中国古代天地结构理论的重大缺欠，本文主要内容关键词为：缺欠论文,中国古代论文,理论论文,结构论文,天地论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图法分类号 P1—092
中国古代关于天地结构的理论，主要有盖天说、宣夜说和浑天说三家，它们是在中国传统文化的氛围中发生、发展的，是人们关于宇宙观念的一个组成部分，又是人们试图解释有关天文现象的基本理论。这三家学说各有自己的特色，它们从不同的角度和视野，程度不同地反映了天地结构的客观状况，但也存在一些重大的缺欠，主要表现为以下四个方面。
1 地径与天径之比的迷误
周髀家盖天说认为半圆形的天覆盖于方形的大地之上，即以为地径与天径之比等于1∶1，这是早期盖天家的观念。而西汉早期《周髀算经》盖天说则认为，天地是两相平行的曲面，天总是高于地8万里， 这自然含有天比地大的观念。虽然它并未具体论及地体究竟有多大，但地径远远大于8万里当无疑问，则地径与天径之比仅仅略小于1∶1而已。
天比地大的观念，在西汉早期的《淮南子·地形训》中就有所论述，而且是以给出天地具体尺度的形式表述的：“四海之内，东西二万八千里，南北二万六千里”，“自东极至西极”和“自北极至于南极”均为“二亿三万三千五百里七十五步”。即认为地体表面为2.8 万里× 2.6万里，而天径为23.3525万里。则地径与天径之比约为1∶8.6。
两汉之际的纬书《尚书·考灵曜》也持同样的观念，但具体的尺度则有所不同，它认为天径35.7万里，而“地盖厚三万里”[1]。 于是地径与天径之比约为1∶11.9。
东汉郄萌所传宣夜说没有论及地体的问题。而稍晚于郄萌的另一位宣夜家黄宪则指出：“是地无穷而物亦无穷也。”[2]。 这表明地体无穷深广当是宣夜家的观念。晋代虞喜作《安天论》，批评盖天说和浑天说，力主宣夜说，他认为“天高高于无穷，地深深于不测”[3]， 对宣夜家关于地体与天一样无穷深广的观念作了十分明确的表述。由此看来，宣夜家也认为地径与天径之比为1∶1，并未吸取前已有人论及的天大地小的思想。
东汉张衡是浑天说的主要代表人物之一。他在《灵宪》中指出：“八极之维，径二亿三万二千三百里，南北则短减千里，东西则广增千里。自地至天，半于八极，则地之深亦如之”[4]。关于天径大小， 张衡显然参照了《淮南子·地形训》的数值，而对于地体大小，他则以为与天球的一半相当，并充塞于天球的下半部。也认为地径与天径之比为 1∶1。稍后，张衡在他的另一著作《浑天仪注》中，对此小作修正， 认为地“孤居于内，天大而地小”[3]，但对于天有多大，地有多小， 则付之阙如。虽然如此，我们也可看到张衡确实吸收了前人关于天大地小的思想，认为地径与天径之比应小于1∶1，但对于具体的比值，张衡显然无法判别前人各家说的是非优劣，而对天地结构的这一重大问题只作定性的描述。张衡此说对于后世浑天家产生了极大的影响，到五代邱光庭以前，一直不见新说。
邱光庭在《海潮论》中指出：“天大于地，愈数倍焉”[5]。 南宋朱熹则认为：“地在天中，不为甚大”[6]。 这些便是新浑天说的两位代表人物关于地体大小的论述。前者仅仅达到《淮南子·地形训》的水平，后者较张衡之说好不容易向前挪动了一小步。
这种状况一直到元代也没有发生什么变化。陈致虚在《周易参同契》注中指出：“地的宽阔，自东海滨之西，至西海滨之东，五万余里”，天“径与十八万里之高”，即认为地径与天径之比稍小于1∶3。史伯璿以为“盖天内是地，地形之广约十万里”，天“径三十五万里”[7]，则地径与天径之比约为1∶3.5。由之可见， 认为天径比地径大三倍余，在元代还是很有影响的见解。
