关于天文学的知识范文1
一. 天文学研究的历程
朱熹对天文现象的思考很早就已开始。据朱熹门人黄义刚“癸丑(1193年,朱熹63岁)以后所闻”和林蘷孙“丁巳(1197年,朱熹67岁)以后所闻”,朱熹曾回忆说:“某自五、六岁,便烦恼道:‘天地四边之外,是什么物事?’见人说四方无边,某思量也须有个尽处。如这壁相似,壁后也须有什么物事。其时思量得几乎成病。到而今也未知那壁后是何物?”[ ]可见,朱熹从小就关心天文,直到晚年仍对此难以忘怀,并孜孜以求。
然而,朱熹在其早期的学术生涯中,并没有进行天文学的研究。朱熹早年除读儒家经典外,“无所不学,禅、道文章,楚辞、诗、兵法,事事要学”[ ]。绍兴三十年(1160年,朱熹30岁),朱熹正式拜二程的三传弟子李侗为师,开始潜心于儒学,并接受李侗以“默坐澄心”于“分殊”上体认“理一”的思想。
据《朱文公文集》以及当今学者陈来先生所着《朱子书信编年考证》[ ],朱熹最早论及天文学当在乾道七年(1171年,朱熹41岁)的《答林择之》,其中写道:“竹尺一枚,烦以夏至日依古法立表以测其日中之景,细度其长短。”[ ]
测量日影的长度是古代重要的天文观测活动之一。最简单的方法是在地上直立一根长八尺的表竿,通过测量日影的长短来确定节气;其中日影最短时为夏至,最长时为冬至,又都称为“日至”。与此同时,这种方法还用于确定“地中”。《周礼?地官》载:“以土圭之法测土深,正日景以求地中。……日至之景,尺有五寸,谓之地中。”意思是,在夏至日中午测得日影为一尺五寸的地方,此地便是“地中”。而且,从“地中”向北,每一千里则影长增一寸;向南,每一千里则影长减一寸。这就是《周髀算经》所谓“周髀长八尺,勾之损益寸千里”。这一说法到南朝以后受到怀疑;唐朝的一行和南宫说通过不同地区日影的测量,进一步予以纠正。朱熹要其弟子林择之协助测量日影,显然是要比较不同地区日影的长短,其科学精神可见一斑。
在同年的《答蔡季通》中。朱熹写道:“历法恐亦只可略说大概规模,盖欲其详,即须仰观俯察乃可验。今无其器,殆亦难尽究也。”[ ]
蔡季通,即蔡元定(1135~1198年);建阳(今属福建)人,学者称西山先生;精于天文、地理、吕律、象数,着作有《律吕新书》、《大衍详说》等;为朱熹“四大弟子( 蔡元定、黄干、刘爚、陈淳)”之首。蔡元定的年龄仅比朱熹小5岁,并在天文学等科学上有所造诣,很受朱熹的器重。从以上所引《答蔡季通》可知,当时朱熹正与蔡元定讨论天文历法,并且认为,研究历法必须用科学仪器进行实际的天文观测。
淳熙元年(1174年,朱熹44岁),朱熹在《答吕子约》中写道:“日月之说,沈存中笔谈中说得好,日食时亦非光散,但为物掩耳。若论其实,须以终古不易者为体,但其光气常新耳。”[ ]显然,朱熹在此前已研读过北宋着名科学家沈括的《梦溪笔谈》,并对沈括的有关天文学的观点进行分析。胡道静先生认为,在整个宋代,朱熹是最最重视沈括着作的科学价值的唯一的学者,是宋代学者中最熟悉《梦溪笔谈》内容并能对其科学观点有所阐发的人。[ ]
淳熙十三年(1186年,朱熹56岁),朱熹在《答蔡季通》中写道:“《星经》紫垣固所当先,太微、天市乃在二十八宿之中,若列于前,不知如何指其所在?恐当云在紫垣之旁某星至某星之外,起某宿几度,尽某宿几度。又记其帝坐处须云在某宿几度,距紫垣几度,赤道几度,距垣四面各几度,与垣外某星相直,及记其昏见,及昏旦夜半当中之星。其垣四面之星,亦须注与垣外某星相直,乃可易晓。……《星经》可付三哥毕其事否?甚愿早见之也。近校得《步天歌》颇不错,其说虽浅而词甚俚,然亦初学之阶梯也。”[ ]可见,当时朱熹正与蔡元定一起研究重要的天文学经典着作《星经》和以诗歌形式写成的通俗天文学着作《步天歌》,并就如何确定天空中恒星的位置问题进行讨论,其中涉及三垣二十八宿星象体系。
同年,朱熹在《答蔡伯静》中写道:“天经之说,今日所论乃中其病,然亦未尽。彼论之失,正坐以天形为可低昂反复耳。不知天形一定,其间随人所望固有少不同处,而其南北高下自有定位,政使人能入于弹圆之下以望之,南极虽高,而北极之在北方,只有更高于南极,决不至反入地下而移过南方也。但入弹圆下者自不看见耳。盖图虽古所创,然终不似天体,孰若一大圆象,钻穴为星,而虚其当隐之规,以为瓮口,乃设短轴于北极之外,以缀而运之,又设短轴于南极之北,以承瓮口,遂自瓮口设四柱,小梯以入其中,而于梯末架空北入,以为地平,使可仰窥而不失浑体耶?”[ ]在这里,朱熹设想了一种可进入其中观看天象的庞大的浑天仪。
淳熙十四年(1187年,朱熹57岁),朱熹在《答廖子晦》中写道:“日之南北虽不同,然皆随黄道而行耳。月道虽不同,然亦常随黄道而出其旁耳。其合朔时,日月同在一度;其望日,则日月极远而相对;其上下弦,则日月近一而远三。如日在午,则月或在卯,或在酉之类是也。故合朔之时,日月之东西虽同在一度,而月道之南北或差远,于日则不蚀。或南北虽亦相近,而日在内,月在外,则不蚀。此正如一人秉烛,一人执扇,相交而过。一人自内观之,其两人相去差远,则虽扇在内,烛在外,而扇不能掩烛。或秉烛者在内,而执扇在外,则虽近而扇亦不能掩烛。以此推之,大略可见。”[ ]在这里,朱熹对月亮盈亏变化的原因作了探讨。
淳熙十六年(1189年,朱熹59岁),朱熹在《答蔡季通》中写道:“极星出地之度,赵君云福州只廿四度,不知何故自福州至此已差四度,而自此至岳台,却只差八度也。子半之说尤可疑,岂非天旋地转,闽浙却是天地之中也耶?”[ ]在这里,朱熹试图通过比较各地北极星的高度及其与地中岳台的关系,以证明大地的运动。
朱熹在一生中最后的十年里,在天文学研究上下了较多的功夫,并取得了重要的科学成就。南宋黎靖德所编《朱子语类》卷一“理气上?太极天地上”和卷二“理气下?天地下”编入大量朱熹有关天文学的言论,其中大都是这一时期朱熹门人所记录的。例如:《朱子语类》卷二朱熹门人陈淳“庚戌(1190年,朱熹60岁)、己未(1199年,朱熹69岁)所闻”:“天日月星皆是左旋,只有迟速。天行较急,一日一夜绕地一周三百六十五度四分度之一,而又进过一度。日行稍迟,一日一夜绕地恰一周,而於天为退一度。至一年,方与天相值在恰好处,是谓一年一周天。月行又迟,一日一夜绕地不能匝,而於天常退十三度十九分度之七。至二十九日半强,恰与天相值在恰好处,是谓一月一周天。月只是受日光。月质常圆,不曾缺,如圆球,只有一面受日光。望日日在酉,月在卯,正相对,受光为盛。天积气,上面劲,只中间空,为日月来往。地在天中,不甚大,四边空。……”[ ]
《朱子语类》的其它卷中也有此类记录。例如:《朱子语类》卷二十三黄义刚“癸丑(1193年,朱熹63岁)以后所闻”:安卿问北辰。曰:“北辰是那中间无星处,这些子不动,是天之枢纽。北辰无星……。”义刚问:“极星动不动?”曰:“极星也动。只是它近那辰后,虽动而不觉。……今人以管去窥那极星,见其动来动去,只在管里面,不动出去。向来人说北极便是北辰,皆只说北极不动。至本朝人方去推得是北极只是北辰头边,而极星依旧动。又一说,那空无星处皆谓之辰……。”又曰:“天转,也非东而西,也非循环磨转,却是侧转。”义刚言:“楼上浑仪可见。”曰:“是。”……又曰:“南极在地下中处,南北极相对。天虽转,极却在中不动。”[ ]
《朱文公文集》卷七十二朱熹所着《北辰辨》(大约写成于1196年,朱熹66岁)以及卷六十五朱熹所注《尚书》之《尧典》、《舜典》(大约写成于1198年,朱熹68岁)都包含有丰富的天文学观点。《北辰辨》是朱熹专门讨论天球北极星座的论文;在所注的《尧典》中,朱熹讨论了当时天文学的岁差、置闰法等概念;在所注《舜典》中讨论了早期的浑天说、浑天仪的结构,并详细记录了当时的浑天仪结构。
这一时期朱熹所编《楚辞集注》(成书于1195年,朱熹65岁)之《天问》中也有一些注释反映了他在天文学方面的研究和造诣。
二. 天文学的成就
就朱熹研究天文学的方法而言,其最根本的研究方法是[ ]:
其一,细心观察各种天文现象。朱熹是重视亲身观察、善于观察的人。他经常运用仪器观察天文现象;并运用观察所得验证、反驳或提出各种见解。
其二,用“气”、“阴阳”等抽象概念解释天文现象。朱熹所采用的这一方法与中国古代科学家普遍采用的研究方法是一致的。
其三,运用推类获取新知。朱熹经常运用“以类而推”的方法,用已知的东西、直观的东西,对天文现象进行类推解释。
其四,阐发前人的天文学研究成果。朱熹研读过包括沈括《梦溪笔谈》在内的大量科学论着,对前人的天文学观点均予以评述,并提出自己的看法。
从现代科学的角度看,朱熹的天文学研究方法,固然有其不足之处,这主要是由于古代科学所处的阶段而导致的。在古代科学的范畴中,朱熹的天文学研究方法应当属于合理。更为重要的是,朱熹运用这些方法在天文学上取得了重要的成就。
朱熹在天文学方面的科学成就主要反映在他最后十年里有关的言论中。概括起来主要有三个方面:
第一,提出了以“气”为起点的宇宙演化学说。朱熹曾经说:“天地初间只是阴阳之气。这一个气运行,磨来磨去,磨得急了便拶许多渣滓;里面无处出,便结成个地在中央。气之清者便为天,为日月,为星辰,只在外,常周环运转。地便只在中央不动。不是在下。”[ ]这里描绘了一幅宇宙演化途径的图景。
在朱熹看来,宇宙的初始是由阴阳之气构成的气团。阴阳之气的气团作旋转运动;由于内部相互磨擦发生分化;其中“清刚者为天,重浊者为地”[ ],重浊之气聚合为“渣滓”,为地,清刚之气则在地的周围形成天和日月星辰。朱熹还明确说:“天地始初混沌未分时,想只有水火二者。水之滓脚便成地。今登高而望,群山皆为波浪之状,便是水泛如此。只不知因什么时凝了。初间极软,后来方凝得硬。……水之极浊便成地,火之极轻便成风霆雷电日星之属。”[ ]他根据直观的经验推断认为,大地是在水的作用下通过沉积而形成的,日月星辰是由火而形成的。
将宇宙的初始看作是运动的气,这一思想与近代天文学太阳系起源的星云说有某些相似之处。1755年,德国哲学家康德提出了太阳系起源的星云说;1796年,法国学家拉普拉斯也独立地提出星云说。星云说认为,太阳系内的所有天体都是由同一团原始星云形成的。然而,在他们500多年之前,朱熹就提出了类似之说;尽管尚缺乏科学依据和定量的推算,但其通过思辩而获得的结果则是超前的。
对此,英国科学史家梅森在其《自然科学史》一书中予以记述:“宋朝最出名的新儒家是朱熹。他认为,在太初,宇宙只是在运动中的一团浑沌的物质。这种运动是漩涡的运动,而由于这种运动,重浊物质与清刚物质就分离开来,重浊者趋向宇宙大旋涡的中心而成为地,清刚者则居于上而成为天。……”[ ]
第二,提出了地以“气”悬空于宇宙之中的宇宙结构学说。朱熹赞同早期的浑天说,但作了重大的修改和发展。早期的浑天说认为:“天如鸡子,地如鸡中黄,孤居于天内,天大而地小。天表里有水,天地各乘气而立,载水而行”[ ]但是,当天半绕地下时,日月星辰如何从水中通过?这是困扰古代天文学家的一大难题。朱熹不赞同地载水而浮的说法,他说:“天以气而依地之形,地以形而附天之气。天包乎地,地特天中之一物尔。天以气而运乎外,故地搉在中间,隤然不动。”[ ]这就是说,地以“气”悬空在宇宙之中。
至于地如何以“气”悬空在宇宙中央,朱熹说:“天运不息,昼夜辗转,故地搉在中间。使天有一息之停,则地须陷下。惟天运转之急,故凝结得许多渣滓在中间。”[ ]又说:“地则气之渣滓,聚成形质者;但以其束于劲风旋转之中,故得以兀然浮空,甚久而不坠耳。”[ ]朱熹认为,宇宙中“气”的旋转使得地能够悬空于宇宙中央。朱熹的解释克服了以往天文学家关于宇宙结构学说的弱点,把传统的浑天说发展到了一个新水平。[ ]
关于地之外的天,朱熹说:“天之形,……亦无形质。……天体,而实非有体也。”[ ]“天无体,只二十八宿便是天体。”[ ]又说:“星不是贴天。天是阴阳之气在上面”;“天积气,上面劲,只中间空,为日月来往。地在天中,不甚大,四边空,”[ ]这显然是吸取了传统宣夜说所谓“天了无质,……日月众星,自然浮生虚空之中,其行无止,皆须气也”[ ]的思想。
第三,提出了天有九重和天体运行轨道的思想。朱熹认为,屈原《天问》的“圜则九重”就是指“九天”,指天有九重。事实上,在朱熹之前,关于“九天”的说法可见《吕氏春秋?有始览》:中央曰钧天,东方曰苍天,东北曰变天,北方曰玄天,西北曰幽天,西方曰颢天,西南曰朱天,南方曰炎天,东南曰阳天;后来的《淮南子?天文训》等也有类似的说法;直到北宋末年洪兴祖撰《楚辞补注》,其中《天文章句》对“九天”的解释是:东方皞天,东南方阳天,南方赤天,西南方朱天,西方成天,西北方幽天,北方玄天,东北方变天,中央钧天。显然,这些解释都不包括天有九重的思想。
朱熹则明确地提出天有九重的观点,并且还说“自地之外,气之旋转,益远益大,益清益刚,究阳之数,而至于九,则极清极刚,而无复有涯矣”[ ];同时,朱熹赞同张载所谓“日月五星顺天左旋”的说法。他进一步解释说:“盖天行甚健,一日一夜周三百六十五度四分度之一,又进过一度。日行速,健次于天,一日一夜周三百六十五度四分度之一,正恰好。比天进一度,则日为退一度。二日天进二度,则日为退二度。积至三百六十五日四分日之一,则天所进过之度,又恰周得本数;而日所退之度,亦恰退尽本数,遂与天会而成一年。月行迟,一日一夜三百六十五度四分度之一行不尽,比天为退了十三度有奇。进数为顺天而左,退数为逆天而右。”[ ]《朱子语类》卷二朱熹的门人在阐释所谓“天左旋,日月亦左旋”时说:“此亦易见。如以一大轮在外,一小轮载日月在内,大轮转急,小轮转慢。虽都是左转,只有急有慢,便觉日月似右转了。”朱熹赞同此说。[ ]
对此,英国着名科学史家李约瑟说:“这位哲学家曾谈到‘大轮’和‘小轮’,也就是日、月的小‘轨道’以及行星和恒星的大‘轨道’。特别有趣的是,他已经认识到,‘逆行’不过是由于天体相对速度不同而产生的一种视现象。”[ ]因此李约瑟认为,不能匆忙假定中国天文学家从未理解行星的运动轨道。
在天文学研究中,朱熹除了提出以上新见外,还对沈括有关天文观点做过详细的阐述。例如:沈括曾说:“月本无光,犹银丸,日耀之乃光耳。光之初生,日在其傍,故光侧,而所见才如钩;日渐远,则斜照,而光稍满。如一弹丸,以粉涂其半,侧视之,则粉处如钩;对视之,则正圆。”[ ]朱熹赞同此说,并接着说:“以此观之则知月光常满,但自人所立处视之,有偏有正,故见其光有盈有亏。”[ ]他还说:“月体常圆无阙,但常受日光为明。初三、四是日在下照,月在西边明,人在这边望,只见在弦光。十五、六则日在地下,其光由地四边而射出,月被其光而明。……月,古今人皆言有阙,惟沈存中云无阙。”[ ]
三. 对后世的影响
中国古代的天文学大致包括宇宙结构理论和历法两大主要部分,尤以历法最为突出。宇宙结构理论自汉代形成盖天说、浑天说和宣夜说之后,也经历了不断的发展,主要表现为占主导地位的浑天说不断吸取各家学说之长而逐步得到完善。
朱熹的天文学研究侧重于对宇宙结构理论的研究。他通过自己的天文观测和科学研究,以浑天说为主干,吸取了盖天说和宣夜说的某些观点,提出了较以往更加完善的宇宙结构理论,把古代的浑天说推到一个新的阶段,这应当是朱熹对于古代天文学发展的一大贡献。
。因此,他的宇宙结构理论在某些具体的细节方面,尤其是定量方面,尚有一些不足之处,有些见解和解释是欠妥当的。
然而,他毕竟对宇宙结构等天文学问题作了纯科学意义上的研究,代表了宋代以至后来相当长一段时期中国古代天文学在宇宙结构理论研究方面的水平。而且,朱熹的宇宙结构理论在后来直至清代一直受到了不少学者的重视和引述。
朱熹之后宋末的重要学者王应麟(1223~1296年,字伯厚,号深宁居士)撰《六经天文编》六卷,记述了儒家经典中大量有关天文学方面的重要论述,《四库全书?六经天文编》“提要”说:“是编裒六经之言天文者,以易、书、诗所载为上卷,周礼、礼记、春秋所载为下卷。”该着作也记述了朱熹的许多有关天文学方面的论述。
元代之后科举考试以“四书五经”为官定教科书。其中《尚书》以蔡沈的《书集传》为主。蔡沈(1167~1230年,字仲默,号九峰)曾随其父蔡元定从学于朱熹。他的《书集传》是承朱熹之命而作,其中包含了朱熹所注《尚书》之《尧典》、《舜典》等内容,涉及不少有关天文学方面的论述。另有元代学者史伯璿(生卒不详)着《管窥外篇》;《四库全书?管窥外篇》“提要”说:该书中“于天文、历学、地理、田制言之颇详,多能有所阐发。”在论及天文学时,该书对朱熹的言论多有引述,并认为“天以极健至劲之气运乎外,而束水与地于其中”。这与朱熹的宇宙结构理论是一致的。
明初的胡广等纂修《性理大全》,其中辑录了大量朱熹有关天文学的论述。明末清初的天文学家游艺(生卒不详,字子六,号岱峰)融中西天文学于一体,撰天文学着作《天经或问》,后被收入《四库全书》,并流传于日本。该书在回答地球何以“能浮空而不坠”时说:“天虚昼夜运旋于外,地实确然不动于中……天裹着地,运旋之气升降不息,四面紧塞不容展侧,地不得不凝于中以自守也。”这里吸取了朱熹关于气的旋转支撑地球悬于空中的宇宙结构理论;在解释地震的原因时,该书又明确运用了朱熹的这一观点,说:“地本气之渣滓聚成形质者,束于元气旋转之中,故兀然浮空而不坠为极重亘中心以镇定也。”在论及日月五星的运行方向和速度时,该书说道:“日月之行,宋儒言之甚详”,并且还直接引述朱熹关于五星运行方向和速度的观点予以说明。
清代着名学者李光地(1642~1718年,字晋卿,号榕村)曾奉命主编《朱子大全》,其中“卷四十九理气一”有“总论、太极、天地、阴阳、时令”,“卷五十理气二”有“天文、天度、地理、雷电、风雨雪雹霜露”,收录了朱熹有关天文学的不少论述。李光地所着的《历象本要》引述了朱熹所谓“地在中央不动,不是在下”,“天包乎地”以及“天有九重”等,用以说明朱熹的天文学思想中包含了西方天文学有关宇宙结构的[ ]。他在所撰的《理气》篇说:“朱子言天,天不宜以恒星为体,当立有定之度数记之。天乃动物,仍当于天外立一太虚不动之天以测之,此说即今西历之宗动天也。其言九层之天。近人者最和暖故能生人物。远得一层,运转得较紧似一层。至第九层则紧不可言。与今西历所云九层一 一吻合。”[ ]他的《御定星历考原》六卷,也引述了朱熹有关宇宙结构的言论,并且认为,朱熹所说的“天包乎地,地特天中之一物尔”就是指“天浑圆地亦浑圆”,而与西方天文学的宇宙结构理论相一致。
