刘贺镜晷：汉代观测北斗确定二十四节气的物证

作者：王金中

 

汉代最终确立的用来指导农事的补充历法——二十四节气，是我国古代的一项伟大发明。2016年底中国申报的“二十四节气——中国人通过观察太阳周年运动而形成的时间知识体系及其实践”正式通过评审，列入联合国教科文组织人类非物质文化遗产代表作名录，成为我们这个星球文明发展的鲜明标志之一。在国际气象界，二十四节气被誉为“中国的第五大发明”。然而，很少有人知道二千多年前的汉代，人们最初是通过观测北斗而确定二十四节气的。如今，海昏侯墓出土的一面称为刘贺镜晷的铜镜，为我们揭开这个谜底提供了确凿的物证。

 

　　一、出现在镜晷上的特殊刻度

 

在海昏侯墓考古发掘中，出土了一面十分奇特的铜镜（图1），它的背面通体鎏金，尽显华贵；镜纽中央下陷，好似凹槽，这与任何一面古镜的镜纽完全不同；五道圆环内，分布着四叶柿蒂纹、八瓣连弧纹，其间还加杂着各式各样的小圆点。有人认为所有的凹槽和圆点都是当初嵌宝石时留下的痕迹，因此将它命名为“鎏金镶宝石铜镜”。但出土时凹槽和圆点处找不到任何镶嵌过宝石的痕迹。笔者观察研究后认为，这面铜镜正面为镜，背面为晷(guǐ,音轨)，白天用于观测时间，夜间用于观测天象，是古代的一种天文计时仪器，应当命名为镜晷（参见光明网发拙文《镜晷：海昏侯墓惊现古代天文计时仪器》）。由于此铜镜是在海昏侯刘贺大墓中发现的，因此正式名称应当为刘贺镜晷。现在看来，这面镜晷还是汉代用于测量北斗确定二十四节气的一个重要物证。

 

 

图1

 

与一般的古镜不同，在这面镜晷上，既没有花样繁多的纹饰，也没有充满吉祥的铭文，只有点、线、方、角、圆等几何图案，其中暗藏着许多特殊的刻度。深入分析可知，它们与古代通过测量北斗确定二十四节气有着密切关系。这些特殊刻度至少表达出三层含义。

 

第一层含义，是方位坐标。观察镜晷的最外圈，等距分布着类似花瓣的6个标志，其中1个好似桃花，5个好似梅花（图2）。

 

 

图2

 

这些花瓣应该带有定位的性质。根据古人对北斗的崇拜，单独的桃花瓣应指向北极星。

 

如果把镜晷中央柿蒂纹叶片上的圆点，与这个桃花瓣用绿线连接起来，那么，这条线便指向正北。而在相反的方向上，柿蒂纹叶片上的圆点，与梅花瓣用绿线连接起来，那么，这条线便指向正南。凑巧的是，在镜晷第二圈共有12个刻铸的圆点，正北与正南两条线分别经过其中的1个圆点。在此基础上，再把柿蒂纹左右叶片上的圆点，与位于第二圈上的圆点分别用绿线连接起来，便得到了正东与正西、正北与正南相互垂直的线（图3）。

 

图3

 

这样，镜晷上的这四条绿线，就确立了东、南、西、北的基本方位。按照古代的天象，东方青龙代表春天，南方朱雀代表夏天，西方白虎代表秋天，北方玄武或玄鹤代表冬天。相应地，二十四节气的四个最重要的时间节点——春分、夏至、秋分、冬至——便顺理成章地形成了。

 

第二层含义，是节气刻度。如果把镜晷第二圈的12个点全部用绿线标出来，其中6个点与第一圈的桃花瓣和梅花瓣相连，从而将镜晷平分为6个扇面。而另外6个点又将每个扇面平分为2份。这样，便将镜晷划分成为12等份（图4）。每等分应当包含2个节气，共计24个节气。

 

图4

 

古人通过观测得出，一年二十四节气共三百六十五又四分之一天，反映在圆周的刻度上是三百六十五又四分之一度。如果12等份包含着二十四节气的话，那么，每等份2个节气为30度强或31度弱。每个节气便是15度强，代表的实际时间是15天强。

 