及至明代，情况才稍见好转。明初，宋濂指出：“盖地居天内，如鸡子中黄，地形不过与月同大。”[8] 中国古代一般认为月亮的直径为0.5度，则宋濂认为地径与天径之比应为0.5∶365.25／π（π＝3）， 约为1∶243.5。这可算是中国古代最富想象力的关于地体大小的大胆推测，它是依据月食时地影的视直径约为0.5度的认识， 和地影视直径即等于地体直径所作的推想。可惜宋濂关于地影视直径大小的认识（地球本影平均视直径应约等于1.4度）[9]，及其推导方法都是不正确的。晚明，朱载曾提及一种“旧说”，认为地体“大止可当天一度半”[10]，即以为地径与天径之比约为1∶81.2。 应该说该“旧说”作者关于地影视直径大小的认识是基本正确的，可是他同样犯了与宋濂一样的推导上的错误。单就所给地径与天径之比的数值而言，明代人显然要比他们的前人高明一些。不过还要指出的是，宋濂之论毕竟曲高和寡，朱载所引“旧说”也处于被批评和被否定的境地。
古人所说天径，一般指地体与太阳中心之间距离的二倍而言。我们知道，地径与古人所谓天径之比应为[11]6378140∶1.49597870×10[11] ≈1∶23455。所以，中国古人意识中的地径相对于天径的大小实在是太大了，即使如宋濂之论，也还是大了近100倍。 这主要是由于缺乏对地径和天径进行测量的合理、有效的观念和方法，而以主观臆测为断的缘故，从而给天地结构的合理论说蒙上了深沉的阴影。
2 地在水中还是地在气中
在构造天地结构的理论时，中国古人十分注重天地稳定性，亦即天何以不坠、地何以不陷等问题的思考，这种倾向固然是可贵的，但是在古代这一难题的解决是不可能的。于是人们往往陷于难以自拔的漩涡之中。
早期的盖天家关于天地分别有天柱和地柱支撑的观念，自然是解释天地何以不坠不陷的较原始和幼稚的说词。宣夜家主张“地深深于不测”等的着眼点之一也正在于试图一劳永逸地解决天地不坠不陷的问题。这个问题也长期困扰着浑天家。
张衡在《浑天仪注》中说：“天表里有水。天地各乘气而立，载水而浮。”[3]认为天和地的稳定性，都是通过气的平衡， 特别是水的承载作用得以实现的。地的四周是海，海与天相连，海水具有浮力，这些似乎是建立这种观念的观测或事实基础。由是张衡认为海并不是地体的一部分，而被看作是地体的承载物，而且海水充满了天球的下半部。这样，显然大大冲淡了前已提及的“天大而地小”说的意义，而与《灵宪》所说地体大小与天球的一半相当没有本质的区别，因为水体和地体都阻挡光线的通过，也都阻挡天体的运行。张衡基于天地稳定性的似乎可以心安理得的思考，却给天地结构的真实性又蒙上了一层阴影。
其实，在张衡之前就有人提出过天地稳定性的重要机制。《黄帝内经·五运行大论》曾虚拟了黄帝与歧伯的一段对白：“帝曰：地之在下否乎？歧伯曰：地为人之下，太虚之中者也。帝曰：冯乎？歧伯曰：大气举之也。”这清楚地表述了地体居于虚空之中，凭借着大气的托举而不致坠陷的思想。《尚书·考灵曜》更认为地体可以在虚空中自由地升降、四游。张衡显然认为大气固然在维持天地的稳定性上可以起一定的作用，但还不足以托举如此厚重的地体，所以，需要另寻其他的制衡机制。
也在张衡之前，已有天地表里有水的论述。两汉之际的另一部纬书《春秋·元命包》就说过：“水者，天地之包幕。”[12]大约这前后的一部著作《黄帝书》中也有“天在地外，水在天外”[3]之说。 这些大约给张衡很大的启示，遂有天地“载水而浮”之说出。
张衡此说得到后世不少浑天说的守护，一直到五代邱光庭才打开了第一个缺口。邱光庭在《海潮论》中指出：“天以乘气而立”，“天周于气，气周于水，水周于地”[5]。他虽然仍保持地在水中的旧说， 但却把水体缩小，在天和水体之间加进一层刚气，而且取消了天外之水，以气取代之。邱光庭此说必定受到佛家有关理论的影响。早在东晋佛陀跋陀罗译的《华严经》中就有“大地依水轮，水依风轮，风依空轮”[ 13]之说。邱光庭大约只是引此以修订张衡的旧说。
