江户时期日本的测量技术研究——以伊能忠敬为例，本文主要内容关键词为：日本论文,为例论文,技术研究论文,测量论文,时期论文，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。
中图分类号 N091∶P1-091 文献标识码 A 文章编号 1000-0224(2014)02-0223-16 修回日期：2014-04-16 1 导言——伊能忠敬研究概述 伊能忠敬(1745～1818)，又名三郎右卫门、勘解由，字子齐、号东河。伊能出生于上综国山边郡(江户时名，今千叶县山武郡)，其父原姓神保，忠敬原名小关三治郎，长大后入赘到伊能家，改姓伊能，取名忠敬。他是江户时期(1603～1867)著名的测量学家，自1800年(宽政12年)到1816年(文化13年)，历经17年，足迹遍布日本全国，绘制成日本历史上第一张准确而完整的《大日本沿海舆地全图》。他留下了28册之多的测量日记②，详细记载了每一次的测量经历、测量中使用的技术和仪器等。 伊能的名字，明治时期就已载入日本教科书，成为人们关注和研究的重要历史人物之一。在日本，研究他的文献和著作非常多，按内容大体可分为以下五类。 第一类：整理和研究伊能测量日记的著作。这方面的资料最早出现于1870年(明治3年)，今日东京大学前身的大学南校整理出版《大日本沿海実測録》共13卷，这为后人研究伊能奠定基础，提供了诸多方便。另有伊能登《伊能忠敬附測量日記》(1911)和藤田元春《伊能忠敬の測量日記》(1941)、佐久间达夫《伊能忠敬測量日記》(1998)等为后人研究和整理伊能测量日记提供了翔实的依据。 第二类：研究伊能测量技术和仪器的专著。考察伊能测量技术和仪器的研究中时间最早，而且最有权威性的著作是由长冈半太郎监修、大谷亮吉完成于1917年的《伊能忠敬》一书。该书由长冈作序，其弟子大谷于1908年受长冈和日本帝国学士院的委托，考察伊能《测量日记》中的实测资料，并研究其测量仪器的构造等经9年写成②。长达766页的大谷著作成为伊能研究者们首选的参考文献，但该书已成绝版，很难入手，笔者参阅了日本国会图书馆所藏资料。该书中引文多用伊能原文，晦涩难懂，解释测量仪器构造方面的术语有些过于专业化，使读者理解起来较费功夫。20世纪70年代以来又有学者研究伊能的测量技术和仪器，较重要的有保柳睦美等编《伊能忠敬の科学的業績日本地図作製の近代化への道》(1974，1980，1997)一书。其内容包括“伊能図の意義と特色”(保柳睦美)、“伊能忠敬の全国測量の概要と陰の功労者”(保柳睦美)、“大谷亮吉編著《伊能忠敬》の日本測量について”(増村宏)、“伊能忠敬による緯度1°の距離測定の新投影法の考案”(保柳睦美)、“伊能忠敬の全国測量と経度問題”(广濑秀雄)、“伊能特小図と特殊中図”(保柳睦美)、“明治以後の日本の社会と伊能図の存在”(保柳睦美)等11篇论文，利用原始资料，对伊能测量方法，制图特色进行详细解释，较详细探讨了伊能的测量技术和仪器。书后又添附了一些重要测量仪器的解说和测量年表，并纠正和指出大谷著作中的诸多错误③。 第三类：伊能绘制地图的搜集和整理工作。在日本国会图书馆以及千叶县和名古屋等地区均收藏伊能绘制的地图。日本学者又发现了收藏于法国和美国的伊能地图。在渡辺一郎《伊能図大全》(全7卷)中全面收录伊能地图并介绍了各地收藏的详细情况。另外，渡辺一郎、铃木纯子著《図説伊能忠敬の地図をよむ》(2000年初版，2010年第2版)是了解伊能地图全貌的一本入门书，深受读者喜爱。在其2010年版中又增加了美国议会图书馆所藏207张、日本历史民俗博物馆2张、日本海上保安厅海洋情报部147张、东京国立博物馆3张等新发现的伊能地图。 第四类：研究伊能生平的著作。这类研究中较早的有西胁玉峰编著《伊能言行録》(1913)，书中通过分析伊能的言行记录，探讨了他的生平及治学之道。有关伊能生平相关著作中比较权威的有数学家兼科学史研究者今野武雄的《伊能忠敬》(1958，1977，2002)一书。为写此书，今野特地到伊能的家乡佐原进行实地考察，参考了当地收藏的一手文献和研究资料，如佐原计理事务所海野正造所著《偉人伊能忠敬翁とその子孫》、《水戸藩騒動天狗派余聞佐原騒擾の真相》等④。