李光地与被誉为清初“历算第一名家”的梅文鼎(1633~1721年,字定九,号勿庵)[ ]交往甚密,并且对当时的西方科学都持“西学中源”说。梅文鼎在所着《历学疑问》中多处引用朱熹有关宇宙结构的言论。该书认为,朱熹已经具有西方天文学所谓“动天之外有静天”、“天有重数”和“以轮载日月”的观点,并且说:“朱子以轮载日月之喻,兼可施诸黄、赤,与西说之言层次者实相通贯。”[ ]
除此之外,清代还有黄鼎(生卒不详)的《天文大成管窥辑要》八十卷,其中也包括朱熹有关天文学的不少论述。
朱熹是古代的大哲学家,代表了中国古代哲学发展的一座高峰。也许正是这个原因,他在天文学上所取得的成就一直没有能引起人们足够的注意。但是,这并不能否认他在天文学上确实做出过卓越的贡献,他的宇宙结构理论对后世产生过重大的影响。
注释:
[ ] 李约瑟:《中国科学技术史》第四卷《天学》,北京:科学出版社1975年版,第2页。
[ ] 〔宋〕黎靖德编:《朱子语类》,北京:中华书局1986年版,卷第九十四。
[ ] 《朱子语类》,卷第一百四。
[ ] 陈来:《朱子书信编年考证》,上海人民出版社1989年版。
[ ] 。
[ ] 《答蔡季通》,《文集》续集卷二。
[ ] 《答吕子约》,《文集》卷四十七。
[ ] 胡道静:《朱子对沈括科学学说的钻研与发展》,《朱熹与中国文化》,学林出版社1989年版。
[ ] 《答蔡季通》,《文集》卷四十四。
[ ] 《答蔡伯静》,《文集》续集卷三。
[ ] 《答廖子晦》,《文集》卷四十五。
[ ] 《答蔡季通》,《文集》续集卷二。
[ ] 《朱子语类》,卷第二。
[ ] 《朱子语类》,卷第二十三。
[ ] 乐爱国、高令印《朱熹格物致知论的科学精神及其历史作用》,《厦门大学学报》,1997年第1期。
[ ] 《朱子语类》,卷第一。
[ ] 《朱子语类》,卷第一。
[ ] 《朱子语类》,卷第一。
[ ] 梅森:《自然科学史》,上海译文出版社1980年版,第75页。
[ ] 《晋书?天文志上》。
[ ] 《朱子语类》,卷第一。
[ ] 《朱子语类》,卷第一。
[ ] 朱熹:《楚辞集注》,上海古籍出版社1979年版,第51页。
[ ] 杜石然等:《中国科学技术史稿》(下),科学出版社1982年版,第106页。
[ ] 朱熹:《楚辞集注》,第51页。
[ ] 《朱子语类》,卷第二。
[ ] 《朱子语类》,卷第二。
[ ] 《晋书?天文志上》。
[ ] 朱熹:《楚辞集注》,第51页。
[ ] 《朱子语类》,卷第二。
[ ] 《朱子语类》,卷第二。
[ ] 李约瑟:《中国科学技术史》第4卷,科学出版社1975年版,第547页。
[ ] 沈括:《梦溪笔谈》卷七《象数一》。
[ ] 朱熹:《楚辞集注》,第53页。
[ ] 《朱子语类》,卷第二。
[ ] 乐爱国:《李光地的中西科技观述评》,载《李光地研究》,厦门大学出版社1993年版。
[ ] 《榕村语录》卷二十六《理气》
关于天文学的知识范文2
在《周易》中，四象是八卦的基础和基本构架。《周易》的四象源自古天文学。
本文通过对四象体系的研究指出，在《周易》的筮法中蕴涵着天地之道，卜筮的过程象征着运用天地之道去寻求《周易》对应卦爻之中所规定的、万事万物产生、发展和变化的规律。
本文还指出，作为自然哲学概念，四象是阴阳两种要素对立运动，相互转化，此消彼长而形成的天地万物运行中的四种典型状态。
关键词： 四象、古天文学、四方主星、周易
四象一词的主要出处有二，其一是古天文学，其二是《周易》。在古天文学中，四象的意义比较明确，是指黄道二十八宿中的东方苍龙、南方朱雀、西方白虎和北方玄武，也称为四陆、四灵、四兽或四宫。而在《周易》中，四象一词的内涵则比较丰富，其涉及范围从各种自然现象，到中华民族古代文明的诸多领域。。
在这里，特别值得注意的是古天文学和《周易》之间的关系。从古天文学的角度来看，历法是古天文学中的重要组成部分，按照中国天文学史整理小组编写的《中国天文学史》的观点，远古人类最早的天文活动就是观象授时，这种授时实际上是最为原始和简单的历法，因此，中华民族的古天文学也可以称为古代天文历法。《淮南子?天文训》所云“律历之数，天地之道也”，从哲学高度上总结了历法在天地之道中的首要和核心作用。如果再从《周易》的角度来看，“易之为书也，广大悉备，有天道焉，有人道焉，有地道焉”；“仰以观于天文，俯以察于地理”；“易与天地准，故能弥纶天地之道”，所以，它与古天文学一定有着极为密切的关系。鉴于此，笔者拟从考证古代天文历法中的四象入手，探索四象的起源和演化，以及它在古天文学中的作用，然后再从《周易》的自然哲学高度上来分析四象的意义和内涵，如此，我们将得益匪浅。
一、古天文学中的四象演化过程的基本研究方法
关于四象的记载，从现存的历史文献来说，最早的是《尚书》、《周礼》、《礼记》、《吴子》和《吕氏春秋》等先秦经典；战国时代的天文学家甘德、石申的著作(分别著有《天文星占》和《天文》二书)虽已佚失，但在《汉书?律历志》中的关于二十八宿的数据仍然来自于石氏的著作。[1] 到了西汉时期，在《史记?天官书》、《淮南子?天文训》等文献中，可以见到有关四象二十八宿的详细记载。另外，就考古实物而言，1978年在湖北省随县擂鼓墩发掘的战国早期曾侯乙墓（据考证可以确定为公元前433年或稍后的墓葬）中，发现一件漆箱盖，盖上绘有二十八宿的篆体古代名称，以及斗和龙虎的图案。1987年在河南濮阳西水坡发现的M45号墓（又称龙虎墓）中的龙虎蚌塑，对于研究我国古代天文学，特别是四象和二十八宿，具有重要意义。
四象的起源和演化是一个跨越若干历史时代的漫长过程。在这一过程中有一个重要标志，那就是四象二十八宿体系的创建。正是在这一体系之中，人们才有可能比较准确地把握日月五星的运动规律，才能够制定科学历法，从而诞生了古六历——四分历。所以说，我们有理由认为四分历的创立时代就是四象二十八宿的完整体系最终形成的时代。其时间大约在春秋末期。确认了这一点之后，选择其中有价值的文献记载和考古成就把四象体系的演化过程划分为四个阶段，沿着历史一直追溯到中华文明起源的远古时代。
四象体系演化的四个阶段是：第一、春秋末期的四象二十八宿体系的创建时代，第二、以四仲中星为代表的五帝时代，第三、以西水坡龙虎墓和《周礼》中的四象旌旗为代表的仰韶时代，第四、以创世神话为代表的远古时代。在这四个时代中，从古代记载、传说和考古发现中找到具有时代特征的代表性天象来探索四象的起源和演化过程，以及四象在中华民族古代文化中的地位和作用。这就是研究古天文学和《周易》中四象的基本方法。
二、四象二十八宿体系的创建时代考证
东宫苍龙：角、亢、氐、房、心、尾、箕，
北宫玄武：斗、牛、女、虚、危、室、壁，
西宫白虎：奎、娄、胃、昂、毕、觜、参，
南宫朱雀：井、鬼、柳、星、张、翼、轸。
第二，通过天文观测已经具备较为完整的二十八宿的天文数据（距度和去极度）和日月五星的运行数据。这些数据是在制定四分历过程中的一系列大规模天文观测中得到的。所以说，四分历的制定，意味着一个完备的四象二十八宿体系已经创建完毕。下面将通过四分历的制定时间来确定二十八宿体系最终完成的年代，然后找到这一时代的天象记载，根据这一记载进一步确认当时的年代。
关于古四分历的制定过程，首先要提到的是《中国天文学史》中的有关论述：
春秋时代大致是处于从观象授时到制定科学历法的过渡时代，关于这一时期的历法，在《左传》中有两次用圭表测定冬至的记载，分别在鲁僖公五年(B.C.655年)和鲁昭公二十年(B.C.522年)。虽然这种观测的误差可以大到一、二天左右。但是通过长达几十年或数百年的观测资料的积累和平均，误差就会大大降低，得到较为准确的回归年长度，这样就有了建立科学历法的基础。当时测定的回归年长度是 日，因此，以此为基础的历法就叫做四分历。
另外，人们还发现，12个朔望月的总长度短于一个回归年，所以必须安排闰月。根据王韬、新城新藏等人的工作统计，从鲁宣公时代的B.C.589年以后，已经明确地掌握了十九年七闰的规律。[2] 。这样，四分历就诞生了，时间大约在公元前五世纪前后的春秋末期。[3]
在战国时代的天文学家甘德和石申的著作中记载有大量的四分历制定时代的天文历法资料，虽然已经遗失，但在《汉书?天文志》和《汉书?律历志》中曾经多次提到过这些记载。由于西汉时期尚未发现岁差，故在汉武帝时代仍沿用甘、石的天文数据作为制定《太初历》的基准。在《汉书?律历志》中提到的“故传不曰冬至，而曰日南至。极于牵牛之初，日中之时景最长，以此知其南至也”，就是对于《左传》中的两次测定日南至记载所作的说明。由此可见，关于“冬至牵牛初”的测定数据早在《左传》成书的春秋末期即已确定。另外，在《汉书?天文志》中同时又提到“夏至至于东井，冬至至于牵牛，春秋分日至娄、角”，“牵牛，日、月、五星所从起，历数之元，三正之始”，这里的“历数”，指四分历，“三正”则是夏正、殷正和周正。以上这些记载，说明了科学历法创建时代以冬至为岁首，位于牵牛，也即二十八宿中的北宫玄武牛宿。
值得庆幸的是，在《汉书?律历志》中保留了当时的记载，其中有按照周历十二月、十二次和二十四节气测定的各项详细的天文数据，如表1。本文将确认：它们都是在春秋末期创建四分历时代测定的天文数据，后来记入甘、石著作的。
表1 《汉书?律历志》中的十二次和二十四节气星表
周正月 星纪： 初斗十二度，大雪； 中牵牛初，冬至；
周二月 玄枵： 初婺女八度，小寒； 中危初，大寒；
周三月 娵訾： 初危十六度，立春； 中营室十四度，惊蛰；
周四月 降娄： 初奎五度，雨水； 中娄四度，春分；
周五月 大梁： 初胃七度，谷雨； 中昴八度，清明；
周六月 实沈： 初毕十二度，立夏； 中井初，小满；
周七月 鹑首： 初井十六度，芒种； 中井三十一度，夏至；
周八月 鹑火： 初柳九度，小暑； 中张三度，大暑；
周九月 鹑尾： 初张十八度，立秋； 中翼十五度，处暑；
周十月 寿星： 初轸十二度，白露； 中角十度，秋分；
周十一月 大火： 初氐五度，寒露； 中房五度，霜降；
周十二月 析木： 初尾十度，立冬； 中箕七度，小雪。
为了确定这一星象年代，最简单而又可靠的方法是从考察其中的四个分至点入手。；。
《汉书?律历志》星表天象的四个分至点分别是：冬至牵牛初、春分娄四度、夏至井三十一度、秋分角十度。现通过理论计算来考证以上分至点天象的年代，计算步骤为：
一、从中科院自然科学史研究所的《九五国家科技攻关项目——夏商周断代工程——天文数据库》[4]中，选取B.C.600、B.C.500和B.C.400年的角、牛、娄、井四宿赤经数据，现归纳列入表2。
表2 角、牛、娄、井四宿赤经数据
角宿 牛宿 娄宿 井宿
B.C.600 168.0239 267.8103 354.6511 57.1223
B.C.500 169.2900 269.2653 355.9097 58.5533
B.C.400 170.5552 270.7211 357.1702 59.9903
二、为了提高考证年代的精确性，把年代的单位由原来的100年分割为10年；用线性内插法计算各年度的赤经，然后，按照星宿和年代记入表3（表中仅列入了从B.C.550年到B.C.440年的11个时间段的110年的数据）中对应的单元格左侧。计算过程从略。
三、在《汉书?律历志》星表中的二十四节气的位置是用入宿度表示的，所以，在考证星表年代时同样要用分至点入宿度来表示分至点位置，其中符合星表天象的数据按照星宿和年代记入表3中对应的单元格右侧的括号内。分至点入宿度的计算方法是
其中分至点赤经是：春分360°、夏至90°、秋分180°和冬至270°，对应距星依次为娄、井、角、牛四宿，代入公式（1）计算后即得到赤经差（古度），舍弃其中的小数部分后的整数就是分至点入宿度。例如，对于冬至点及其距星牛宿有
B.C.520: (270－268.9743)×365.25/360 = 1.0407 ，冬至点入宿度为牛宿1度。
B.C.500: (270－269.2653)×365.25/360 = 0.7454 ，冬至点入宿度为牛宿初度。
B.C.440: (270－270.1388)×365.25/360 = -0.1408 ，冬至点入宿度在斗宿内。
表3 二十八宿建立时代的分至点位置
年代 角宿(秋分点入宿度) 牛宿(冬至点入宿度) 娄宿(春分点入宿度) 井宿(夏至点入宿度)
BC550 168.6570 268.5378 355.2804 (娄4度) 57.8378
BC540 168.7836 268.6833 355.4063 (娄4度) 57.9809
BC530 168.9102 268.8288 355.5321 (娄4度) 58.1240
BC520 169.0368 268.9743 355.6580 (娄4度) 58.2671
BC510 169.1634 (角10度) 269.1198 (牛初度) 355.7838 (娄4度) 58.4102 (井31度)
BC500 169.2900 (角10度) 269.2653 (牛初度) 355.9097 (娄4度) 58.5533 (井31度)
BC490 169.4165 (角10度) 269.4109 (牛初度) 356.0358 (娄4度) 58.6970 (井31度)
BC480 169.5430 (角10度) 269.5565 (牛初度) 356.1618 58.8407 (井31度)
BC470 169.6696 (角10度) 269.7020 (牛初度) 356.2879 58.9844 (井31度)
BC460 169.7961 (角10度) 269.8476 (牛初度) 356.4139 59.1281 (井31度)
BC450 169.9226 (角10度) 269.9932 (牛初度) 356.5400 59.2718 (井31度)
BC440 170.0491 (角10度) 270.1388 356.6660 59.4155 (井31度)
由表3可见，只有在B.C.510～B.C.490年间的四个分至点入宿度与星表天象完全吻合，由此可以推定星表天象出现的时间大约在B.C.500年左右，春秋末年的鲁定公时代，略晚于前文所说的B.C.522年鲁昭公二十年的日南至观测记载。因为此时已经掌握了十九年七闰规律，说明当时的天文观测水准较高，所以理论分析与当时的观测天象完全相符。
从《汉书?律历志》中的星表来看，显然在这一时期已经有了十二次和二十四节气的完整体系，这是伴随着四分历创建过程中的长期的大规模的天文观测得到的。所有这些重大的科学数据和发明被记入甘德和石申的著作，以后又被班固用于《汉书》。以上所说的分至点位置、二十八宿距度、日月运行周期和《左传》中的闰月记载、十二次和二十四节气等一系列天文历法中的伟大成就都来自于这一时代。在这一时代，还产生了孔子、老子和墨子等伟大的思想家，以及他们创造的儒家、道家和墨家学派，形成了中国古代学术的百花齐放时期。这是中国第一个黄金时代。
所有这一切都建立在完整而准确的四宫二十八宿体系的基础之上。这一体系作为天文观测的参考系，为上述科学成就的取得奠定了基础。所以说，在公元前五百年左右，伟大的中华民族已经同时制定了科学历法和创建了四宫二十八宿的天文观测体系。转贴于 三、五帝时代的四仲中星体系
；“日永星火，以正仲夏”；“宵中星虚，以殷仲秋”；“日短星昴，以正仲冬”。以昏中星鸟、火、虚、昂分别作为春分、夏至、秋分、冬至的标志，故称以上四宿为四仲中星。
为了研究这一天象，现仍然选用中科院自然科学史研究所的《夏商周断代工程——天文数据库》中的基本数据。过去研究古代星宿位置大都采用岁差方法进行推算，但对于几千年前的远古时代，则可能有较大的误差。本文的方法是，先取B.C.1700年到B.C.2200的五百年间的上述四宿的赤经和赤纬数据，在考虑黄赤交角变化后，把赤经和赤纬换算成黄经（过程从略），有关公式如下
ε=23o27∕08".26－0".4684 t
Sin B = CosεSinα－SinεSinαCosβ
Sin A = (CosεSinαCosβ+SinεSinβ) / Cos B
其中ε为黄赤交角，A为黄经，B为黄纬，α为赤经，β为赤纬。根据以上求得的黄经数据计算出从B.C.2200年到B.C.1700年五百年间的百年平均岁差，如表4。
表4 四仲中星的岁差
房宿 心宿 虚宿 危宿 昂宿 毕宿 星宿 张宿
-1700 α 188.6928 193.7868 272.2147 282.2210 5.917707 16.8509 95.7300 103.0900
β -9.30594 -9.90189 -14.9269 -12.4482 6.791774 4.1031 1.07 -3.07
A 191.6936 196.5510 272.1665 282.1539 8.154889 17.0802 96.20839 104.6115
-2200 α 182.3953 187.4492 265.1991 275.3297 359.6398 10.5422 89.4100 96.9600
β -6.48962 -7.12118 -14.8599 -12.8766 3.974365 1.3586 1.19 -2.58
