Астрономия

 
Живший в III в. астроном Ян Вэй указывал, что солнечные и лунные затмения могут быть полными и частичными. Календарь Цзин-чу, предложенный Ян Вэем в 237 г., был первым, где в каждом предсказании затмения учитывались градусы затмения и определенная часть диска, на которой должен был произойти первый контакт.
 
В начале VII в. астроном Лю Чжо построил теорию солнечных затмений, принимающую во внимание видимое изменение относительного положения Солнца и Луны, являющееся результатом, как он объяснял, отдаленности наблюдателя от центра Земли. По сути, он впервые в китайской астрономии, но на 8 столетий позже Гиппарха, подошел к представлению о параллаксе, т.е. видимом смещении небесных объектов вследствие перемещения наблюдателя (например, при суточном параллаксе такое перемещение обусловлено вращением Земли). Развивая идеи Лю Чжо, в VIII в. И-син провел эксперименты по предсказанию затмений из различных мест.
 
До эпохи Тан для предсказаний солнечных затмений использовался цикл в 135 синодических месяцев. В VIII в. разработчики календаря У-цзи выбрали новый цикл в 358 синодических месяцев, что является удвоенной величиной ньюкомовского периода, введенного американским астрономом С. Ньюкомом в XIX в. В 1199 г. китайские астрономы самостоятельно получили число цикла затмений, которое на Западе было известно как сарос (223 синодических месяца ≈ 6585¹/₃ дня ≈ 18 лет и 11¹/₃ дня) и использовалось еще в VI в. до н.э. персами.
 
В XI в. Шэнь Ко в «Мэнси би тань» («Записки из Мэнси») отмечал, что эклиптика и лунная траектория находятся не в одной и той же плоскости, но пересекаются, и что никакое затмение не произойдет, если Солнце и Луна не находятся на одной долготе и приблизительно одной широте, т.е. если их траектории не пересекаются. Шэнь Ко далее указал, что от точности пересечения зависит, будет ли затмение полным или частичным.
 
Творивший в XIII–XIV вв. астроном Го Шоу-цзин, унаследовав достижения китайских ученых за предыдущие сотни лет, смог разработать технику предсказаний затмений, оказавшуюся в то время среди самых передовых в мире.
 
Прецессия. В исследовании феномена прецессии, следствием которой является небольшое смещение точек равноденствий и солнцестояний навстречу кажущемуся годичному движению Солнца, астрономы Китая отставали от греков на 450–460 лет. Долгое время они думали, что Солнце совершает движение по своей орбите из года в год совершенно точно. Это, в частности, было причиной того, что они установили тропический год в 365,25 дней и разделили естественную небесную сферу на такое же количество градусов.
 
К открытию феномена прецессии китайцы подошли, изучая положение точки не весеннего равноденствия, как это делали греки, а зимнего солнцестояния – относительной позиции Солнца на фоне звезд в день солнцестояния. Современная астрономия указывает эту позицию прямым восхождением и склонением Солнца. Китайские астрономы ориентировались на определяющую звезду соответствующей лунной «стоянки» (сю [2]).
 
Между V–III вв. до н.э. точка зимнего солнцестояния была определена как находящаяся во входе в лунную «стоянку» Цянь ню («Воловод»), или, в европейской номенклатуре, в области, близкой звезде Гиеди – α Козерога. Календари Чжуань-сюй и Тай-чу, введенные соответственно в 221 и 104 г. до н.э., содержали те же самые данные.
 
Поскольку было невозможно определить относительную позицию Солнца прямым наблюдением, древние астрономы использовали косвенные средства. Они идентифицировали день зимнего солнцестояния, установили его полночь, используя клепсидру, и нашли расстояние от звезды, находящейся в данный момент в зените, до самой близкой определяющей звезды лунной стоянки. Таким образом они могли определить местоположение Солнца, которое было непосредственно напротив той звезды. Полученные данные были неизбежно неточны, поскольку, прежде всего, с помощью клепсидры невозможно в принципе достичь должной точности в измерении времени.
 
До конца I в. до н.э. китайские астрономы считали неизменным местоположение точки зимнего солнцестояния, определенное ранее как находящееся вблизи α Козерога. Однако в 1–5 гг. н.э. Лю Синь отметил, что, возможно, имеются флуктуации точки зимнего солнцестояния. А в 85 г. Цзя Куй заявил, что точка была на расстоянии 20,25° от φ Стрельца. По сути дела, все еще не зная о прецессии, эти астрономы наблюдали перемещения точки зимнего солнцестояния.
 
