Астрономические наблюдения в древнем Китае

Древнекитайские астрономы дали первые в мире описания солнечных затмений. Записи о солнечных затмениях встречаются на иньских гадательных костях и черепашьих панцирях. Два случая регистрации затмений по исследованиям современных ученых относятся к 18 июля 1328 г. до н.э. и к 4 августа 1222 г. до н.э. В “Шуцзине” (“Книга истории”) есть упоминание о солнечном затмении, произошедшем в эпоху полулегендарной династии Ся. Точная дата затмения не указана, но большинство исследователей относит это затмение к 22 октября 2137 г. до н.э. К этому событию приурочивается нравоучительная история о непутевых чиновниках легендарного правителя Яо, братьях Си и Хо, которые не смогли вовремя предсказать солнечное затмение, за что и поплатились головами.

В летописи “Чуньцю”, охватывающей период с 722 по 479 г. до н.э., зарегистрировано 36 солнечных затмений, наблюдавшихся в течение 242 лет. 33 солнечных затмения подтверждены современными китайскими учеными. Самое раннее из них относится к 22 февраля 720 г. до н.э.

Древние китайцы были также знакомы с затмениями Луны, но придавали им гораздо меньшее значение, чем солнечным. Первые записи о затмениях Луны встречаются на костях животных эпохи Шан-Инь.

В эпоху Хань было выяснено, что для одной и той же точки наблюдения затмения Солнца должны повторяться через 135 месяцев. Ян Вэй, составивший в 230 г. календарь “Цзинчули”, указывал на то, что солнечные и лунные затмения могут быть полными и частными. В 6 в. Чжан Цзысинь показал, что солнечное затмение происходит, если в момент новолуния Луна проходит около Солнца на определенном расстоянии. Лунное же затмение произойдет в том случае, если в момент полнолуния Луна будет находиться около точки пересечения ее орбиты с эклиптикой.

Кометы

Кометы в Китае назывались “звездами-мётлами” (хуэй син). С испокон веков они считались предвестниками несчастий. Начиная с эпохи Чуньцю встречаются письменные регистрации появления комет. Позднее появились их подробные описания и зарисовки. Было подмечено, что хвост кометы всегда находится в удалении от Солнца.

Самое раннее упоминание в древнекитайских хрониках кометы Галлея относится к осени 611 г. до н.э., когда комета появилась в созвездии Большой Медведицы. В Европе первые записи о комете Галлея относятся к 66 г. В 1682 г. Галлей открыл, что наблюдаемая им комета, которую затем стали называть его именем, обращается вокруг Солнца с периодом от 75 до 76 лет. Он предсказал появление той же кометы в 1758 г. В Китае же начиная с седьмого года правления императора Цинь (240 г. до н. э.) до конца эпохи Мин (до 1607 г. н.э.) регистрировалось каждое появление этой кометы.

Сверхновые

Начиная с династии Шан-инь в Китае вели наблюдения новых звезд, которые назывались “звезды-гостьи” (син кэ). Самая ранняя китайская запись такого явления относится к 13 в. до н.э. В 1054 г. китайскими астрономами было отмечено появление яркой “звезды-гостьи”. В 1056 г. эта звезда исчезла. Радиосигналы, исходящие от этой звезды, находившейся в Крабовидной туманности, принимаются до сих пор.

Мантическая кость 13 в. до н.э. с самой старой записью появления новой звезды.

Прецессия

Около 330 г. н.э. астроном Юй Си открыл явление прецессии, заметив разницу в положении звезд по отношению ко времени династий Хань. Им была определена величина смещения точки весеннего равноденствия по эклиптике, которая составляла один китайский градус за 50 лет. Данные, указывавшиеся на 450-460 лет раньше Гиппархом, - один градус в 100 лет. В 7 в. Лю Чжо определил величину прецессии в один китайский градус за 75 лет, что очень близко к действительному значению.

Неравномерное движение Луны

Во время правления императора Хэди (89-106 гг.) астроном Цзя Куй установил, что Луна имеет неравномерное движение по орбите. Несколько позже Лю Хун нашел, что Луна, выйдя из точки наибольшего удаления, в которой она имеет самое медленное движение, возвращается в эту точку через 27,55336 суток (по современным данным, величина этого периода, т.н. аномалистического месяца, составляет 27,55455 суток).

