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走近陶寺观象台

走 近 陶 寺 观 象 台

——浅析陶寺观象台古今观测的误差

 

蔺长旺

 

摘要

 本文基于陶寺古观象台是一个成熟观象系统的假设,通过对计算机模拟观测数据和实测数据的相关性比较研究,对为何陶寺古观象台会出现在“古代则仅有在第12条缝(东12缝)观测到的夏至,误差为0日;第1条缝(东1缝)观测不到(冬至)”的现象进行了浅显的分析,以求能找到陶寺观象台东7缝观测中线为何会存在2度差值的原因,亦即陶寺人为何不选择在距今4000年前春秋分日可在东7缝观测到日切山峰的92度方位线做缝隙,而选用会导致春分提前3天、秋分推迟3天的94度作为观测基线的原因。

 

关键词: 陶寺古观象台  二分二至    夏至  冬至  地震断裂  模拟观测

 

中国科学院国家天文台李勇先生《世界最早的观象台——陶寺观象台及其可能观测的年代》(《自然科学史研究) 第29卷 第3期 2010年 259-270)一文,通过计算机模拟日切山顶的观测得出:古代的观测好于现代。古代最佳观测年份为BC1956年,且古代则仅有在第12条缝(东12缝)观测到的夏至,误差为0日;第1条缝(东1缝)观测不到(冬至)。

摘选自李勇《世界最早的观象台——陶寺观象台及其可能观测的年代》

摘选自李勇《世界最早的观象台——陶寺观象台及其可能观测的年代》

 

笔者认为李勇先生通过天文与数理建模并借助于计算机进行模拟观测所获得的一系列数据,是科学的,也是可信的,也为人们深入研究陶寺观象台的本真面目,提供了十分宝贵的理论支撑。

陶寺观象台是距今约4000年左右, 是陶寺人当时用于天文观测的系统,因而适合古代人观测,古代的观测效果好于现代,自然是毫无疑问的。假定其曾是一个相对完整成熟的观象系统,那么若利用其基本系统对今之天象来进行观测,并企图使之能完全与节令相吻合,必然会出现一定的误差,不过这个误差应有一定的规律性可循,比如黄赤交角变化,亦或是自然变迁或是建筑复原导致的误差。

但一个不可回避的问题是,既然该观象台是适合古代陶寺时期使用的, 那么为何会出现在“古代则仅有在第12条缝(东12缝)观测到的夏至,误差为0日;第1条缝(东1缝)观测不到(冬至)”的现象发生?

 

之前,就陶寺观象台笔者曾有诸多疑惑请教过诸位著名专家老师,其中之一是关于二分二至的问题:

二分二至,是重要的节点,也应是古人可能最早掌握的节点。确定东西南北四个主要方向,古人通过观测极星、使用指南针、立杆测影和进行实际观测应是不难解决的问题。汉字“昴”意味着日出东方,就有着古人能确定正东方向的信息。就陶寺观象台而言,应是古人经过反复观测获得数据之后,才有可能砌墙勾缝的。如此,其各个缝隙,至少二分而至三个缝隙应不会有问题,有问题也应只是黄赤交角变化所引发的微小误差而已。但通过陶寺观象台东7缝(确定东西方向)观测日切山峰,竟然会出现与今之春秋分相差3天的情况,远远大于因黄赤交角变化所导致的误差值,这似乎与中华先民很早就有立杆测影、历象日月星辰、敬授人时的历史和古人的天文水平不相符合。 

更为巧合的是即使是在古代:BC1955、 B C1626、BC1584这三个年份,模拟观测的结果竟然也同样几乎是与当时日历之春秋分有3天的误差。如:BC1955的秋分是10月9日,但模拟可观测到的日期是10月12日;BC1625的春分是4月4日,但模拟可观测到的日期是4月2日;BC1584的秋分是10月6日,但模拟可观测到的日期是10月9日。

现代的模拟观测,以2009年为例,东7缝在3月18日可观测到日切山峰(但春分是3月20日),9月26日可观测到日切山峰(但秋分是9月23日)。其误差值与古代模拟观测的结果完全相同。

 

无论是现代的观测,还是对古代的模拟观测,对这个几乎相同的误差值(3天)似乎存在着一个难以解释的“规律性”的问题。

按理说,如果在距今4000年前古人通过某一个观测缝能观测到日切山峰并以此确定某一个节令或是特定日期的话,那么对于今人来说,因黄赤交角的影响,若再使用这个观测缝进行同样观测的话一定是会受到影响的。但模拟数据的结果却是不但不受影响,而且两者的误差值竟然还完全相同。这的确有点令人匪夷所思。也许合理解答出现这一现象的缘由,正是还原陶寺观象台距今4000年本真面目的重要一环。

 