Между 326 и 343 г. Юй Си написал книгу «Ань тянь лунь» («Суждения об устройстве Небес»), в которой после сравнения данных по определению точки зимнего солнцестояния, накопленных к тому времени, подтвердил феномен изменения ее местоположения. Понимая, что солнечное «небесное движение» отличается от его «ежегодного вращения», Юй Си предложил подход, «имеющий дело с небесами как с небесами и с годом как с годом». Он был первым в Китае, кто стал использовать понятие прецессии и установил ее величину – в 1 градус в каждые 50 тропических лет.
 
По современным данным, вследствие прецессии точка зимнего солнцестояния движется на запад со скоростью 50,26 секунд в год, или 1 градус за период 71 год и 8 месяцев. В терминах традиционных китайских мер это движение равно 1 градусу за период 70,64 лет. Эти числа показывают, что Юй Си достиг гораздо более точного значения прецессии, чем задолго до него греческий астроном Гиппарх, который рассчитал прецессию в 1 градус за 100 лет.
 
Не намного позже момента открытия Юй Си понятие прецессии стало применяться фактически в создании календарей. Хэ Чэн-тянь, живший в V в., также произвел исследование прецессии и установил ее скорость в 1 градус за каждые 100 лет. Однако он не использовал эту величину, когда разрабатывал календарь Юань-цзя.
 
В начале V в. Цзян Цзи предложил метод вычислений расположения Солнца, основанный на данных о движении Луны, которые можно получить, исходя из анализа лунных затмений. Используя такую информацию, он смог довольно точно установить позицию Солнца в день зимнего солнцестояния на угловом расстоянии 17° от φ Стрельца. Позднее Цзу Чун-чжи (429–501) получил величину 15° от φ Стрельца и, сравнив ее с данными Цзян Цзи, установил скорость прецессии в один градус за каждые 45 лет плюс 11 месяцев. Хотя это число было далеко от истинного, Цзу Чун-чжи стал новатором, вводя концепцию прецессии в календарную науку.
 
Лю Чжо, создавший в 604 г. календарь Хуан-цзи, обновил величину прецессии и установил ее как один градус в течение каждых 75 тропических лет, что должно считаться образцом высокой точности в то время. Число Лю Чжо продолжало использоваться до 1199 г., когда разработчики нового календаря Тун-тянь приняли более точное число – один градус в течение каждых 66 тропических лет и 8 месяцев.
 
Неравномерность видимого движения Солнца. В орбите Земли имеется небольшой эксцентриситет, который создает флуктуации в видимом движении Солнца по эклиптике. До VI в. китайские астрономы не умели регистрировать эти колебания из-за отсутствия адекватных инструментов. Считалось, что Солнце проходит точно один градус каждый день.
 
В VI в. Чжан Цзы-синь, проживая в течение 30 лет в уединении на острове, производил наблюдения за Солнцем, Луной и пятью планетами при помощи армиллярной сферы. 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. Это утверждение в значительной степени согласовалось с фактами, поскольку в то время зимнее солнцестояние было только на 10° позади перигея эклиптики. К XIII в. эти две точки (зимнего солнцестояния и перигея) совпали.
 
Открытие Чжан Цзы-синя было скоро принято другими китайскими астрономами. В VII в. Лю Чжо отметил, что от осеннего равноденствия до зимнего солнцестояния проходит 88 дней, а от весеннего равноденствия до летнего солнцестояния – 93 дня. По мнению Лю Чжо, время, требующееся Солнцу, чтобы пересечь эти расстояния, изменяется из-за колебаний в его скорости. Полученные им числа, однако, были неточны. Но уже в VIII в. И-син смог сделать адекватные исправления. Этот буддийский монах, разработавший календарь Да-янь, отметил, что видимая скорость Солнца была самой высокой в две недели, приближающиеся к зимнему солнцестоянию. В календаре И-сина учитывалось, что время, за которое Солнце проходит квадрант по эклиптике от зимнего солнцестояния до весеннего равноденствия, составляет 88,89 дня, а время, за которое Солнце проходит следующий квадрант, – 91,73 дня. Таким образом, продолжительность первого полугодия: 88,89 + 91,73 = 180,62 дня.
 
Ученый-энциклопедист сунской эпохи Шэнь Ко, сравнивая время, изме-ренное с помощью клепсидры, с показаниями солнеч¬ных часов, установил, что зимой и летом сутки не одинаковы по длительности. Согласно его тео-рии, 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 [3]), т.е. эллипсом.
 