A 184.8300 189.6858 265.3015 275.2930 1.288928 10.1949 89.36224 97.7652
百年平均岁差 1.37272 1.37304 1.37300 1.37218 1.37312 1.37706 1.36923 1.36926
然后以B.C.2200年黄经数据为起点，向上推算四仲中星的黄经和距度，如表5。
表5 五帝时代的四方主星的黄经距度
房宿跨度（黄经） 虚宿跨度（黄经） 昂宿跨度（黄经） 星宿跨度（黄经）
B.C.2300 183.4573～188.3128 263.9285～273.9208 359.9158～8.8178 87.9930～96.3959
B.C.2400 182.0846～186.9397 262.5555～272.5486 358.5427～7.4407 86.6238～95.0266
B.C.2500 180.7119～185.5667 261.1825～271.1764 357.1696～6.0636 85.2546～93.6573
B.C.2600 179.3392～184.1938 259.8095～269.8042 355.7965～4.6865 83.8854～92.2880
B.C.2700 177.9665～182.8208 258.4365～268.4320 354.4234～3.3094 82.5162～90.9187
由表5可见，从B.C.2700年到B.C.2300年的几乎整个五帝时代，房、虚、昂、星四宿全部位于四个分至点附近，理所当然地作为四方主星，成为四象二十八宿体系的四方基准星宿，以此为中心形成了《史记?天官书》中记载的四象二十八宿体系的完整配置和对应关系。从这一体系的结构来看，四象对应四宫，每宫七宿，七宿中的第四宿（东宫苍龙房宿、北宫玄武虚宿、西宫白虎昂宿和南宫朱雀星宿）作为基准星宿分别位于各宫几何位置的中央，因此，每宫七宿对于相应的分至点来说是对称的。例如在东宫苍龙中，秋分点房宿位于中央，前后各有三宿（前方角、亢、氐，后方心、尾、箕），相对于房宿形成角对称。原来的苍龙曾经以尾宿为龙尾，增加箕宿的目的就在于保持东宫苍龙的角对称性。经过这样设置之后，从角宿一到斗宿一就成为东宫苍龙的疆域。西宫白虎、南宫朱雀和北宫玄武则分别对春分点昂宿、夏至点星宿和冬至点虚宿形成同样的角对称性。在一个相当长的历史时期中，以四仲中星作为四象二十八宿的基准一直得到人们的认同，甚至唐代僧一行在创建《大衍历》时，也按照这一基准进行大规模的天文测量。《新唐书?卷二十八》记载有“今以四象分天，北正玄枵中，虚九度；东正大火中，房二度；南正鹑火中，七星七度；西正大梁中，昴七度”。
东西南北是地面上的方位，用来确定地面上物体之间的相对位置。同样，把二十八宿分为东南西北四宫，是建立天空中的方位，用来确定天空中星宿之间的相对位置。但由于地球既有自转又有公转，在地球上的观察者看来，星空始终在相对于地面转动，它的东西南北处于不断运动之中。这样就需要选择一个特定的时刻，在每年的这时，星空中的东西南北与地面上的对应方位互相重合，这一特定时刻就是天地相合的基准。中华民族远祖选定的时刻是五帝时代的春分初昏，此时正值东宫苍龙房宿昏见，四个基准星宿与东西南北的四方正向重合，形成东宫苍龙位于正东、西宫白虎位于正西、南宫朱雀位于正南、北宫玄武位于正北的经典标准形式。从而建立了完整的四季、四方、四宫和四仲中星的对应体系，奠定了天空中方位的基础。
三、仰韶时代的龙虎墓和四象旌旗，创世神话
现在要从五帝时代上溯到更为久远的仰韶时代，并最终探索创世神话时期的四象。关于仰韶时代对四象体系的认识，这里将着重探索西水坡龙虎墓和四象旌旗。
濮阳西水坡遗址是本世纪80年代末发现的一处以仰韶文化内涵为主的遗址，在遗址的M45号墓中发现和出土了距今6000多年前的蚌塑龙虎图案（下简称蚌塑）。。见诸报刊后，更引起世界性的轰动。蚌塑对于研究我国古代天文具有特别重要的意义，其中就有关于古天文中的四象的探索。
在M45号墓中，墓主人的骨架头南足北，骨架的东西两侧分别发现了蚌塑龙虎图案，而在墓主人的脚下（即骨架的北面），则有用蚌塑和两根人胫骨共同组成的北斗图象。
研究认为，蚌塑龙虎应作为星象解释，它们与北斗共同组成了一个天文体系，龙虎分别代表东宫苍龙和西宫白虎。这一配置与真实星图的位置关系完全相符。因此，M45号墓中的苍龙白虎北斗星图，正是古人在当时的社会生活中为确定时间和生产季节的真实反映，这一星图反映了远古人类观象授时的要求。[5]
与仰韶时代四象有关的，还有《周礼》、《礼记》和《吴子》等先秦文献中的四象旌旗。《吴子?治兵篇》中有“左青龙，右白虎，前朱雀，后玄武”，《礼记?曲礼篇》也有同样论述。这是军旅和礼仪中的四象旌旗。《周礼?考工记?辀人》中的记载则更为详细：
轸之方也，以象地也；盖之圜也，以象天也；轮辐三十，以象日月也；盖弓二十有八，以象星也；龙旂九斿，以象大火也；鸟旟七斿，以象鹑火也；熊旗六斿，以象伐也；龟蛇四斿，以象营室也。
下面将针对这一记载先做文字解释，然后考证旌旗中天象标志的年代。
这一段辀人记载的精彩之处在于，它记述了国辀的结构是仿照天地和日月星辰的运动和相互位置来设计的，因此，国辀就是按照古代天道观设计的一个完整的宇宙模型，其中包括有天圆地方、三辰、四象、二十八宿等。辀是古代有轮的车，因其辕木弯曲，两端上翘如舟状，故称之为辀。其中的轸为车厢四壁，呈方形；盖为车上之伞盖，呈圆形；轸盖相合取天圆地方之意。“轮辐三十”象征每月三十日；盖弓是伞盖上的弓形木架，沿圆周排布，象征星辰即周天二十八宿；[6]轮辐与盖弓相合取日月星三辰之意。龙旂、鸟旟、熊旗、龟旐则分别是绘有蛟龙、鸟隼、熊虎和龟蛇四兽图案的旌旗，代表四象，即前文的四象旌旗。四兽图案分别象征二十八宿中的大火、鹑火、伐和营室四宿，简称四兽天象。
在《周礼?春官宗伯?司常》中还有关于九旗的记载：
司常掌九族之物，各有属，以待国事。日月为常，交龙为旂，通帛为旜，杂帛为物，熊虎为旗，鸟隼为旟，龟蛇为旐，全羽为旞，折羽为旌。及国之大阅，赞司马，颂旗物，王建大常，诸侯建旂，孤卿建旜，大夫士建物，师都建旗，州里建旟，县鄙建旐。
其中也提到了四象旌旗。这里记载了周代的旗帜共有常、旂、旜、物、旗、旟、旐、旞、旌九种，设专职官员“司常”执掌九旗。其中常为王旗，上绘日月龙三辰，象征周王朝的天命所归；而“交龙为旂”、“熊虎为旗”、“鸟隼为旟”、“龟蛇为旐”则以四兽天象为图案和标志，分别作为诸侯、将帅、六卿和县鄙四个等级官员的旗帜。从而实现了天上的三辰、四象和人世间的天子、百官间的对应。九旗广泛用于各种盛大庆典、祭祀、仪仗和军旅等，辀中用旗乃其中之一。周朝的旗帜由旗杆、縿和斿三个部分组成，其中縿作为旗帜主体是附于旗杆的直幅，上面绘有象征性的图案，斿是缀于縿侧面的、由若干条状横幅组成的旗帜装饰物。[7]
另外，在《后汉书?舆服志》中谈到辀的历史时说：“后世圣人观于天，视斗周旋，魁方杓曲，以携龙、角为帝车，于是乃曲其辀，乘牛驾马，登险赴难，周览八极。……至奚仲为夏车正，建其斿旐，尊卑上下，各有等级”。奚仲职司车正是在夏禹时代，因此，作为四象旌旗中的四兽天象的渊源当然要追溯到夏禹以前的更为久远的年代。
下面来分别考证四象旌旗中的四兽图案及其对应的四兽天象。
首先是龙旂。关于“龙旂九斿，以象大火”，大火即苍龙，九斿则为尾宿九星，故龙旂象征东方苍龙，以尾宿为标志，作为东方主星。
其次是熊旗。关于“熊旗六斿，以象伐”，熊旗即前文的“熊虎为旗”，后世按《史记?天官书》称西宫为白虎。最初的白虎或熊虎天象，由参觜二宿组成，觜宿为头，参宿的内三星为体，外四星为肩股，后来逐步演化为西宫白虎七宿。至于六斿，则如郑玄注：“伐属白虎宿，与参连体而六星”，六星是白虎的臀尾。由此可见，熊旗象征西方白虎，以觜参为标志，作为西方主星。
第三是龟旐。关于“龟蛇四斿，以象营室”，郑玄注云：“龟蛇为旐，县鄙之所建。营室，玄武宿，与东壁连体而四星”，室壁四星作为龟的四足形成龟旐的四斿。《石氏星经》称：“室名营室”，又称“室名玄冥”。[8]《礼记?月令》称冬季之神为玄冥”。杜预在《春秋经传集解》中称：“营室水也，玄冥水神也，故又云水方正而作”。所以，最初的北宫玄武就是营室，为玄冥水神，后来才逐步演化为北宫玄武七宿。这一过程与西宫白虎相似。故龟旐象征北方玄武，以营室为标志，作为北方主星。
现在已经确认了四象旌旗中的龙旂、熊旗和龟旐分别作为东方主星尾宿、西方主星觜参和北方主星营室的标志，下面需要进一步确认这一星象的年代。根据岁差理论，可以大致估计到该星象在五帝时代以前的数千年。现暂时追加翼宿为南方主星，用表5相同的方法，计算尾、室、参、翼四宿的黄经和距度，编制成表6。计算过程从略。
表6 仰韶文化时代四方主星的黄经距度
尾宿跨度（黄经） 室宿跨度（黄经） 参宿跨度（黄经） 翼宿跨度（黄经）
B.C.3000 187.1150－202.2086 284.5420－300.1846 11.7567－26.0925 105.5298－121.9902
B.C.3500 180.2590－195.3493 277.6918－293.3326 4.8765－19.2151 98.7589－115.1622
B.C.4000 173.4031－188.4900 270.8416－286.4806 357.9964－12.3377 91.9879－108.3342
B.C.4500 166.0150－181.3080 263.9914－279.6286 351.1163－5.4603 85.2170－101.5063
B.C.5000 159.6911－174.7733 257.1412－272.7766 344.2362－358.5829 78.4461－94.6783
由表6可见，在B.C.4500～B.C.4000年左右，尾、室、参、翼四宿正好分别位于秋分、冬至、春分和夏至四个分至点上。并且还可以看到，这一年代同时也正是距今六千多年以前的西水坡M45号墓中的龙虎天象时代。所以可以推测，尾、室、参、翼四宿作为四方主星的时代可以上溯到六千多年以前的仰韶文化时代。
综上所述，既然四兽天象中的大火、觜参和营室分别位于仰韶时代的秋分、春分和冬至点，那么完全可以合理地设想鸟宿应该位于夏至点翼宿。
现在来研究鸟旟，以便验证这一设想。关于“鸟旟七斿，以象鹑火”，其中“鹑火”是十二次中的一次，要考证鹑火，首先要研究十二次。从《汉书?律历志》可知，十二次是依照次初为节，次中为气的原则，用二十四节气把黄赤道附近的天空等分为十二个区域。其中四个分至点即春分、夏至、秋分和冬至分别位于降娄、鹑首、寿星和星纪的中点。在四分历的创建过程中，冬至牵牛初作为历元，同时也是十二次的起点，因此，牵牛初就成为十二次之首的星纪的中点。
但是，分至点是受到岁差影响的，所以，十二次和二十八宿的对应关系将随着年代的推移而有所变化。岁差造成的春分点的移动速度是每隔大约71.6年向西移动1度，每隔2148年左右移动30度，正好是十二次中的一次。如前所述，《汉书?律历志》中的星表天象年代在春秋末年的B.C.500年左右，在这一年代中，翼十五度位于处暑（黄经150°），是鹑尾的中央星宿。按照岁差理论推算，在此2148年以前的B.C.2650年前后，翼十五度位于大暑（黄经120°），是鹑火的中央星宿。由于翼宿距度为18度，在B.C.3000—B.C.1900年的一千多年间，大暑都在翼宿之内，这一历史时期囊括了整个五帝时代直到夏朝中期，翼宿一直保持鹑火中央星宿的地位。而在此4296年以前的B.C.4800年前后，翼十五度位于夏至（黄经90°）。由表6不难推算得出，大约在B.C.5300—B.C.4200年间夏至点都在翼宿内，这正是距今六七千年以前的仰韶文化时代，也就是西水坡龙虎墓时代。这时的觜参、翼宿、大火和营室正好位于四个分至点上，成为四方主星。
第一，龙旂、熊旗、鸟旟和龟旐建立在同一时代，它们都以世代相传的远古时代的四兽天象作为建立旌旗图案的依据。既然龙、熊、龟分别作为仰韶时代的东、西、北三方主星，鸟旟理所当然地应取当时的南方主星翼宿作为标志和象征。
第二，翼宿本身的形状非常像一只展翅飞翔的鸟隼。由图1的翼宿明晰图可见，1、2、3、4为鸟体，5为鸟首，6为鸟尾，7、15为两足，8—14，16—22分别为左右两翼。每翼由七宿组成，象征“鸟旟七斿”。鹑为雕类猛禽，《诗经?小雅》中有“匪鹑匪鸢，翰飞戾天”。南宫朱雀以翼宿似鸟而得名，这与西宫白虎以参觜似虎而得名的设想完全一致。
第三，“奚仲为夏车正，建其斿旐”。按汉陆贾《新语?道基》的记载，在大禹治水时奚仲“桡曲为轮，因直为辕，驾马服牛，浮舟杖帧，以代人力”。此时的翼宿即为鹑火主星，故翼宿应称为鹑火。
由于岁差的原因，作为十二次的“大火”的对应星宿就曾经有过变化。在《汉书?律历志》中确定的十二次和二十八宿的对应关系中大火为“氐、房、心”。而在《尔雅?释天》中的记载则为“房、心、尾”。“鹑火”和“大火”一样，其对应星宿也应该发生变化。在《汉书?律历志》中，鹑火对应“柳、星、张”，而在远古时代则应对应“张、翼、轸”。另外，尽管十二次作为一个体系未必创始得那样早，但这并不妨碍鹑火、大火等天区名称出现于十二次建立之前，就像二十八宿中的一些星宿早在该体系建立之前就已经广为人们应用一样。
现在又出现了一个问题。如果说四方主星的概念出现在仰韶时代的话，那么在西水坡龙虎墓中为什么只出现了象征东西两宫的龙虎蚌塑，而没有南北两宫呢？这能否说明当时的人类只认识四宫中的东西两宫，而不认识南北两宫呢？这一问题值得探索。
在仰韶时代，每当春分季节来临之时，伴随着东方地平线上的大火昏见，在南中天同时呈现翼宿昏中的天象。同样，在秋分前后有参宿昏见和室宿昏中天象同时出现。同样，在夏至前后有室宿昏见，大火昏中，标志着炎夏季节即将来临；冬至前后则有翼宿昏见，参宿昏中，预示着人类将面临着寒风凛冽、大雪粉飞、江河结冻、鸟兽潜踪的严冬，只能停止一切户外活动，在山洞或房屋中躲避寒冷和风雪。早在农业社会来临之前的仰韶时代早期，远古人类的渔猎、放牧、采集野果等生产活动就都与寒暑乃至四季有关，所以他们很早就应该认识到寒暑变化与相应的各种天象之间的关系，以便安排人类自身的生活和有关活动，否则，就难以做到适者生存。特别是冬天，人类必须事先建造或修缮好房屋，贮备大量越冬用的食物和燃料。从不久前发现的天水秦安县大地湾遗址距今8000～5000年的村落和房屋群来看，早在仰韶时代以前，古人类就已经能够建造房屋，在仰韶时代甚至已经能够用木材和原始的混凝土来建造大型聚会用的、具有原始宫殿规模的建筑物。[9]可以设想，在仰韶时代早期乃至更早，虽然远古人类可能有了四季的概念，但其中最为重要的是寒暑，通过观象授时预知寒暑的来临；其次才是春秋。随着人类进入农业社会，农业上升为人类的第一需要，成为第一“职业”，只是在这时，春秋的概念才开始变得比寒暑更为重要，龙虎天象的授时作用才更为人们注意，并最终导致对龙虎天象的崇拜。
从表6中可以看到，早在公元前五千年（距今七千年前）乃至更早，室宿和翼宿就分别处在冬至和夏至点附近，过了许多年之后，参宿和大火才分别进入春分和秋分点，成为春秋的授时星象，只是在这时，火、参、翼、室四宿才全部进入四方主星的位置。换句话说，夏至室宿昏见和冬至翼宿昏见的天象早在农业社会的龙虎天象以前就已经形成，并一直延续到龙虎天象时代。正因为如此，在仰韶文化早期，人们完全有可能首先重视南北两宫，然后逐步建立四方主星的概念，从而形成四宫的原始体系。
四象又称四兽、四灵。。由于在仰韶时代的早期，四兽天象正好位于四方主星的位置，由此就得到一个很重要的结论：四兽和四灵作为民族的图腾崇拜在仰韶时代早期就已经形成。这一时代，早于仰韶时代的龙虎墓年代。
仰韶时代秋分日躔尾宿，五帝时代日躔房宿，由于大火遍历房、心、尾三宿，以致苍龙能够在相当长的历史时代中作为授时星象存在，因此，仰韶时代的四兽天象和五帝时代的四仲中星两种古代著名天象都以传说的方式，融合着中华民族特有的文化，经过数千年的漫长岁月，流传并能够影响到久远的后世。如果我们继续追溯的话，可以达到中华民族文化的源头——创世神话。长沙子弹库出土的楚帛书中记载的中国上古创世神话中有：
在天地尚未形成，世界处于混沌状态之时，先有伏羲、女娲二神，结为夫妇，生了四子。这四子后来成为代表四时的四神。四神的老大叫青干，老二叫朱四单，老三叫白大然，老四叫墨干。[10]
四神就是四宫，老大青干是青龙（又称苍龙），老二朱四单是朱雀，老三白大然是白虎，老四墨干是玄武（玄和墨都是黑色）。。 四、四象体系的形成和演化过程综述
。这一认识过程是，最初，通过人类自身感官去认识一年中的寒暑和感受四季；然后，通过四方主星的昏见和昏中来认识四季；随着社会的发展，人们逐渐不满足于这样的简单认识，于是发展到在四方主星的基础上建立四宫二十八宿体系，进一步认识十二次和二十四节气。由此可见，对四象的认识实质上是对时间和空间的认识。
在对时间的认识上，人类不仅限于认识一年四季和二十四节气，而且还有对日和月的认识。例如，在古人类对日的认识中，通过对太阳升落时间的认识，把一天区分为昼、夜、晨、昏四辰。 在对月的认识中，通过对月亮圆缺的认识，把一月区分为望日、上弦、朔日、下弦四月相。这样就完成了对年、月、日、时的总体认识，奠定了历法的基础。
关于对空间的认识，人们通过日升日落的位置把地面大致区分为东、西、南、北四方。四方的建立首先在于选择基准，即以日出为东，日落为西，东西之中轴为南北。但是，日出和日落的方向是随季节而变化的，由春分到夏至期间的日出位置逐渐向北偏移，到夏至移至最北，由夏至到秋分则重新返回；由秋分到冬至期间的日出位置逐渐向南偏移，到冬至移至最南，由冬至到春分则重新返回。其中以春分和秋分时刻的日出位置居于这一移动范围的正中，是最为理想的基准。此时恰值春分苍龙昏见正东，秋分白虎昏见正东，并且由于此时人类已经进入了农业社会，突出了春分和秋分的作用。因此，虽然对东西南北的初步认识可能更早，但选定春分和秋分的日出位置作为正东，作为四方的基准，最有可能在农业社会的时代形成。