Связь между приливами и фазами Луны

Во 2 в. до н.э. было установлено совпадение между временем приливов и фазами Луны. Через три столетия китайцы, исходя из традиционной общемировоззренческой концепции о связи Неба и Земли, сформулировали теорию причинной зависимости между этими феноменами.

Позже, в 11 в., была обнаружена временная задержка между теоретическим высоким приливом и фактическим его началом, что объяснялось влияниями береговой линии и другими местными факторами.

“Драконический” месяц

Астроном Ян Вэй в 230 г. составил календарь “Цзинчули”, в котором учитывалось, что Луна при своем циклическом движении пересекает каждый раз эклиптику не ровно через месяц, а несколько раньше, иначе говоря, ему была известна продолжительность так называемого “драконического” месяца. В 5 в. Цзу Чунчжи (429-500) вычислил, что величина “драконического” месяца равна 27,21223 суток (по современным данным 27,21222 солнечных суток).

Неравномерность видимого движения Солнца

В 6 в. Чжан Цзысинь в течение 30 лет, проживая в уединении на острове, при помощи армиллярной сферы производил наблюдения за Солнцем, Луной и пятью планетами. В результате он обнаружил неравномерность видимого движения Солнца по эклиптике. Им было определено, что Солнце имеет наиболее медленное движение во время летнего солнцестояния, а наиболее быстрое - во время зимнего солнцестояния. В моменты весеннего и осеннего равноденствий Солнце движется со средней скоростью.

Ученый-энциклопедист сунской эпохи Шэнь Ко (1030-1093), сравнивая время, измеренное с помощью клепсидры, с показаниями солнечных часов, установил, что зимой и летом сутки не одинаковы по длительности. Согласно его теории, так как Солнце движется быстрее, находясь ближе к зимнему солнцестоянию, то сутки в это время становятся длиннее, а находясь ближе к летнему солнцестоянию, Солнце движется медленнее, поэтому продолжительность дня короче. Объясняя причины неравномерности видимого годового движения Солнца, Шэнь Ко, в рамках геоцентрической системы предвосхитив на пятьсот лет Кеплера, пришел к выводу, что эклиптика, хотя и близка по форме к окружности, все же является не окружностью, а “овальностью” (то), т.е. эллипсом.

Ученый Шэнь Ко (1030-1093).

Солнечные пятна

Первая регистрация солнечных пятен в Европе относится к 807 г., о чем есть упоминание в сочинении Эйнгарда “Жизнь Карла Великого” (“Vita Karoli Magni”), написанном, вероятно, около 830-833 гг. Арабские астрономы наблюдали солнечные пятна в 840 г. В Никоновской летописи за 1365 г. приводится запись, согласно которой на Солнце были замечены “места черны ака гвозди”. Кеплер обнаружил пятно на Солнце в мае 1607 г., но, полагая, что на Солнце не может быть пятен, “ибо ему не приличествует иметь изъяны”, объяснил наблюдаемое явление прохождением Меркурия через солнечный меридиан. Вскоре после этого, в 1610 г., Галилей, наблюдая через телескоп Солнце, зарегистрировал на нем темные пятна.

Солнечные пятна бывают иногда такими большими, что в некоторых случаях могут быть замечены невооруженным глазом. Астрономы в Китае не были обременены идеями о необходимости Солнцу непременно не иметь “изъяны”. Более того, древнекитайское учение о взаимодополнительных силах инь и ян предполагало наличие в каждой из них “зародыша” противоположной силы. Поэтому китайцы и смогли обнаружить солнечные пятна раньше европейцев. Благоприятствовало этим наблюдениям то, что господствующие на территории древнего Китая северо-западные ветры приносили с Монгольского плато и пустыни Гоби песок и пыль. В дни, когда в воздухе было много пыли, на Солнце можно было смотреть словно через закопченное стекло.

Рисунок солнечных пятен из написанной в 1425 г. рукописи минского императора Чжу Гаочжи “Рассуждения о астрономических и метеорологических предзнаменованиях”.

Самая ранняя сохранившаяся до наших дней запись о наблюдении солнечных пятен сделана, по всей видимости, Гань Гуном, жившим в 4 в. до н.э. и создавшим один из первых звездных каталогов. Правда, текст не достаточно ясен. Гань Гун пишет о неких “солнечных затмениях”, которые якобы начинаются от центра Солнца. И хотя его теория затмений не верна, все же ценно то, что отмеченное китайским астрономом затемнение Солнца характеризовалось в качестве феномена на солнечной поверхности.