他充分利用这些文献，全面分析伊能的生平及其生活的时代背景，为后人了解伊能生平提供了可靠的史料依据。书中又大量参考大谷亮吉的引文，将那些难懂的古文用现代日文进行解释，写成了通俗易懂的伊能生平专著。此外又有伊藤一男《新考伊能忠敬—九十九里から大利根への轨跡》(2000)和渡部健三《伊能測量隊，東日本をゆく》(2001)、渡辺一郎《伊能忠敬測量隊》(2003)等研究伊能生平的著作。伊藤书中首次对伊能的幼年时期进行详细的描述，又介绍其克服重重困难进行全国测量的具体情况。渡部书中用简明易懂的文字讲述伊能生平，详细介绍日本北海道、东北、北陆地区的测量情况，又评述了其天文历法的研究成果。渡辺的著作详述伊能生平，首次全面考察了测量队员和家庭成员对他的影响。 第五类：伊能相关科普类著作。此类著作有10部以上。在伊能家乡日本千叶县香取市佐原建有“伊能忠敬纪念馆”，详细介绍伊能的生平和科学贡献，又展览其使用过的测量器具等。作家井上久写的系列小说《四千万歩の男》(1993)使伊能成为国民英雄。渡边一郎于1994年倡议建立“伊能研究会”，每年在日本各地开展纪念活动。“研究会”整理伊能研究资料，陆续出版名为“伊能忠敬研究”的学术期刊，通过新闻报道宣传伊能的测量工作，为推广伊能研究做出了贡献。 综上所述，在日本，出现了诸多研究伊能的文献和著作，但却没有出现任何探讨其测量工作中来自中国的影响，以及跟同时期中国测量之间的比较研究。在中国也没有出现任何介绍伊能生平或测量相关的论著。鉴于伊能的天文历法知识和汉译科学著作有密切联系，而其地图绘制和测量技术等又和同时期中国的测量工作有着重要的可比性，在下文中作者参考伊能测量日记、相关日文原典和研究资料的基础上，介绍伊能的天文历法学习和进行测量的时代背景，力求开创中日近代测量学比较研究的崭新篇章。文中主要考察江户时期历法改革的历程及其对伊能的影响，尤其探讨传入日本的《授时历》和《历象考成》等中国历法著作和汉译科学著作对他的影响，并通过探析其进行测量的背景，将其和17世纪清代大地测量的背景进行对比，考察二者之间的相同之处。又通过介绍伊能使用过的一些测量仪器和进行天文观测所得的成果等，综述伊能的测量工作和所绘地图在江户末期和明治时期日本产生的重要影响。 2 伊能忠敬及其天文历法的学习 伊能忠敬幼时的资料不多，仅记载喜好医学和数学，13岁时曾向寺庙僧人学算盘等传统数学知识，可能就是类似私塾的“寺小屋”⑤；稍大后，又向家乡一位医生学习医学和经书等[1]。作为测量学家、历算学家，伊能忠敬是一位大器晚成的学者，50岁之前经营家族生意，基本是以商人的身份进行各种活动。1793年(宽政5年)，伊能和朋友到关西地区游玩，游览各地风土人情，记录所见所闻，留下大量旅游日记，特别是记录了所到之处的方位角⑥、天体观测或地图绘制中实有的纬度等[2]。50岁之后，伊能将家业交给两个成年的儿子，过起隐居生活。主要原因来自伊能对历算知识的强烈渴望。此时伊能在江户(今东京)和京都地区购入历算书籍，潜心学习，又进行天体观测，已不再过问家族生意[1]，22页。 伊能毅然不顾家族生意，全心投入研习天文历法，除了个人的兴趣爱好之外，和当时江户幕府提倡天文历法研究也不无关系。当时日本流传着“一流的学者研究天文，观测日食和月食”的说法[1]，8页。伊能同时期的日本出现了三位著名的天文历法学家，分别是麻田刚立(1734～1799)、高桥至时(1764～1804)和间重富(1756～1816)，他们对伊能产生了非常重要的影响，和伊能有着直接的师承关系。而当时的天文历法研究的昌盛主要和改历活动有着密切的关系。 2.1 江户时期的历法改革运动 江户时期共出现过四次较大规模的历法改革运动，改历后使用的历法依次是《贞享历》(1685～1755)、《宝历历》(1755～1798)、《宽政历》(1798～1844)和《天保历》(1844～1872)，这个时期天文历法研究出现了非常繁荣的景象。从年代来看，前三次的改历活动和伊能生活的时代有着密切的关联。 日本在江户时期实施第一次改历之前一直沿用公元862年从中国传入的宣明历。宣明历由徐昂编制⑦，在唐代行用期间为821～891年，是唐代使用时间最长的一部历法⑧。传入日本之后，自862年开始，一直到17世纪江户时期，共使用期间长达823年之久，产生的误差也越来越大。宣明历的误差迫使幕府政府进行改历活动。 