四方基准的确定还有一个方法，那就是北极星。古人类很早就认识了北极星的作用，以此作为确定正北的基准。同时也认识到北斗七星围绕北极星的运行可以作为四季的授时星象。从前文所说的仰韶时代龙虎墓中的星象体系配置来看，墓主人头南足北，龙虎斗分列东西北三方，显然仰韶时代的远古人类已经有了这一认识。
只有建立了四方的基准，才能够确认四方。只有正确地确定四方，才能认识四方主星。由于四季是由四方主星的昏见和昏中确定的，所以，四方和四辰是认识四方主星和四季的前提和基础。这样一来，人类对四辰、四方、四季、四方主星和四月相的认识共同构成了四象体系的基础，于是，古代的四象体系可以综合表示如下：
春——东——主星苍龙（仰韶：尾宿，五帝：房宿）——上弦——卯（朝）；
夏——南——主星朱雀（仰韶：翼宿，五帝：星宿）——望日——午（昼）；
秋——西——主星白虎（仰韶：参宿，五帝：昂宿）——下弦——酉（夕）；
冬——北——主星玄武（仰韶：营室，五帝：虚宿）——朔日——子（夜）。
由此可见，古代的四象体系是一个综合时间和空间，包容天地的时空体系。所有这一切至少在仰韶时代已经完成。最初的时空体系非常简单，每一个时间单元或空间单元用四个要素来表示：一年分为四季，一月分为四月相，一日分为四辰，大地分为四方，天空以四方主星标志四宫。这样的时空体系可以称之为原始的四象体系。随着人们对自然界认识的深入和社会的发展，四要素逐渐演化为四个基准点，其中最重要的一组四要素是春分、夏至、秋分和冬至四个分至点，及其对应的四方主星。二分二至与四方主星的结合，建立了融天地为一体的四个时空点，形成了古代人类“观天法地”的基准，正是在此基准之上才有可能完成四象二十八宿体系——古代天文观测参考系。
本文以四方主星为主线，考察了这一参考系的演化过程。第一代四方主星是仰韶时代的尾、翼、参、室四宿，在漫长的历史岁月中，这些星宿被人们崇拜为神灵，神化为图腾。第二代四方主星是五帝时代的房、星、昂、虚四宿，它被后世的天文学家和占星家作为四宫二十八宿体系的创建基准和天文观测基准。第三代四方主星是春秋末期的角、井、娄、牛四宿，它们是建立科学历法的的基准。由此可见，四象最初作为原始的时空体系和天文观测基准，后来演化为四宫二十八宿体系，同时它又是中华民族的神灵和图腾，是中华民族文化的象征和标志。它已经融入到各个学术领域：政治、历史、宗教、军事、天文、地理、人文、神学等。在漫漫的万千年中，它见证了中华民族的发展历程，在这一历史长河中始终占有着极为重要的地位。
值得注意的是，四象体系不仅是天文观测的基准，而且是八卦的基础和基本构架。中华民族的先祖通过对四象的认识，创造了八卦和六十四卦。从这一点来说，如果没有四象体系，就没有八卦，就没有《易经》。《易经》之所以能够成为中华民族文化的源头，其根源在于中华古人类对于四象的认识。
五、《周易》的筮法蕴涵着天地之道
现在来探索《周易》中的四象。正是《周易》，把四象等古天文学中的科学概念总结并上升到哲学高度，从而建立了《周易》的世界观——天道观，形成了“天人合一”的中华民族古代文化。
第一，在《易传?系辞上》第十一章中有一段著名的论述：“易有太极，是生两仪，两仪生四象，四象生八卦”，通常简称为“四句”。对“四句”的解释有两种主要观点，其一认为，这是孔子总结的、对宇宙间万事万物的发生和演化过程的总体认识，是“周易的世界模式”，或者说“宇宙生成论”；其二认为是对画卦和筮法的说明。[11]
第二，在《易传?系辞上》第九章有一段关于筮法的论述：“大衍之数五十，其用四十有九。。
对四象有两种不同的解释，分别以汉朝的象数易学和宋朝的义理易学为代表。在汉朝的象数易学中把四象解释为四时，两汉诸多学者，乃至晋韩康伯、唐孔颖达、李鼎祚、北宋张载等都宗此说。例如在李鼎祚的《周易集解?系辞上》中有“虞翻曰：四象，四时也”。在《周易正义?系辞上》中孔颖达疏云：“揲之以四以象四时者，分揲其蓍，皆以四四为数，以象四时。”北宋张载在《横渠易说》中云：“四象即乾之四德，四时之象”。今人高亨先生在《周易大传今注》中说：“四象，四时也。四时各有其象，故谓之四象”。由此可见，“四句”中之四象与筮法中之“四”同义，皆指春、夏、秋、冬四时。
宋朝的义理易学观点以南宋著名理学家朱熹为代表，清代毛奇龄、李塨等人赞同此说。这一学派从义理学的观点来解释四象，在朱熹的《朱文公易说》中有：“四象是老阳、老阴、少阳、少阴；老阳是九，老阴是六，少阳是七，少阴是八”。今人朱伯昆先生的《易学哲学史》、金景芳和吕绍纲先生的《周易全解》、刘大钧和林忠军先生的《周易传文白话解（系辞上）》等也持此种观点。
由于对四象的解释有以上不同，所以对“四句”的认识也随之而异。但有人认为可以把这些不同观点统一起来，张其成先生在其所著《易学大辞典》中指出，近人尚秉和综合旧说，认为“四象即四时，春少阳，夏老阳，秋少阴，冬老阴也。老阳、老阴即九、六，少阳、少阴即七、八。故四象定则八卦自生。”尚、张两位先生的认识值得深入探讨。
在《易传?系辞上》的两段关于四象的论述中，“四句”的意义隐晦而艰深，筮法的论述则相对便于理解，所以，现在从分析筮法出发来研究四象，然后再进一步探索四象的意义，以及《周易》中的四象和古天文学中的四象之间的关系。
在筮法的一段论述中出现了一、 二、三、四、五共五个数字，这些数字是某种事物、概念或规律的标志和象征，破译筮法的关键就在于对这五个数字予以合理的解释。其中“四”和“五”的意义非常明确：关于“四”，原文是“揲之以四以象四时”，故“四”象征四时；关于“五”，原文是“归奇于扐以象闰，五岁再闰，故再扐而后挂”，故“五”象征闰法或置闰规则。“四”和“五”都属于天文历法中的基本概念。。按照这一基本认识，可以对筮法一段作如下解释：
“一”为太一（指北辰），“二”为两仪（指阴阳、天地、经星和纬星），“三”为日月星三辰，“四”为春夏秋冬四时，“五”为闰法。
下面可以对这一论述作进一步破译。筮法中去一不用，即所谓“北辰居其所，众星共之”，象征北辰居中不动，作为天地之中。四十九根蓍草“分而为二”，象征万物分为阴阳，宇宙分为天地，日月星辰分为经星和纬星（古称恒星为经星，日月和五大行星为纬星），这是古人对宇宙万物的基本认识。“挂一以象三”，象征天地之间有日月星三辰，其中“日月”者，日月五星也，“星”者，二十八宿也，古代通过观测日月相对于四宫二十八宿体系的运行来制定历法，标示着古代天文观测体系和观测方法的建立。“揲之以四以象四时”者，通过天文观测确定四时、十二次和二十四节气也。“归奇于扐以象闰，五岁再闰，故再扐而后挂”者，通过天文观测确定日月运行周期，以定闰法也。由此可见，一、二、三、四、五这五个数字，完整地表示了古人对宇宙的基本认识，以及在此认识基础上建立的天文观测体系和制定历法的过程，这是一个完整的宇宙模型，体现了中华民族古老的自然哲学观，简称为天地之道。由此可见，《周易》筮法的每一个程序都与古天文历法息息相关，蓍草之分、揲、挂、扐对应着天地万物的各种存在和运动之象，所以说，在《周易》的筮法中蕴涵着天地之道，或如《四库全书总目》所云“尚书、春秋寓于史，而易则寓于卜筮。故易之为书，推天道以明人事也”。《淮南子?天文训》所云“律历之数，天地之道”，《系辞》所云“易之为书也，广大悉备，有天道焉，有人道焉，有地道焉”。其义均在此也。
在三易之中，《周易》之所以不同于《连山》、《归藏》者，就在于《周易》不仅为卜筮之书，而且为哲学之书；在于《周易》从哲学的高度上，总结了中国古代科学文化的精髓，归纳并上升为天地之道，从而成为中华民族文化的源头。
筮法是卜筮的总纲。筮法决定卜筮的结果，决定卜筮的灵验与否，所以，《周易》的关键在于筮法。因为筮法蕴涵着天地之道，而卦爻代表万事万物，所以说，卜筮的过程就象征着运用天地之道去寻求《周易》对应卦爻之中规定的、万事万物产生、发展和变化的规律。惟筮法合于天地之道，易经才能“范围天地之化而不过，曲成万物而不遗”，才能“配天地”、“配四时”、“配日月”，才能与天地准，而“弥纶天地之道”。在后世诸多历史朝代制定历法时，都以易经理论为依据，如《汉书》、《晋书》、《隋书》、《唐书》等史籍中都尊此法，其原因就在于此。古往今来有许多人相信，正因为《周易》符合天地之道，所以通过卜筮可以窥测天机，从而实现天地与人事之间的沟通。《周易》之所以能够预测未来，其原因就在于此。
六、四象的自然哲学意义
。有了这一基本认识，下面就可以着手分析汉代象数易学和宋代义理易学的观点异同。
事实上，汉代象数易学着重阐述四象的象数意义，是从认识自然和创建历法的角度来理解四象。而宋代义理易学，则更多的是从卜筮和哲理的角度来理解四象。虽然两者的认识角度有异，但其源头相同，因此，只要把象数易学的认识上升到自然哲学的高度上来理解，就完全可以把这两种看似不同的认识统一起来。
阴阳学说是中国古代的自然哲学，从阴阳学说的观点来看，四象是阴阳两种要素对立运动，相互转化，此消彼长而形成的天地万物运行中的四种状态。。在人们对自然界的认识中，诸如日月运行、昼夜交替、寒来暑往、草木枯荣等各种自然现象的运行规律都可以归结为四种具有代表性的典型状态。这四种状态就称为四象。
在阴阳学说中，阴阳是决定天地万物发展变化的两种基本要素，在这两种要素中，阳为天、为白昼、为经星，又指向日、温暖和明亮等，阴为地、为黑夜、为纬星，又指背日、寒冷和阴暗等，正是阴阳的交替运行和相互作用形成了天地运行根本规律，左右着宇宙万物的生存和发展。在宋代的义理易学中，四象为老阳、少阳、老阴和少阴。所谓老阳，是指阴消阳长达到极点的状态；所谓老阴，是指阳消阴长达到极点的状态；在由老阴向老阳转化的阴消阳长过程中达到的阴阳平衡状态谓之少阳；在由老阳向老阴转化的阳消阴长过程中达到的阴阳平衡状态谓之少阴。。
下面来分别讨论几种主要自然现象中的四象。
就四季而言，以日出位置和昼夜长度论阴阳，冬至日出位置在最南，故曰日南至，其日白昼最短，谓之老阴；夏至日出位置在最北，故曰日北至，其日白昼最长，谓之老阳；春分日出位置在正东，昼夜相等，处于由老阴（冬至）向老阳（夏至）转化的阴消阳长过程中的阴阳平衡状态，谓之少阳；秋分日出位置也在正东，昼夜相等，处于由老阳（夏至）向老阴（冬至）转化的阳消阴长过程中的阴阳平衡状态，谓之少阴。
就昼夜而言，以太阳位置和日照强度论阴阳，子夜（子正）太阳在正北，无日照，故为老阴；正午（午正）太阳在正南，日照最强，故为老阳；平旦（卯正）为日出，处于由老阴（子正）向老阳（午正）转化的阴消阳长过程中的阴阳平衡状态，谓之少阳；黄昏（酉正）为日落，处于由老阳（午正）向老阴（子正）转化的阳消阴长过程中的阴阳平衡状态，谓之少阴。
就月相而言，以月亮圆缺论阴阳，朔日不见月，为老阴；望日满月，为老阳；上弦见半月，处于由老阴（朔日）向老阳（望日）转化的阴消阳长过程中的阴阳平衡状态，谓之少阳；下弦也见半月，处于由老阳（望日）向老阴（朔日）转化的阳消阴长过程中的阴阳平衡状态，谓之少阴。
就四方而言，阴阳取决于太阳的位置，太阳在子夜、正午、平旦、黄昏分别位于北、南、东、西，故北为老阴，南为老阳，东为少阳，西为少阴。
就四宫而言，以春分黄昏时天地相合为基准，北宫为老阴，南宫为老阳，东宫为少阳，西宫为少阴。另外，以太阳日躔四方主星定春夏秋冬，日躔北方主星为冬，为老阴；日躔南方主星为夏，为老阳；日躔东方主星为秋，为少阴；日躔西方主星为春，为少阳。
就万物而言，以寒暑和日照论阴阳。故以植物初生为春，为少阳；以盛长为夏，为老阳；以结实为秋，为少阴；以枯衰为冬，为老阴。
由此可见，世上万物在阴阳两要素的作用下，由于阴阳的对立斗争和相互转化产生了四种典型状态，这一演化过程就是“四句”中所说的“两仪生四象”。《系辞》曰“易有四象，所以示也”，四象可以表示万物的基本运行规律。
《周易》中的若干重要哲学思想都来自于这一基本认识。在阴阳两要素的对立斗争中，达到老阴，必然向少阳转化，故曰“冬至一阳生”；达到老阳，必然向少阴转化，故曰“夏至一阴生”。任何事物发展到极点必然向相反的方向转化，“福者，祸之所倚；祸者，福之所伏”、“否极泰来”、“亢龙有悔”、“易穷则变”都寓于这一深刻的哲理之中。
鉴于以上种种，笔者认为，四象一词是一个寓自然与哲理，寓历史与文化的多层次的、博大精深的普适性概念，正因为如此，它才能在“范围天地之化而不过，曲成万物而不遗”的《周易》中占有特殊地位，成为《周易》符号体系中的基本要素，成为八卦和六十四卦的基本构架，成为衍生万物的基础。《周易》之所以能“究天人之际，通古今之变”者，不可无四象也。
参考文献
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关于天文学的知识范文3
地球与宇宙领域是小学科学教学的重要内容，也是教学的难点，尤其是天文学中关于星空的教学内容。虽然这部分内容为学生撩起了星空的神秘面纱，点燃了小学生的求知欲，但终究是因为小学生的空间想象的发展水平有限，浩瀚的宇宙使孩子的空间想象无法达到的范畴，所以学生难以真正了解星空。许多科学老师为此进行了努力。但因为教学时间、地点、经费和个人研究水平的限制，难以真正落实该领域的教学。目前，天文学还不是中小学的必修课，但许多学校已经把它作为选修课讲授，开展了许多天文科普活动，已经有一部分学生参与其中，但大部分学生对星空知之甚少。怎样才能较好地完成这个教学任务，引领孩子遥望星空呢？
一、保证课堂教学的效果
在小学教科版科学教材中，关于星空的教学内容主要有五年级下册的《地球的运动》和六年级下册的《宇宙》两个单元，内容虽不多，但组成了小学天文启蒙教育的重要内容。科学教师要充分发挥课堂教学主阵地的作用，认真上好科学课，落实地球与宇宙的具体内容标准。
。
二、充分发挥工具和虚拟软件的作用
认识四季的代表星座是教学中难点，但是如果很好地完成教学任务，对学生以后的天文学习和观测将产生重要的影响，教师要指导学生利用工具、虚拟软件来学习和观测。
1.活动星图
活动星图又可以称为旋转星图，它是由一个可转动的星盘底座与一个带椭圆开口与时间刻度的圆盘组成，它能显示不同日子和时间实际所见的星空，部分观星者用来计划一晚观测的程序。
不同地理纬度的观测者使用的旋转星图也不同。旋转星图一般较便宜，且可显示出不少的星座，又方便携带，所以适合刚入门的观星者使用。活动星图比较适合天文的入门者使用，主要是教天文初学者辨认星座的。
要将活动星图的方位与实际的星星位置对应，最简单的方法是将他高举在头上，并正确对应出东西的方向，有经验的使用者则只需平举在胸前，将活动星图上的方向与所面对的方向对正即可。
2.全天星图和星空伞
全天星图，就是把全天所有的星及深空天体等，按照一定的规律绘制在纸上，称为全天星图。 相对旋转星图，整张全天星图比较折中，既适合一般天好者，也适合天文发烧友，特点是全天所有星座及深空天体绘制在一张图上，类似地图大小，“全天”的整体感较强，星等达到6等及以上，深空天体也较多，可以观星参考，也可以了解学习使用，不足是户外观星携带不太方便。
为了便于携带，人们发明了星空伞――将全天星图绘制于伞面上。这是学生学习认识星座的一个很好的选择。
3.虚拟天文馆（Stellarium）软件
Stellarium 是一款免费开源的GPL软件，它使用openGL技术对星空进行实时渲染。软件可以真实地表现通过肉眼、双筒望远镜和小型天文望远镜所看到的天空。Stellarium还被应用于天象馆中。不同编译版本的 Stellarium 可以在不同的操作系统下运行，目前支持的操作系统包括：Linux/Unix、Windows 和 MacOS X。
Stellarium可以根据观测者所处的时间和地点，计算天空中太阳、月球、行星和恒星的位置，并将其显示出来。它还可以绘制星座、虚拟天文现象（如流星雨、日食和月食等）。
Stellarium 可以用作学习夜空知识的教具，还可以作为天好者星空观测的辅助工具，或者仅仅是满足一下好奇心。由于其高质量的画质，一些天象馆将 Stellarium 用在了实际的天象放映中。有些天好者还使用 Stellarium 绘制他们文章中用到的星图。
4.谷歌星空等手机软件
手机上使用的星空软件比较多，有谷歌星空（Google Sky Map）、星空星座知识（The Night Sky）、移动天文台（Mobile Observatory Pro）、星空（Starmap）等。相比之下，安卓系统的谷歌星空使用方便快捷。
谷歌星空是谷歌推出的一款星空观测应用软件。它如同一个微型的天文望远镜，带您仰望星空，探寻宇宙的奥妙。谷歌星空可查看各种天体，包括星体、星座、星系、行星和月球，允许用户自由设定显示哪些天体。
谷歌星空完全依赖手机内建的全球卫星定位系统（GPS）及加速器，精确地利用您的所在位置，包括你所面对的方向、手机倾向何方等等，就可向您显示当前所在位置的星空图，而且星空图会随您而动。所以当用户用手机分别对着头顶和脚底的时候，就可以看到天顶和天底。面对满天的星星，用户要想找到自己想找的星星好比大海捞针。。
三、开展天文观测活动
天文观测是小学生天文学习中最振奋人心的环节，深受学生的喜爱。在小学中开展天文观测科普活动有效地配合了科学课的教学活动，是教学的拓展。
1.成立天文社团
在校园开展天文科普的目的，一是普及，二是提高，所以活动的组织宜采用“金字塔”型结构。最底层是天好者，它由全校所有对天文感兴趣的师生组成，中间层是在众多爱好者中，对天文特别感兴趣，并能坚持参加各项天文活动的师生，顶层是天文骨干和核心，它是由具有天文科技知识，有责任心的老师和一些在艰难观测中能坚持、能吃苦，并且在活动前能充分作好各项准备的学生组成。对这一部分师生，建议成立天文社或天文兴趣小组等社团。