入宋以后，邵雍、张载、程颢和程颐兄弟等著名的思想家都不约而同地申述“地在气中”[14]的思想。他们不再认为水是地体的载体，而认为水是地体的一个组成部分。他们认为天与地直接相依托足可以保持天地的稳定性。这些观念无疑是对张衡浑天说的重大改造。经由南宋朱熹等人的提倡，地在气中的观念才终于替代地在水中的旧说，成为浑天家中占主导地位的流派，但是地在水中之说的影响依然存在，仍为一些学者所崇信。
朱熹本人也曾是地在水中说的拥护者，他曾认为：“地之下与地之四边皆海水周流，地接水，上与天接，天包水与地”[15]。这说明地在水中说的顽固性，连地在气中说的积极提倡者也曾受到它的侵蚀。宋元之际鲍云龙认为“天包地外，浮之于水”[16]，并以此说同地在气中说论者抗争。也是宋元之际的王应麟在《六经天文编》中引黄氏之说认为：“土石之外，水接于天，皆为地体”，这虽然承认地体由土石水组成，但还是变相地把水作为土石的载体，而且占满了天球的下半部。元代赵友钦仍坚持：“天体如鞠，内盛半水而浮板水上，板譬则地也。”[17]明代王可大在《象纬新篇》中也坚持“地在天内，浮于水上”之说。明代王润玉在《海函万象录》中则认为天地之状犹如“猪尿胞盛半胞水，置一大干丸在内”，他虽然主地圆之说，但还是坚持地在水中。及至清代杨光先仍然认为：“天之一气浑成如二碗之合，上虚空而下盛水，水之中置块土焉，平者为大地。”[18]由之可见，自宋末及清初，地在水中说虽然已降居次要的地位，但仍是不容忽视的思想流派。
3 地平还是地圆
地平乃是中国古代占主导地位的地形观。周髀家盖天说认为“天圆如张盖，地方如棋局”[3]，这当是地平观的早期描述。 宣夜家对于大地的形状未曾论及。东晋虞喜《安天论》有天地“当相复冒，方则俱方，圆则俱圆，无方圆不同之义也”[3]，但地形究竟是方是圆， 虞喜却未作正面的回答。张衡在《灵宪》中明言地“平以静”[4]。 而在《浑天仪注》中，张衡虽指出：“天如鸡子，地如鸡中黄”[3]， 但此说被后世大多数浑天家理解为指天地的相对关系而言。元代赵友钦的说法就颇具代表性：“地在天内，天如鸡子，地如内黄矣。然天体极圆，乃取以为譬者，非取其形之肖，特以比天包地外而已。”[17]
地为曲面是中国古代的又一种地形观。《周髀算经》盖天说的“地法复盘”，刘宋何承天的“地中高外卑”[19]，唐代李淳风的地“中高而四”[20]，五代邱光庭的“地形中耸而边下”[5]， 南宋朱熹的“地形如馒头”[15]，等等，都是这种地形观的明确表述。显然此说是由中国地形西北高、东南低的特点立论的。对此，地平说论者不以为然，如南宋李如箎就指出：“以天之高远，地之深厚言之，山嶽河海之为高下曾几何也！升乎宇宙之表而下视之，吾见其平之如饼矣。”[21]即认为地形西北高、东南低，只是一种微观的景象，不足以改变地平的宏观形势，而且这种高低的特征，可以用地平面西北向东南略微倾斜来解释。这大约是地为曲面说只是中国古代地形观的一个支流，而未对地平观构成严重威胁的主要原因之一。
中国古代也有地圆思想的出现，它们或受到外来地圆说的刺激和影响，隋唐和元明时期是如此，明末西方传教士东来以后更是如此。中国古代的地圆思想，又有从中国传统天文学内部发生、发展的机理存在：张衡的“天如鸡子，地如鸡中黄”之说，也曾被中国古代少数学者理解为天与地的形状的论说；中国古代传统的天、地四游说亦可推衍出地体“周匝亦当浑圆如天”[22]；传统的地体暗虚月食论的发展则是导引出地圆说的重要途径。如果说在宋代以前中国古代的地圆思想还仅仅是偶尔迸发的火花，那么，南宋末年以后，一批学者从不同的途径阐发地圆思想，已形成一股不容忽视的思潮[23]。可惜这些地圆思想的提出，多缺乏必要的、合理的和有说服力的具体论证，所以，还不足以动摇根深蒂固的地平观。
