天文學
中國是世界上天文學發展最早的國家之壹。據文獻記載，早在4000年前，帝堯就有了天官。隨著社會的進步，古代天文學發展迅速。在天文觀測方面，公元前16世紀中國就有天象的文字記載。他們先後留下了有關太陽黑子、彗星、流星、新星、太陽、月亮和五星的筆記，以及各種星圖和星表，內容豐富，年代連續，其中許多是世界上最早的記錄。在天文理論和天文儀器方面，他們創造了渾天說壹樣的知識淵博的宇宙觀，發明了渾儀、簡儀等天體測量儀器，照亮後世。在歷法方面，早在公元前16世紀至公元前11世紀，中國就已經有了原始歷法，並不斷改革完善至今。既照顧農歷新年，又考慮回歸年，是壹種獨特的陰陽歷。
中國古代天象編年史
早在新石器時代，中國的先民就註意到天氣與天象的周期性變化有著密切的關系，於是開始觀測太陽、月亮等天象。此後，中國人民長期致力於觀測和記錄天文現象，並取得了輝煌的成就，留下了關於太陽黑子、彗星、流星和新星的各種記錄。這些天文編年史不僅內容詳盡，年代連續，而且是世界上最早的記錄，至今仍在現代天文學研究中發揮著重要作用，是極其珍貴的文化遺產。
帶黑氣的日出黃——太陽黑子的記錄
太陽黑子是太陽表面的氣體漩渦。因為它們的溫度比太陽其他部分低，所以光線比其他部分暗。從地球上看，太陽表面似乎有黑點或斑塊，所以也叫太陽黑子。
關於太陽黑子，中國有世界上最早的觀測記錄。大約公元前140年，在《淮南子》壹書中，有“日本和中國有壹個女巫”的描述。當今世界公認的最早的黑子記錄是《漢書五行誌》中和平元年(公元前28年)三月出現的黑子:“和平元年...三月已過，日出黃，有黑氣如錢大，居日本中央。”這個記錄詳細而清晰地描述了太陽黑子的時間和位置。歐洲最早的太陽黑子編年史是807年8月，當時被誤認為是水星淩日。直到意大利天文學家伽利略1660發明了天文望遠鏡，太陽黑子才真正存在。在此之前，我國歷史上有101關於太陽黑子的記載。這些記錄不僅有時間，還有形狀、大小、位置和變化。難怪美國天文學家海爾稱贊說:“中國古代如此勤於觀測天象，真是太神奇了。他們觀測到了太陽黑子，比西方早了約2000年，這在歷史上被無休止地記錄下來，非常正確可信。”
有壹顆星進入北鬥的記錄——彗星。
彗星是壹種繞太陽運行的輕質天體，具有獨特的雲狀外觀。彗星包括彗發、彗核和彗尾。彗尾是彗星靠近太陽時產生的，彗發中的氣體和塵埃被太陽風和太陽的輻射壓力推開。它的形狀像壹把大掃帚，所以在中國民間也被稱為“掃把星”。中國對彗星的觀測和研究已有4000多年，擁有世界上最早、最完整的彗星記錄。中國古代將彗星稱為“星”，《春秋》記載了魯文公十四年(公元前613年)出現的彗星:“秋七月，壹星入北鬥。”這是關於哈雷彗星的最早記錄。哈雷彗星是周期性彗星，每76年出現壹次。從魯文公十四年到清朝宣彤二年(公元1910)，哈雷彗星出現了31次，每次出現我國都有詳細的記載。如《史記·秦始皇本紀》記載:“始皇七年，彗星初出東，見北，見西，五月，...16號彗星又看見西方了。”這壹段記錄的年、月、日的數字和位置與現代科學家計算的完全壹致。到了戰國時期，中國已經積累了豐富的觀測彗星的經驗。
長沙馬王堆三號漢墓帛書中有29幅形狀各異的彗星圖。這些彗星的尾巴有寬有窄，有長有短，有直有彎，數量不壹。彗星的頭部有壹個圓圈或圓點，圓心有壹個小圓點或圓圈。這說明當時的人們已經註意到了彗星的不同形狀，其觀測的準確性在今天也具有科學價值。關於彗尾的成因，中國較早就有了相對正確的解釋。《晉書·田》記載:“彗星體無光，太陽有光，故晚見指東，晨見指西。在日本的北方和南方，指的是太陽。打敗它的芒，或長或短……”。直到16世紀，歐洲壹直誤以為彗星是大氣中的燃燒現象。中國的彗星觀測成果受到了現代西方天文學家的高度贊揚。法國人巴爾德(Baldet)在研究了20世紀50年代的彗星軌道總表後說:“彗星的最佳記錄(幾乎沒有例外)是中國的記錄。”
