汉代以前的日影观测数据除了《周髀算经》的冬至1尺6寸、夏至1丈3尺5寸之外,夏至还有1尺5寸和1尺4寸8分两种,冬至还有1丈3尺。
(一)1.5尺、1.48尺与1丈3尺的文献记载
夏至影长1.5尺最权威的记载存在于《周礼》中。《周礼·地官·大司徒》记载:
以土圭之法测土深,正日景,以求地中。日南则景短多暑,日北则景长多寒,日东则景夕多风,日西则景朝多阴。日至之景,尺有五寸,谓之地中。天地之所合也,四时之所交也,风雨之所会也,阴阳之所和也。然则百物阜安,乃建王国焉。[60]
《周礼·大司徒》只言夏至不言冬至。
《周礼·冬官·考工记》也有记载:
土圭尺有五寸,以致日,以土地。[61]
郑注:“夏日至之景尺有五寸,冬日至之景丈有三尺”,认为夏至1.5尺、冬至13尺是一套数据;贾公彦疏:“‘夏日至之景尺有五寸,冬日至之景丈三尺’者,皆《通卦验》文”,认为这套数据是《易纬·通卦验》的数据。李淳风注《周髀算经》引《尚书·考灵曜》也有“日永影尺五寸,日短影一十三尺”[62]。
但是《易纬·通卦验》又有夏至影长1.48尺之记载。《续汉书·律历志》下刘昭注引《易纬》[63]及《周髀算经》李淳风注引《易纬·通卦验》[64]皆作“夏至景尺有四寸八分,冬至一丈三尺”,冬至仍为1丈3尺,夏至则为1.48尺。
这样除《周髀算经》之外的文献记载的汉代以前观测到的冬夏至日影长度组合为:
(1)夏至1.5尺(《周礼·大司徒》)。
(2)夏至1.5尺,冬至13尺(郑注《周礼》,贾公彦疏引《通卦验》,李淳风注《周髀》引《尚书考·灵曜》)。
(3)夏至1.48尺,冬至13尺(《后汉书·律历志》刘昭注引《易纬》,李淳风注《周髀》引《易纬·通卦验》)。
(二)1.5尺与周公测影
因《周礼·大司徒》明言夏至日影1尺5寸的长度为地中,所以这一数据被作为周公测影的结果。(www.daowen.com)
关于周公测影之地,自汉代已分为二说,一主阳城,一主洛阳,李淳风注《周髀算经》对此有说明:“《周礼·大司徒》职曰:‘夏至之景尺有五寸’,马融以为洛阳,郑玄以为阳城”[65]。后世亦有此分歧。
《周礼·大司徒》郑玄注:“郑司农云:土圭之长尺有五寸,以夏至之日,立八尺之表,其景适与土圭等,谓之地中。今颍川阳城地为然。”孔颖达正义:“周公度日景正五表,今阳城是周公度日景之处,古跡犹存。”即汉代的郑玄和唐代的孔颖达都认为是阳城。历代天文学家多接受此种观点,如《隋书·天文志》说:“昔者周公测影于阳城,以参考纪历。其于《周礼》,在大司徒之职”[66],接下来就是引用“以土圭之法……”一段。阳城因为周公测影而成为中国天文学史上一个具有特殊意义的地方。唐代一行、南宫说组织的大规模日影和北极高度测量,阳城是一个重要地点。一行《大衍历》也将阳城的数据作为与其他观测点比较的基准。南宫说曾在阳城立碑刻“周公测影台”以为纪念,该碑至今仍在,其北面就是元郭守敬建造的40尺高的观星台。现今学者亦多主张周公测影在阳城,认为就是现在的周公测影台和登封观星台所在地:“虽然中国最早的王朝夏王朝一开始把自己的都城选在了阳城,但阳城被认为是地中,却是始自周公的立表测影。……对于地中的选择,则以立表测影为依据。”[67]
洛阳说的提出是因为洛阳是周初所营的洛邑所在地。据李淳风之说,汉代的马融主张周公测影在洛阳。其实郑玄也不十分坚定地认为周公测影之地在阳城。《周礼·天官冢宰》“惟王建国”句下郑玄注:
周公居摄而作六典之职,谓之周礼。营洛邑于土中。七年,致政成王,以此礼受之,使居洛邑致天下。司徒职曰,日至之景,尺有五寸,谓之地中。[68]
“土中”即“地中”,此处郑玄认为周公作洛、致政成王的洛邑与“日至之景,尺有五寸,谓之地中”是同一个地方。周公作洛是历史上著名的事件,地点当在今洛阳。作于周初的何尊铭文记载武王克商之后已经决定迁于“中国”:“唯武王即克大邑商,则廷告于天曰:余其宅兹中国,自之乂民”[69],《尚书·召诰》中有:
王来绍上帝,自服于土中,旦曰:“其作大邑,其自时配皇天,毖祀于上下,其自时中乂。”[70]
也认为洛邑是“土中”。
对于周公测影所定的地中是阳城还是洛邑,孔颖达试图给出一种调和的解释,说:“颍川郡阳城县是周公度景之处,古跡犹存,故云地为然也。按《春秋》左氏,武王克商迁九鼎于洛邑,欲以为都,不在颍川地中者,武王欲取河洛之间形势之所,洛都虽不在地之正中,颍川地中仍在畿内。”[71]孔氏这样的解释虽调和了阳城说和洛阳说,但是缺乏依据,周公测影究竟是在阳城还是在洛邑仍然是一个谜。
(三)1.5尺、1.48尺与13尺的已有计算结果
对于夏至1.5尺、冬至13尺以及夏至1.48尺、冬至13尺两组数据,也有当代学者进行过计算。
高平子计算了夏至1.5尺、冬至13尺的观测年代。他根据文献记载首先认为这个数据是周初测影的结果,地点或是在洛阳,或是在阳城。他利用这组数据加上日半径和蒙气差的改正,计算得到黄赤交角23°54'.1,观测地纬度34°47'.2。比较洛阳纬度34°49',告成纬度34°26',他认为夏至1.5尺、冬至13尺这套数据“在假定之周初年代及洛阳纬度实为密近,但不合于阳城。”[72]
赵永恒对夏至1.5尺、冬至13尺加入了他本人依《周髀算经》之法求得的北极璇玑影长10尺,拟合得到这套数据的观测年代为公元前1032年左右,观测地的纬度为34.32°(约34°20'),认为登封告成镇的纬度(34.42°)处于数据拟合的地理纬度的范围之内。[73]
赵永恒还特别计算了夏至1.48尺、冬至13尺的数据。他先利用P03°差模型求得公元前2070年的黄赤交角为23.93°,然后按照公式(3)和公式(4)计算阳城(纬度34.42°)公元前2070年的冬夏至日影长度,得到夏至日影1.48尺、冬至日影12.98尺,因而认为《通卦验》记载的夏至1.48尺、冬至13尺“恰恰是‘禹都阳城’所应有的测量结果”。然后他又按照《周髀算经》之法求得北极璇玑影长10.04尺,以之与冬夏至晷影长度作为一组数据进行拟合,得到的观测年代为公元前2042年左右,地理纬度为34.22°,较“阳城”略为偏南,在当时准确观测的夏至影长应为1.49尺,误差在±0.01尺,准确观测的冬至影长应为13尺,误差+0.02~-0.03尺。他提出文献记载的启都阳翟(今禹州瓦店)纬度34.16°,符合这一拟合结果。[74]
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