开展天文观测的初始阶段，在全校层面开展天文观测活动不太现实，所以天文观测要先在人数不多的天文社团开展。
2.软硬件准备
。。学校要为社团确定业务水平较高的指导师，条件许可的话还可以聘请校外辅导员。
3.确定观测内容
观测活动的初期，应该选择难度较低、效果较好的观测内容，比如月球。由于月球的视面大，表面清晰可辨，可观测的项目多，而且要通过认真的观测，比较容易获得观测的成果，因此，月球观测是开始进行天文观测的首选。学生有了一定的观测经验和能力以后，可以循序渐进选择有一定难度的观测内容，如星座辨识、太阳黑子的观测等等。
4.遵守安全第一的原则
天文观测活动因其特殊性，大部分要晚上进行观测或有些观测可能存在的伤害。所以在老师组织学生活动时首先要考虑安全，没有安全保障宁可放弃观测。这里的不安全因素有来自观测环境和观测对象，就观测环境而言，社会治安情况，通往观测地及观测地的环境情况等。就观测对象而言，还要充分考虑来自观测对象对观测者的伤害，如观测太阳时可能伤害到人眼等。
5.交流与拓展
关于天文学的知识范文4
关键词・教堂.暗室日晷；时空准线；天文特征
引言
公元前1世纪，维特鲁威在《建筑十书））中将建筑学的内容概况为房屋建造（aedmcatio）、日晷制造（gnomon ice）和机械制造（machinatio），并在第9书中详细的介绍了日晷的基本原理川。他认为，建筑师应该了解辨别方位、划分时节的基本方法，知晓星辰的运行轨迹，以便理解日晷的基本原理。可见，早在两千多年前，建筑师就已经对子午线以及天文时空准线有一定的认识，并将其应用于建筑设计之中，且这种应用一直延续至近代。。
一、教堂日晷的建造缘起
耶稣基督于公元30年到33年之间被钉死在十字架后的第三天复活，为了纪念这一天，复活节（EasterDay）成为基督教的一个重要节日。罗马大帝君士坦丁一世在公元325年确定复活节是每年春分月圆之后第一个星期日。理论上，只要确定了春分，其后再通过观察月圆之日，即可确定复活节的日期。但实际上由于春分和星期日之间的时间间隔有时太短并不能及时的通知准备，且各地春分及满月的时间也并不是同一时刻，这就需要教廷确定一个标准时间。尽管罗马教皇于6世纪统一了这个日期，但是，到了12世纪，人们发现这个前辈沿用下来的日期并不准确。于是教皇下令对太阳和月亮的运动重新进行观测和计算，以便确定精确的复活节日期，并为此给予天文研究财政和社会支持长达近6个世纪。而确定复活节日期的一个关键参数就是春分日的时间，如何精确的确定春分日时间成为问题的关键。15―18世纪，以丹堤（E～natio Danti）、卡西尼（Giovanni Domenico Cassini）、比安基尼（Francesco Bianchini）为代表的多位天文学家纷纷在教堂中建立暗室日晷，教堂开始成为天文观测仪器。
。“神庙以及内殿中供奉的神像都应朝向西方，这样携带着供品与牺牲走向神庙的人，就可以看到位于东面苍穹之下神庙内的神像……而神像本身也好像冉冉升起并俯视着祈祷者和牺牲品，因为所有神的祭坛都必须朝向东方。”这是所知最早关于宗教建筑朝向的文字描述，出自于维特鲁威《建筑十书》。事实上宗教建筑的朝向，与太阳、月亮等天体之间大多存在着时空准线。玛雅文明乌瓦夏克顿（Uaxactun）遗址群的E组神庙（E Group Temples），就通过特殊的设计，使得神庙组群与春秋分、夏冬至的日出方向呈现时空对应关系，神庙也兼作观察和预测天文事件的工具；代表着古埃及文明的吉萨金字塔群也与天空中的猎户座呈对位关系；中世纪法国的亚眠主教堂（图2）和巴黎圣母院（图3）的建筑朝向与冬至日出及夏至日落的方向一致。
此外，有的宗教建筑结合空间设计，与特定日期天体运行轨迹形成对位关系，使光线投射在壁画、浮雕或者雕塑上，渲染神圣的宗教气氛。如建于1135年意大利帕尔马阿尔赛诺的西多会修道院（Chiaravalle 。又如意大利帕尔马洗礼堂，因早期教堂只在复活节、圣约翰受洗日等特定日期举行受洗仪式，为了配合受洗仪式，通过精确设计使复活节期间（3月25日一4月1 0日）光束会照射在洗礼堂穹顶第五层描绘耶稣在约旦河受洗的壁画上（图7）。也正是宗教建筑中对天文时空准线的这些应用，为暗室日晷在欧洲教堂的出现奠定了基础。
二、暗室日晷的原理
人类对于时间、季节的探索，早在尚未通晓天文知识的史前时代就已经开始。使用最广泛和操作最简便的方法是“立竿测影”：一日之中竿影最短时刻为正午；一年之中正午竿影最短一天为夏至，最长一天为冬至；全年中有两天日出影和日落影重合，这两天为春分和秋分。
教堂日晷作为一种特殊类型的日晷，其观测原理和立竿测影相似。不同的是，它利用教堂内昏暗的环境，将其变成一个“暗箱”
（图8）；在墙面或者屋顶设置小孔，常年接收太阳的照射，以小孔在地面的垂直投影为圆心作弧，连接日出日落时投射在地面上的太阳光标与弧线的交点，即为东西向（图9），并沿此东西轴线在地面上设置子午线作为“日历刻度”，神职人员通过观测穿过小孔照射在教堂子午线上的“太阳光标”位置，确定春分、秋分、夏至、冬至日，进而确定复活节的日期。由于大教堂内部昏暗的环境，经过小孔后投射在地上的太阳光标清晰可见，使得天文观测和记录变得更易操作。
三、欧洲教堂暗室日晷的发展历程及各阶段特点
1.第一阶段：暗室曰晷的雏形
早在1475年，天文学家托斯卡内利（Toscane…）就在佛罗伦萨圣母百花大教堂（Santa MariadeIFiore）中设立了教堂子午线（图10、11）。他当时作为大教堂建筑设计师伯鲁乃列斯基（F…ppoB runelleschi）的朋友兼数学顾问，在教堂新落成的穹顶上的采光亭上设置了采光小孔（图12）。由于圣母百花大教堂的穹顶过高，小孔在距离地面约90米的位置，致使穹顶下方的教堂十字翼空间无法容纳下整条子午线，室内仅存有一小段穿过祭坛到达北墙的子午线，只能供夏至前后数周使用。1510年教堂的神职人员用铜盘标记出夏至日正午太阳光斑的位置（图13）。但无论是托斯卡内利，还是伯鲁乃列斯基，都没有留下任何关于建造教堂子午线的缘由。有一些研究者认为此举亦是为了检测是否存在地轴倾斜。在1755年的意大利，一位名为莱昂纳多・希梅内斯（Leonardo Ximenes）的天文学家，在托斯卡内利的教堂日晷基础上根据观测到的夏至日光斑位置重建了子午线，发现与之前的子午线有56’41”的偏差，子午线起点到夏至点的长度与1510年时相差4厘米，这个差值证实了黄道存在轻微的变化。
2.第二阶段：教堂子午线之父――丹埕与他的暗室室日晷
丹堤（ERnazio Danti）（图14）是意大利的神父、建筑师、数学家、天文学家及宇宙学家，1536年出生在佩鲁贾（Perugia）的一个盛产艺术家和科学家的家庭，从小接受的是自由艺术倡导的通识教育。他身兼工程师和建筑师的父亲朱利奥（GiuIio）开启了他对绘画和建筑的启蒙知识，而后跟随意大利著名画家佩鲁吉诺（Perugino）的徒弟即他的姑姑特奥多拉（Teodora）学习绘画。成年后，他在完成哲学和神学的研究后，很快便热忱地投身于数学、天文及地理研究。
1563年9月，他被托斯卡纳大公一世科西莫・德・美第奇（Cosimo l dei Medici）公爵邀请，参加其伟大的宇宙学工程。该工程其中一项便是关于历法的改革，大公希望借此使自己像凯撒大帝一样留名青史。为了实现大公的野心，丹堤在佛罗伦萨圣玛利亚教堂（SantaMaria NoveIla ChU FCh）较低一侧的假拱门上设置了象限仪和日晷。除此之外，其最重要的成果当数让其成为教堂子午线之父的暗室日晷的设计。
圣玛利亚教堂朝向正南方，丹堤利用教堂的长进深，在南北轴线大理石地面上设置一条“子午线”，在南立面距离地面20.45米处的玫瑰花窗上开凿了一个小洞口（图15），由于教堂内部十分昏暗，光线经过墙上的小孔后，投射在地面的光斑清晰可见，通过观测光斑在子午线上运动的轨迹，确定春分、秋分、夏至、冬至的位置点（图16）。随后，他被允许刺穿教堂墙体，在更高的26.29米处建立了他的第二时针（图17）。
不幸的是，科西莫一世于1574年去世。第二年，其子Francesco lde’Medici以莫须有的道德指控强迫丹堤离开佛罗伦萨，他被迫搬到博洛尼亚，这也使得圣母玛利亚教堂的日晷成为一个未完项目。不过1576年，他的暗室日晷还是在博洛尼亚圣佩特罗尼奥大教堂（San Petronio Church）中得以实现（图18）。由于该日晷巨大的尺寸，使观测太阳运动细小的变化成为可能，而这是当时其他天文仪器所不能做到的。通过该日晷确定了春分、秋分、夏至、冬至点的位置。但遗憾的是，由于固定小孔的圆盘在日后滑落，其定位也便不再精确。如今，该子午线已不复存在。
3.第三阶段：天文观测全盛时期
1650年代到1750年代是教堂观测的全盛时期，意大利的很多教堂都成为了天文研究中心。博洛尼亚圣佩特罗尼奥大教堂凭借其精准的设计和严格的仪器标准，成为那个时期最宏伟的教堂天文台。1655年，即丹堤建立圣佩特罗尼奥大教堂子午线75年之后，G.D.卡西尼（Giovanni Domenico Cassini）接管了大教堂子午线的重建工作，由于丹堤的子午线不再具有利用价值，他决定重新修建一条子午线（图19、20）。为了避开中殿支柱的遮挡，同时保证太阳运动的整条轨迹可以呈现在教堂内部，他没有将小孔安置在中殿，而是将其设置在了第四个拱顶上（图21）。在室内，小孔被一个太阳图案的装饰包裹（图22），并且在这条子午线上用大理石标牌标示出春分、秋分、夏至、冬至点以及黄道十二宫的位置（图23、24）。该子午线因其对于太阳运动以及其他天文信息的可读性，被认为是阿波罗的神谕（OracIe of ADoI Jo）。
此时期另一典型实例是罗马安杰利圣母堂（SantaMaria degli Angeli）的双孔日晷。18世纪初，教皇克莱门特十一世（Clement XI）为了公历改革，委托身为天文学家、数学家、考古学家、历史学家及哲学家的比安基尼（Francesco Bianchini）构建子午线。；其次，安杰利圣母堂在古罗马戴克里浴场的基础上改建的，在其中设置子午线代表着基督教日历对于早期异教日历的胜利。最后，则是因为它自身建筑设计给教堂子午线创造了有利条件：一方面罗马浴场原本为了获得更好的日照通风环境设计时采用了东西向的建筑轴线；另一方面，教堂中保留了原浴场一面高大的古城墙，该墙由于年代久远早已停止沉降，这为保证观测仪器的准确性提供了保障。
在教堂的中殿内，比安基尼设置了南、北两个小孔（图25、26）。南小孔位于南墙上距地20.5米高处，它被呈现在雕刻有教皇克莱门特的高浮雕可开启的活动板上，当活动板开启时，即使在距离子午线比较远的地方也可以观测太阳和月亮（图27），活动板的背面也绘制了教皇克莱门特的肖像，这样无论活动板开或关，都能让观测者感受到教皇的无上守护。从南小孔射入的太阳光会照射在镶嵌于大理石地面的子午线上（图28），同样，这条子午线上亦有黄道十二宫以及二分二至的标志点（图29）。除了用来测量子午线之外，南小孔同时是一个观测恒星的通道，比安基尼通过望远镜从南小孔获得了北极星每日的运动轨迹。同时为了使光线射入教堂内部，甚至去掉了建筑原有的一些线脚。此外，即使在光线充足的白天，也可以通过望远镜观测大角星、天狼星等恒星。
北小孔位于教堂中殿东北面的拱顶上，距地面约24.39米高，北极星的光线穿过圣孔（图30）照射在地板上，比安基尼将其每日的运行轨迹记录在地面上，形成了一个长轴为4.4米、短轴为3米的椭圆（图31）。其内部里一圈圈椭圆代表着在1 8世纪比北极星更靠近极点的星体的运行轨迹。整个点缀有黄铜星星的椭圆体系（图32）说明了当时对于时间的新认识：在当时极星已经越来越靠近极点运行。安杰利圣母堂的双孔子午线在当时最大的成就在于将一年和一个阴历月的时间更为准确地测量出来。
4.第四阶段：科学研究转折时期
至1 8世纪中叶，伴随着天文望远镜的普及，教堂子午线的科学研究功能已经开始慢慢减弱，但其报时功能的重要性开始提升。无论是圣佩特罗尼奥大教堂，还是安杰利圣母堂，其教堂日晷都兼具报时功能，但当时只为各种宗教活动服务。1750年代之后，统一全城的机械钟时间成为教堂日晷除天文观测外的另一个重要功能。
用于统一全城时间的巴黎圣叙尔皮斯（Saint―SulDice）教堂日晷是这个时期的代表。应圣叙尔皮斯教堂牧师Lanuet de Gercy先生的要求，天文学家勒莫尼耶（Pierre―Charies Lemonnier）在1743年把日晷引入教堂。该教堂是在13世纪一座古老教堂的基础上改建的，教堂建设初期为东西向，后期扩建过程中由于地形限制，平面轴线开始倾斜（图33）。勒莫尼耶将一条正南北向的铜线，从南面的耳堂起始，穿过祭坛。尽管圣叙尔皮斯教堂很大，但是它的十字翼的宽度并不足以在地面上完整的呈现太阳运动轨迹，因此铜线到达北面耳堂角落方尖碑的基石后向上转折90。，顺着碑体向上延伸10米，终结于碑顶的铜球（图34）。这条被称为玫瑰线（rosene）（图35）的铜线上标有刻度，当阳光通过南面耳堂窗户边缘高于地面25米处的小孔射入教堂（图36、37），光斑就会沿着玫瑰线的刻度移动，根据光斑在玫瑰线上的位置就可以计算日期。如图35夏至正午，光斑落在南耳堂地面上的一块石板上。冬至正午，光斑会出现在方尖碑的铜条上一个代表摩羯座同时也是冬至日的位置。春分、秋分的时候，光斑则会依次落在位于祭坛地面的椭圆形铜板上相应的标志点（图38）。
勒莫尼耶之所以选择将方尖碑作为子午线垂直延伸部分，是因为早在公元前10年，奥古斯都征服古埃及之后，将赫利奥波利斯（HeIiopoIis）的方尖碑搬到罗马，建造了有史以来最巨型的日晷――奥古斯都日晷（图39）。。
5.第五阶段：公众的报时仪器
18世纪后期，教堂的天文观测功能几乎已经废弃，但是这并没有阻止教堂子午线的建造。此时的教堂子午线不再是为科学研究服务，而转变为向公众报时。为了使意大利的半岛时间与欧洲大陆时间相统一，各地纷纷在教堂建造日晷来为市民提供报时服务。米兰大教堂（Duomo Mlilano）的子午线（图40、41）就是在这个时期建造的。天文学家安杰洛・塞萨里斯（GiovanniAngelo Cesaris）1 786年在米兰大教堂屋顶上设置太阳入射小孔（图42），由于教堂平面布局严格遵循东西向轴线，塞萨里沿垂直于教堂长轴的方向在教堂东端设置子午线（图43、44），但由于教堂的宽度不足以容纳整条子午线，和圣叙尔皮斯教堂子午线的处理方式类似，将冬至日（摩羯座）的太阳标记转折到北墙上2.50米高处（图45）。此时的教堂日晷已经不再是为教皇控制的宗教服务仪器，这一点从子午线的位置就可以看出，早期的教堂子午线基本都在圣坛附近，而米兰大教堂的子午线已经移至教堂的东端入口处。
除了米兰大教堂之外，在意大利的贝加莫、巴勒莫、卡塔尼亚也有类似的教堂子午线作为太阳计时器来校正手表、机械时钟。甚至到19世纪30年代，比利时的教堂子午线还被应用在铁路列车时刻表的制定中。
早在古罗马时期维特鲁威将“日晷制造”作为建筑的一部分，并将天文学列为建筑师应掌握的知识。一千多年之后，欧洲建筑师仍然保持这个传统，将天文时空准线应用在教堂的设计中。
纵观15―18世纪欧洲教堂暗室日晷的发展历程，从圣母百花大教堂仅有一个标志点的子午线，到丹堤在圣母玛利亚教堂开创完整的暗室日晷观测体系，之后教堂暗室日晷历经天文观测全盛时期、科学研究转折时期，最后成为了公众报时的仪器。其建造的目的，从最初的确定复活节日期、划分时节，到之后的测定地轴倾角、黄道变化等天文参数；观测的对象，从单纯的太阳、月亮，到北极星等其他天体；使用功能从为教皇制定历法，到为公众校准报时。可见，教堂不仅仅是供教徒集会，进行宗教活动的场所，它曾经还利用其建筑中的时空准线和地面上的子午线，成为天文科学研究的实验室，甚至当天文望远镜和天文台出现之后，教堂凭借其精准的暗室日晷依旧作为城市标准时间的报时工具，它不仅仅是宗教的教堂，也是科学的教堂。
；其次，通过空间设计结合时空准线，使得光线成为内部装饰的一部分，营造神圣的宗教气氛；最后一种即将时空准线的原理与宗教建筑融合，使其成为人类了解宇宙奥秘的仪器，教堂暗室日晷就属于这一类。教堂中这些科学功能的本质，即为建筑与天体之间时空准线的应用。
关于天文学的知识范文5
事实上，整个发展与渐进成长的理论是从牛顿才真正开始的，该理论如此年轻，对现代人来说很难想象。按照传统的观点，世界是在六天中被创造出来的，世界上现存的天体、现存的动物、植物以及在大洪水中绝迹的动物、植物，在被创造的那个时候就都是现在的样子。至于说把宇宙的发展作为一个法则，神学家们主张，应该象大多数基督徒所相信的那样，只是在人类堕落时种种灾难的一种结合的后果。上帝告诉亚当和夏娃不要吃某些树上的果子，但是他们还是吃了。结果，上帝惩罚他们和他们的后裔都不能永生，而且即使是他们最遥远的后裔，除了按计划选定的以外，死后也都要在地狱遭受永久的惩罚，在谁会被选定避免惩罚的问题上，则存在很大分歧。从亚当的罪孽开始，所有动物便开始互相杀掠，荆棘丛生，四季更替，大地临祸而不再为人类提供丰盛的品物，人们必须付出艰苦的劳动才能养活自己。一时间人类曾变得如此邪恶，以致上帝必须以大洪水淹死除了诺亚、他的三个儿子以及他们的妻子之外所有的人类。后来人类并没有从此变好，但是主还是许诺不会再来一次盖世洪水，而是限制于时而制造些火山爆发或者地震以示惩罚。
