三種天球坐標(biāo)系

盡管天空現(xiàn)象是相同的,，但是不同的民族,、不同的國(guó)家，卻選用不同的方法去認(rèn)識(shí)它。這不同的方法認(rèn)識(shí)的結(jié)果,，是產(chǎn)生了世界學(xué)術(shù)界大家公認(rèn)的三種天球坐標(biāo)系：(a) 中國(guó)——赤道坐標(biāo)系統(tǒng),；(b) 阿拉伯——地平坐標(biāo)系統(tǒng)；(c)希臘——黃道坐標(biāo)系統(tǒng),。

三種天球坐標(biāo)系的差異

在敘述史實(shí)之前,，我們應(yīng)該先了解清楚三種天球坐標(biāo)系的差異。

1.    三種天球坐標(biāo)系

三種天球坐標(biāo)系圖如下：

三種天球坐標(biāo)系統(tǒng)：(a) 中國(guó)——赤道坐標(biāo)系統(tǒng),；(b) 阿拉伯——地平坐標(biāo)系統(tǒng),；(c)希臘——黃道坐標(biāo)系統(tǒng)[4]

2.三種天球坐標(biāo)系之間的差異

圖中可以看出,，赤道坐標(biāo)系以天極為中心,；地平坐標(biāo)系以天頂為中心，黃道坐標(biāo)系以黃極為中心,，這三個(gè)中心是不一致的,，三者的空間取向也是有區(qū)別的，三種天球坐標(biāo)系的差異

也正在于此,。

A．  赤道天球坐標(biāo)系

赤道天球坐標(biāo)系在古代中國(guó)被稱為渾天系,，它是將天地看作一個(gè)整體，將這個(gè)整體比做一枚雞卵,，將地球比做卵中黃,，將環(huán)繞地球的天穹比做卵白和卵殼。渾天系是以地體為天地的球心,，以南,、北兩天極為軸心，亦即天地的中心,；以緣地球表面向四周延伸的太空為上下四方,。以北天極為上，以南天極為下,，以與地球赤道相平行的二十八宿為圓形天道,，以將二十八宿所標(biāo)示360度等分的十二辰為劃分時(shí)間的坐標(biāo)，并在這一立體的“卵殼”上標(biāo)示日月星辰的運(yùn)行度數(shù),。正如李勇先生所指出：（由十二支標(biāo)示的）“天空十二辰對(duì)觀測(cè)者而言是隨整個(gè)天球參與周日和周年運(yùn)動(dòng),。”[5]隨整個(gè)天球,，即是隨整個(gè)地球參與周日和周年運(yùn)動(dòng),。因?yàn)檎麄€(gè)天球是整個(gè)地球全方位向天穹的延伸。正如古代中國(guó)天文學(xué)典籍《太玄經(jīng)》所說(shuō)：南極與北極是天軸所在的處所,，天旋地轉(zhuǎn)由此而起,，就象車(chē)輪有車(chē)軸，所以能自行旋轉(zhuǎn)。眾星全都移動(dòng),，惟獨(dú)北極固守中央相對(duì)不變換位置（古人所講的用于標(biāo)識(shí)北天極位置的北極星只是相對(duì)不移動(dòng)位置,，其實(shí)自古至今作為天軸軸心的北極星也是換了好幾個(gè)的）。因此得知北極星的位置居于天地的中心,，天地是傾斜的,，所以（在人的視覺(jué)中）極在正北。極就象轉(zhuǎn)軸的軸心,，以（相對(duì)的）靜經(jīng)歷（不停歇的）動(dòng),，計(jì)量出十二時(shí)[6]。這一體系所認(rèn)知的時(shí)空背景是以“極”為樞紐（中心）,，“時(shí)乘十二”,。一年的十二月、一日的十二時(shí),，都是以極為中心對(duì)二十八宿的十二等分,。用現(xiàn)代科學(xué)的語(yǔ)言講就是以“極”為中心對(duì)地球赤道和天球赤道360度的十二等分。見(jiàn)《地球赤道坐標(biāo)系圖》：