第三层含义，是四维标志。细心的人一定会发现，在镜晷第二圈的12个圆点之间，还有规律地分布着4个显然是后来用刀子刻上去的小圆圈（图5）这一定是根据观测者的实际需要增补上去的。如果把增补的这4个小圆圈用红点表示，再与镜纽相连，就会发现每个红点与两片柿叶纹之间的2个圆点形成一条直线。也就是说，增补的小圆圈可以看作是两片柿叶纹之间的2个圆点的自然延伸。因此有充足的理由把这3个圆点用一条红线连接起来（图6）。

 

 

 

图5

 

图6

 

在镜晷上，由3个点连接起来的直线，除了南北2条绿线外，就是这4条红线。它们与南—北、东—西4条绿线一样，互相垂直。非常奇怪的是，以现代人的眼光看，互相垂直的红线并没有平分互相垂直的绿线所形成的90度夹角，而是有一定的偏差。这就预示着红线在镜晷上处于极为特殊的地位。

 

那么，这四条红线代表什么含义呢？按照《淮南子•天文训》的说法，二十四节气中包含着四个维度，简称四维，即立春时的报德之维，立夏时的常羊之维，立秋时的背阳之维，立冬时的蹄通之维。原来，这4条红线代表着四维，把立春、立夏、立秋、立冬在镜晷上的位置固定下来。

 

以上这三层含义叠加起来，再按照古籍上的描述，绘制在镜晷上，便得出一幅可以用于观测北斗而确定二十四节气的示意图（图7）。

 

图7

 

　二、从测量日影到观测北斗

 

众所周知，二十四节气是指中国农历中表示季节变迁的24个特定节令，现在人们知道，它是通过观察太阳周年运动，认知一年之中时令、气候、物候等方面变化规律所形成的知识体系。它把太阳周年运动轨迹划分为24等份，每一等份为一个节气，始于立春，终于大寒，周而复始，成为历代官府颁布时间的准绳，指导农业生产的司南，也是人们日常生活中预知冷暖雪雨的表尺。二十四节气凝聚着古代劳动人民经验的积累和智慧的结晶。

 

先秦以前，并没有形成完整的二十四节气。但是古人通过长期的观察和实践，逐渐掌握了冬至、夏至（称两至）和春分、秋分（称两分）这四个一年之中最重要的时间节点。甲骨文中有关时间的字大多从日字。《尚书•尧典》把春分叫日中，秋分叫宵中，夏至叫日永，冬至叫日短。而《吕氏春秋》则把夏至、冬至分别叫日长至、日短至。可见，那时对节气的判断，主要是根据观察太阳照射大地的位置变化完成的，学名叫“观象授时”。

 

那么，这种“观象授时”用的是什么工具或方法呢？说起来并不复杂，成语“立竿见影”便是答案。中国古代在对太阳的观测中，出现得最早、沿用得最久的仪器是圭表。“圭”即为正南正北方向平放在地面的测定表影长度的刻板；“表”则是直立于平地上的测日影的标杆或石柱。“圭”与“表”二者互相垂直。用圭表测影，也叫立杆测影。正午当太阳照射在“表”上的时候，“圭”上便出现了“表”的影子，根据影子的方向和长度，就能读出时间，这也是光阴的来历。太阳虽然每天东升西落，但在不同季节，出没的方位和正午的高度是不同的，并有着周期性变化的规律。冬至正午时，太阳的影子最长；夏至正午时，太阳的影子最短。而春分、秋分正午时，太阳的影子正好在中间。这样就可以比较准确地观测到两至、两分的时间节点。

 

《周礼•考工记》中提到过一种土圭，就是用赤土制成的圭板，平放到地面上观测表影。海昏侯墓主棺中发现了一件玉圭（图8），青色，尖首，折肩，方底，素面，材质优良，磨制光滑，放置平整。其底部有一圆孔，可插入与之配套的短杆测量日影，是一件不可多得的观天祭天的礼器。

 

图8

 

有人会问，用这种简便易行的工具和方法能不能观测全部二十四节气呢？回答是否定的。因为汉代一般的表高约八尺，一尺约合现在的23厘米，八尺相当于1.8米左右。从理论上讲，用1.8米的圭表测影之法去求两至、两分，是没有太大问题的。但在实际操作时却困难重重，主要原因是太阳照射到地面或“圭”上的影子往往是虚的，很不清晰。正如清代学者所说：“测影之臬（niè，音聂），不可过短，过短则分寸太密而难分；过长则测景虚淡而难审。”显然，圭表短了，投影也短，长度量得不精确；圭表长了，则影端虚淡，更不好测量。为解决这个矛盾，古人想了很多办法，一直到元代天文学家郭守敬，在“周公测景台”主持修建了高达九米多的巨大圭表，又采用了小孔成像的原理测量日影，这个问题才得到初步解决。不过，这是后话。