。创世的具体日期可以从《创世纪》中的家谱中推导出来，它记载着每一个世系的族长在多大年龄时生了长子。由于某些模棱两可情况的存在，以及七十三人译本与西伯莱语版本文字的不同，对具体时间还存在某些分歧，但是基督教世界广泛承认的日期是公元前4004年，它由剑桥大学的副校长乌舍(Usher)大主教莱特福特(Lightfoot)确定，虽然莱特福特认为如果更细心的对《创世纪》进行研究可能会得到更精确的结果。按照他的说法，人类是在十月二十三日上午九点被创造的。但是这一点从来没有成为一成不变的信仰，你可以相信亚当和夏娃是在十月十六日或者十月三十日诞生的，只要你能从《创世纪》找到根据，就不会有泄渎圣灵之嫌。那一天是星期五则是毫无疑问的，因为上帝在星期六休息。
科学被指望着要接受这种创世历史的限制，而那些认为这个可见的世界只有6000年实过于短暂的人则受到强烈的攻击。虽然不能再把他们处以火刑或投进监狱，但是神学家还是千方百计对他们的生活制造不幸，想方设法阻止他们的理论的传播。
牛顿的研究成果虽然使哥白尼理论获得认同，但是它却丝毫没有动摇宗教的正统观点。牛顿自己就是一个具有很深宗教情结的人，他相信圣经文字可以启发灵感。他所理解的世界并不是一个由发展而来的世界，虽然他的讲义上并没有那样写，但是他认为非常可能世界的每一部分都是同时被创造的。他认为是上帝的手最初推动了行星，使它们有一个足够的切线速度才不至于落向太阳，只有在那之后所发生的一切才服从引力定律。虽然在他写给班特莱(Bently)的私人信件中，也曾设想太阳系可能是从一个接近均匀分布的原始物质形成的，但是他公开和正式的观点，似乎更倾向于太阳和行星一开始就被创造得象现在我们所知道的样子，并不存在一个宇宙进化过程。
从牛顿那里，在十八世纪产生了一种独特的信仰：即上帝是规律的制造者，他首先创造了世界，然后又制定了所有事物必须遵从的规律，而以后的发展上帝就不再干预了。正统的观点是，在总的规律下也容许有例外，那就是与宗教相关的奇迹。但是自然的崇拜者却不相信例外，他们认为一切都为自然规律所支配。这两种观点在教皇的《关于人》的杂文中都有涉及。关于存在例外，他在其中一段写到：
创世帝初动
通律贯苍穹
为显神灵在
亦有奇迹生
但是当正统的观点被遗忘的时候，万物就只有服从自然规律而不能有例外了，否则就会天下大乱：
自然之链受攻击
分折数段无巨细
恰逢系统在渐变
本性相同如一体
受击虽然只一节
全链崩溃风卷席
地球失控自由飞
太阳行星乱天际
御世天使被抛出
生灵沦落世界迷
天堂塌陷归原点
自然颤抖求上帝
在安妮(Anne)皇后时代，法则支配原则被接受，那是与政局的稳定以及相信革命已经结束的观念相关连的。但是当人们开始图求变化时，自然法则支配的观念对他们来说就变得不那么一成不变了。
真正有意建立一个太阳、行星以及恒星是逐渐形成的科学理论的企图始于康德，他在1755年出版了《天体理论与自然通史，─按照牛顿原理对宇宙整体力学起源及构造的研究》一书。这是一本非常卓越的著作，在某种意义上它预期了现代天文学的许多结果。它首先提出，所有肉眼可见的星体都属于一个系统，即银河系，所有这些星体大体都位于一个平面上。康德认为它们象太阳系一样，是一个整体。他以惊人的想象力推断星云是类似的、但是却无限遥远的恒星集团，这种观点现在仍然为人们所接受。
他建立的那个理论，虽然很难对其进行数学演算，但是在很大程度上却与后来的观测研究相吻合。他的理论假设星云、银河、恒星、行星以及卫星，都是由原始的弥散分布的物质浓聚而成的，浓聚的原因是弥散分布的物质中某些区域具有相对较大的密度。他相信物质世界是无限的，因而创世主也应该是无限的才和乎情理。他认为宇宙存在一种由紊乱到有序的渐进过程，这个过程由宇宙重心开始，并慢慢的由那里向遥远的外界扩展，这个过程遍布于无穷的空间而且它也需要持续无限长的时间。
这个理论的惊人之处在于，一方面它认为物质世界，即星云和星系是一个统一的整体，另一方面它又引进了一个近乎均匀分布于整个宇宙的原始物质逐渐发展的概念。这是首次有人真正试图以演化论来取代突然创生论，有趣的是这种新观点首先是以天体理论出现的，而与地球上的生命无关。但是由于多种原因，康德的成果并没有引起太多的注意。这一方面的原因是他出书时还是一个不引人注目的年青(31岁)，另一原因是他只是一个哲学家，而不是数学家或物理学家，因此在他的假说中，缺乏动力学根据来解释为什么一个自我孤立的体系最初能够自己旋转起来。更重要的是，他的理论的某些部分只是纯粹的想象，比如他在没有任何科学证据的支持下猜测，越远离太阳的行星上的居民应该越优越，而人类正居于中间。由于这些原因，直到后来拉普拉斯(Laplace)提出了一个类似的，但是具有更多科学论证的理论之后，康德的成果才引起人们的注意。
拉普拉斯著名的星云假说在1796年第一次发表，他在《世界系统之评注》中根本没有提到康德对星云假说在很大程度上已有过论述。对于拉普拉斯，正如他在注释中写的，那仅仅是一个“存在疑虑、由缺乏观察与计算佐证的东西引发”的假说，但是现在加以改进后，却统治了整整一个世纪。。作为生活在法国大革命时代的自由思想家，他完全抛弃了造物论。拿破伦认为对天堂君主的信仰将鼓励对地上君主的尊敬，当他看到拉普拉斯《天体力学》的巨著中并未涉及到上帝时曾经发问，这个天文学家回答：“陛下，我不需要那个假设。”神学界对此当然感到头疼，但是它对拉普拉斯的厌恶被它对无神论和革命的法兰西的普遍对神不敬的恐怖所淹没。结果它与天文学家们的战斗大多轻描淡写而过。
地质学中科学观念的发展，走了与天文学相反的方向。在天文学中，是渐进发展的理论取代了天体恒定不变的信条，但是在地质学中，却是科学的缓慢发展理论，取代了灾变说。灾变说相信地球曾经有过一段剧烈变化时期。一开始人们曾相信地球的全部历史必须压缩到大约6000年的时间里。为了能够解释沉积岩以及沉淀的熔岩是在这么短的期间形成的，人们必须假设以前一段时间灾难曾频繁发生。从对牛顿时代地质学状况的考察，我们知道地质科学的发展远远落后于天文学的发展。比如在1695年，伍德瓦德(Woodward)还曾这样解释沉积岩的生成：“整个大陆都被变成碎块并溶化在洪水中，地壳则是由洪水过后杂乱无章的泥流沉淀而成。”据莱尔(Lyell)讲，伍德瓦德曾作过这样的讲述：“整个地壳的化石层是在几个月内积存而成的。”在那之前十四年的1681年，后来成为卡尔特修道院院长的汤姆斯(ThomasBurnet)牧师出版了他的《地球圣论；包括对原始地球及其整体变化的描述，这种变化包括已经发生和即将发生直至圆满的所有变化》。他相信赤道原本在黄道的平面上，只是在洪水之后才被推到现在的偏斜位置。(神学上更正确的观点是密尔顿(Milton)的观点，他认为这种倾斜是在亚当和夏娃堕落的时候开始的。)他认为是太阳的热量把?厍蛏沽押螅叵滤绶⒍瞿鸪傻拇蠛樗K岢值诙龌炻移谑墙肭材曛蟆S捎谒⒉幌嘈庞杏谰玫牡赜头＃虼私邮芩墓鄣闶庇Ω贸稚笊魈龋灰阉背烧车纳裱Ч鄣恪8钊司娴氖牵衔赜谘堑焙拖耐薜亩槁涞墓适轮皇且桓鲈⒀裕虼耍纭洞蟛涣械甙倏迫椤匪担肮醣黄瘸废怂跻槭禄嵋榻袒嵛氖橹啊！被鬯苟?Whiston)后来避免了莱尔关于赤道和其它一些错误，他在1696年出版了一本书，题为《地球的新理论；圣经中主张的六天创世、世界大洪水以及普遍大灾难是与理性和哲学完全以致的》。1680年那颗慧星使他想到可能是慧星造成了大洪水，这在一定程度上启发了他写这本书的灵感。由于他认为上帝创造世界的六天要比通常的六天长，他的正统地位也曾经受到质疑。
不要以为伍德瓦德、伯奈特和慧斯顿在当时不是出色的神学家。恰恰相反，他们是当时最好的神学家，至少洛克(Locke)就非常推崇慧斯顿。
十八世纪的大部分时间都充满了两个学派的争论，一个是把一切都归于水的水成论派，另一个是同样过分看重火山与地震的火成论派。前者不断的收集大洪水的证据，他们特别重视在高海拔的山上发现的海底化石。他们是最正统的，因此正统派的敌手们就千方百计的否认化石是动物的遗体。沃泰尔(Voltaire)就对化石是动物的遗体持有深深的怀疑态度，当他对事实无法否认时，就转而坚持说那是被人们带到山上去的。在这一点上，对教条持灵活态度的非正统派反而比正统派更不科学。
伟大的博物学家巴封(Buffon)在他的1749年出版的《自然史》一书中提出十四个命题，它们都被巴黎大学神学院的神学教师们宣判为“对抗教会的教规、应该受到谴责的。”东西。其中关于地质的一条断言：“地球上现存的山脉与峡谷是由次级因素造成的，随着时间的发展，同样的因素还将毁坏所有大陆、山丘与峡谷，并重新再造。”这里“次级因素”是指上帝创世法则之外的所有因素。而在当时正统派的观点是，所有的山丘和峡谷、海洋和土地的分布在世界被创造时就是我们现在看到的样子，唯一的例外就是死海，它是由奇迹制造的。
巴封无力与巴黎大学神学院争论，被迫宣布放弃他的理论，并被责成发表了如下声明：“我宣布无意对抗圣经，我坚定地相信创世说所说的一切，包括时间顺序和所有事实；我放弃我书中一切关于地球形成以及任何可能与摩西的告诫相冲突的内容。”显然，与加利略对抗的教训并没有使神学家们在天文学之外的领域里变得聪明起来。
第一个阐述现代科学地质学的是哈顿(Hutton)，他的《地球理论》在1788年首次出版，并且在1795年再版了增编本。他假定造成地球表面过去变化的因素现在仍然在起作用，而且没有理由认为这种变化在过去要比现在更活跃。虽然这个假定看起来象是一个原理，但是哈顿在某些方面超出了它的应用范围，在某些方面又对它阐述得不够。他认为沉积岩沉积海底造成的海水对大陆的侵蚀是造成大陆消失的原因，而新大陆的形成则是由于突发灾难的结果，他没有足够考虑陆地突然沉降和慢慢升起在大陆变迁中的作用。但是所有在他之后的地质科学家都认同他的基本方法，那就是用现在还在发生作用的地质变迁的现象去解释过去曾经发生的事情，他们认为在漫长地质年代中产生的巨大变迁的原因，就是现在仍然在缓慢导致海岸线移动、高山起伏而动以及海底升降不停的同一种力量。
与摩西年表的冲突使这个观点在其早期难以为人们接受，对《创世纪》坚信不移的信徒们更对哈顿和他的追随者普雷费尔(Playfair)进行了猛烈的攻击。莱尔(Lyell)在他的《地质原理》中说：“一小撮人对哈顿派原理的激情，以及在争吵中表现的对正义与崇高精神的漠视，并不是哈顿理论的功劳，只是当时英国大众那种普遍的狂热激情的一种反映而已。多年来法国的一批作家们就通过协作性的努力，通过削弱基督教信仰的根基，来削弱教会的影响。他们的成功以及大革命的成果，引起了意志坚定的人们的警觉，但是对于那些胆小的人们，革新带来的恐惧则象梦魂一样萤绕着他们。”直到1795年，英国的富有者都一直把非圣经的原理看作是对财富的侵犯，甚至是把他们拉上断头台的威胁力量。许多年中，英国人的主张还不如大革命之前自由。
由于地质化石资料表明了大量的生物已经消失，所以地质学的进一步发展就与生物学混在一起。如果仅仅考虑世界存在的久远性，通过把“六天”解释成“六个时代”，地质学和神学便可以达成某种共识。。在人类堕落之前，动物之间不应该存在互相残杀，所以现存物种都是方舟中保存下来的，除了极少数外，灭绝的物种都是在大洪水中淹死的(这种主张也有它的困境。圣奥古斯丁就因为他自己不知道上帝制造苍蝇的原因而向上帝忏悔。路德则这几乎强词夺理地大胆断言，苍蝇是魔鬼制造的，其目的是为了干扰他撰写有益的论著)。物种是永恒不变的，每一物种都是创世时分别创生的。对这种主张的任何疑义都会招致神学家们的敌意。神学的困境始于新大陆的发现。美洲远离阿拉拉特山(MountArarat)，在那里存在的许多动物却不能在它与阿拉拉特山的中间地带找到。那些动物怎么样才能迁徙如此之远，而又没有在路上留下任何它们的同类？有些人认为是远航者把它们带去的，但是这种假设也有它的困境，虔诚的耶稣会信徒约瑟夫阿考斯塔(JosephAcosts)就为之深深困扰，他献身于将印第安人转化成基督徒，但是他自己的信仰却发生了动摇。在他的《印度群岛自然精神史》一书中不无道理的说：“谁能设想一个远航者会不怕困难，把狐狸带到秘鲁，特别是那种叫做‘艾狎斯’的、我所见过的最肮脏的那种？同样地，谁能解释他们携带了老虎和狮子？这种想法简直可笑之至。很难设想一个被迫出航的远航者，在自己的生命都时时被风暴所威胁时，会带着狼和狐狸到海上并对其奚心照料与饲养。”这类问题导致神学家们做出新的解释：这种肮脏的艾狎斯狐狸和其它笨拙的野兽，是偶然由太阳用淤泥制造的。不幸的是并没有证据显示这和方舟有关。但是即使你接受他们这种说法，也无法解释许多现象。比如说那些运动迟缓、懒慢的南美树赖，是如何从阿拉拉山达到遥远的南美洲的？
随着动物学的进展，众多的种类逐渐被发现，这就引出了另一个麻烦。现在所知的动物多达数百万种，如果每种都有两个放在方舟上，其拥挤程度将不堪设想。还有，是亚当给所有的动物起的名字，在他的生命之初那似乎是一个过于庞大的任务。澳大利亚的发现又带来了新的困扰。为什么所有的袋鼠，一只不留的都跃过了淘瑞斯海峡？按照那时的生物学的进展，太阳从污泥中制造第一对袋鼠的说法是难以立足的，因此就有了一种对全新理论的强烈需要。
在整个十九世纪，所有这些难题引发了者的思维。。它谈到“地质学家的引起恐慌的假说，”并谴责他们“善于莽撞攻击而怯于深刻思考。。”休米勒还生动、不无恐怖地描述了在人类存在之前，那些已经灭绝的动物互相杀戮、残害时所使用的工具。具有深深的的他，很难理解为什么造世主要把这种痛苦加在这些无辜的生灵身上。尽管面对这些证据，基勒斯徘还是大胆地重新确认了正统的观点：低级动物遭难与死亡是由人类的罪恶造成的，他还引用圣经中“人带来了死亡，”一句话，来证明在亚当吃苹果之前动物是不死的。在引用了休米勒描述灭绝动物互相残杀的文字后他惊呼，仁慈的造世主不可能创造那样的怪物。到此为止，我们可以同意他的观点，但是他的进一步论点就难以理解了。他似乎在试图否认地质学的证据，但是最后他失败了，他承认大概存在这样一种怪物，但是它们不是上帝直接创造的。它们一开始是无辜的动物，只是后来被魔鬼引入歧途；或者象猛猡猪一样，它们的灵魂被恶魔占据了。这样就可以解释为什么圣经中记载了关于猛猡猪的故事，猛猡猪是许多东西的绊脚石。
埃德蒙古斯(EdmundGusse)的父亲、自然学家古斯曾做过一个奇怪的尝试，以图保留正统教义在生物学中的地位。他全盘接受地质学家的关于世界具有漫长历史的论证，但是坚持造物主在创造这个世界时，就把它创造得“似乎”已经具有漫长的历史。在逻辑上没有办法“证明”这个理论是错误的。神学家们断定，亚当和夏娃生有肚脐，使他们看起来就象正常出生的人一样。岩石也被填充了化石，使它们看起来就象是由火山活动和沉积造成的一样。但是如果这种假设是成立的，创世的时间就可以定在任何一点。我们可能都是在五分钟之前才存在的，只要赋予我们以造好的记忆、穿上有窟窿的袜子并且长着需要理的头发就行了。因此尽管这在逻辑上是可能的，但是却不会有人相信它。古斯痛苦的发现，尽管他的假设在逻辑无懈可击，但是却没有人接受这种对神学与科学数据调和的理论。神学家们根本不理睬他。神学家采取的做法是通过放弃许多原本属于他们的领地，来确保他们仍然拥有的领地牢不可破。
动植物通过遗传和变异而逐渐进化的原理，在很大程度上是借地质学而发展起来的，它可分成三个部份。第一，事实非常确切地表明，越简单的生命形成的时间就越早，而结构越复杂的生命登上生命舞台的时间就越晚。第二，后期的、具有高级组织结构的生命并不是同时出现的，而是由早期的低级形式通过一系列的改进而形成的，这就是生物学中通常所说的“进化”理论。第三就是对进化机制的研究，亦即研究变异的原因，以及为什么某种生命的幸存要以其它生命的消亡为代价，这种研究还非常不完善。尽管对它的机制还存在着怀疑，进化论的普遍原理已经被生物学家们广泛接受。达尔文的主要历史贡献在于他提出了一种进化机制，即自然选择，是它使进化论更可信。尽管他的假设仍然被认为是对的，但是现代科学家们已经不象当时的人们那样对它那么满意了。
第一个对进化论做出杰出贡献的生物学家是拉马克(Lamarck)，但是他的原理并没有获得认同。这一方面是由于物种不可改变的偏见对他的排斥，另一方面是他所提出的变化机制是科学家所不能接受的。他相信动物身体中新的器官的形成的原因，是由于它感受到了新的需求；他还相信个体后天获得的功能也会遗传给它的后代。离开第二个假设，他的第一个假设对解释进化是毫无用处的。达尔文抛弃了他的第一个假设，但是却接受了他的第二个假设，但是它在达尔文体系中的地位远远没有在拉马克体系中重要。第二个假设，亦即个体所后天获得的特性可以遗传的假设，被魏斯曼(Weissmann)断然否定，尽管对此仍存争论，但是证据显示，除极个别的情况外，唯一可遗传的个体后天特性是生殖细胞的改变，而那是极少发生的。所以拉马克的进化机制是不能被接受的。
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关键词：明末清初，传教士，计量
Abstract：DuringthetimebetweentheendoftheMingDynastyandthebeginningoftheQingDynasty,undertheinfluenceofthewesternsciencecarriedbymissionaries,somenewconceptsandunitsaswellasmetrologicalapparatusenteredthefieldofthetraditionalChinesemetrology.ThosenewthingsbroadenedtherangeoftraditionalChinesemetrologyandlayedafoundationforthebirthofsomenewmetrologicalbranchesinChina.ThosenewbrancheswerecoincidewiththatinEurope.TheirappearancemeansthattheChinesetraditionalmetrologybeganitstransitionstagetomodernmetrologies.
