甘德和石申夫对恒星的研究
春秋战国时期,中国天文历法有了长足的进步,人们已经知道了很精确的年、月的长度,而且对黑夜中闪闪发亮的星星也投入了异乎寻常的热情。那时出现了两位天文学家——甘德和石申(又叫石申夫),他们以其聪明才智,在对恒星、行星、日、月的观测上做了大量工作,取得了许多具有划时代意义的成就。
恒星是出现在晴朗夜空中密密麻麻、或亮或暗的光点,古人很早就发现这些光点虽然也像太阳、月亮那样东升西落,但它们的相对位置是不变的,所以称它们为“恒星”。虽然它们不像太阳、月亮那样引人注目,但古人很早就发现可以利用恒星来确定方向、季节、时刻等。另外,古人观测星空还有一个用意:他们认为天上的星象与地上的人事具有一种神秘的关联,因此通过观测天象可以对地上的人事(尤其是国家大事)作出预测。这就是在古代十分重要的一门学问——占星术。现在我们知道,占星术是不科学的,但古人通过星占的研究,对天体进行了大量精密的测量,在客观上推动了天文学的发展。
甘德是齐国人,石申是魏国人。这两位学者的生卒年已不可考,大约都生活在公元前4世纪。过去的天文学家对天上星星的分布认识比较肤浅和混乱,缺乏定量的描述,甘德和石申决心改变这种情况,于是,他们各自在自己的国家对天空的恒星作了长期细致的观测。他们在这些观测的基础上,结合前人的成果,建立了各不相同的全天恒星区划命名系统——将全天划分为许多“星官”(相当于今天的“星座”)。为了对全天恒星的分布位置作定量的描述,他们首次利用坐标法观测并记录了大量恒星的位置,此方法与今天测量天体用的天球赤道坐标系的原理相同,类似于数学中的极坐标。相传,甘德测定了118个星官,511颗恒星,写成了《天文星占》78卷。石申也作了类似的测量,写成了《天文》8卷。从此,恒星有了分类、定性的“档案”,这是世界上最早的恒星“户口簿”,为以后的恒星研究和观测开辟了道路。
有趣的是,甘德和石申两人编的恒星表互不重复,各测各的星,好像他们约定好在天上划出各自的“势力范围”似的,于是后人就把甘德的《天文星占》和石申的《天文》合在一起,称《甘石星经》。从此,甘德和石申这两位中国最早的天文大家就像兄弟一样分不开了。甘德和石申对天区划分的方法基本完整地流传了下来。
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283星官
三国时期,吴国出现了一位叫“陈卓”的太史令(相当于国家天文台台长),他总结了甘德、石申和一位更早的天文星占家的天区划分法,三合一之后建立了一套283星官的恒星划分系统,成为中国古代恒星天区划分的标准方式,一直沿用到清末。在这283星官中,属甘氏的星官有146个,属石氏的有118个。
公元前364年夏天的一个晴朗夜晚,甘德照例守候在观星台上,用当时一些简单的测天仪器进行恒星和行星的观测。天已完全黑了下来,一颗明亮的星星慢慢地升上天空,甘德知道这是岁星(木星),这颗行星正在虚、危二星座下方(相当于在今日的宝瓶座一带)运行。甘德的视力极好,这也是古代天文观测家必备的条件。他通过仪器上的窥管盯住木星,试图测定木星几天来又走了多远,忽然,他发现木星的旁边有一颗小小的星星,这颗小星星有些发红。这是怎么回事儿?是木星偶然经过一颗小恒星旁边吗?可是甘德一直跟踪到天快亮、木星偏西,这颗小星星依然在木星旁边。第二天再观察,小星星依然跟着木星。这回甘德明白了,这颗小星星与木星原来是“一伙的”,所以他把这颗小星星称为木星的“同盟”。
这场观测被较为详细地记录在甘德的《天文星占》中。不过,古人对这种若隐若现的天象并没有投入太多的关心,所以无人对这条记录进行验证。但是,它还是不断地被引用于其他书籍中,今天我们得以了解这个发现,是从唐代《开元占经》引录甘德论及木星时所说的话中知道的。中国天文学史家、中国科学院院士席泽宗仔细研究了这条记录,通过在北京天文馆天象厅作模拟观测、组织青少年在兴隆观测站作实地观测等手段证明:在天气良好的条件下,木卫是可以用肉眼看到的。他在作了周密的考证和推算的基础上,结合其他证据,最后确认:这颗被甘德称为木星“同盟”的小星就是木星最大的卫星——木卫三。
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甘德发现木卫早于伽俐略
过去天文学界公认,是意大利科学家伽利略于161O年用望远镜发现了木星的四颗最大的卫星(这四颗卫星也一直被称为“伽利略卫星”),但现在我们知道,甘德在伽利略2000年前就发现了木卫的存在,这一发现在国际上引起了很大的反响和兴趣。P1-4
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