地球赤道坐標(biāo)系圖

A．  阿拉伯地平坐標(biāo)系

阿拉伯地平坐標(biāo)系是以觀測(cè)者所在地的鉛垂線向上,、向下無(wú)限延長(zhǎng)為天頂和天底（見(jiàn)《天頂與天極區(qū)別示意圖》）,。天球上通過(guò)天體、天頂和天底的半個(gè)大圓（從N到S）,，叫做該天體的“地平經(jīng)圈”,。從地平北點(diǎn)（N）起沿地平圈以順時(shí)針向量度到天體地平經(jīng)圈和地平的交點(diǎn)，該圓弧叫作天體的“地平經(jīng)度”,，也叫方位角,，范圍0-360度。它也可從南點(diǎn)（S）起量度,。從地平起,，沿地平圈量度到天體的角距離，叫作天體的“地平緯度”或“高度”,，范圍0-90度,。天頂、天底是地平圈的兩個(gè)極,，地平圈把天球分成可見(jiàn)半球（午半球）和不可見(jiàn)半球（子半球）,。因?yàn)槌嗟捞烨蚴且蕴鞓O為中心；地平天球是以觀測(cè)者為中心,。所以只要觀測(cè)者不在“極”的位置,，天頂與天極就有交角。而且觀測(cè)者所在位置不同,，同一天體的地平坐標(biāo)也不相同,。所以，地平坐標(biāo)有地方性。盡管地平圈這個(gè)大圓360度可以等分為十二份（24小時(shí)）,，赤道圈這個(gè)大圓360度也可以等分為十二份（24小時(shí)）,，但是地平天球的可見(jiàn)半球、不可見(jiàn)半球與赤道天球的南半球,、北半球,；東半球、西半球,，在空間取向上是不同的,。

天頂與天極交角示意圖

黃赤交角圖

   早在晉·司馬彪撰《后漢書(shū)·志·律歷中·賈逵論歷》中就分析了赤道和黃道在測(cè)定天體位置上的區(qū)別，“臣前上傅安等用黃道度日月弦望多近,，史官一以赤道度之,，不與日月同，如今歷弦望至差一日以上,，輒奏以為變,，至以為日卻縮退行,。于黃道,，自得行度，不為變,?！段寮o(jì)》論‘日月循黃道，南至牽牛,，北至東井,，率日日行一度，月行十三度十九分度之七’也,。今史官一以赤道為度,，不與日月行同，其斗,、牽牛,、（東井）、輿鬼,，赤道得十五,，而黃道得十三度半；……夫日月之術(shù),，日循黃道,，月從九道。以赤道儀,，日冬至去極俱一百一十五度,。其入宿也，赤道在斗二十一，而黃道在斗十九,。兩儀相參,，日月之行，曲直有差,，以生進(jìn)退,。故月行井、牛,，十四度以上,，其在角、婁,，十二度以上,。皆不應(yīng)率不行?！币簿褪钦f(shuō),，單就月亮這一天體而言，依據(jù)黃道和依據(jù)赤道所測(cè)“弦望”日期及運(yùn)行速度是不一樣的,。對(duì)其他天體的測(cè)定自然也是如此,。                                              

3.權(quán)威人士論差異                 

赤道坐標(biāo)系與黃道坐標(biāo)系并無(wú)直接的關(guān)系，“正如德·沙素（de Saussure,，1740-1799）的名言所說(shuō)：希臘天文學(xué)是‘黃道,、角度、真實(shí),、周年’”,；而中國(guó)天文學(xué)是赤道、時(shí)間,、平均,、周日’。按照某些拱極星的指引定出赤道上的標(biāo)志點(diǎn),，系統(tǒng)觀測(cè)這些拱極星的中天,，中國(guó)人從未迷失逐時(shí)變化的星座方位，因此他們能確定太陽(yáng),、月亮不可見(jiàn)時(shí)的位置,。”[7]拱極星是指恒顯圈和恒隱圈內(nèi)的星,。恒顯圈內(nèi)的星總在地平圈之上,，故可觀測(cè)到它們的上中天和下中天。恒隱圈內(nèi)的星,，總在地平圈之下,，永不上升,，故看不見(jiàn)（見(jiàn)《恒顯圈圖》）。