    陶寺观象台12个观测缝的设计,若以观测太阳而言,似乎能与传统的24节令对号。但实际上即使对今人来说也并不可行,因为在临近夏至和冬至两个节令点之前太阳往返所经过的4个节令点,因为观测角差之甚小,估计是不可能做出间隔很小的观测缝进行观测的。也就是说最多能观测20个节令。客观上这与何驽先生“陶寺历法20个节气”的论断完全吻合,不过从观测日出的角度来看却忽略了东1缝存在的意义。当然,也有专家早已计算出东1缝是用于18.6年之周期观测月亮的,但是否经过实测尚不得而知。

 

暂且不讨论陶寺时期是否有24个节令,也不考究陶寺时期是否为20个节令,仅就二分二至这四个重要的节令而言, 联想到陶寺观象台“古代则仅有在第12条缝(东12缝)观测到的夏至,误差为0日”、东7缝无论是现代观测,还是模拟古代观测,都存在一个几乎相同误差值(3天)的问题,再加上东1缝模拟古代观测不到(冬至)的问题,笔者判断在自陶寺观象台建成至今的数千年里,很可能发生过因某种原因而导致位移的问题发生。之所以言此,乃是因为据有关地质资料显示,陶寺观象台恰处于南北与东西两大地震断裂带的交汇之处,况且据有关记载的地震记录,仅在过去的六百多年里,临汾就发生过数次罕见的大震。当然,这有赖于大剖面和深度的地质解剖才有可能予以验证,希望对笔者的猜想能引起有关方面的主意。

 

还有一点值得思考,为何李勇先生模拟观测的数据会出现这种情况:“观测最为准确的节气是当数冬至(现代)和夏至(古代)”。“现代能观测到冬至却见不到夏至,古代则正好相反”。这似乎隐喻着“观测基点与通过观测缝隙可见的参照物山脉两者当中,在数千年自然变迁过程中至少有一个要素可能发生过变异。仔细想来,也唯有地震断裂才有可能造成这种奇特现象的发生。

假设地震断裂处恰位于东11缝与东12缝之间某一线的话,则从东1到东11会随着大板块一并位移,此时就像人坐在船上随波逐流,船体上各座位间的关系不会变化,柱体与地基本身也无变化,但断裂线两侧建筑物之间的方位关系或发生变化;甚至整个塔儿山或其偏南的大部分山体因沉降位移也是可能的,如此便可能会造成观象台与参照物之间相互关系的变化,即使有 2度左右的微小变化也会造成现在这种情况,甚至这种可能性还大于前一种判断。因陶寺观象台恰处于东西与南北两个断裂带交汇处。若两种情况同时发生 更能解释当前的疑问,也就是李勇“古今相反”的问题。

就观象台周边的环境来看,其南北均有很大的深沟存在,且南边这条沟的距离更近;观测柱体东侧地势较高,临近的梯田地埝(堰)的高度至少在两米以上,高于观象台平面,甚至与柱体高度相差不多;据冯先生讲其地埝土层结构属自然沉积形成。可见因自然环境导致观象台周边地表发生变化的程度也是很大的。看来深沟的形成和地表的变化到底是出于突发还是渐变,也是值得注意的。再者,李勇先生文章所提到的夯土桩及其深度不等的问题,也是值得研究的问题。

摘选自李勇《世界最早的观象台——陶寺观象台及其可能观测的年代》

陶寺观象台,因以相距仅9公里之遥且海拔较高的崇山山脉为参照,这就造成了日切山峰时刻与日出地平时刻的差值(春秋分约25分钟左右)存在,同时也造成了日出地平与日切山峰时方位角度差值(春秋分约4度左右)的存在。而其方位角度差值的存在,则是造成日期差的主要因素。如若昔日陶寺人是根据常年观测记录划线定位,然后砌墙勾缝的话,那么,这4度方位角的影响因素,估计陶寺古人是会考虑到的,亦即应构建一个方位角约为92.5度(而不是现在的94.5度)的在当时春秋分日可观测到日切山峰的东7缝。若把92.5度这个数值代入李勇先生的模拟软件,估计应能得以验证。考虑到黄赤交角的影响,在当今春秋分日可观测到的缝隙方位应为93度左右,但事实上这个缝隙在陶寺观象台柱体上并不存在,所以笔者才有了越过墙体,在观测基点93度延长线上进行观测的想法。2019年3月21日春分那天,虽然天气不好,看不到太阳,但置放在观象台基点的天文罗盘,却在观测仰角值(4度18分)与日切山峰仰角值相一致时,显示出了方位角值为93度05分。也就是说在当今春秋分日可观测到的缝隙方位应为93度左右之计算是正确的。而观测方位角约为94.5度的东7缝,也只能是在今之春秋分的前三天方可观测到日切山峰(本文实际上就是想找出东7缝92度与94度之间2度差值产生的原因)。

 

 

另外,关于陶寺观象台在春分、秋分的观测基线问题,武家璧先生称“陶寺观象台二分标准基线92度而‘盈缩大分’有2度误差极值,正好1天1度,所以设计的观测缝94度”。

我赞成武先生“陶寺观象台二分标准基线92”的说法,因为它支撑了笔者上述陶寺人“应构建一个方位角约为92.5度(而不是现在的94.5度)的在当时春秋分日可观测到日切山峰的东7缝”的推断。但对于把‘盈缩大分’有2度误差的极值,用来修正观测基线(正好1天1度)的说法,笔者未能理解,因为这好像不是在同一个坐标系条件下讨论的问题。