 

对二十四节气最早、最完整的总结，是在汉代，见诸于前面提到的《淮南子•天文训》。它的作者是淮南王刘安，即汉高祖刘邦之孙、汉武帝刘彻的叔父，当然，他也是海昏侯刘贺的曾祖辈。刘安的《淮南子》成书于公元前139年，早于司马迁的《史记》成书40多年，因此，《史记》中约有70多处引用《淮南子》。可见，《淮南子》在历史上、学术上的地位，其中记述的天文、地理、历法、气象、物候、乐律等，代表了汉代最高科技成果和学术水平，它所记载的二十四节气及其观测方法，应该是可信的。

 

首先，《淮南子•天文训》第一次把二十四节气的名称、顺序完整地确定下来。惊蛰古名“启蛰”，由于汉景帝叫刘启，又是刘安的表哥，刘彻的父亲，为了避讳，《淮南子》把它改名为惊蛰。直到2200多年后的今天，《淮南子》所确立的二十四节气名称、顺序也没有改变（图9）。这在世界科技史上不能不称为一个奇迹。

 

图9

 

其次，《淮南子•天文训》第一次明确指出二十四节气的测量是依靠观测北斗的变化取得的。原文是：“而升日行一度，十五日为一节，以生二十四时之变。斗指子，则冬至，……”古人注释为：“升”当为“斗”字之误也。言斗柄左旋，日行一度，而以十五日为一节也。当斗柄指向子位，便是冬至。这就明白无误地说明，最初的二十四节气，并不是由观测太阳位置的变化确定的，而是由观测北斗斗柄位置的变化获得的。

 

再次，《淮南子•天文训》第一次给出了运用北斗测量二十四节气的具体数据。中国古代观测太阳围绕地球转一周需要三百六十五又四分之一天，相应地把圆周的刻度划分为三百六十五又四分之一度，这与西方圆周的刻度为360度完全不同。古人把两维之间的6个节气确定为九十一又十六分之五度，也就是九十一又十六分之五日。每个节气斗柄旋转15度强，即15日强。这样计算下来很不方便。于是规定每个节气为15度整，即15日，而处于四维的立春、立夏、立秋、立冬每个节气为16度强，也就是16日多一点。这样，二十四节气加起来就是三百六十五又四分之一日。

 

三、古代的天文历法与对北斗的崇拜

 

秦始皇统一中国后，实行“书同文，车同轨”，在历法上全国统一施行颛顼（zhuān xū）历，以建亥之月（十月）为岁首，年终置闰。汉承秦制，仍然沿用颛顼历。但到汉武帝时，颛顼历渐与实际天象不符，把闰月总是放在闰九月也不能适应农耕生产对掌握季节的需要。于是，汉武帝听取太史令司马迁等人改历的建议，下令从全国征募二十余位专家“议造汉历”，并于公元前104年颁行新历。由于这一年是太初元年，因此称为太初历。这是现今能够见到的我国最古老的一部完整的历法。此时，距《淮南子》成书已经过去了35年。

 

太初历不仅规定了每月二十九又八十一分之四十三天、每年三百六十五又一千五百三十九分之三百八十五天、19年置7个闰月、每年1月为岁首等，更重要的是把二十四节气融入到历法中。这样，就使古代中国的历法既不是阴历，也不是阳历，而是阴阳合历。具体地说，就是以太阳的运动周期作为年，以月亮圆缺周期作为月，以闰月来协调年和月的关系，从而使古代历法建立在更加科学的基础上。

 

怎样使阴历和阳历紧密结合在一起呢？太初历把24节气进一步细分为相间的12个中气和12个节气，并且确定以中气所在决定月的名称，如雨水所在月为1月，春分所在月为2月，谷雨所在月为3月……冬至所在月为11月，大寒所在月为12月，等等。而无中气的月无名称，只能称为前一个月的闰月，这一原则称“无中气置闰”。它合理地调整了年和月的关系，使季节与月份大体稳定。这一方法从太初历开始施行一直延用到今天。

 