新月和鑫茂有吃的——日食記錄
日食是太陽被月亮遮住的現象。當月球繞地球運行時，它有時會來到太陽和地球之間。這時月亮的影子落在地球表面，影子裏的觀察者會看到太陽被月亮遮住了。這是壹次月蝕。日食發生時，光芒四射的太陽會突然變暗，變成暗圓形的表面，但白天的天空會出現星星。這種奇特的景象對於不知道原因的古人來說是驚天動地的大事，自然也成為中國先民觀測到的關鍵天文現象。早在3000多年前，殷墟甲骨文中就有關於日食的記載。《詩經·尹正篇》記載:“是秋朔，花聚於室...，鼓也打起來了，叫人走開……”描述了夏朝中康元年日食發生時人們驚慌失措的情景。《詩經·瀟雅》也以詩的形式記載了日食:“十月之交，艷陽高照，日日有食。”從我國春秋時期到清代同治十壹年(公元前770年-1874年)，共記錄了985次日食，其中年月不符的日食只有8次，不到總數的1%。日食的發生有壹定的周期性。中國是世界上較早發現日食周期的國家之壹。西漢末年，劉欣總結了壹個周期，認為135個月會有23次日食。中國大約從3世紀開始就能預報日食的初虧和最後壹次接觸的方向，到了唐代日食的預報更加準確。
星星像雨壹樣落在夜晚——流星的記錄
在繁星點點的夜空中，經常可以看到壹道白光掠過，那是流星。有時候可以看到天空的某個區域有無數的光在飛來飛去，好像在下雨。這是壹個壯觀的流行雨現象。流星和流星雨是塵埃粒子和稱為流星體的固體塊闖入地球大氣層並與大氣層摩擦產生的光跡。中國人比其他國家更早地記錄了對流星團和流星。《竹書古書紀年》中有關於流星的記載:“夏帝十五年，夜星如雨落。”據《左傳》記載，魯莊公七年，“夏四月，夜不見星，星落如雨”，這是世界上最早的天琴座流星雨記錄。中國古代有記錄的流星雨有180次。中國人不僅記錄流星，還能準確地指出隕石的來源:“星星落到地上，也是石頭”(見《史記》官方記載。)在歐洲，公元1768年發現了三塊隕石。巴黎科學院推薦拉瓦錫做研究，他卻得出結論:“石頭在地上，不是埋著的，是打雷的，是破土而出的，不是從天上掉下來的。”直到公元1803年，歐洲人才知道隕石的起源。
房子裏發現的客星——諾瓦斯和超新星的記錄
壹些通常非常暗的恒星突然爆發出比原來亮度強幾千到幾百萬倍的光，這種現象稱為新星，其中壹些恒星的亮度增加到壹億甚至上億倍，這種現象稱為超新星。後來逐漸淡化，仿佛是星空中的客人，所以被古人稱為“客星”。新星和超新星的出現在中國早有記載。商代甲骨文記載了公元前14世紀天蠍座α星附近出現的壹顆新星。《漢誌》中記載:“元光元年五月，客星見於室。”這個記錄是公元前134年出現的新星。這顆新星是中外史書記載的第壹顆。與其他國家的記載相比，中國的記載不僅註明了時間，還註明了地點。因此，法國天文學家畢奧在寫《新星集》時，把《漢書》的記載列為第壹。
18年末，有人通過望遠鏡在天官星附近發現了壹個蟹狀星雲，命名為蟹狀星雲。1921年，科學家在蟹狀星雲中發現了壹顆脈沖星，它的周期最短，是目前已知的唯壹壹顆全波脈沖星。根據蟹狀星雲的膨脹速度，這顆恒星應該是公元1054年爆發的超新星產生的。這顆超新星在中國的史書《宋瑤會稽稿》中有詳細的記載。從商代到17世紀末，中國史書記載了約90顆新星和超新星，其中約12屬於超新星。如此豐富系統的歷代新星爆發記錄，在世界各國中絕無僅有。
中國古代天體測量的成就