Следующая фиксация древними китайцами солнечных пятен датируется 165 г. до н.э. В энциклопедии “Океан нефрита” сообщается, что в этом году на Солнце появилось изображение иероглифа ван. Таким образом, это могло быть солнечное пятно некруглой формы.

Первая запись наблюдений солнечного пятна в императорских хрониках относится к 10 мая 28 г. до н.э. Но систематические наблюдения солнечных пятен начались, возможно, в 4 в.

Согласно подсчету Дж. Нидэма, между 28 г. до н.э. и 1638 г. н.э. в официальных хрониках было отмечено 112 наблюдений солнечных пятен. Эти записи - самый старый и самый длинный непрерывный ряд таких наблюдений в мире. Многие из описаний солнечных пятен представляют естественнонаучный интерес. Имеются также сотни записей наблюдений солнечных пятен в других китайских книгах, создававшихся на протяжении столетий, но никто из исследователей китайской науки не взял себе за труд произвести их полную систематизацию.

Звездные каталоги

В Китае имеется длительная традиция тщательного картографирования и каталогизирования звезд. Уже в эпоху “Воюющих царств” были составлены три звездных каталога тремя различными астрономами. В это время Гань Гун из государства Чу написал восьмитомное сочинение “Предсказания по звездам” (“Син чжань”), а Ши Шэнь из государства Вэй создал восьмитомный труд “Небесные письмена” (“Тянь вэнь”). Гань Гун и Ши Шэнь дали наиболее ярким звездам названия, которые затем использовались китайскими астрономами. На основе этих работ был составлен сводный каталог “Звездный канон Ганя и Ши” (“Гань ши син цзин”), куда были внесены 800 звезд, из которых у 120 были отмечены в градусах их расстояния от Северного небесного полюса. Был еще третий астроном, чье имя не известно и чей каталог был приписан У Сяню, легендарному министру династии Шан. Этот каталог содержал 1464 звезды, сгруппированных в 284 созвездия, что существенно больше, чем в западных каталогах более позднего времени. Оригиналы этих каталогов не сохранились, но собранные в них данные оставались в употреблении в течение следующего тысячелетия. Судя по этим данным, наблюдения звезд проводились в середине 4 в. до н.э.

В ханьское время знаменитый китайский ученый-универсал Чжан Хэн (78-139) насчитывал 2500 сильных и 11520 слабых звезд, видимых в широтах Китая:

Звезд постоянного свечения, которые представляют чиновников при дворе и на местах, насчитывается 124, звезд, получивших наименования, насчитывается 320, всего же звезд на небе 2500, причем в это число не включены звезды, по которым мореходы [в дальних местах] гадают и определяются. Число слабых звезд примерно 11520. Вся кишащая на земле масса живых существ связана с волей неба. Если бы не так, разве удалось бы их собрать вместе и упорядочить ? [2]

Первый звездный каталог на Западе был составлен учеными Александрийской школы Аристиллом и Тимохарисом в 280 г. до н.э. На его основе Гиппархом в 129 г. до н.э. был составлен следующий звездный каталог, содержавший описание около 850 звезд.

Не должно удивлять, что китайцы, с их дотошной каталогизацией и составлением карт, первыми осознали, что звезды не фиксированы в космосе и имеют собственные индивидуальные движения. Это было обнаружено в 7 в. - на тысячелетие раньше, чем на Западе.

Карты звездного неба

На основе трех первых звездных каталогов в конце 4 в. до н.э. была составлена обобщенная звездная карта. В 5 в. астроном Лу Цзи составил новую карту, отмечая данные первых картографов тремя различными цветами, чтобы можно было наблюдать различия в картографировании.

Из сохранившихся ханьских резьбовых изображений и рельефов известно, что на звездных картах того времени звездные группы были представлены точками или кругами, соединенными линиями, подобно тому как позже делали арабы, а за ними и европейцы.

Сохранилась звездная карта из Дуньхуана (провинция Ганьсу), датируемая 940 г. Эта карта вычерчена в двух вариантах проекции небесной сферы на плоский лист бумаги. Околополюсные звезды показываются на ней в полярной проекции на круговой диаграмме, а остальное изображено методом, который сегодня называется “цилиндрической проекцией”. Линии, обозначающие для отдаленных от полюса областей границы 28 секций “лунных стоянок” (сю), на которые древние китайцы подразделяли звездное небо, представлены на этой карте параллельными, тогда как на самом деле они должны сходиться в точке, совпадающей с Полярной звездой.

