忙完這一陣,李治給李世民寫了一篇洋洋灑灑幾千字的長信,詳細匯報了他在朝中的所作所為,以及通過的政令和自己的考慮。一來,也是表忠心,維持和李世民的良好的聯系;二來,也是向他證明自己的執政能力,足以掌握好整個國家,讓他放心的把政權交接給自己,而不是別的什麼人。現在只要李世民沒死,他就要夾著尾巴做人。不過另外一方面想,有靠山的感覺還是比當著皇帝要提防明槍暗箭的感覺強。
大唐皇室秘書省太史監新上任的從五品下太史令李淳風,也就是前隋的司監官,正在秘書省內閣樓里觀測天象。自從太子在定州制造出了望遠鏡,經緯儀等新玩意,他就想辦法弄來了幾套,有了這些新工具,他觀天的手段和精度都有了很大的提高。仔細觀測太陽和月球在天空中的軌跡,試圖找出下一次日食發生的時間。
但與此同時,崔英在定州也已經按照李治的要求,進行了兩年的天文觀測。她的工作其實很簡單,那就是利用定州制作所特別制作的一個擺鐘,測定一個太陽年的長度。
要知道,貞觀年現行的歷法是《戊寅元歷》,也是農歷的一種,實行上元積年法。所謂上元積年法,是因為中國傳統的觀星術,把木星稱為「歲星」,也就是「太歲」星。把太陽,太歲(木星),太陰(月亮),太白(金星)並列在一起,就可以輕易看到他們的關聯。太歲在夜空之中的重要性,可以從它的亮度來解釋,它是全天第三亮的天體,僅次于太白和太陰,而且,考慮到它在星空黃道面上的周期,是差不多12年,所以人們用它來記歲。在春秋戰國時期,人們很難準確的描述今年是幾幾年,于是他們就在晚上夜觀天象,找除了月亮,最亮的那顆星(太白星一般在凌晨和黃昏才能看見,所以多數時間看不到它),看它落在那個星座上,然後分辨這個星座,就能依次數出十二個年份︰星紀、玄枵、娵訾、降婁、大梁、實沈、鶉首、鶉火、鶉尾、壽星、大火、析木。他們在西方天象上對應的關系按照一致的順序,星紀年對應的屬相是虎,木星在這一年落在摩羯座上。然後以下的年份依次類推︰2013年是蛇年,春秋時期稱之為降婁,木星落在白羊座上。
不知道讀者有沒有注意到,人類歷史上無論東方還是西方的歷法,都會分為十二個月,而且周天星座,都有「十二個」,每天分為十二個時辰(羅馬時也是十二小時,後來才翻倍改為二十四小時),甚至生肖也有「十二生肖」。突厥人,日本人都有十二生肖的說法。甚至有的部落使用十二進制的數學,這都是他們在觀測星空,測度時間的路程上,受到木星影響的最明顯的證據。
但是中國古人發現,這個木星的周期,並不是整數的十二年,而是比十二年慢一點點,所以在和每一年跑十二個星座的速度快的太陽相比,木星在黃道面上運行的速度是由西向東的。而且,這個周期的準確一點的數字,是11.85920年。
所以,中國古人根據他們觀測「太歲星」的數據,試圖找出更準確的紀年法。在中國的古歷法中,最長的紀年單位就是「元」,一個元表示太歲的周期和太陽的周期完全重合的一個長度。如果簡單的認為木星的周期是12年,那麼一個元就是12年。如果認為太歲的周期是11.8年,那麼一個元的周期,等于11.8除以12與11.8的差值0.2,也就是59年。在貞觀時期的《戊寅元歷》中,認為這個元的長度是16萬4348年(太陽年),同時,這個歷法認為一個太陽年的周期的準確數據,是365.24461日(現代數據一個太陽年是365.242199日,而對木星周期的標注11.85920年是指儒略年(365.25日),這只是為了計數方便),那麼根據這個數據就可以嘗試著計算一下他們觀測到的木星周期x(單位為日)。
計算的方程如下︰164348x(12-x/365.24461)=x/365.24461
他們的結果是︰日,而現代的結果是日,誤差為1.2%。
比較一下黃帝歷,「元法四千五百六十」,這個結果還是提高了很多的……點評完畢。
不過從元代郭守敬的《授時歷》開始,就廢除了這種依據歲星來定歷法和紀元的做法。這也反映元朝不再依據中國的傳統來定義國家。從另一個角度來講,《授時歷》的技術十分先進,它對太陽年的觀測和現代使用的數值完全一樣,都是365.2425日為一年。此外,他用內插法來計算太陽,月亮在天球中的運行位置——還記得前文提到崔英的任務嗎?她的任務就是利用擺鐘來記錄每一個太陽日長短的變化。郭守敬通過節氣點把每年的時間分為幾段,然後把這個時間長度通過「招差術」來估算。不出所料的話,這個歷法的計算結果和觀測結果應當吻合的非常好。也就是從這個時候開始,太歲被歷法所拋棄,而完全依據實測數據來制定。
招差法在隋唐已經出現了,但不能肯定是因為天文觀測的需要而誕生的。南宋時代的秦九韶的《數書九章》使用二次插值法計算石壩,也就是他給這個方法取名為「招」法。他的記載當然十分飄逸了︰
「卷十三《計造石壩》術曰︰以商工求之,以招法入之。」點評曰︰泥煤,這麼寫能把二次內插的意義寫清楚了?只讓人淚流滿面啊!