日本南蛮学时期(16～17世纪)由西方传入了一些零星天文学知识，在江户时期没有产生多少影响。1630年左右，幕府开始实施禁止天主教而开始闭关锁国时期⑨。在历法方面，主要根据来自中国的历法著作《授时历》制订历法。这个时期关于《授时历》研究的著作非常多，近70余种，比较有影响的是中根元圭(1662～1733)的《授时历经俗解》、关孝和(1642～1708)的《授时历立成》、建部贤弘(1664～1739)的《授时历解义》、本多利明(1743～1820)的《补授时历》等。 江户时期著名天文学家涩川春海(1639～1715)具有很深的汉学功底，1659年据《授时历》计算中国、日本和四国地区的经纬度，又据实际测算结果制订新历法，上呈给幕府。因起初涩川未考虑中国和日本的经度差距，所以所著历法误差较大，未能受到幕府重视[3]。后来涩川重新调整时差，使所编历法臻于完善，终于得到幕府的信任，于1685年(贞享2年)开始得以实施，后被称作《贞享历》。 江户时期第二次的改历活动，《宝历历》的改革发端于德川吉宗(1684～1751)。吉宗得知传入日本的清朝历法《时宪历》应用了耶稣会传教士带来的西方天文历法知识，所以想实施类似于《时宪历》的历法。1746年(延享3年)幕府命天文官员着手改历，但吉宗突然去世，涩川家的历法制定权落入他人之手。幕府天文官员重新修订几次使用的历法便是《宝历历》(1755～1798)⑩，但它还不如原来的《贞享历》，预报日食月食频频失误，官员百姓的评价愈来愈差[4]。 此时，以松平信明(1788～1803)、堀田正敦(1755～1832)为中心，江户幕府再次掀起一场改历运动[4]，47页。当时幕府的天文机构“天文方”(11)中已无优秀的天文历法人才，所以聘请在民间知名度很高的高桥至时和间重富出任“天文方”和“历学御用挂”等职，加入到改历运动中。高桥和间的老师是宽政年间赫赫有名的天文学家兼医学家麻田刚立。麻田通过学习《崇祯历书》，自制望远镜和反射镜，实际观测天象，是日本历史上最早的理论联系实践的学者。其学风又传给学生高桥至时和间重富，继而又影响了伊能忠敬。麻田利用从荷兰进口的高倍率格雷戈里(James Gregory)式反射望远镜观测月表，成为日本历史上最早记录月球表面的学者[5]。高桥和间在麻田的指导下共同研究《崇祯历书》、《历象考成》(上下编)等耶稣会传统的天文历法著作，掌握了较高水平的天文学知识[1]，15页。 两部书中包含第谷(Tycho Brahe，1546～1601)和开普勒(Johannes Kepler，1571～1630)等西方学者的天文学知识。两部书均遵从第谷体系，以地球为坐标中心，用本轮和均轮解释日、月和行星的轨道运动。虽然开普勒采用日心学说，但《崇祯历书》在清初被改编成《新法历书》(即《时宪历》)得以继续使用时，来华耶稣会士们并没有采纳日心体系。 高桥等于1797年(宽正9年)改历成功，翌年开始施行新历。宽正改历的独到之处在于，他们采用了开普勒的椭圆轨道学说，这在当时是最先进的天文知识。但椭圆轨道理论只适合日月运动，却无法很好地解释较为复杂的五星运动，所以高桥解释五星运动时仍然采用本轮和均轮的运动理论，对于他们来说，行星运动仍然是需要解决的课题[4]，75页。 2.2 伊能拜师及其天文历法的学习 高桥至时于1795年到江户任职，而伊能忠敬也几乎同时到达江户[4]，51页。此时的伊能正在自学从中国传入的《授时历》，发现其中很多天文记录和数据不符合实际的天文现象，便怀疑《授时历》知识的可靠性，当他将疑问请教当时江户的多名学者，竟无人给出合理的解释，只有初到江户的高桥给出令他满意的明确答复，所以伊能决定拜小于自己将近20岁的高桥为师[6]。经多人介绍，51岁高龄的伊能方能成为32岁的高桥的弟子[7]，由此可见伊能学习天文历法知识的真诚和执着。 如前所述，日本1720年(享和5年)缓和禁书令之后，《崇祯历书》、《梅氏历算全书》、《历象考成》、《数理精蕴》等汉译西方历算著作陆续传入日本。由于推算编制历法的实际需要，江户时代历算家们一方面实测符合日本地理位置的天文常数，一方面利用中国传统方法进行实际推算。这些书中的测量知识也对江户时期的测量技术产生了深远影响。 伊能的老师高桥至时还撰写了《(刪补)授时历交食法》。