Цилиндрическая проекция, применяемая в картографии для изображения на плоскости поверхности эллипсоида Земли или небесной сферы, в Европе была изобретена, как предполагается, в 1568 г. фламандским математиком и географом Герардом Кремером (1512-1594) и называется по его латинизированному имени (Gerardus Mercator) “проекцией Меркатора”. Древняя китайская карта, таким образом, предвосхищает более чем на 6 столетий изобретение Меркатора.

Китайская звездная карта 940 г. из Дуньхуана, нарисованная в проекции Меркатора.

Полтора столетиями позже, в 1094 г., Су Сун в своей книге “Сиисян фаяо” (“Новая конструкция механической армиллярной сферы и небесного глобуса”) опубликовал две звездные карты, составленные в полярной (ортографической) проекции, и две - по методу проекции Меркатора. В последнем случае одна из карт имела проведенную в середине прямую линию, изображающую экватор, и дугу выше нее - эклиптику. Созвездия, вписанные в отчетливо видимые прямоугольные рамки лунных стоянок, изображены более сосредоточенными ближе к экватору и рассредоточенными ближе к полюсу. Карты Су Суна - самые старые из изданных в мире звездных карт.

В храме Конфуция, находящемся в провинции Цзянсу в г. Сучжоу, сохранилась до наших дней карта звездного неба, высеченная на камне в 1247 г. Ван Чжиюнем. В качестве прототипа Ван Чжиюнь использовал карту, составленную в 1193 г. Хуан Шаном. Последний был разносторонним ученым, но не занимался непосредственно наблюдением неба. При составлении карты Хуан Шан опирался на данные, полученные другими исследователями и, в частности, Су Суном. На карте нанесены экватор, эклиптика, точка Северного полюса и 28 зодиакальных созвездий, которые вместе с другими созвездиями, отмеченными вплоть до 30 градуса южнее экватора, охватывают 1440 звезд. В нижней части карты написаны комментарии, представляющие, по сути, небольшой космогонический трактат.

Длина земного меридиана

С древности китайских ученых интересовали размеры Земли. Производились попытки определить их астрономическим путем. Известно, например, что этим занимался ханьский ученый Чжан Хэн:

К юго-востоку от хребта Куньлунь лежат области, разделенные на прекрасные уезды: там ветры и дожди бывают всегда вовремя, холод и жара умеренны и по сезонам. А если взять все другие земли, то на юге слишком жарко, на севере слишком холодно, на востоке слишком ветрено, а на западе слишком сумрачно, поэтому мудрые ваны прошлого не селились в этих местах. Центральные области хранят животворный дух - лин, который позволяет вне центра подчинять себе все восемь сторон. Если связать [одной линией] все восемь пределов земли, то получится путь, простирающийся на 232300 ли, с юга на север он короче на тысячу ли, с востока на запад он больше на тысячу ли. От земли до неба это половина расстояния между восемью пределами, а глубина земли хранит другую половину этого расстояния. Постигают и измеряют эти длины с помощью [прибора] хунь [и] - армиллы. Чтобы получить эти цифры, используют разницы двух прямоугольных треугольников. Солнечная тень [от гномона] накладывается на устройство, представляющее сферу земли, разница в длине тени в один цунь дает расстояние [по поверхности земли] в тысячу ли, таким образом и получается результат измерения. Но если выйти за предел [небесной сферы], то, что лежит дальше, узнать уже невозможно. Не познаваемое нами и называется Юй чжоу - вселенная, где юй означает бескрайность мира, а чжоу означает беспредельность вселенной [3].

В царствование Сюаньцзуна (712-755) под руководством ученого Нань Гуншо было проведено вычисление длины земного меридиана. Для этого шнуром измерили расстояние по линии, проложенной, начиная от Хуачжоу, к северу от Желтой реки, до Юйчжоу, южнее Желтой реки. Затем определили широту Хуачжоу, Кайфына, Фугоу и Шанцая, что позволило вычислить, что один градус вдоль меридиана равен 350 ли и 80 шагам. Это был первый в мире случай измерения длины меридиана.