郭守敬和王詢給他們三次內插估算太陽和月亮的周期變化的公式是這麼寫的︰
「視入歷盈者,在盈初縮末限已下,為初限,已上,反減半歲周,余為末限;縮者,在縮初盈末限已下,為初限,已上,反減半歲周,余為末限。其盈初縮末者,置立差三十一,以初末限乘之,加平差二萬四千六百,又以初末限乘之,用減定差五百一十三萬三千二百,余再以初末限乘之,滿億為度,不滿退除為分秒。縮初盈末者,置立差二十七,以初末限乘之,加平差二萬二千一百,又以初末限乘之,用減定差四百八十七萬六百,余再以初末限乘之,滿億為度,不滿退除為分秒,即所求盈縮差」
點評曰︰這麼寫還算有點良心,拿上數據加減乘除算數就可以。但是你這個立差,平差,減定差是什麼東西?筆者再次淚流滿面,數學真是太難了……
所以,李治使用了一個笨辦法,也就是後世英國海軍結合航海鐘使用的方法,不需要給出所謂的公式和計算,只需要在固定地點,每日進行觀測,然後在幾千條數據中找出可以用的數據就可以。
比如崔英這三年的觀測記錄,就是在第一個太陽年內,利用擺鐘計時。第二個太陽年通過調校擺鐘,再一次確定每日時常,確定太陽的升起時間,最高角度和運動軌跡。在第三個太陽年,就可以再一次核對數據,消除誤差,或者彌補因為天氣原因無法測準的數據了。
在這個報告中,在第一個太陽年365.2424日的時間(這個數據是李治提的,也是現在測定的較準確的值)內,擺鐘走了365日18小時6分,每日誤差達到了121.15秒,也就是兩分鐘。因此,第二年,每一天崔英會把擺鐘撥慢2分鐘,再每九天撥慢10秒,月底再撥慢1秒。這樣第二年下來,觀測結果的全年的誤差控制到了3秒以內,就差不多可以使用了。
也就是因為有了這個準確的數據,李治才可以確定這個擺鐘的誤差,以及每日的時長,在後世倫敦格林威治天文台的工作,便是觀測,加報時。每天全倫敦的群眾,都通過天文台的報時來調較他們的擺鐘。
現在根據崔英的報告,李治找來了李淳風,讓他負責長安城內的報時工作。李淳風拿到這個報告的時候,也是震驚的瞪大了眼楮。
他十分激動的說︰「殿下,這麼珍貴的報告,真的要給我?」
「不錯,但你也要記住,這個是要干什麼的。孤的要求就是,除了每日確定標準時間,你的另外一項任務,就是記錄下星圖和時間的對應關系。」李治把三台擺鐘和一堆儀器推給他,「新的天文台會在皇城廢石台的位置修建,你要好好使用這些儀器,多虧崔英的工作,這些擺鐘已經經過調校,每日誤差不會超過3秒。每日辰時,孤需要听到鐘聲響徹長安城,你能做到嗎?」
「臣必不辱命!」李淳風這話可是真心的,他作為一個天文觀測者,平日里除了算命,最重要的追求就是能制定一個更準確的歷法,攢下一身的功德。通過別人的觀測報告和其他的先進儀器,有了準確的時間概念,他對星空的觀測就更有把握了。
李治需要他觀測出有準確時間的星相圖,將來的遠洋艦隊靠他就可以盡可能精確的測定經度。