恒顯圈圖

也就是說(shuō),，赤道坐標(biāo)系是依據(jù)恒顯圈內(nèi)環(huán)繞北極星的北斗星等天體的觀測(cè)來(lái)確定時(shí)間,。這一系統(tǒng)有異于西方天文學(xué)的一個(gè)重要特征就是：“它是天極、赤道的,，而不是行星,、黃道的?！秉S道坐標(biāo)系則是“觀察恒星的偕日出和偕日沒(méi),，也就是觀測(cè)黃道附近的恒星在日出前或日沒(méi)后瞬間的出沒(méi)。我們都記得古埃及著名的對(duì)天狼星的偕日觀測(cè),。進(jìn)行這種觀測(cè)并不需要天極,、子午或赤道等的知識(shí)，也不需要任何測(cè)時(shí)系統(tǒng),，它自然地導(dǎo)致人們熟悉黃道各星座,，以及距黃道遠(yuǎn)近不等的和黃道星座同時(shí)出沒(méi)的恒星?！?span lang="EN-US" xml:lang="EN-US">[8]赤道與黃道,，就象兩股道上跑的車(chē)，走的不是一條路,。赤道的星宿與黃道的星座,，如同高速公路與普通公路的?？奎c(diǎn)和出站口有所不同一樣,。我們不能去高速公路上尋找普通公路的停靠點(diǎn)和出站口,，也不能去普通公路上尋找高速公路的?？奎c(diǎn)和出站口。同理,，不能去赤道坐標(biāo)系的十二辰中尋找十二宮的客觀依據(jù),，也不能去黃道坐標(biāo)系的十二宮中尋找十二辰的客觀依據(jù)。

對(duì)三種天球坐標(biāo)系之間的差異,，李約瑟先生做了如下的論述：“希臘坐標(biāo)基本上是黃道的,，依黃道和黃極測(cè)量恒星的位置。阿拉伯系統(tǒng)是利用地平,，采用地平經(jīng)度和地平緯度,，這種系統(tǒng)具有很大的缺陷，僅可用于地球上某些單個(gè)的特殊點(diǎn),。在中國(guó)根本沒(méi)有地平系統(tǒng),，可能僅在很晚時(shí)受阿拉伯影響才出現(xiàn),。另一方面，希臘系統(tǒng)確實(shí)在唐朝就出現(xiàn)了,，當(dāng)時(shí)幾位印度科學(xué)家正在中國(guó)工作,；如某書(shū)中說(shuō)，某星在黃道南或黃道北幾度,，但這已是公元八,、九和十世紀(jì)的事了。所有的文明都用過(guò)這三個(gè)不同類(lèi)型中的一種或其它的坐標(biāo)系統(tǒng),，現(xiàn)代天文學(xué)采用的顯然是中國(guó)式,。關(guān)于這一點(diǎn)，我也許要對(duì)牛頓博士所作的結(jié)論表示懷疑,，如果他認(rèn)為所有古代系統(tǒng)最初都是地平式的,。我認(rèn)為，很難說(shuō)中國(guó)古代天文學(xué)的情況是如此,，因?yàn)樵谥袊?guó)文化中,，天極——赤道坐標(biāo)的出現(xiàn)是很早的?！?span lang="EN-US" xml:lang="EN-US">[9]早到何時(shí),？據(jù)1987年河南濮陽(yáng)西水坡仰韶文化遺址發(fā)現(xiàn)的M45號(hào)墓，墓中由蚌殼堆塑而成的一組包括北斗和蒼龍,、白虎星象的天文圖,，證實(shí)中國(guó)的赤道坐標(biāo)系統(tǒng)，在距今6460±135年以前就出現(xiàn)了,。因此,，我們大可不必因?yàn)椤叭绻ｎD博士有結(jié)論”的話，而有絲毫的顧忌,。