天體測量學是天文學中最古老、最基礎的分支，主要研究如何確定恒星的位置以及恒星到達某壹位置的時間。中國古代天文學家設計制造了各種精密先進的天體測量儀器和天文臺，在天體測量方面取得了巨大成就，留下了許多珍貴的星圖、星表等史料。
渾天儀
中國古代使用的天體測量儀器主要有渾儀和簡易儀器。表現天體視運動的儀器主要是象數。(1)渾天儀是根據渾天儀理論來測量天體的儀器。渾天學說是中國古代重要的宇宙學說，認為“渾天如雞，天體圓如蛋球，地黃如雞”。天空充滿了水，由空氣支撐著，地球漂浮在水面上。天空大圓分為365.25度，渾天儀旋轉軸的兩端分別稱為南極和北極，赤道垂直於天極，黃道與天空大圓斜交，黃色赤道的交角為24度。
渾天儀就是在這個基礎上設計的。我國渾儀的發明是在公元前4世紀到公元前1世紀之間(即戰國中期到秦漢時期)。早期的渾天儀比較簡單。經過歷代天文學家的改進，到了唐代，天文學家李設計了壹種更加精密完善的天體黃道儀。整個儀器分為三層，外層稱為六合儀，包括地平儀、子午儀圈和赤道儀圈。中間層稱為陳三儀器，由黃道環、黃道環和赤道環組成。內層稱為四泳儀，包括四泳環和窺視孔。現存的明代渾儀基本都是這種結構，不同的是取消了陳三儀中的白環，增加了二分環和二分環。由於渾儀的圓環過於復雜，會遮住天空，影響觀測，元代天文學家郭守敬將其簡化，造出了簡易儀器。
簡裝蜜環菌
元代天文學家郭守敬在公元1276年創造了測量天體位置的儀器。由於唐宋時期結構復雜的渾儀經過創新簡化，被稱為簡易儀。包括相互獨立的赤道裝置和地平裝置，以地球繞太陽公轉壹周的時間365.25天來劃分。簡易儀器的赤道裝置用於測量天體的去極化和感受性(赤道坐標)，其基本結構與現代望遠鏡中廣泛使用的天體赤道裝置相同。它由兩個支架組成，北高南低，支撐著南北方向的極軸。在極軸周圍，有壹個四向雙環，四向環上的窺視孔兩端裝有十字準線，這是後來望遠鏡中十字準線的鼻祖。固定的百年環和遊蕩的赤道環在極軸南端重疊。為了減少百年環和赤道環之間的摩擦力，郭守敬在兩環之間安裝了四個小圓筒。這種結構和現代滾柱軸承的減少摩擦阻力的原理是壹樣的。簡儀的地平裝置叫垂直運輸儀，基本類似於現代的地平經緯儀。它包括壹個固定的緯紗環和壹個可繞垂直線轉動的直立的垂直輸送環，並有壹個窺視孔和壹個邊界標尺。這個裝置可以測量天體的方形位置和地平高度。簡易儀器的基架配有正方案，校正儀器的南北方向。到了明代，計改為日晷。
簡儀的制造是我國天文儀器制造史上的壹次大飛躍，是當時世界上的先進技術。在歐洲，直到300多年後的1598，丹麥天文學家第谷才發明了類似的裝置。郭守敬創造的簡易樂器，在清康熙五十四年(公元1715年)被傳教士李稷安熔為廢銅。現在保存在南京紫金山天文臺的簡儀是明朝第二年到第七年(公元1437-1422)的復制品。
郭守敬(1231-1316)，河北邢臺人，元代著名天文學家。郭守敬從他的祖父郭蓉那裏學習天文學、數學和水利。他對天文學特別感興趣，經常自己動手制作觀測天象的天文儀器。公元1276年，元太祖忽必烈下令編纂新歷法，郭守敬奉命參加修訂歷法。四年後，新歷法《計時歷》基本完成。這是中國古代優秀的歷法。在制作過程中，郭守敬做出了突出的成績。郭守敬在創制歷法之初就提出“歷法起源於考，考之器不先於器”。正因如此，三年之內，他* * *設計了簡易儀、高度計、計時儀、垂直儀、日食儀、精致儀等12種新型天文儀器，在精密程度和精度上大大超過了前人。此外，他還是壹位傑出的水利專家和地理學家，主持了多項重要的水利工程，至今受到中外專家的贊譽。
渾象，假天象
