天文历法·子午线长度的测量

天文历法·子午线长度的测量

由于受“天圆地方”学说的影响,我国古人一直认为“日影千里差一寸”,也就是说,在夏至日正午,南北相距一千里的地方,同为八尺的圭表,其日影长度要相差一寸。直到公元442年,才有人对这种说法提出了怀疑,天文学家何承天根据一次不很精确的测量,认为平均两地相距约六百里,影长就相差一寸,但他的说法没产生什么影响。直到隋代,著名天文学家刘焯明确表示了他对“日影千里差一寸”说法的怀疑,他说:“寸差千里,亦无典论,明为臆断,事不可依。”更主张用精确的实测来证明“寸千里”的错误,他提出了具体的办法:“(应在黄河)南北平地之所,可数百里,南北使正,审时以漏,平地以绳,随气分、至,同时度影,得其差率,里即可知。”即在黄河南北的平原上,在正南正北两地,用绳子测好它们之间的距离,用漏壶定时刻,在春秋分、冬夏至日的正午同时测量日影的长度,即可得到影差。但这项计划并没有使隋炀帝感兴趣,被搁置一边。

直到公元724年,刘焯的主张才由僧一行实现了。一行为了制定历法,发起并领导了一次大规模的大地测量工作。其观测点达12处之多(不含长安),以今河南省为中心,北起内蒙古自治区以北,南到越南中部,测量范围前所未有。观测的项目包括北极的地平高度,冬至日、夏至日、春分日、秋分日太阳在正南方时八尺高表的影子长度,昼夜长短等。在这12个地点中,仅河南一地就有四个,即白马、扶沟、浚仪和上蔡,南官说等人在这里工作,极为出色。他们不仅测定了北极高度和日影的长度,而且测出了这四个地点之间的距离。一行根据这些数据推算出,从白马到上蔡的距离为526里270步(唐代尺度),夏至日表影长度相差2寸有余,从而彻底否定了“南北相隔千里,影长差一寸”的说法。一行又进一步研究处理、分析各个观测队的实测数据,发现影长与南北距离的关系不是常数,于是改用北极高度差来计算,得出南北相差351里80步,北极高度相差一度的结论,化为现今通用的单位即子午线一度长129.2公里,这与今测值111.2公里相差较大。这是世界上第一次子午线长度的实测,在我国天文学史上乃至世界天文学史上都具有伟大的意义。

子午线长度是测地学、地理学和天文学上的一个重要的基本数据。知道了子午线的长度,即可知道地球的大小。一行对子午线的实测对我国宇宙理论的发展也作出了积极的贡献,使浑天说再次得以发扬。国外第一次子午线长度的实测,比僧一行要晚90年。僧一行的首创之功,永载史册。