应该说，在刘贺生活的年代，随着太初历的颁布实施，二十四节气已经从皇家走到民间，成为中华大地上人们日常生活中非常普遍的计时方法。

 

那么，怎样来观测和确定二十四节气呢？这就要提到古人对北斗的崇拜。

 

在夜空的所有星象中，中国人最早认识的就是北斗七星。因为其一，从北半球看，北斗星处于终年可见的夜空，比较明亮，非常容易辨别。人们只要认识了北斗星，就能够逐步认识其他星象。其二，利用北斗七星可以准确地找到北极星，而北极星似乎永远不动，人们可以用它确定正北的方向，并分辨其他的方向。其三，北斗七星的斗柄就像指针一样在天空旋转，每年转一圈，可以精确地指示时间，因此有“斗转星移”的成语。

 

古人把北斗七星分为魁和杓两组，魁由天枢、天璇、天玑、天权四星构成，称为斗身；杓由玉衡、开阳、摇光三星构成，称为斗柄（图10）。如果朝斗口方向的天枢、天璇二星延长约5倍远，就能找到北极星。

 

图10

 

古人直观地感觉，天上所有的星辰包括日月都围绕着北极星旋转，从而有了东南西北，有了春夏秋冬，有了日月交替，有了规律秩序，有了天地万物。因此很自然地赋予北斗以神性，认为北斗是一位高高在上的、能够主宰万物的神灵，世界因为有它而存在，生命因为有它而繁衍，人类因为有它而秩序井然。故而把北斗星称为帝车，北极星称为帝星、天极星、天一星、太一星等。汉代的武梁祠画像石，就清晰地表达了这一点（图11）。

 

图11

 

《周易》说“一生二，二生三，三生万物”，其中的“一” 就是指天一或太一，即北极星；二指月和日或阴和阳；三指天、地、人。《尚书•说命》孔颖达疏：“北斗环绕北极，犹卿士之周卫天子也。”屈原《九歌》中的第一首祭神的乐歌，就是“东皇太一”，对此，王逸注释：“太一，星名，天之尊神。”《汉书•郊祀志》：“天神贵者太一，太一佐曰五帝。古者天子以春秋祭太一东南郊。”《史记•天官书》更加明确地说：“斗为帝车，运于中央，临制四乡，分阴阳，建四时，均五行，移节度，定诸纪，皆系于斗。”这些记述都反映出古人对北斗的崇拜，甚至超过了对太阳和月亮的崇拜。

 

正是基于对北斗的这种崇拜，使古人能够依据对它的终年观测，建立起最早的时间系统。我国现存最早的一部传统农事历书、商周时期的《夏小正》多次提及：“正月，斗柄悬在下”，“六月，初昏斗柄正在上”，“七月，斗柄悬在下则旦”，等等。差不多同一时期的道家著作《鹖（hé,音和）冠子》十分明确地提到：“斗柄东指，天下皆春；斗柄南指，天下皆夏；斗柄西指，天下皆秋；斗柄北指，天下皆冬。”这便是运用北斗观测节气的早期记载和最初成果。

 

在这样的基础上，刘贺镜晷的出现进一步证明：其一，汉代继承了以往的传统，对于二十四节气的精准观测，仍然是以北斗为主，以日影为辅；其二，观测的精度已经从区别两分、两至以及四季，提高到全部二十四节气。从而使中国历法科学的光芒照耀在中华大地上长达二千多年。

 

四、如何用镜晷观测北斗？

 

仅仅有镜晷还不能有效地观测北斗确定二十四节气，必须配备辅助的测量工具。而这种辅助的测量工具是什么样子呢？目前尚未发现流传下来的实物，史籍中也找不到确切的记载。但有一点推测是合理的：这些辅助测量工具或许就隐藏在刘贺大墓中，只是人们还没有完全识别出来。

 

原始社会把礼天作为与神灵沟通的方式，并且非常神圣、虔诚。礼天首先要观测天象，确定日期，然后再进行各种宗教祭祀活动。《周礼•春官》记载：“以玉作六器，以礼天地四方。以苍璧礼天，以黄琮礼地，……”可见，包括观测天象在内的礼天器物都是用最为贵重的玉石制成的。出土于山东的新石器时代的多节玉琮（图12），是我国古代最重要的礼器之一，它内圆外方，象征天圆地方，中间的圆孔可以观天，很可能就是原始社会的一种“天文仪器”。秦汉时期出现的成语“以管窥天”，简称“管窥”。这里的“管”，应当为玉管；“窥”，应当指观测、探测；“天”，应当是天体、天文。这种测量天文的玉管古代叫窥管或玉衡，外国叫望筒。