陶寺观象台的观测张角70o4312.3包含东1缝), 若不包含东1缝则为64o4150”,修正仰角影响后的方位角张角为:124o57 – 61o = 63o57 。无论包含或是不包含东1缝,即便是考虑了因仰角而引起方位角变化的因素,其张角值也都有点显得过大,是何原因有待探讨

按照陶寺观象台所在纬度, 若不考虑山脉影响,张角约为58o51,往返一个回归年的观测角度大致为117o42, 概算起来也就是大约平均每3.1天,观测方位角会变化1度左右(实际上并非匀速变化)。

考虑到山脉对观测仰角和由此而引起观测方位角变化的影响, 前文已经计算出陶寺观象台若无山脉影响其日出地平(海拔572米、仰角0度)的方位角约为89.5度;陶寺观象台在距今4000年春秋分时可观测到日切山峰的观测方位角约为92.5度;在当今春秋分日可观测到日切山峰的观测方位角约为93.1度,而陶寺观象台遗存东7缝中线方位角约为94.4度,其与古今观测方位角分别相差1.3度和2度; 这可与3.1天观测角的变化率为1度基本相吻合;也可与李勇先生模拟观测的数据基本相符;同时这也与陶寺观象台当今不是在3月21日而是在3月18日(正好3天1度)通过东7缝可观测到日切山峰的实际情况相吻合。

但这个结果好像不可以与武先生用“‘盈缩大分’有2误差极值”、“正好1天1度”来修正观测角的说法混为一谈。

那么,陶寺人当初就是以这个实际相差两天的日期作为二分日呢? 还是说会以其修正两天后的日期作为二分日呢?笔者不甚明了。 如果说陶寺人当初对‘盈缩大分’有2度误差极值这样的复杂问题都能把握的话,那么其建造的观象台就有可能不会留给今人诸多疑问。不过,这倒是有可能从另一个角度,支持了笔者关于陶寺观象台可能发生过外界因素破坏和影响的猜想。

有一点必须明确,那就是今人于某一(节令)日若在某一个观测缝隙里能恰好观测到日切山峰的话,那并不等于距今4000多年前的陶寺人在这一(节令)日也能观测到,反之也是一样的;因为至少会受到由于黄赤交角变化的影响而存在一定量的观测方位角误差。

 

另外还有一个笔者认为需要引起注意且需要天文专家进行指导矫正的问题:

2019年3月28日,陶寺观象台利用东8缝观日出举办了很有意义且影响力极大的观日出祭尧活动,但媒体报道文章中却有些未必正确的提法:“3月28日是距今4000年的清明节”。实际上以BC1955年为例,其清明是4月23日08:41;以BC1981年为例,距今恰好4000年,其清明是4月23日01:46。这与3月28日相差甚远。倒是与当今2019年4月5日09:51的清明相差不远。

按照李勇先生的模拟数据,在相当于陶寺晚期的BC1955年,也只能在4月14日通过东八缝观测到日切山峰,这与该年份的清明4月23日和2019年的4月5日相差都很少,但与所谓的3月28日就差的较远。看来对媒体宣传的科学性报道需要引导,以避免对陶寺观象台非科学宣传的负面发生。

不过,通过这组数据的梳理,倒是证实了何驽先生关于陶寺历法中当地清明时节的判断是正确的。 BC1955年的清明是4月23日,但通过东八缝可观测到日切山峰的日期是4月14日,前后相差9天;而在当今2019年通过东八缝可观测到日切山峰的日期是3月28日,清明是4月5日, 前后相差8天;这一现象与当地清明时节百姓的祭祀习俗时间相符。

   如此分析清明时节的日出观测这一案例,也并不会影响笔者关于陶寺观象台柱体有可能发生过整体位置变异猜想的思考,因为东8、9、10缝之间的角差值几乎相等,整体向夏至观测柱方向移动变位并不会影响对古代清明时节的观测,而且还会造成将东1缝位移到东2缝的结果,如此便有可能找到李勇先生模拟观测会出现“古今相反”的缘由所在。

笔者的上述讨论,是受李勇先生模拟观测数据相互关系线索之启发,基于陶寺观象台可能是陶寺时期一个相对成熟观象系统的假设而展开的。之所以做如此假设,那是因为笔者发现如果把陶寺观象台从东一缝到东11缝的柱体,整体向北东方向位移一定的距离(需要模拟测算获取数据),使之与东一缝柱体连为一体,则有可能不会出现模拟观测所出现的“古今相反”的情形。基于假设,泛泛而谈,所论观点未必成立。不当之处,敬请各位专家老师指教,当不胜感激。

 

 

 

 

                             2019. 3.29


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