KeyWords：thetimebetweentheendoftheMingandthebeginningoftheQingDynasties,missionaris,metrologies
明末清初，中国传统计量出现了一些新的变化：在西学东渐的影响下，计量领域出现了一些新的概念和单位，以及新的计量仪器，它们扩大了传统计量的范围，为新的计量分支的诞生奠定了基础。这些新的计量分支一开始就与国际接轨，它们的出现，标志着中国传统计量开始了向近代计量的转化。这一转化，是传教士带来的西方科学促成的。
一、角度计量的奠基
中国传统计量中没有角度计量。之所以如此，是因为中国古代没有可用于计量的角度概念。
像世界上别的民族一样，中国古人在其日常生活中不可能不接触到角度问题。但中国人处理角度问题时采用的是“具体问题具体解决”的办法，他们没有发展出一套抽象的角度概念，并在此基础上制订出统一的角度体系（例如像西方广泛采用的360°圆心角分度体系那样），以之解决各类角度问题。没有统一的体系，也就不可能有统一的单位，当然也就不存在相应的计量。所以，古代中国只有角度测量，不存在角度计量。
在进行角度测量时，中国古人通常是就其所论问题规定出一套特定的角度体系，就此体系进行测量。例如，在解决方位问题时，古人一般情况下是用子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥这十二个地支来表示12个地平方位，如图1所示。在要求更细致一些的情况下，古人采用的是在十二地支之外又加上了十干中的甲、乙、丙、丁、庚、辛、壬、癸和八卦中的乾、坤、艮、巽，以之组成二十四个特定名称，用以表示方位。如图2所示。但是，不管是十二地支方位表示法，还是二十四支方位表示法，它们的每一个特定名称表示的都是一个特定的区域，区域之内没有进一步的细分。所以，用这种方法表示的角度是不连续的。更重要的是，它们都是只具有特定用途的角度体系，只能用于表示地平方位，不能任意用到其他需要进行角度测量的场合。因此，由这种体系不能发展出角度计量来。
在一些工程制作所需的技术规范中，古人则采用规定特定的角的办法。例如《考工记·车人之事》中就规定了这样一套特定的角度：
车人之事，半矩谓之宣，一宣有半谓之欘，一欘有半谓之柯，一柯有半谓之磬折。
矩是直角，因此这套角度如果用现行360°分度体系表示，则
一矩＝90°
一宣＝90°×1／2＝45°
一欘＝45°＋45°×1／2＝67°30′
一柯＝67°30′＋67°30′×1／2＝101°15′
一磬折＝101°15′＋101°15′×1／2＝151°52′30″
显然，这套角度体系只能用于《考工记》所规定的制车工艺之中，其他场合是无法使用的。即使在《考工记》中，超出这套体系之外的角度，古人也不得不另做规定，例如《考工记·磬氏为磬》条在涉及磬的两条上边的折角大小时，就专门规定说：“倨句一矩有半。”即该角度的大小为：90°＋90°×1／2＝135°。这种遇到具体角度就需要对之做出专门规定的做法，显然发展不成角度计量，因为它不符合计量对统一性的要求。
在古代中国，与现行360°分度体系最为接近的是古人在进行天文观测时，所采用的分天体圆周为3651/4度的分度体系。这种分度体系的产生，是由于古人在进行天文观测时发现，太阳每3651/4日在恒星背景上绕天球一周，这启发他们想到，若分天周为3651/4度，则太阳每天在天球背景上运行一度，据此可以很方便地确定一年四季太阳的空间方位。古人把这种分度方法应用到天文仪器上，运用比例对应测量思想测定天体的空间方位，[1]从而为我们留下了大量定量化了的天文观测资料。
但是，这种分度体系同样不能导致角度计量的诞生。因为，它从一开始就没有被古人当成角度。例如，西汉扬雄就曾运用周三径一的公式去处理沿圆周和直径的度之间的关系[2]，类似的例子可以举出许多[3]。
非但如此，古人在除天文之外的其他角度测定场合一般也不使用这一体系。正因为如此，我们在讨论古人的天文观测结果时，尽管可以直接把他们的记录视同角度，但由这种分度体系本身，却是不可能演变出角度计量来的。
传教士带来的角度概念，打破了这种局面，为角度计量在中国的诞生奠定了基础。这其中，利玛窦（MatthieuRicci，1552－1610）发挥了很大作用。
利玛窦为了能够顺利地在华进行传教活动，采取了一套以科技开路的办法，通过向中国知识分子展示自己所掌握的科技知识，博取中国人的好感。他在展示这些知识的同时，还和一些中国士大夫合作翻译了一批科学书籍，传播了令当时的中国人耳目一新的西方古典科学。在这些书籍中，最为重要的是他和徐光启合作翻译的《几何原本》一书。。该书是公认的公理化著作的代表，它从一些必要的定义、公设、公理出发，以演绎推理的方法，把已有的古希腊几何知识组合成了一个严密的数学体系。《几何原本》所运用的证明方法，一直到17世纪末，都被人们奉为科学证明的典范。利玛窦来华时，将这样一部科学名著携带到了中国，并由他口述，徐光启笔译，将该书的前六卷介绍给了中国的知识界。
就计量史而言，《几何原本》对中国角度计量的建立起到了奠基的作用。它给出了角的一般定义，描述了角的分类及各种情况、角的表示方法，以及如何对角与角进行比较。这对于角度概念的建立是非常重要的。因为如果没有普适的角度概念，角度计量就无从谈起。
除了在《几何原本》中对角度概念做出规定之外，利玛窦还把360°圆心角分度体系介绍给了中国。这对于中国的角度计量是至关重要的，因为计量的基础就在于单位制的统一，而360°圆心角分度体系就恰恰提供了这样一种统一的可用于计量的角度单位制。正因为这样，这种分度体系被介绍进来以后，其优点很快就被中国人认识到了，例如，《明史·天文志一》就曾指出，利玛窦介绍的分度体系，“分周天为三百六十度，……以之布算制器，甚便也。”正因为如此，这种分度体系很快被中国人所接受，成了中国人进行角度测量的单位基础。就这样，通过《几何原本》的介绍，我们有了角的定义及对角与角之间的大小进行比较的方法；通过利玛窦的传播，我们接受了360°圆心角分度体系，从而有了表示角度大小的单位划分：有了比较就能进行测量，有了统一的单位制度，这种测量就能发展成为计量。因此，从这个时候起，在中国进行角度计量已经有了其基本的前提条件，而且，这种前提条件一开始就与国际通用的角度体系接了轨，这是中国的角度计量得以诞生的基础。当然，要建立真正的角度计量，还必须建立相应的角度基准（如检定角度块）和测量仪器，但无论如何，没有统一的单位制度，就不可能建立角度计量，因此，我们说，《几何原本》的引入，为中国角度计量的出现奠定了基础。
角度概念的进步表现在许多方面。例如，在地平方位表示方面，自从科学的角度概念在中国建立之后，传统的方位表示法就有了质的飞跃，清初的《灵台仪象志》就记载了一种新的32向地平方位表示法：“地水球周围亦分三百六十度，以东西为经，以南北为纬，与天球不异。泛海陆行者，悉依指南针之向盘。盖此有定理、有定法，并有定器。定器者即指南针盘，所谓地平经仪。其盘分向三十有二，如正南北东西，乃四正向也；如东南东北、西南西北，乃四角向也。又有在正与角之中各三向，各相距十一度十五分，共为地平四分之一也。”[4]这种表示法如图3所示。由这段记载我们可以看出，当时人们在表示地平方位时，已经采用了360°的分度体系，这无疑是一大进步。与此同时，人们还放弃了那种用专名表示特定方位的传统做法，代之以建立在360°分度体系基础之上的指向表示法。传统的区域表示法不具备连续量度功能，因为任何一个专名都固定表示某一特定区域，在这个区域内任何一处都属于该名称。这使得其测量精度受到了很大限制，因为它不允许对区域内部做进一步的角度划分。要改变这种局面，必须变区位为指向，以便各指向之间能做进一步的精细划分。这种新的32向表示法就具备这种功能，它的相邻指向之间，是可以做进一步细分的，因此它能够满足连续量度的要求。新的指向表示法既能满足计量实践日益提高的对测量精度的要求，又采用了新的分度体系，它的出现，为角度计量的普遍应用准备了条件。
角度概念的进步在天文学方面表现得最为明显。受传教士影响所制作的天文仪器，在涉及到角度的测量时，毫无例外都采用了360°角度划分体系，就是一个有力的证明。传教士在向中国人传授西方天文学知识时，介绍了欧洲的天文仪器，引起了中国人的兴趣，徐光启就曾经专门向崇祯皇帝上书，请求准许制造一批新型的天文仪器。他所要求制造的仪器，都是西式的。徐光启之后，中国人李天经和传教士罗雅各（JacquesRho，1590－1638）、汤若望（JeanAdamSchallvonBell，1591－1666）以及后来南怀仁（FerdinandVerbiest，1623－1688）等也制造了不少西式天文仪器，这些仪器在明末以及清代的天文观测中发挥了很大作用。这些西式天文仪器，无疑“要兼顾中国的天文学传统和文化特点。。”[5]但是，在仪器的刻度划分方面，则放弃了传统的3651/4分度体系，而是采用了“凡仪上诸圈，因以显诸曜之行者，必分为三百六十平度”的做法[6]。之所以如此，从技术角度来看，自然是因为欧洲人编制历法，采用的是60进位制，分圆周为360°，若在新仪器上继续采用中国传统分度，势必造成换算的繁复，而且划分起来也不方便。所以，这种做法是明智之举。
随着角度概念的出现及360°分度体系的普及，各种测角仪器也随之涌现。只要看一下清初天文著作《灵台仪象志》中对各种测角仪器的描述，我们就不难明白这一点。
总之，360°分度体系虽然是希腊古典几何学的内容，并非近代科学的产物，但它的传入及得到广泛应用，为中国近代角度计量的诞生奠定了基础，这是可以肯定的。
二、温度计的引入
温度计量是物理计量的一个重要内容。在中国，近代的温度计量的基础是在清代奠定的，其标志是温度计的引入。
温度计量有两大要素，一是温度计的发明，一是温标的建立。在我国，这两大要素都是借助于西学的传入而得以实现的。
中国古人很早就开始了对有关温度问题的思考。气温变化作用于外界事物，会引起相应的物态变化，因此，通过对特定的物态变化的观察，可以感知外界温度的变化。温度计就是依据这一原理而被发明出来的。中国古人也曾经沿这条道路探索过，《吕氏春秋·慎大览·察今》中就有过这样的说法：
“审堂下之阴，而知日月之行，阴阳之变；见瓶水之冰，而知天下之寒，鱼鳖之藏也。”
这里所讲的，通过观察瓶里的水结冰与否，就知道外边的气温是否变低了，其实质就是通过观察水的物态变化来粗略地判定外界温度变化范围。《吕氏春秋》所言，当然有其一定道理，因为在外界大气压相对稳定情况下，水的相变温度也是相对恒定的。但盛有水的瓶子绝对不能等同于温度计，因为它对温度变化范围的估计非常有限，而且除了能够判定一个温度临界点（冰点）以外，也没有丝毫的定量化在内。
在我国，具有定量形式的温度计出现于十七世纪六七十年代，是耶稣会传教士南怀仁（FerdinandVerbiest，1623-1688年）介绍进来的。南怀仁是比利时人，1656年奉派来华，1658年抵澳门，1660年到北京，为时任钦天监监正的汤若望当助手，治天文历法。这里所说的温度计，就是他在其著作《灵台仪器图》和《验气图说》中首先介绍的。这两部著作，前者完成于1664年，后者发表于1671年，两者均被南怀仁纳入其纂著的《新制灵台仪象志》中，前者成为该书的附图，后者则成为正文的一部分，即其第四卷的《验气说》。关于南怀仁介绍的温度计，王冰有详细论述，这里不再赘述。[7]
南怀仁的温度计是有缺陷的：该温度计管子的一端是开口的，与外界大气相通，这使得其测量结果会受到外界大气压变化的影响。他之所以这样设计，是受亚里士多德“大自然厌恶真空”这一学说影响的结果。考虑到早在1643年，托里拆利（E.Torricelli，1608-1647）和维维安尼（V.Viviani，1622-1703）已经提出了科学的大气压概念，发明了水银气压计，此时南怀仁还没有来华，他应该对这一科学进展有所知晓。可他在20多年之后，在解释其温度计工作原理时，采用的仍然是亚里士多德学说，这种做法，未免给后人留下了一丝遗憾。而且，他的温度计的温标划分是任意的，没有固定点，因此它不能给出被大家公认的温度值，只能测出温度的相对变化。这种情况与温度计量的要求还相距甚远。
在西方，伽利略（GalileoGalilei，1564－1642）于1593年发明了空气温度计。他的温度计的测温结果同样会受到大气压变化的影响，而且其标度也同样是任意的，不具备普遍性。伽利略之后，有许多科学家孜孜不倦地从事温度计的改善工作，他们工作的一个重要内容是制订能为大家接受的温标，波义耳（RobertBoyle，1627－1691）就曾为缺乏一个绝对的测温标准而感到苦恼，惠更斯（ChristiaanHuygens，1629－1695）也曾为温度计的标准化而做过努力，但是直到1714年，德国科学家华伦海特（GabrielDanielFahrenheit，1686-1736）才发明了至今仍为人们所熟悉的水银温度计，[8]10年后，他又扩展了他的温标，提出了今天还在一些国家中使用的华氏温标。又过了近20年，1742年，瑞典科学家摄尔修斯（AndersCelsius，1701－1744）发明了把水的冰点作为100°，沸点作为0°的温标，第二年他把这二者颠倒了过来，成了与现在所用形式相同的百分温标。1948年，在得到广泛赞同的情况下，人们决定将其称作摄氏温标。这种温标沿用至今，成为社会生活中最常见的温标。
通过对比温度计在欧洲的这段发展历史，我们可以看到，尽管南怀仁制作的温度计存在着测温结果会受大气压变化影响的缺陷，尽管他的温度计的标度还不够科学，但他遇到的这些问题，他同时代的那些西方科学家也同样没有解决。。
在南怀仁之后，我国民间自制温度计的也不乏其人。据史料记载，清初的黄履庄就曾发明过一种“验冷热器”，可以测量气温和体温。清代中叶杭州人黄超、黄履父女也曾自制过“寒暑表”。由于原始记载过于简略，我们对于这些民间发明的具体情况，还无从加以解说。但可以肯定的是，他们的活动，表现了中国人对温度计量的热忱。
南怀仁把温度计介绍给中国，不但引发了民间自制温度计的活动，还启发了传教士不断把新的温度计带到中国。“在南怀仁之后来华的耶稣会士，如李俊贤、宋君荣、钱德明等，他们带到中国的温度计就比南怀仁介绍的先进多了。[9]”正是在中外双方的努力之下，不断得到改良的温度计也不断地传入了中国。最终，水银温度计和摄氏温标的传入，使得温度测量在中国有了统一的单位划分，有了方便实用的测温工具。这些因素的出现，标志着中国温度计量的萌生，而近代温度计量的正式出现，则要到20世纪，其标志是国际计量委员会对复现性好、最接近热力学温度的“1927年国际实用温标”的采用。在中国，这一步的完全实现，则是20世纪60年代的事情了。
三、时间计量的进步
相对于温度计量而言，时间计量对于科技发展和社会生活更为重要。中国的时间计量，也有一个由传统到近代的转变过程。这一过程开始的标志，主要表现在计时单位的更新和统一、计时仪器的改进和普及上。
就计时单位而言，除去年月（朔望月）日这样的大时段单位决定于自然界一些特定的周期现象以外，小于日的时间单位一般是人为划分的结果。。十二时制是把一个昼夜平均分为12个时段，分别用子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥这12个地支来表示，每个特定的名称表示一个特定的时段。百刻制则是把一个昼夜平均分为100刻，以此来表示生活中的精细时段划分。
十二时制和百刻制虽然分属两个体系，但它们表示的对象却是统一的，都是一个昼夜。十二时制时段较长，虽然唐代以后每个时段又被分为时初和时正两部分，但其单位仍嫌过大，不能满足精密计时的需要。百刻制虽然分划较细，体现了古代计时制度向精密化方向的发展，但在日与刻之间缺乏合适的中间单位，使用起来也不方便。正因为如此，这两种制度就难以彼此取代，只好同时并存，互相补充。在实用中，古人用百刻制来补充十二时制，而用十二时制来提携百刻制。
既然十二时制与百刻制并存，二者之间就存在一个配合问题。可是100不是12的整数倍，配合起来颇有难度，为此，古人在刻下面又分出了小刻，1刻等于6小刻，这样每个时辰包括8刻2小刻，时初时正分别包括4刻1小刻。这种方法虽然使得百刻制和十二时制得到了勉强的配合，但它也造成了时间单位划分繁难、刻与小刻之间单位大小不一致的问题，增加了相应仪器制作的难度，使用起来很不方便。它与时间计量的要求是背道而驰的。
传教士介绍进来的时间制度，改变了这种局面。明朝末年，传教士进入我国之后，在其传入的科学知识中，首当其冲就有新的时间单位。这种新的时间单位首先表现在对传统的“刻”的改造上，传教士取消了分一日为100刻的做法，而代之以96刻制，以使其与十二时制相合。对百刻制加以改革的做法在中国历史上并不新鲜，例如汉哀帝时和王莽时，就曾分别行用过120刻制，而南北朝时，南朝梁武帝也先后推行过96刻制和108刻制，但由于受到天人感应等非科学因素的影响，这些改革都持续时间很短。到了明末清初，历史上曾存在过的那些反对时刻制度改革的因素已经大为削弱，这使得中国天文学界很快就认识到了传教士的改革所具有的优越性，承认利玛窦等“命日为九十六刻，使每时得八刻无奇零，以之布算制器，甚便也。”[10]
传教士之所以首先在角度计量和时间单位上进行改革，是有原因的。他们要藉科学技术引起中国学者的重视，首先其天文历法要准确，这就需要他们运用西方天文学知识对中国的观测数据进行比较、推算，如果在角度和时间这些基本单位上采用中国传统制度，他们的运算将变得十分繁难。
传教士对计时制度进行改革，首先提出96刻制，而不是西方的时、分、秒（HMS）计时单位体系，是因为他们考虑到了对中国传统文化的兼顾。在西方的HMS计时单位体系中，刻并不是一个独立单位，传教士之所以要引入它，自然是因为百刻制在中国计时体系中有着极为重要的地位，而且行用已久，为了适应中国人对时间单位的感觉，不得不如此。传教士引入的96刻制，每刻长短与原来百刻制的一刻仅差36秒，人们在生活习惯上很难感觉到二者的差别，接受起来也就容易些。由于西方的时与中国十二时制中的小时大小一样，所以，新的时刻制度的引入，既不至于与传统时刻制度有太大的差别而被中国人拒绝，又不会破坏HMS制的完整。所以，这种改革对于他们进一步推行HMS制，也是有利的。
