作者:刘铮
这根牛骨上刻有一则与日食有关的占卜记录，“癸酉，贞：日夕又食”。
在西方，人们认为古希腊哲学家泰勒斯曾经利用自己推算出的一次日食，阻止了一场战争。
日食是地球、月球形成之后就已经存在的自然现象。而人类到来之后，日食有了新的意义。日食进入了人类的历史，并且成为历史重要的内容，从记录日食到预测日食，从相信它是天神干预人间事务的手段，到能够对它进行科学的解释，中间经历了漫长的历史，发生了很多有趣的故事。
日食记录 中国第一
日食是人类肉眼所能观察到的最震撼的天文现象，所以人类自古就对日食重视有加。中国有悠久、丰富的日食观测记录。《竹书纪年》记录了夏仲康五年秋九月庚戌朔(约公元前二十世纪)的日食，这是目前世界上发现最早的一次日食记录。据统计，从春秋到乾隆年间，中国史书记载的日食大约近千次，居世界首位。
在中国古代，观测日食的方法主要是用水盆反射的方法。这种方法最早见于公元前一世纪的《开元战经》。到了宋代，人们用油盆代替了水盆。元朝的郭守敬用小孔成像法能够准确测量食分(食分是被月亮遮住的太阳部分视直径与整个太阳视直径的比)。到了明朝末年，天文学家徐光启开始用望远镜观察日食。
日食预测有风险
人类预测日食的历史也非常久远。因为日食被赋予了很深的政治意义，所以古代皇家天学家的重要职责之一，就是预报日食。据《尚书·胤征》记载，羲和(相传为帝尧所任命的皇家天学官员)因沉湎于酒，未能对一次日食做出预报，结果引起了混乱。这一失职行为给他带来了杀身之祸，这说明当时已经开始预报日食。而在西方，公元前1000年左右的巴比伦人就已经能够预测日食(当然，他们也不一定预测得准)。
预测日食听上去很了不起，其实不需要现代的科学知识也能做到。首先，它的原理不难猜到，因为古代的天文学家整天都在跟踪太阳和月亮的运行轨迹，所以很容易发现日食的时候月亮会“侵入”太阳，从而推测出日食的成因。第二，预测日食不用掌握“日心说”。其实，从运动学的角度来说，说太阳绕着地球转也没什么问题，之所以最终日心说胜出，是因为这种说法更简洁，也更符合牛顿力学的解释。预测日食不一定非要认为地球绕着太阳转，只要能够算出太阳的“轨道”和月亮的“轨道”的交点在何时何地即可。当然，这种计算还要辅以大量的观测数据。
那么，中国古代是采用什么样的宇宙模型，是怎么预测日食的呢？清华大学科技史研究所所长冯立昇说，中国古代确立了与现代球面天文学模型基本一致的天球模型，还是比较先进的。中国人很早就知道了月球、太阳运行和日食的关系。中国古人在西周时发现日食都是在朔日发生，在战国时已经对交食周期进行了研究，从而确定了一套预测日食的公式，东汉时提出了时限概念，因此预报日渐准确还是比较准确的，当然也有预测错误的时候。西方在近代研制出能够通过模拟太阳、地球和月亮运动而预测日食的仪器，中国古代并没有用这类仪器预测日食。
所以，古代有很多成功预测日食的例子，也有很多失败的例子。北京天文台台长朱进说，古代之所以预测日食不十分准确，一是因为宇宙模型不是太正确，二是计算精度也不高。
当然，现在的日食预测是非常准确的。朱进说，现在日食的预测已经不需要观测，全靠计算就可以精确预测日食，靠着计算机，可以很快很好地预测日食。虽然因为潮汐、小行星和遥远天体的微小引力等原因会引起地球、月球轨道的微小改变，但这种改变对日食预测的影响很小。
错报日食是件好事
《新唐书》卷二七《历志三·下》记载，当时负责天象观测、推算的官员报告说，开元十三年十二月会出现日食。古代中国人错误地认为，日食是对皇帝“不德”的警告和惩罚，所以通常皇帝们听到这样的报告就会设法作出禳救。当时，唐玄宗正在从泰山封禅回京的路上，于是用禁食、简装的方法来补救。
