天文历法·交食及交食观测法

天文历法·交食及交食观测法

对交食的观测，对其规律的认识，代表着古人对日、对月的认识水平。对交食的观测，主要包括日食、月食等方面，从上古至清末，各代史籍共为我们留下了日食记录一千六百余项，月食记录一千一百余项。古人观测日月食，一个重要的目的是为了验证历法，东汉刘洪就曾说过：“效历之要，要在日蚀。”从这时起，以交食验证历法便成为一种定例。古人知道，日食发生在朔，月食发生在望，但并不是每次朔望都会发生日月食，对其原因，北宋沈括总结说：“日、月之行，月一合、一对，而有食、不食，何也?予对曰：黄道与月道如二环相叠而小差。凡日月同在一度相遇，则日为之食;正一度相对，则月为之亏。虽同一度而月道与黄道不相近，自不相侵。同度而又近黄道月道之交，日月相值，乃相陵掩。正当其交处，则食而既;不全当交道，则随其相犯浅深而食。”因为月道(白道)和黄道不在同一平面上，而是相交有一交角，因此，即使月亮和太阳的黄道数相同，只要它们离黄白交点够远，就不可能发生日食，只有在离开交点一定距离之内，才有日食发生。

月食的情况则相仿。这个能发生食的最大距离，古人称为食限。确定了黄白交角，就可进一步来确定食限。食限受日、月运行不均匀性的影响，有一定的视差，古人称之为食差，并已考虑到了地理纬度不同，季节不同对食差的影响。由于日、月、地三者都在不停地运动，日食时月亮影锥在地面上迅速移动，所经过的地区就是食带，其中月亮本影锥所经地区能见到全食，其它地区只能见到不同食分的偏食。元代人李志常所撰《长春真人西游记》中曾记述了三个不同地点在不同时刻所见到的同一次日全食的情况，是有关食带的最早记载，为我们研究古代交食提供了有价值的资料。对于日、月食发生时的亏起方位，后尚书令黄香说：“日食皆从西，月食皆从东，无上下中央者。”说日食总是从西边缘开始，逐渐向东，月食则总是从东边缘开始，逐渐向西、三国时代的景初历(237)提出了判别亏起方位的办法，唐代《大衍历》进行了总结：“月食：月在阴历，初起东南，甚至正南，复于西南。月在阳历，初起东北，甚于正北，复于西北。其食二十分以上者皆起于正东、复于正西。”“日食：在日阴历，初起西北，甚于正北，复于东北。日在阳历，初起西南，甚于正南，复于东南。其食十二分以上者，皆起正西，复于正东。”

对交食周期的认识和逐渐精密，是我国天文学史上的巨大成就。早在公元前一世纪成书的《史记》中，已记下了当时对交食周期的认识，这比欧美要早很多年。从那时起，历代编订历法都要对交食周期进行研究和改进。所谓交食周期，即交食重复出现的时间间隔，因为太阳、月亮、地球三者的运行都是有规律的，在经过一个交食周期以后，它们三者又大致回到了原先相对的位置上。至于交食周期的计算方法，对交食预报的计算方法，请参看“中国古代天文学计算方法之六”

中国古代观测交食，在明清望远镜传入中国之前，主要有四种方法：目测法、水盆法、油盆法、小孔成像法。①目测法：用肉眼直接进行，最为方便，但会伤害眼睛，且精度不高。②水盆法：出现较早，汉代文献中就有记载。在交食将要发生的时候，用一盆水，从早到晚观察，也较为简单。③油盆法：在宋代的记载中才出现，同水盆法相比，只是以油代水而已。以上三种方法，在1980年曾组织了一次模拟观测，食分感知限可达到一分以下，证实了宋时程大昌在《演繁露》中的一次记载(他记的是一次油盆法观测，食分不到一分)，古史中对一分以下的日食记录并不少见，其可靠性还是很高的。④小孔成像法：即以小孔投影进行观测。1288年，元代王恽在《玉堂嘉话》中就有这种方法的记载：“凡日食，于窗隙间穿纸如钱许，取影视之，可见食分之多寡。东缺则西见，西缺则东见。”后来，郭守敬利用小孔成像的原理，制成了仰仪，可观测太阳的坐标，观测日食。