渾象渾象是壹種表演天體視運動的樂器。它把太陽、月亮、二十八星座、赤道、黃道畫在壹個球面上，使人們可以不受時間的限制，隨時了解當時的天象。白天可以看到當時天上看不到的星星和月亮，位置還不錯；妳也可以在陰天和晚上看到太陽的位置。它可以用來顯示太陽、月亮和其他星星在西方升起和落下的時間和方位，也可以形象地解釋夏天白天長，冬天夜晚長的原因。中國的第壹頭大象是公元前70至50年由耿壽昌創造的。後來，歷代都非常重視大象的制造。很多天文學家，比如張衡壹行，蘇頌，都設計過。現在這些物件都沒了，唯壹的清代天體也算是對古象的模仿。
假天體大多是站在球外的人，便於計算坐標和觀測星空，但對於象征天空來說不夠逼真。到了宋代，蘇頌和韓公連* * *研制出了壹種可以從內部觀看影像的裝置。它的球面上有壹個小洞，對應天上的星星。當人們進入球體時，他們可以看到壹點光，如天空中的星星。球體旋轉時，“天上的星星、昏厥、黑夜(黎明)都在竅中見。”這種假天象儀可以說是現代天象儀的鼻祖。
登封景觀觀景臺
中國古代天文臺，位於河南省登封縣，由元代天文學家郭守敬於65438年至0279年設計制造。觀景臺平面呈正方形，邊長16余米，臺高9.40米，臺北石亭長31.19米，俗稱測方。天空標尺和觀景臺形成了壹個巨大的尺度，詩鬼生活在子午線方向。在GUI表面的中心和兩側有刻度來測量陰影長度。根據光束在詩鬼平臺上投影長度的變化，確定了春分、夏季至日、秋分和冬季至日，並劃分為四季。為了觀察準確，郭守敬還發明了“精符”，即在壹片寬二寸、長四寸的銅片上紮壹個小孔，放在壹個支架上，在貴府面上來回移動。利用小孔成像原理，將太陽和面光束通過景福小孔清晰逼真地投射在貴福面上。當光束陰影平分太陽像時，就可以測出太陽陰影的長度。
星圖目錄
中國古代取得了大量的天體測量成就，為後人留下了許多珍貴的星圖和星表。星表是恒星測量坐標的匯編。大約在公元前4世紀的戰國時期，魏人石神寫下了8卷天文學，後來被稱為《石氏行經》。雖然宋以後失傳，但我們今天仍能從唐代的天文著作《開元詹靜》中看到它的壹些片段，並從中整理出壹份石的星表，包括28個星座和115顆恒星的赤道坐標位置。這是世界上最古老的目錄之壹。
星圖是天文學家觀測恒星的圖像記錄，真實地反映了壹定時期內天文學家在天體測量方面取得的成就。同時，它是天文學家認識和測量恒星的重要工具，其作用就像地理學中的地圖。早在先秦時期，中國古代天文學家就開始繪制星圖。現存最早的描繪在紙上的星圖是唐代的敦煌星圖。唐代敦煌星圖最早發現於敦煌藏經洞。它於1907年被英國斯坦盜走，至今仍保存在倫敦博物館。畫於公元940年，圖上有1350顆星星。其特點是赤道區采用圓柱投影，極區采用球面投影，與現代星圖的繪制方法相同。它是中國最早采用圓形和水平兩種畫法的星圖。
1971年，河北省張家口市宣化區壹座遼代墓葬中發現壹張星圖。該圖繪制於公元1116年，用於墓頂裝飾。星圖用直徑為2.17米的圓繪制，繪制方式為封面圖案。地圖中央鑲嵌了壹面直徑35厘米的銅鏡，外圈是中國的二十八夜，最外層是起源於巴比倫的十二生肖，從中可以看到天文領域的中外文化。
1974年，在河南洛陽北郊壹座北魏墓的頂部，又發現了壹幅繪於北魏孝昌二年(公元526年)的星圖。全圖有300多顆星星，有的用直線連成星座。最明顯的是北鬥七星，淡藍色的銀河在中央貫穿南北。全圖直徑7米。這張星圖是我國最早的考古發現之壹，幅面大，恒星多。
現存於蘇州博物館的《蘇州石刻天文圖》是世界上現存最古老的石刻星圖之壹。刻於1247(南宋丁偉年)，主要依據1078 ~ 1085(北宋元豐年)的觀測結果。地圖高約2.45米，寬約1.17米。地圖上有1434顆星星，位置準確。全圖銀河清晰，河漢分叉，細致入微，引人入勝，壹定程度上反映了當時天文學的發展水平。