96刻制虽然兼顾到了中国传统，但也仍然遭到了非议，最典型的例子就是清康熙初年杨光先引发的排教案中，这一条被作为给传教士定罪的依据之一。《清圣祖实录》卷十四《康熙四年三月壬寅》是这样记录该案件的：“历法深微，难以区别。但历代旧法每日十二时，分一百刻，新法改为九十六刻，……俱大不合。”不过，这种非议毕竟不是从科学角度出发的，它没有影响到天文学界对新法的采纳。对此，南怀仁在《历法不得已辨·辨昼夜一百刻之分》中的一段的话可资证明：“据《授时历》分派百刻之法，谓每时有八刻，又各有一奇零之数。由粗入细，以递推之，必将为此奇零而推之无穷尽矣。况迩来畴人子弟，亦自知百刻烦琐之不适用也。其推算交食，求时差分，仍用九十六刻为法。”南怀仁说的符合实际，自传教士引入新的时刻制度后，96刻制就取代了百刻制。十二时制和96刻制并行，是清朝官方计时制度的特点。
但新的时刻制度并非完美无暇，例如它仍然坚持用汉字的特定名称而不是数字表示具体时间，这不利于对时间进行数学推演。不过，传教士并没有止步不前，除了96刻制之外，他们也引入了HMS制。我们知道，HMS制是建立在360°圆心角分度体系基础之上的，既然360°圆心角分度体系被中国人接受了，HMS这种新的计时单位制也同样会被中国人接受，这是顺理成章之事。所以，康熙九年（公元1670年）开始推行96刻制的时候，一开始推行的就是“周日十二时，时八刻，刻十五分，分六十秒”之制，[11]这实际上就是HMS制。这一点，在天文学上表现最为充分，天文仪器的制造首先就采用了新的时刻制度。在清代天文仪器的时圈上，除仍用十二辰外，都刻有HMS分度。[12]这里不妨给出一个具体例子，在南怀仁主持督造的新天文仪器中，有一部叫赤道仪，在这台仪器的“赤道内之规面并上侧面刻有二十四小时，以初、正两字别之，每小时均分四刻，二十四小时共九十六刻，规面每一刻平分三长方形，每一方平分五分，一刻共十五分，每一分以对角线之比例又十二细分，则一刻共一百八十细分，每一分则当五秒。[13]”通过这些叙述，我们不难看出，在这台新式仪器上，采用的就是HMS制。前节介绍温度计量，南怀仁在介绍其温度计用法时，曾提到“使之各摩上球甲至刻之一二分（一分即六十秒，定分秒之法有本论，大约以脉一至，可当一秒）”[14]。这里所说的分、秒，就是HMS制里的单位。这段话是HMS制应用于天文领域之外的例子。
在康熙“御制”的《数理精蕴》下编卷一《度量权衡》中，HMS制作为一种时刻制度，是被正式记载了的：
历法则曰宫（三十度）、度（六十分）、分（六十秒）、秒（六十微）、微（六十纤）、纤（六十忽）、忽（六十芒）、芒（六十尘）、尘；
。[15]
引文中括号内文字为原书所加之注。引文的前半部分讲的是60进位制的角度单位，是传教士引入的结果；后半部分就是新的时刻制度，本质上与传教士所介绍的西方时刻制度完全相同。《数理精蕴》因为有其“御制”身份，它的记述，标志着新的时刻制度完全获得了官方的认可。
有了新的时刻制度，没有与时代相应的计时仪器，时间计量也没法发展。
中国传统计时仪器有日晷、漏刻、以及与天文仪器结合在一起的机械计时器，后者如唐代一行的水运浑象、北宋苏颂的水运仪象台等。日晷是太阳钟，使用者通过观测太阳在其上的投影和方位来计时。在阴雨天和晚上无法使用，这使其使用范围受到了很大限制。在古代，日晷更重要的用途不在于计时，而在于为其它计时器提供标准，作校准之用。漏刻是水钟，其工作原理是利用均匀水流导致的水位变化来显示时间。漏刻是中国古代的主要计时仪器，由于古人的高度重视，漏刻在古代中国得到了高度的发展，其计时精度曾达到过令人惊异的地步。在东汉以后相当长的一段历史时期内，中国漏刻的日误差，常保持在1分钟之内，有些甚至只有20秒左右。[16]但是，漏刻也存在规模庞大、技术要求高、管理复杂等缺陷，不同的漏刻，由不同的人管理，其计时结果会有很大的差别。显然，它无法适应时间计量在准确度和统一化方面的要求。
与天文仪器结合在一起的机械计时器也存在不利于时间计量发展的因素。中国古代此类机械计时器曾发展到非常辉煌的地步，苏颂的水运仪象台，就规模之庞大、设计之巧妙、报时系统之完善等方面，可谓举世无双。但古人设计此类计时器的原意，并非着眼于公众计时之用，而是要把它作为一种演示仪器，向君王等表演天文学原理，这就注定了由它无法发展成时间计量。从计量的社会化属性要求来看，在不同的此类仪器之间，也很难做到计时结果的准确统一。所以，要实现时间计量的基本要求，机械计时器必须与天文仪器分离，而且还要把传统的以水或流沙的力量为动力改变为以重锤、发条之类的力量为动力，这样才能敲开近代钟表的大门，为时间计量的进步准备好基本的条件。在我国，这一进程也是借助于传教士引入的机械钟表而得以逐步完成的。
最早把西洋钟表带到中国来的是传教士罗明坚（MichelRuggieri，1543-1607）。[17]罗明坚是意大利耶稣会士，1581年来华，先在澳门学汉语，后移居广东肇庆。他进入广东后，送给当时的广东总督陈瑞一架做工精制的大自鸣钟，这使陈瑞很高兴，于是便允许他在广东居住、传教。
罗明坚送给陈瑞的自鸣钟，为适应中国人的习惯，在显示系统上做了些调整，例如他把欧洲机械钟时针一日转两圈的24小时制改为一日转一圈的12时制，并把显示盘上的罗马数字也改成了用汉字表示的十二地支名称。他的这一更改实质上并不影响后来传教士对时刻制度所做的改革，也正因为这样，他所开创的这种十二时辰显示盘从此一直延续到清末。
罗明坚的做法启发了相继来华的传教士，晚于罗明坚一年来华的利玛窦也带来了西洋钟表。当还在广东肇庆时，利玛窦就将随身携带的钟表、世界地图以及三棱镜等物品向中国人展示，引起中国人极大的好奇心。当他抵达北京，向朝廷进献这些物品时，更博得了朝廷的喜欢。万历皇帝将西洋钟置于身边，还向人展示，并允许利玛窦等人在京居住、传教。
明朝灭亡之后，来华传教士转而投靠清王朝，以继续他们在华的传教事业。在他们向清王朝进献的各种物品中，机械钟表仍然占据突出地位。汤若望就曾送给顺治皇帝一架“天球自鸣钟”。在北京时与汤若望交谊甚深的安文思（GabrieldeMagalhaens，1609－1677）精通机械学，他不但为顺治帝、康熙帝管理钟表等，而且自己也曾向康熙帝献钟表一架。南怀仁还把新式机械钟表的图形描绘在其《灵台仪象志》中，以使其流传更为广泛。在此后接踵而至的传教士中，携带机械钟表来华的大有人在。还有不少传教士，专门以机械钟表师的身份在华工作。
传教士引进的机械钟，使中国人产生了很大兴趣。。迨至清朝，皇宫贵族对西洋自鸣钟的兴趣有增无减，康熙时在宫中设有“兼自鸣钟执守侍首领一人。专司近御随侍赏用银两，并验钟鸣时刻”。在敬事房下还设有钟表作坊，名曰“做钟处”，置“侍监首领一人”，负责钟表修造事宜。[19]在上层社会的影响之下，制作钟表的热情也普及到了民间，大致与宫中做钟的同时，在广州、苏州、南京、宁波、福州等地也先后出现了家庭作坊式的钟表制造或修理业，出现了一批精通钟表制造的中国工匠。清廷“做钟处”里的工匠，除了一部分由传教士充任的西洋工匠之外，还有不少中国工匠，就是一个有力的证明。钟表制作的普及，为中国时间计量的普及准备了良好的技术条件。
中国人不但掌握了钟表制作技术，而且还对之加以记载，从结构上和理论上对之进行探讨和改进。明末西洋钟表刚进入中国不久，王徵在其《新制诸器图说》（成书于1627年）中就描绘了用重锤驱动的自鸣钟的示意图，并结合中国机械钟报时传统将其报时装置改成敲钟、击鼓和司辰木偶。清初刘献廷在其著作《广阳杂记》中则详细记载了民间制钟者张硕忱、吉坦然制造自鸣钟的情形。《四库全书》收录的清代著作《皇朝礼器图式》中，专门绘制了清宫制作的自鸣钟、时辰表等机械钟表的图式。嘉庆十四年（1809），徐光启的后裔徐朝俊撰写了《钟表图说》一书，系统总结了有关制造技术和理论。该书是我国历史上第一部有关机械钟的工艺大全，亦是当时难得的一部测时仪器和应用力学著作。[20]
中国的钟表业在传教士影响之下向前发展的同时，西方钟表制作技术也在不断向前发展。欧洲中世纪的机械钟计时的准确性并不高，但到了17世纪，伽利略发现了摆的等时性，他和惠更斯各自独立地对摆的等时性和摆线做了深入研究，从而为近代钟表的产生和兴起也为近代时间计量奠定了理论基础。1658年，惠更斯发明了摆钟，[21]1680年，伦敦的钟表制造师克莱门特（Clement）把节摆锚即擒纵器引入了钟表制作。[22]这些进展，标志着近代钟表事业的诞生。
那么，近代钟表技术的进展，随着传教士源源不断地进入我国，是否也被及时介绍进来了呢？答案是肯定的，“可以说，明亡（1644）之前，耶稣会士带入中国的钟是欧洲古代水钟、沙漏，中世纪重锤驱动的钟或稍加改进的产品；从清顺治十五年（1658）起，传入中国的钟表有可能是惠更斯型钟；而康熙二十年（1681）以后，就有可能主要是带擒纵器和发条（或游丝）的钟（表）。”[23]即是说，中国钟表技术的发展与世界上近代钟表技术的进步几乎是同步的。这为中国迈入时间计量的近代化准备了基本条件。当然，只是有了统一的计时单位、有了达到一定精确度的钟表，没有全国统一的计时、没有时间频率的量值传递，还不能说时间计量已经实现了近代化的要求。这是不言而喻的。
四、地球观念的影响
中国近代计量的萌生，不仅仅是由于温度计和近代机械钟表等计量仪器的出现，更重要的，还在于新思想的引入。没有与近代计量相适应的科学观念，近代计量也无从产生。这些观念不一定全部是近代科学的产物，但没有它们，就没有近代计量。上述角度观念是其中的一个例子，地球观念也同样如此。
地球观念的产生，与17世纪的近代科学革命无关，但它却是近代计量产生的前提。如果没有地球观念，法国议会就不可能于18世纪90年代决定以通过巴黎的地球子午线的四千万分之一作为长度的基本单位，从而拉开近代计量史上米制的帷幕。没有地球观念，也就不可能有时区划分的概念，时间计量也无从发展。所以，地球观念对于近代计量的产生是至关重要的。
中国传统文化中没有地球观念。要产生科学的地球观念，首先要认识到水是地的一部分，水面是弯曲的，是地面的一部分。中国人从来都认为水面是平的，“水平”观念深入到人们思想的深层，这无疑会阻碍地球观念的产生。在中国古代几家有代表性的宇宙结构学说中，不管是宣夜说，还是有了完整理论结构的盖天说，乃至后来占统治地位的浑天说，从来都没有科学意义上的地球观念。到了元朝，西方的地球说传入我国，阿拉伯学者扎马鲁丁在中国制造了一批天文仪器，其中一台叫“苦来亦阿儿子”，《元史·天文志》介绍这台仪器说：
苦来亦阿儿子，汉言地理志也。其制以木为圆毬，七分为水，其色绿；三分为土地，其色白。画江河湖海，脉络贯穿于其中。画作小方井，以计幅圆之广袤、道里之远近。
这无疑是个地球仪，它所体现的，是不折不扣的地球观念。但这件事“并未在元代天文学史上产生什么影响”。[24]到了明代，地球观念依然没有在中国学者心目中扎下根来。这种局面，要一直到明末清初，传教士把科学的地球观念引入我国，才有了根本的改观。
地球观念的引入，从利玛窦那里有了根本改观。《明史·天文志一》详细介绍利玛窦引进的地球说的内容：
其言地圆也，曰地居天中，其体浑圆，与天度相应。中国当赤道之北，故北极常现，南极常隐。南行二百五十里则北极低一度，北行二百五十里则北极高一度。东西亦然，亦二百五十里差一度也。以周天度计之，知地之全周为九万里也。
这是真正的地球说。由这段话可以看出，当时人们接受地球学说，首先是接受了西方学者对地球说的论证，所谓“南行二百五十里则北极低一度，北行二百五十里则北极高一度”，就是地球说的直接证据。。而传教士在引入地球说时，首先把这一条作为地球说的证据进行介绍，从而引发了中国人的思考，思考的结果，他们承认了地球说的正确性。对此，有明末学者方以智的话为证，他在其《通雅》卷十一《天文·历测》中说：“直行北方二百五十里，北极出高一度，足征地形果圆。”
中国人接受地圆说，当然就承认水是地的一部分。方以智对此有明确认识，他在《物理小识》卷一《历类》中说：“地体实圆，在天之中。……相传地浮水上，天包水外，谬矣。地形如胡桃肉，凸山凹海。”方以智的学生揭暄更是明确指出了水面的弯曲现象：“地形圆，水附于地者亦当圆。凡江湖以及盆盎之水，无不中高，特人不觉耳。”[25]这样的论证，表明西方的地球说确实在其中国支持者那里找到了知音。
有了地球观念之后，计量上的进步也就随之而来。例如，在计量史上很重要的时差观念即是如此。时差观念与传统的地平大地说是不相容的，所以，当元初耶律楚材通过观测实践发现时差现象之后，并没有进一步得出科学的时差概念。。根据当时通行的历法《大明历》的推算，该次月食应发生在子夜前后，而耶律楚材在塔什干城观察的结果，“未尽初更而月已蚀矣。”他经过思考，认为这不是历法推算错误，而是由于地理位置差异造成的。当发生月食时，各地是同时看到的，但在时间表示上则因地而异，《大明历》的推算对应的是中原地区，而不是西域。他说：
盖《大明》之子正，中国之子正也；西域之初更，西域之初更也。西域之初更未尽时，焉知不为中国之子正乎？隔几万里之远，仅逾一时，复何疑哉！
但耶律楚材只是提出了在地面上东西相距较远的两地对于同一事件有不同的时间表示，可这种时间表示上的差别与大地形状、与两地之间的距离究竟有什么样的关系，他则语焉不详。不从科学的地球观念出发，他也无法把这件事讲清除。而不了解这中间的定量关系，时间计量是无法进行的。
地球观念的传入，彻底解决了这一问题。利玛窦介绍的地球说明确提到，“两地经度相去三十度，则时刻差一辰。若相距一百八十度，则昼夜相反焉。”[26]这是科学的时区划分概念。有了这种概念，再有了HMS时制以及达到一定精度的计时器（如摆钟），就为近代意义上的时间计量的诞生准备了条件。
地球观念的传入，还导致了另一在计量史上值得一提的事情的发生。这就是清代康熙年间开展的全国范围的地图测绘工作。这次测绘与中国历史上以前诸多测绘最大的不同在于，它首先在全国范围进行了经纬度测量，选择了比较重要的经纬度点641处，[27]并以通过北京钦天监观象台的子午线为本初子午线，以赤道为零纬度线，测量和推算出了这些点的经纬度。在此基础上，实测了全国地图，使经纬度测量成果充分发挥了其在地图测绘过程中的控制作用。显然，没有地球观念，就不会有这种测量方法，清初的地图测绘工作，也就不会取得那样大的成就。这种测绘方法的诞生，是中国传统测绘术向近代测绘术转化的具体体现。
地球观念还与长度基准的制订有关。国际上通行的米制，最初就是以地球子午线长度为基准制订的。传教士在把地球观念引入中国时，也隐约认识到了地球本身可以为人们提供不变的长度基准。在《古今图书集成·历象汇编·历法典》第八十五卷所载之《新法历书·浑天仪说》中，有这样一段话：
天设圈有大小，每圈俱分为三百六十度，则凡数等而圈之大小、度之广狭因之。乃地亦依此为则。故地上依大圈行，则凡度相应之里数等。依小圈亦有广狭，如距赤道四十度平行圈下之里数较赤道正下之里数必少，若距六十七十等之平行圈尤少。则求地周里数若干，以大圈为准，而左右小圈惟以距中远近推相当之比例焉。里之长短，各国所用虽异，其实终同。西国有十五里一度者，有十七里半又二十二里又六十里者。古谓五百里应一度，波斯国算十六里，……至大明则约二百五十里为一度，周地总得九万余里。乃量里有定则，古今所同。
所谓大圈，指地球上的赤道圈及子午圈，小圈则指除赤道圈外的所有的纬度圈。这段话告诉我们，地球上的赤道圈及子午圈提供了确定的地球周长，各国在表示经线一度的弧长时，所用的具体数值虽然不同，但它们所代表的实际长度却是一样的。换句话说，如果以地球的“大圈”周长为依据制订尺度基准，那么这种基准是最稳定的，不会因人因地而异。
《新法历书》的思想虽未被中国人用来制订长度基准，但它所说的“凡度相应之里数等”的思想在清代的这次地图测绘中被康熙皇帝爱新觉罗·玄烨用活了，玄烨据此提出了依据地球纬度变化推算距离以测绘地图的设想。他曾“喻大学士等曰”：
天上度数，俱与地之宽大吻合。以周时之尺算之，天上一度即有地下二百五十里；以今时之尺算之，天上一度即有地下二百里。自古以来，绘舆图者俱不依照天上之度数以推算地里之远近，故差误者多。朕前特差能算善画之人，将东北一带山川地里，俱照天上度数推算，详加绘图视之。[28]
细读康熙的原话，可以看出，他所说的“天上度数”，实际是指地球上的纬度变化，他主张在测绘地图时，要通过测量地球上的纬度变化，按比例推算出（而不是实际测量出）相应地点的地理距离。因为纬度的测量比地理距离的实测要容易得多，所以康熙的主张是切实可行的，也是富有科学道理的。他的这一主张，是在地球观念的影响之下提出来的，这是不言而喻的。
关于康熙时的地图测绘，有不少书籍都从计量的角度，对测绘用尺的基准问题做过探讨，例如，《中国测绘史》就曾提出：在测绘全国地图之前，“爱新觉罗·玄烨规定，纬度一度经线弧长折地长为200里，每里为1800尺，尺长标准为经线弧长的0.01秒，称此尺为工部营造尺（合今0.317米）。
玄烨规定的取经线弧长的0.01秒为标准尺度之长，并用于全国测量，乃世界之创举。比法国国民议会1792年规定以通过巴黎的子午圈全长的四千万分之一作为1米（公尺）标准长度及其使用要早88年和120多年，（1830年后才为国际上使用）。”[29]因此，这一规定显然是中国近代计量史上值得一书的大事。
《中国测绘史》的这种观点富有代表性，涉及于此的科学史著作几乎众口一词，都持类似看法。空穴来风，这种看法应当有其依据，因为康熙本人明确提到“天上一度即有地下二百里”，这里天上一度，反映的实际是地上的度数，因此，完全可以按照地球经线弧长来定义尺度。
但是，如果清政府确实按康熙的规定，取经线弧长的0.01秒为标准尺度之长，则1尺应合现在的30.9厘米（按清代数据，地球周长为72000里，合129600000尺，取其四千万分之一为1米，则得此结果），但清代营造尺的标准长度是32厘米，[30]二者并不一致。可见，认为清代的营造尺尺长是按照地球经线弧长的0.01秒为标准确定的这一说法，与实际情况是不一致的。
再者，如果康熙的确是按地球经线弧长的0.01秒作为营造尺一尺的标准长度，那也应该是首先测定地球经线的弧长，然后再根据实测结果确定尺度基准，制造出标准器来，向全国推广，而不是首先确定尺长，再以之为基准去测量地球经线长度。
此外，文献记载也告诉我们，康熙朝在统一度量衡时，是按照“累黍定律”的传统方法确定尺长标准的，与地球经线无关。在康熙“御制”的《数理精蕴》中，就明确提到：
里法则三百六十步计一百八十丈为一里。古称在天一度，在地二百五十里，今尺验之，在天一度，在地二百里，盖古尺得今尺之十分之八，实缘纵黍横黍之分也。[31]
这段话明确告诉我们，与所谓“在天一度，在地二百里”相符的“今尺”尺长基准，是按照传统的累黍定律的方法确定的。在这里，我们看不到以地球经线弧长为标准确定尺度基准的影子。
显然，康熙并未设想要以地球经线弧长为准则确定尺度，更没有按这种设想去制订国家标准器，去推广这种标准。他在测量前指示人们按照“在天一度，在地二百里”的比例测绘地图，是为了测量的简便，与长度基准的确定应该没有什么关系。
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