自宋末至清初，地平观仍稳居主导的地位。除前已述及的李如箎、赵友钦、杨光先等人的地平说之外，论者比比皆是。如元代陈致虚在《周易参同契》注中也赞同赵友钦的地平说。明代张九韶认为：“地形正方如博骰”[24]。明代朱载也认为：“天体又似薰被香毬，中有机者，盛灰埋火处，即同地耳，毬虽转而地常平也”[25]，等等。其中，杨光先对于地圆说和地在气中之说还提出诸多质疑[18]：关于前者，他的责难是：“（地）毬上国土人之脚心与毬下国土人之脚心相对，……竟不思在下之国人之倒悬”；“夫水天下之至平者也，不平则流，平则止，满则溢，水之性也。果大地如圆毬，则四旁与在下之国土洼处之海水不知何故得以不倾？”。关于后者，他的问题是：“（地）如以为浮于虚空，则此虚空之大地必为气之所鼓，运动不息，……则上下四旁之国土、人物随地周流，……人之与物亦不成其为安立矣。”杨光先的这些担心和疑虑，也许正是古人宁可相信地平说和地在水中说的认识论上的主要原因之一。
4 单层天壳说和不健全的多重天说
周髀家盖天说认为日月与恒星天球同处于一层天壳之上，并以磨蚁之喻来说明恒星天球的周日运动和日月自西向东运行的现象：“天旁转如推磨左行，日月右行，随天左转，故日月实东行，西天牵之以西没。譬之于蚁行磨石之上，磨左旋而蚁右去，磨疾而蚁迟，故不得不随磨以左迴焉。”[3]这是关于单层天壳说的早期论述， 但对后世却产生了巨大的影响。
关于日月与人的距离有远近的观念，大约始于西汉晚期。这时人们在解释日食的成因时，提出“日食者，月往蔽之”[26]之说，这自然是以月在下、日在上的观念为前提的。东汉早期，李梵、苏统等人还明确指出月亮与人的距离还不是恒定的，他们认为月亮运行有迟有疾，“乃由月所行道有远近出入所生”[27]。这些都为打破单层天壳说奠下了观测与理论基础。
宣夜家认为“天了无质”，“七曜或逝或往，或顺或逆”，“迟疾任情，其无所根系者可知矣。”[3] 这是打破单层天壳说的一个十分重要的理论发展方向，可惜它仅停留在思辩的、定性描述的水平上。
打破单层天壳说的另一尝试是多重天说的提出。张衡在《灵宪》中指出：日月五星“周旋右迴。天道者贵顺也，近天则迟，远天则速。”[28]张衡认为日月五星在恒星间是自西向东运行的，而且把它们运行速度的快慢同它们与天（也可以说与地）距离的远近联系起来，当离天近（亦即离地远）时运行慢，当离天远（亦即离地近）时运行快。张衡还认为天（即恒星天球）是自东向西运转的，它有一种牵动日月五星也自东向西运转的效应，当日月五星离天近时这种效应大，远时小。所以，日月五星的运行“近天则迟，远天则速”。这里，张衡继承并发展了李梵、苏统关于月亮运行迟疾与月亮离天远近相关的思想，作为他建立多重天说的重要依据。
至迟到西汉时期，人们已经知道日月五星平均运动速度的快慢依次为：月亮（每天行12度余），水星、金星和太阳（每天行1度）， 火星（每天行约0.5度），木星（每天行1／12度），土星（每天行1／28 度）。由此，我们可以认为张衡的上述论说包含有日月五星离地有远有近，其远近的次序为土星，木星，火星，太阳，金星和水星，月亮。如果再加上恒星天球，便可大略认为张衡似已提及了日月五星以及恒星分居于离地各不相同的8个层面上的理论， 这无疑是张衡打破单层天壳论的重要尝试。不过这一理论还存在如下明显的缺欠：
其一，它只是一种定性的，而且带有思辩性质的论述。人们显然不能依此理论对日月五星运动的具体状况进行有效的描述。实际上，中国古代对于日月五星位置的推算，是依据与该理论基本无关的思路与方法实现的。
其二，自西汉以来，中国历家一直认为水星和金星的恒星周期均为一年，即它们同太阳一样都是平均每日行一度。两者之间的不同仅在于太阳运行的速度基本上是均匀的，而水星和金星运行的速度是很不均匀的。由此，若依张衡的上述理论而得的推论应是：太阳沿圆形轨道绕地而行，水星和金星绕地运行的轨道时而在日道内，时而在日道外，而在一年内，它们的平均运行轨道则与日道等同。这里还要顺便提及月行轨道的状况，依张衡的上述理论，月亮将以一近点月为周期，沿一椭圆形轨道绕地运行，因为张衡已经知道月行迟疾变化（从每天运行11度余到13度余不等）是以一近点月为周期的。
