以水火为喻,则设辞仍嫌不甚清晰也。
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王充《论衡·说日篇》曰:
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儒者或以旦暮日出入为近,日中为远;或以日中为近,日出入为远。其以日出入为近,日中为远者,见日出入时大,日中时小也。察物近则大,远则小,故日出入为近,日中为远也。其以日出入为远,日中时为近者,见日中时温,日出入时寒也。夫火光近人则温,远人则寒,故以日中为近,日出入为远也。二论各有所见,故是非曲直未有所定。如实论之,日中近而日出入远。何以验之:以植竿于屋下,夫屋高三丈,竿于屋栋之下,正而树之,上扣栋,下抵地,是以屋栋去地三丈,如旁邪倚之,则竿末旁跌,不得扣栋,是为去地过三丈也。日中时日正在天上,犹竿之正树,去地三丈也。日出入邪在人旁,犹竿之旁跌去地过三丈也。夫如是,日中为近,出入为远,可知明矣。试复以屋中堂而坐一人,一人行于屋上,其行中屋之时,正在坐人之上,是为屋上之人,与屋下坐人,相去三丈矣。如屋上之人在东危若西危上,其与屋下坐人相去过三丈矣。日中时,犹人正在屋上矣。其始出与入,犹人在东危与西危也。日中去人近,故温;日出入去人远,故寒。然则日中时日小,其出入时大者,日中光明,故小;其出入时光暗,故大。犹昼日察火,光小;夜察之火,光大也。既以火为效,又以星为验,昼日星不见者,光耀灭之也;夜无光耀,星乃见。夫日月星之类也,平旦日入光销,故视大也。
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王氏之论较为详赡,结论至确。惟所举竿屋两证,与日躔不合。若王氏之说,必太阳平移而后可,王氏固以为太阳平移者,然太阳果平移耶?
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《列子》书出后,后人论之者颇众。若唐丘光建之《兼明书》论日远近,明章潢之《图书编》有日远近大小说,皆所以答小儿辩日之谜。惟所言类多肤泛迂远,即有一二可取者,亦往往失于以简单事理释宇宙繁赜之现象,斯则古人科学知识缺乏,有以使之然也。
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今就今人所知,约略释之,六百三十七万八千二百。夫太阳与地球之距离,无晨午之别,太阳与人之距离,有晨午之差。太阳与地球之距离,为九百二十万九千余里,地球赤道半径为6378200公尺(奚马德于1907年发表,巴黎会议采择者),午时,太阳距地与距人相等,阳光直射至人,只隔百余英里之空气层,故热。仰视日,天际空宕,无物为之比较,故小。日出没时,人日之距离,与地日之距离,前者较后者,差多一地球半径。前者为远,受日光斜射,须经千余英里之空气层,故凉。平视之,有许多景物,为之比较,故大。又晨,夜寒未退,故凉。午时暑气熏蒸,水汽较晨时为多,人体比较散热不易,故热。总之,日之去人,晌午较晨夕为近也。
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幼时读小儿辩日之课文,茫然不知所解,然实能启人神思,列之于小学教本中,是也。又此问题,已有二千年之历史,历代学人,未尝有一满人意之解答,诚可异也。古人识知虽浅,对于自然现象,尚有研讨之态度,若《周髀算经》测日距之说,其错误之大,何止千百,然其治学方法,开径独运,百世之下,读之者犹为感奋!盖其原动力至堪重视也。徒以后儒不学,使古人已播之种子萌蘖而死,于是中国科学终古不明,悲夫!悲夫!
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(原刊《东方杂志》第39卷第5号 1943年5月15日)
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古代天文历法释证 说太阴盈亏
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沈括《梦溪笔谈》卷七象数一说月盈亏之理云:
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又问予以日月之形如丸耶?如扇也?(涵芬楼景印明刊本,疑也当为耶误。)若如丸,则其相遇岂不相碍。予对曰:“日月之形如丸。何以知之?以月盈亏可验也。月本无光,犹银丸,日耀之乃光耳。光之初生,日在其旁,故光侧而所见才如钩,日渐远,则斜照而光稍满。如一弹丸,以粉塗其半,侧视之,则粉处如钩,对视之,则正圆。此有以知其如丸也。日月,气也,有形而无质,故相直而无碍”
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沈氏答客问日月之形如丸,以月盈亏之理证之,极多中肯之言。其言月本无光,日耀之乃光,尤为卓见,发前人之所未发。惟“日渐远,则斜照而光稍满”一语,析理稍嫌含混;而“日月,气也,有形而无质,故相直而无碍”一概念,今日视之,为与事实不符也。
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夫月绕地球运行,其进程中呈各种不同之样子,由此样渐变而为他样,若朔之上弦,上弦之望,望之下弦,下弦之朔,此样子谓之月相。月相所以造成之故,由于月本无光,月藉日耀而有光。设月自有光,则月亦可常满,其形常成圆形如日。今月无光,而月又为一不透明之球体,太阳照耀于月球上,只有球之半面受光而反射,而成光面,其余半面,因不被透过而成暗面。当月位太阳与地球之间时,月之光面临对太阳,其暗面临对地球,此时地上之人,全不见月光,谓之朔月(然就太阴自身而言,实可谓之真新月)。及过数日后,月之位置,移居于太阳与地球之旁,太阴受日光斜照,其光面一部分向着地球,地上之人,见其一部分镰刀形之光面,谓之弦月。若月之位置适与地球及地球与太阳二线相交成直角时,太阳以四十五度角斜照太阴,太阴之光面一半向着地球,地上之人见月之一半光面,谓之上弦或下弦。及过上弦以后,月之位置渐转至太阳与地球之后,而太阳、地球、太阴在一直线上,此时太阳直射至太阴,太阴之光面全部向着地球,地上之人见月光之全部,谓之满月。满月以后,太阴又转至太阳与地球之旁,而成下弦现象,由下弦之朔,则周而复始。
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夫月相之理,亦可设一喻焉。设有一人,伸手持一光滑而易反光之球,坐一转椅上,椅前数武,放一明亮之灯。于是转动椅子,则此球因位置不同,可呈现许多形相,暗也,半明也,全明也。此形相与月盈亏之现象固无甚不同。吾人试瞑目静思,此球所以明暗之故,则月相之理可得矣。
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