 

图12

 

考古人员在海昏侯墓的主棺中，刘贺遗体的腰部位置，发现了两件玉管（图13），都是和田玉质。一件稍粗、稍长；一件稍细、稍短。目测粗的玉管长度为汉代的九寸，细的玉管为汉代的八寸。刘贺死后把这两件玉管拴在腰间下葬，说明它们非常珍贵。笔者在《玉质黄钟律管：海昏侯墓惊现汉代律、度、量、衡的基准器》（见光明网）一文中曾经论证，一件为黄钟律管，一件为大吕律管。它们都可以作为窥管或玉衡使用。

 

图13

 

《淮南子•泰族训》中说：“人欲知高下而不能，教之用管准则说（悦）；欲知轻重而无以，予之权衡则喜；欲知远近而不能，教之以金目则射（愉）快，……”意思是，如果有人想知道物体的高度而不能做到时，你教给他们使用窥管和基准器，他们就会高兴的；如果有人想知道物体的重量而不能做到时，你教给他们使用权与衡，他们就会喜欢的；如果有人想知道远近距离而不能做到时，你教给他们使用金目即用窥管瞄测，他们就会愉快的。其中多次提到窥管，可见汉代时窥管已经是民间使用的最重要的测量工具之一。

 

夜间使用窥管或玉衡观测星辰，是远古天文测量的一大变革。一是可以使目光集中在一个点上，观察更加细致、准确。二是可以遮蔽一部分侧光，使暗星有较好的能见度。三是可以精准地确定星辰的仰角和方位，便于记录，进行反复对比观察。因此，海昏侯墓中的这两件律管可以作为窥管配合镜晷观测北斗，以确定二十四节气。

 

这里还有一个必要条件，就是把律管相对固定在镜晷上，并且可以根据观测的需要左右转动，以便把观测的结果记录下来。古籍中记载，最古老的天文观测仪器——浑天仪，就是由玉衡、璇玑等部件构成的。最初的璇玑也是由玉石制成的。顺便提一句，古人对北斗七星的命名，就是参照了天文仪器上部件的名称，如玉衡星、天璇星、天玑星、天权星、天枢星等。这也说明在相当长的时间里，古人使用天文仪器，是以观测北斗为主的。

 

在海昏侯墓主椁室西室中部，出土了一件造型十分奇特的玉龙，其蜿蜒的玉龙尾部围拢成半圆，身躯则与左右两侧弯转的足部形成直角，背部还高起一方形短凸棱，凸棱上有一横穿孔（图14）。对于这种造型的玉器，人们很难说清它的具体用途。考古工作者研究后认为，这件玉龙有不凡的来历：原为西周时期的玉琮，春秋晚期依造型特征改制为玉龙，并加上这一时期特有的纹样而形成一件全新的玉制品。改制后又辗转流传近500年，最终归刘贺所有。玉琮本为观测天文的礼器，改制后是否仍然用于观测天文呢？值得注意的是，这件玉龙有两处未封闭的旋孔，并呈90度夹角。这会不会就是起固定窥管作用的璇玑一类的装置呢？这些疑问有待于人们作出进一步的研究和论证。

 

图14

 

汉代通过对北斗的观测而确定的二十四节气，在中国古代天文学、历法学、气象学上具有划时代的意义。二十四节气充分体现了中国人尊重自然、顺应自然规律和适应永续发展的思想理念，而刘贺镜晷作为观测北斗而确定二十四节气的物证，成为先人留下的一份宝贵遗产，中华儿女有责任继承过来，再传承下去。

 

 

本文摘自王金中著《管窥汉代文明之光——海昏侯墓出土文物探析》

 

本文参考资料：《史记》、《汉书》、《淮南子》、《中国科学技术史（李约瑟）》、《中国通史（白寿彝）》《中国古代文化常识（王力）》、《中国天文考古学（冯时）》、《考古2016•7》、《收藏家2018•3》；《南昌汉代海昏侯国考古成果展》展板说明、近期报刊有关新闻报道。

 

图片来源：《五色炫曜》、《惊世大发现》展览、首都博物馆网站。