其三，中国古代一直将五星的视运动当作真运动看待，而五星视运动表现为顺行（在恒星间由西向东）→留（与恒星运行同步）→逆行（在恒星间由东向西）→留→顺行等十分复杂的状态。由此，若依张衡的上述理论推论，五星时而在恒星天球之内（顺行时），时而在恒星天球之上（留时），时而在恒星天球之外（逆行时），它们与大地的距离变化不定，沿着几乎没有规则的轨道运行，从而也就打乱了五星运行层次论的含义。
这就是说，张衡上述理论除了对于日、月和恒星天球有明确的轨道与层次观念之外，对于五星则几乎是一团乱麻，很难理出轨道的形态，充其量也只能说，从五星的平均运动而言，依稀含有远近不同的运行层面的意义。所以，张衡的多重天说是不健全的，十分脆弱的和很不严密的。
在张衡以前，战国时期的屈原在《天问》中就有“圜则九重，孰营度之”的提问，历代注家都认为此中含有九重半圆形（或圆形）的天层层相沓的意思。《淮南子·天文训》也有“天有九重”之说，也具相同的含义。这一思想虽然重要，但失之空泛。它和张衡的上述论说一样，在后世没有得到进一步的发展。
及至北宋，张载在《正蒙·参两》中提出了日月五星左旋的新说法，认为恒星每天自东向西运行一周天，日月五星也都是自东向西运行的，月亮、太阳（包括水星和金星）、火星、木星和土星每天运行分别比一周天少12度余、1度、0.5度、1／12度和1／28度。此说经由南宋朱熹等人的阐发，在儒者中产生了很大的影响。其实，这是从运动的相对性出发，对日月五星右旋说所作的简单改造（如右旋说认为太阳每天自西向东运行1度，同左旋说认为太阳每天自东向西运行一周天少1度，是等价的），当然，这是张载、朱熹等人关于日月五星真切运行状况的理念的反映。可是，依左旋说难以自然、有效地说明太阳沿黄道运行的事实，关于这一点古人业已指出。更为重要的是，右旋说所主张的日月五星运行速度，与我们现今的认识是相近的，左旋说所作的改造则大谬不然。于是，左旋说的一度盛行，使原本便已脆弱不堪的关于五星运行的理论更雪上加霜。
南宋朱熹也力主九重天说，他认为所谓九重天，“只是个旋风”，“只是旋有九耳”，“里面重数较软，至外面则渐硬，想到第九重，只成硬壳相似”[43]。此说与天体分居于与大地距离不等的不同层面的观念毫不相干，只是对屈原等人说法的一种理解。
总而言之，即便同西方古代的地心说相比较，中国古代关于天地结构的这四个方面的缺欠也是十分突出的。下面我们还想简要提及这些重大缺欠所导致的一系列天文学理论上的误区。
地在水中，而且水居天球之半，这势必造成天体沿天球作圆周运动理论的难以克服的困难。虽然东晋葛洪有太阳可运入水中的强辩，终难以服人，遂使一些学者转向主张天在上、地在下的盖天说，或者提出地有穴道可供天体通过的奇思怪想。另一方面也误导出诸如唐代卢肇所主张的太阳出入海中激荡而成潮汐的新谬误。
地在水中，而且水居天球之半，以及过大的地体（即使取地在气中之说），都造成月受日光而发光理论和地影遮掩月亮而月食理论的难以克服的困难。因为太阳光难以通过水面照及月亮，以及过大的地影在大部分时日里都将遮掩月亮而发生月食，这有悖于月食并不时常发生的事实，反过来则要否定地影遮掩月亮而月食理论的正确性。这些也就滋长了月亮自发光说，光线可沿曲线行进说，阴阳消长月食说，月食是由太阳自身存在的暗影造成的等等错误理论的蔓延。
平直方正的地形观也使地影遮掩月亮而月食的理论不能成立，因为人所共见遮掩月亮的阴影是呈圆弧形的。地平观还使唐代一行等人在已经实测得子午线1度长度的情况下，无由导出地球大小的结论。
最后还要指出的是，中国古代天地结构理论的重大缺欠给诸多天文现象的合理解释造成的困难，也往往反过来促使人们对天地结构理论的反思，地径与天径之比缩小的趋向，地在气中说的崛起，地圆思想的阐发，单层天壳说向多重天说的演进，等等，与这种反思都不无关系。
收到文稿日期：1996年4月20日