谁知道，到了天官预测的时间点上，日食居然没有发生！如果这事搁现在，我们会说天官算错了。可那时候这可了不得，大臣们兴奋地认为皇帝德行感天，纷纷上表祝贺。
这里引发出一个有趣的话题，如果日食是可以预测的，那么它就像二十四节气一样只是自然现象，很难再和政治活动挂钩，那么“天官”的作用就下降了；但是如果完全不能预测，“天官”就变成单纯的记录者，地位也会下降，那么他们的地位是如何在很长的历史时期里得以保持的呢？
唐代的天文学家僧一行真是绝顶聪明的人，他一语道出真谛：“使日食皆不可以常数求，则无以稽历数之疏密；若皆可以常数求，则无以知政教之休咎”。就是说，如果日食完全没有规律，那历法的准确性就无从谈起；但如果每次日食都有规律可循，那就无法得知上天对人间政治优劣所表示的态度了。也就是说，日食有可预测的因素，同时也有不可预测，或者人为力量可以临时改变的因素，既有点像赌博，又有点像追求美女。
“钦天监”不懂天文学
到了清代，由于行星运转周期的细微差异，传统中国的天学已经与天文现象的实际情况出现了很大差距。耶稣会士的科学家们，比如汤若望，给中国带来了近代天文学，这大大推进了中国天文学的发展。
清朝初年，两派天文学家还进行过一次“日食推算PK”。当时，汤若望推算出八月初一会发生日食，并预言了发生时刻。而中国天学家们也通过传统历法推算出与之不同的时刻。最终，日食果然在汤若望预言的时刻发生。事后，他被任命为钦天监的“监正”。此后，该部门一直陆续存在着耶稣会士的影子。
1793年，马戛尔尼率领的英国使团来到北京。他们带来了当时最先进的天文仪器。这些仪器被认为“能预测未来1000年太阳、地球和月球的运行情况”，当然也能准确地预测日食。据当时使团成员丁维提的笔记，当时清政府中专门负责天象事务的部门“钦天监”的工作人员，一开始还以为这不过是个“自鸣钟”或者“八音盒”，搞清楚它的作用就走了。
第二天，当时的北京主教、葡萄牙神父汤士选悄悄地找到使团请求帮助。原来，当时汤士选的主要工作就是掌管历法，但他其实根本不能预测日食或月食。在此之前，他们由于有巴黎出版的《天文历书》，所以能应付这项工作。但法国大革命切断了新历书的来源，他们的骗局就要露馅了。丁维提出于同情，给了他一本可用到1800年的航海历书，这样不学无术的“洋和尚”汤士选才可以坚持到1800年。
日食帮助夏商周断代
日食在古代是一种非常重要的天文现象，所以有详细的记载。谁能想到，两千多年前的一次日食纪录，在上世纪90年代的“夏商周断代工程”中起到了关键性的作用。在古本《竹书纪年》中，有这样一段简短的记载：“懿王元年……天再旦于郑”。人们早就知道，周懿王是西周王朝从武王算起的第七位天子，但“懿王元年”是哪一年，却从没有确切的记录。天文学家怀疑，“天再旦”是在黎明时发生一次日食，使“天亮了两次”。
为了验证是否会出现这种现象，1997年3月9日在新疆北部组织的日全食观测网，60位观测者从18个不同地点观测，写出35份报告，证明了黎明时发生的日全食确实会产生“天再旦”的现象。现在计算出公元前899年有一次这样的日食，从而推测出懿王元年就是公元前899年，从而把中国有确切纪年的历史又向前推进了58年。
新知专题采写/本报记者 刘铮
本专题感谢：朱进(北京天文台台长)、冯立昇(清华大学科技史研究所所长)
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