教科書告訴我們,中國古人不知道“地球是圓的”,明朝晚期的“西學東漸”過程中,西方傳教士將“地圓說”傳入中國,直到近現代,地圓說才在中國普及,“天圓地平,中國居中”的華夷世界觀全面坍塌。
七年級地理教科書說:“古代人由於活動範圍狹小,往往憑自己的直覺認識世界,看到眼前的地面是平的,就以為整個大地是平的,並且把天空看作是倒扣著的一口巨大的鍋。我國古代有‘天圓如張蓋,地方如棋局’的說法。”
然而,事實卻並非如此,中國在發現地球形狀的道路上一步一個腳印,大約在東漢時可能就已有地圓說了,到了元代時期,趙光義的十三世子孫明確提出了“地圓說”。
在認識地球形狀的道路上,古希臘屬於驚豔古今的型別。相傳大約公元前6世紀時,畢達哥拉斯覺得球形最美好,於是就突然提出“地圓說”。公元前4世紀時,亞里士多德總結出三個科學方法來證明大地是球形,即越往北走、北極星越高,越往南走、北極星越低,月食時月球上地影是一個圓,還有看遠處海船的形狀。公元2世紀,希臘地理學家托勒密,他在《天文學大成》中也論證了地球是一個球形。文藝復興之後,西方人崇尚古希臘成就,看到古希臘人說地球是圓的,於是就開始相信了,麥哲倫環球航行最終一錘定音。
西方地圓說歷史上,亞里士多德是一個關鍵人物,但這個人實在太牛了,天文、地理、哲學、物理、數學.......什麼都懂什麼都精,還寫出數百萬文字的驚世鉅著,就連地球形狀問題,他眉頭一皺就能想出三個證明辦法。
與古希臘群賢相比,中國人就要笨一些了,在發現大地形狀這一點上,走得頗為坎坷。中國數千年的積累,花費巨大人力物力的天文觀測,無數頂尖學者的努力,卻遠不如古希臘亞里士多德、托勒密的眉頭一皺靈光一現。
《大戴禮記·曾子天圓》中記載,春秋曾子說:“如誠天圓而地方,則是四角之不掩也。”意思是如果真的是天是圓的、地是方的,那麼四個角就蓋不住了。曾子進而解釋:“天道曰圓,地道曰方,方曰幽而圓曰明。”所謂天圓地方,其中“天圓”指“天時”如六十甲子一般週而復始,“地方”的“方”指“東南西北”的“四方”觀念。總之,起初古人真搞不清大地到底是什麼形狀,沒有畢達哥拉斯那樣感性而又精準的認識。
戰國時期,中國出了兩位著名天文學家,即魏國石申與齊人甘德,測定了並精密記錄下的黃道附近恆星位置,及其與北極的距離,是世界上最古老的恆星表,兩人成就被漢朝人彙編成《甘石星經》。其中,石申是以其姓名命名月球背面的環形山的中國人之一。
在受到政治與儒家干擾較小的時代,對天文了解的越多,必然就越會對大地形狀瞭解的更清楚。於是經過數百年的積累與發展,在石申、甘德的基礎上,東漢張衡又進一步發展了天文學,在《渾天儀注》中寫道:“渾天如雞子。地如蛋中黃,孤居於內,天大而地小。”雖說整體說得不算太準確,但“地如蛋中黃”這五個字表達得清清楚楚。其實,見過張衡改進的渾天儀(見下圖)的人,想必都會知道,因為渾天儀就是一個圓形。
當然,我們中國人一直實事求是、自我批評、自我否定的精神,不需要像隔壁某個國家那樣,用吹噓祖先功績的辦法來提升民族自豪感。南京大學出版社的《圖解天文學史》,和中國科學技術出版社的學術專著《中國古代天文學思想》都曾提及,渾天說並沒有明確認識到地球是圓形的。
與西方文明不同,中國屬於農耕文明,從上古時代就開始重視觀象授時,以確定農耕時間。封建王朝建立之後,天文不僅關係到農耕,更關係到政權合法性,所以歷朝歷代都很重視司天監。東漢之後,中國又湧現出了一大批頂級天文學家,比如我們熟知的唐朝李淳風、宋朝蘇頌、元朝郭守敬等人,他們在天文學上的努力與成就,讓中國古代天文學一直走在世界的前面,也由此發現了地球是圓的。
《舊唐書》記載,唐代一行奉命製作《大衍曆》時,挑選了13個點觀測北極星高度,最南端在越南境內,測量出北極星角度約為17.07°,最北端今天俄羅斯境內,測出北極星角度為52°,由此發現了緯度。
《元史》記載,元代郭守敬奉命製作《授時歷》時,挑選了27個點觀測北極星高度,最南端在南海,測量出北極星角度為15°,最北端在北海,測量出北極星角度為65°,再次確認了緯度差別。如果地球是平的,那麼北極星角度應該不會太大變化,同時這就相當於亞里士多德的“越往北走、北極星越高,越往南走、北極星越低”結論。可見,亞里士多德有多天才,不需要像郭守敬等人這樣的觀測實驗,只要腦袋想一想、算一算,就得出了“越往北走、北極星越高,越往南走、北極星越低”的嚴謹結論。
《元史》記載,元代耶律楚材製作《西征庚午元歷》時,組織人員測量了尋斯干城和開封城的月食,發現尋斯干城的月食比開封月食早了約1更半,由此發現了經度。如果地球是平的,那麼地球上任何一點觀測月食,時間應該都一樣,但元朝卻發現不同地區月食出現時間略有不同。
可見,元朝已經具備了“地圓說”出現的知識積累,至於元朝官方有沒有發現地球是圓的,史書上沒有明說,但《元史·天文一》記載:元朝似乎製作了地球儀,“其制以木為圓球,七分為水,其色綠,三分為土地,其色白。畫江河湖海,脈絡貫串於其中。畫作小方井,以計幅圓之廣袤、道里之遠近。”
不管元朝官方的態度,但趙光義十三世子孫、元代趙友欽在《革象新書》中,首次明確論證了“地圓說”,他指出:“地體雖渾圓,百里數十里不見其圓,人目直注,不能環曲。試泛舟江湖,但見舟所到之處隆起,而水之來不見其首,水之去不見其尾。洞庭之廣,日月若出沒其中,遠山悉在環曲下,不為障也。測北極出地高下(即緯度差異),及東西各方月食之時刻早晚(即經度差異),皆地體渾圓,地度上應天度之證。”
古希臘群賢差不多隻是動動嘴巴,動動腦袋想象或驗算一下,沒有實際的大規模天文測量,然後就提出了地圓說,而中國數千年的觀測與積累,無數頂級天文學家的努力,甚至勞民傷財的大規模觀測研究,還發明瞭經緯度,然後趙友欽才根據這些素材的表象特徵,水到渠成地揭示出背後的真理——地球是圓的。總之,不管過程有多坎坷,但可以肯定的是,中國早已存在地圓說,只是受制於政治與儒學等因素,地圓說在古代中國並未真正普及罷了。
讓人頗為費解的是,為什麼趙友欽的論證辦法,與亞里士多德的幾乎一模一樣,論證的關鍵點都在北極星高低、月食、海船上面?趙友欽有著歷代大規模天文觀測資料支撐,而亞里士多德、以及寫出《天文學大成》的托勒密呢?在探索未知的科學道路上,任何一次科學大進步,往往都需要漫長的積累與量變,然後才有科學家靈光一現帶來的質變,古希臘學者對大地形狀的認識無疑超出了科學規律。