Го Шоу-цзин, создавший в 1281 г. календарь Шоу-ши, подтверждал, что зимнее солнцестояние является тем временем, когда Солнце движется с самой большой скоростью. Его данные были высокоточными, поскольку тогда Земля вступала в перигелий через один градус после зимнего солнцестояния. Го Шоу-цзин, базируясь на своих астрономических наблюдениях, отметил, что квартал, начинающийся с третьего дня от осеннего равноденствия, составляет по продолжительности 88,91 дня, а соответствующее число для другого квартала давалось им как 93,71 дня. Таким образом, продолжительность второго полугодия: 93,71 + 88,91 + 2 = 184,62. С учетом чисел, полученных И-сином, год длится: 180,62 + 184,62 = 365,24 дня.
 
Исследования движения Луны. Исследования движения Луны занимали важное место в традиционной китайской астрономии, потому что они служили основанием, на котором составители календаря устанавливали месяцы и предсказывали затмения. Подобно орбите Земли вокруг Солнца, орбита Луны вокруг Земли эксцентрична, что приводит к периодическим колебаниям в скорости спутника. Луна движется с более высокой скоростью, когда близка к перигею (где она находится на самом близком расстоянии от Земли), и замедляется, когда находится рядом с апогеем (где она находится на самом дальнем расстоянии от Земли).
 
В конце I в. до н.э. Лю Сян [1] установил, что Луна имеет неравномерное движение по орбите. В своих примечаниях к классикам он упомянул диаграмму «девять дорог Луны», которая касается флуктуаций в движении спутника. То же самое явление отметил в I в. н.э. астроном Цзя Куй, который приписывал его эксцентриситету траектории Луны и указывал, что апогей продвигается на 3° в каждом аномалистическом месяце (аномалистический месяц – это время, за которое Луна совершает движение между апогеями). Эта величина подразумевала, что потребуется 9,18 лет, чтобы апогей сделал целый цикл, и что аномалистический месяц был бы равен 27,55081 дня (по современным данным 27,55445, отличие – 0,00364).
 
Метод, опирающийся на диаграмму «девять дорог Луны», в I в. нашел поддержку у Чжан Хэна. Очевидно, он был очень популярен в те времена, поскольку являлся проявлением элементарного знания о перемещении апогея. Составители календаря, применявшие этот метод, который гарантировал беспрецедентную точность, допускали последовательное сочетание в году трех длинных месяцев или двух коротких.
 
В 206 г. н.э. астроном Лю Хун, руководивший составителями календаря Цянь-сян («Небесные символы»), нашел, что Луна, выйдя из точки наибольшего удаления, в которой имеет самое медленное движение, возвращается в эту точку через 27,55336 суток (что отличается от современного значения на 0,00108). Это число – результат посредством вычислений, в которых учитывалось, что перигей в одном аномалистическом месяце продвинется на 3 и ¹/₁₉ градуса. Лю Хун и его сотрудники сначала наблюдали ежедневное предварение Луны по ее траектории, затем подсчитали различие между этой величиной и ее средней скоростью и установили общее количество этих различий. Сумма среднего числа плюс общее количество всех различий, наблюдаемых в периоде, начинающемся от последнего перигея до дня, предшествующего некоему выбранному дню, была числом для предсказанного предварения Луны в этот день. Формула Лю Хуна, записанная в его сочинении «Цянь сян ли шу» («Правила составления календаря “Небесные символы”»), позволила установить небесную долготу как новой, так и полной Луны и, главное, предсказывать солнечные и лунные затмения. С целью их предсказания китайские астрономы также изучали длину нодического, или «драконического», месяца, т.е. время, за которое Луна перемещается из одного узла между эклиптикой и ее собственной траекторией к другому. Первое свидетельство этого можно отнести к 237 г., когда астроном Ян Вэй составил календарь Цзин-чу, в котором учитывалось, что Луна при своем циклическом движении пересекает каждый раз эклиптику не ровно через месяц, а несколько раньше, т.е. через период, который и определяется как нодический месяц.
 
В 462 г. Цзу Чун-чжи дал свое число для нодического месяца – 27,21223 дня, которое отличается только на 0,0001 от числа, полученного современными астрономами. Базируясь непосредственно на этих достижениях, создатели календарей последующих эпох смогли обеспечить высокую точность в своих исследованиях величины нодического месяца.