2003—2005年考古学家在山西襄汾陶寺遗址发现了一座用于观象授时的观象台^{[54] [55]}，这是中国天文考古学发展的一个里程碑。

陶寺遗址发现于20世纪50年代。1978—1987年进行大规模发掘，揭露了居住区和墓葬区，发掘墓葬1000余座，其中贵族大墓6座，出土了陶龙盘、陶鼓、鼍鼓、大石磬、玉器、彩绘木器等精美文物，从而确定了陶寺文化。1999年以来的发掘和研究确定了陶寺文化早期小城、中期大城和小城、晚期宫城的存在。早期小城位于中期大城内的东北部，约20万平方米。中期大城城址平面为圆角长方形，总面积280万平方米，方向225°。中期大城内功能区划分明确，在中偏北的位置有宫城，手工业区在大城的东南部，大约从事农业的普通居民区设置在城内西北部，大型仓储区位于宫城外侧东部。在大城东南城墙外发现了一座长条形的中期小城，方向225°，面积10万平方米，这是陶寺中期的王陵区和祭祀区。陶寺遗址的年代，早期约为公元前2300—前2100年，中期约为公元前2100—前2000年，晚期约为公元前2000—前1900年。^{[56] [57]}

陶寺观象台位于中期小城内，编号IIFJT1。观象台背靠大城东南城墙，与大城东南城墙Q6相接，向东接出半圆形建筑，建筑面积约1400平方米。揭露出来的基址共有三道夯土挡土墙，都呈向东凸出的弧形，推测原来可能有三层台基。最内圈夯土挡土墙呈大半环形，半径12米，也即上层台基的半径，上层台基生土芯半径8米。上层台基夯土挡土墙与生土台芯之间有一道弧形夯土墙，这道夯土墙的顶部挖出一系列缝隙，共10道，形成11道夯土柱与10道缝隙的结构，缝隙残深14～17厘米，自南向北命名为E1、E2……直到E10。在这个弧形夯土墙北面偏外（偏东）有一个大致方形的夯土墙，上面挖出一条柱缝，形成两条夯土柱夹一条缝隙的结构。两道夯土墙之间的缝隙命名为E11，第二道夯土墙上的缝隙命名为E12。这12条缝隙的延长线恰好交汇在一个点上，后来的发掘证明这个点是陶寺时代的观测点，由四道夯土组成一个圆形的夯土基础，其核心直径只有25厘米，仅能容人双脚站立。也就是说，在这个夯土建筑存在的时候，站在夯土台芯上向东看，从12条缝都能看出去。这一大型建筑东面的远方是一列南北向延伸的山脉，称为塔儿山。

考古学家经过反复模拟观测，认为此遗迹是用于观测不同季节太阳升起方位的设施。E2对应冬至日出，现代冬至太阳从远处的塔尔山升起的时候，在E2缝偏北的位置，约一半的日面被E2北面的柱子挡住；夏至日出时，太阳不能到达最北面的E12号缝，而是被其南面的柱子所遮挡。^[58]天文史专家经过实地考察，一致认为这一遗址与观测日出定季节有关。^[59]

随后武家璧等组织对此遗迹进行了精确的测量和计算，其中对于冬夏至日出的研究结果尤为重要。对于现今历元，冬至时太阳经过E2缝中线时已经明显高出远方的山脊线，但是由于黄赤交角的变化，对于公元前2100年的历元，冬至太阳露出一半时，日心几乎恰好在狭缝中心线。夏至情况与此有所不同，按照现今的历元，夏至时太阳不能从E12中经过，但是在陶寺文化中期的年代日出一半时日面达到E12号缝的右部。如下图1－5。

图1－5　测量和计算得出的夏至和冬至日出日心运行轨迹（来自武家璧等，2008年）(www.daowen.com)

此项研究结论认为：“陶寺夯土建筑IIFJT1的E2缝、E12缝，在角分数量级上分别对应于冬至和夏至的日出方向，而且在考古学所确定的年代（41个世纪前），其符合程度远比今天为好。这就强有力地证明，陶寺IIEJT1半圆台和狭缝，是古人精心设计用来观测日出方向以确定季节，即用于观象授时的目的，是我国现存最早的观象台遗址。”^[60]

陶寺观象台E2—E12都能用于观测日出，把一年的时间划分成20个节气，何驽对这20个节气在陶寺文化中的含义作了详细的研究，认为其中有气候节令、宗教节日、四时祭、农时节令，并给出了20节气图。^[61]

图1－6　陶寺观象台实地模拟观测得到的20个节令太阳历^[62]

但是最南面的E1却不能用于观测日出。即使在日出方位最偏南的冬至日，太阳也是从其北面的E2缝中升起，到了E1缝中时已经升高。刘次沅计算认为，E1对应于“月南至”，在4100年前，在每个18.6年的月亮交点进动周期中，大约有一年时间月亮每个月都会有一次经过这一点；但是由于只有在阴历的十二到二十五的几天里才能观察到月亮从东山升起，故而在这可以观察到的一年中只有不到一半的月份才会观测到月亮从E1中升起。如此精确的设定，可以猜想E1是古人根据“月南至”所做的标记。^[63]随后在陶寺遗址中又发现了可能是圭表测日影所用的表，其中在基本符合陶寺夏至日影的位置有一个特殊的标记。^{[64] [65]}

距今4000年前的遗址中出土了这样一个用于精确天文观测的大型建筑，使得学界对于中国早期天文学有了新的认识。笔者也有几篇相关文章，《从大汶口符号文字和陶寺观象台探寻中国天文学起源的传说时代》^[66]结合古文献对于早期天文观测的零散记载与考古发现，探讨早期天文观测的方法、特征和可能的传播。本书第二章就是在此文基础上的扩充。与何驽合作的《“日影千里差一寸”观念起源新解》^[67]提出在中国后世影响广泛的“日影千里差一寸”的观念起源于中国国家形成的关键时期——帝尧到大禹的时期——两个不同的都城的日影测量与地理测量。本书第五章对此进行了更加细致的论述。《中国文明早期对于大范围地理距离的认知》^[68]是在《“日影千里差一寸”观念起源新解》一文基础上，论证自帝尧到大禹的时代古人对欧亚大陆进行过步测，测得的步数就是《山海经·海外东经》中记载的“五亿十万九千八百步”，转化成里数就是古文献中反复记载的“大地东西二万八千里，南北二万六千里”，大禹的“五服”范围也是实测出来的；欧亚大陆的测量让古人建立起来了“四海”的观念。本书第六章对此加以详论。