指南針的發明
在古代，人們常把薄薄的鐵葉切成魚的形狀，魚的腹部略凹，像壹只小船。磁化後浮在水面，可指南北。那時候是當遊戲用的。東晉的崔寶曾在《古今筆記》中提到過這種“導盲魚”。
北宋曾公亮在《五經總論》中載有導魚的制作和使用方法:“以薄鐵葉割之，長二寸，寬五分，頭尾如魚之尖，以炭火燒之。侯同池，以鐵鑊、鐵鍋魚為初火，尾正，蘸盆，密器止。使用時，把水碗平放在無風的地方，魚就會浮在水面上，它的第壹個方向永遠是正午。”這是壹種人工磁化方法，利用地球磁場來磁化鐵片。也就是把燒紅的鐵片放在子午線方向。熾熱的鐵片內部的分子處於相對活躍的狀態，使得鐵分子沿著地球磁場的方向排列，達到磁化的目的。這種排列可以通過將其浸入水中來快速固定，並且可以通過將魚尾稍微向下傾斜來增加磁化程度。人工磁化法的發明對指南針的應用和發展起到了巨大的作用。這也是磁學和地磁發展史上的壹件大事。北宋沈括在《孟茜筆談》中提到了另壹種人工磁化的方法:“方家可以用磁鐵引導。”據沈括介紹，當時的技術人員用磁鐵摩擦縫衣針，使針具有磁性。從現在來看，這是壹種利用天然磁鐵的磁場，使鋼針內磁疇的排列趨向某壹方向，從而使鋼針呈現磁性的方法。這種方法比地磁法簡單，磁化效果比地磁法好。摩擦法的發明不僅是世界上最早的，也為實用磁指向儀的出現創造了條件。沈括在《孟茜筆談·補談》中也談到了摩擦法磁化過程中的各種現象:“若用磁石針鋒相對，則銳而總導，有人指北方，而不怕石頭...相反，應該有南北差異，這壹點還沒有深入研究。”也就是說，用磁鐵摩擦縫衣針後，有時會針鋒相對地指向北方。從現在來看，所有的磁鐵都有N和s兩個磁極，磁化時縫紉針的朝向不同，所以磁化後的方向也不同。但是沈括並不知道這個道理。他真實記錄了這壹現象，並坦率承認自己沒有深入思考。希望後人能進壹步探索。關於磁針的安裝方法，沈括介紹了四種方法:1。水漂法——在磁針上放幾根燈芯草浮在水面上，可以指示方向。2.碗唇旋轉法——將磁針放在碗口邊緣，磁針可以旋轉指示方向。3.指甲旋轉法——把磁針放在指甲上。由於指甲表面光滑，磁針可以自由旋轉，指示方向。4.暮光掛法——在磁針中間塗上壹些蠟，粘上壹根絲，掛在無風的地方指明方向。沈括也比較了四種方法。他指出，水浮法最大的缺點是水面容易晃動，影響測量結果。碗唇旋轉和指甲旋轉因為摩擦力小所以靈活，但是容易脫落。沈括強調懸掛法，他認為這是壹種理想而實用的方法。實際上，沈括指出的四種方法已經概括了迄今為止指南針裝置的兩種體系——水針和幹針。
《孟茜筆談》是沈括(1031—1095)寫的壹部關於中國古代科技的書，書中談到了磁學和指南針的壹些問題。南宋時，陳在《廣記》中介紹了另壹種導魚、導龜的制作方法。這種無指魚和《武經通論》中記載的不壹樣。用手指大的木頭雕刻成魚的形狀。在木魚的肚子裏放壹塊天然磁鐵，磁鐵的S極指向魚的頭部。用蠟封住後，從魚的口中插入壹根針，就成了無指魚。把它浮在水面上，壹個魚頭導，也是水針的壹種。導遊龜在當時是壹種流行的新設備。在木龜的腹部放置壹塊天然磁鐵，在木龜的腹部下方挖壹個光滑的洞，並將其對齊，放在壹個尖尖的竹釘上，竹釘直立在木板上，這樣木龜就被放置在壹個固定的可自由旋轉的支點上。因為支點處的摩擦力很小，所以木龜可以自由轉動導軌。當時不是用來導航的，是用來幻術的。但這是後來出現的幹旱羅盤的前身。導遊龜發明的時間不晚於1325。木塊雕刻成烏龜形狀，在烏龜腹部中央嵌有磁鐵。木龜被放在壹根尖尖的立柱上，靜止時分別指向南北。