19世纪末,在现代天文学的加持下,我们精确的测出了回归年的时间——365天5小时48分45秒(365.24219879日)。
公元325年,西方通行的儒略历将一年定为365.25天,这使得每年存在0.0078天的误差,尽管只有细微的差距,但千年过去,这个误差已经被放大到了10天之久。
公元1582年,教皇格里高利十三世改革历法,新颁布的格里高利历也就是我们现行的公历,将一年定为了365.2425天。
但我们在中学课本上就已经学过:
郭守敬编成《授时历》,定回归年长度为365.2425日。
这可比现行公历早了300多年,在元朝时的中国,他是怎么测量的如此精确?
中国古代回归年的测量,是以冬至作为基准点的,从一年冬至到来年冬至为一年。所以测量回归年,必须精确测量冬至时刻。
我们知道,冬至这天是一年中太阳最“靠南”的一天。换言之,也就是正午影子最长的一天。
古代测量日影的工具
通过这个就能测出冬至的具体时刻吗?不可能。
实际上冬至前后太阳高度变化非常微小,靠这种工具不可能精确测出影长差异,以日影测出冬至时刻,进而测出回归年长度,无异于痴人说梦。
从南朝祖冲之开始,中国的天文学家就开始用数学的方法来反推冬至时刻。他们通过记录跨度较大时间点的正午日影长度,推算冬至日影长度。但这个方法还是不够的,测量和计算会因为种种原因产生误差。
而降低误差的方法就是,拉长测量年限。
郭守敬算出的365.2425天,用了足足816年!
从公元462年,南北朝刘宋时起,太史局记录下第一个数据。历经唐代浑天监、宋代司天监、金代司天台等等历朝天文机构,直到元代至元年间,郭守敬结束了他的“四海测验”。
辗转数千里的全国测量后,结合八百年来的数据,郭守敬终于完成了《授时历》。
此后,明清两代再无如此伟大的天文成就,同数学领域一样,湮没了数百年。