在伊能遗留的书稿中有写给女婿盛右卫门的一封信，信中写道[1]，10～11页： 一、京都注文暦書之件 古册便覧一册相届申候 暦算啓蒙当時切ものに来春出版の條相分り申候 一、律襲暦一、観象暦シメテ二部は御注文御失念と今以不被仰遣候 一、授時暦俗解 一冊後巻三冊シメテ四冊と被存候、中根元圭作。一同に御注文被仰遣可給候 御世話とは存候へども當時暦算にかかり居候間無據申遣候(下略) 其中《历算启蒙》和《授时历俗解》是前面论及的中根元圭的著作。高桥热情指导年长自己19岁的弟子伊能，让他学习历法入门课程《授时历》，之后再指导其学习《历象考成上下编》和《历象考成后编》等著作[2]，134页。高桥离开江户到京都时，就让间重富指导伊能。间给高桥的一封信中写道(12)：“伊能基本掌握《历象考成后编》的天文计算方法，也知道月食的计算，也逐渐掌握历法计算，也向间(重富)问起火星相关问题，1798年(宽政8年)观测到月食也有别于麻田获得的观测结果。”[7]，38页 由此可以获知，已是50多岁的伊能当时勤学苦读天文历法知识的情况。通过上述记载也可确定，伊能获取天文历算和测量技术的知识深受来自中国的《授时历》、《历象考成》等著作的影响。 3 伊能忠敬及其测量工作 3.1 伊能忠敬从事测量的背景 高桥等虽然完成了新历法《宽政历》，但是一直受到本轮均轮体系无法解释的一些实际问题的困扰，高桥认为若要完善历法，必须准确知道地球的大小，为此需要实际测量日本各地的经度和纬度[4]，76页。 地球的大小可以通过测量子午线一度的长度来计算。明末清初，传教士把地球观念引入中国时，也隐约认识到了地球本身可以为人们提供不变的长度基准，由《崇祯历书》而改编的《新法历书》(《时宪历》)中便有此思想，其中的“凡度相应之里数”的思想在清初康熙时进行的全中国地图测绘工作中得以应用。 1707年(康熙四十六年)开始的大地测量工作耗时10年完成了“皇舆全览图”。康熙皇帝于1711年(康熙五十年)曾“谕大学士等曰”： 天上度数，俱与地之宽大吻合。以周时之尺算之，天上一度即有地下二百五十里；以今时之尺算之，天上一度即有地下二百里。自古以来，绘舆图者俱不依照天上之度数以推算地里之远近，故差误者多。朕前特差能算善画之人，将东北一带山川地里，俱照天上度数推算，详加绘图视之。[8] 康熙所说的“天上度数”即是地球上的经度变化。可见子午线一度的距离，按康熙时的计算大约是200里，因当时每里为1800尺，即等于360，000尺，而每尺为0.317m，所以等于11，212.017984m，康熙“天上一度即有地下二百里”之说在《数理精蕴》中也有类似的描述[9]。 随着《崇祯历书》、《数理精蕴》等著作传入日本，康熙的“天上一度即有地下二百里”的比例测绘地图的思想也影响到江户时期的日本学者。18世纪末的日本人所知道的子午线一度的距离按当时的单位是25里、30里或32里等(13)，但任一数据均不可信[2]，137页。为此，高桥向幕府官员提出提案，为测出正确的子午线一度之长，应测量从江户到虾夷的距离[4]，76—81页。此时，虾夷地区正受到沙俄帝国的威胁[1]，25页。高桥的测量提案既可以测量江户到虾夷的距离，又可以制作该地的准确地图，所以江户幕府也出于政治防御的需要，便全面支持高桥的提案[4]，87～88页。 可见，伊能的测量工作肩负着两大重要使命：一是天文历法研究的需要，二是国防安全的需要。 3.2 伊能忠敬的十次测量 正是在这种背景之下，幕府决定找一位合适的人担任大地测量工作。伊能因其测量技术、指挥能力以及家族的财力，成为负责测量的首选人物[2]，139页。这是他负责测量工作的肇始。但因伊能出身不高，未能受到幕府的完全信任，所以第一次的测量工作还只是一种“测量测试”而已。这样，在1800年6月11日(宽政12年闰4月19日)，在幕府的命令之下，55岁的伊能带领弟子、儿子、佣人奔向虾夷地区开始了第一次测量工作[10]。他们从奥州街道向北行进，同年7月20日(旧5月29日)到达北海道箱馆，之后从那里出发，正式开始了虾夷地区的测量工作[4]，85～86页。 第一次测量共计180天，在虾夷地区滞留117天。在宽政12年11月上旬，据所测数据用大约20天绘制完成该地区的地图[12]，121～124页，受到幕府的高度评价，这激励伊能进行第二次的测量[4]，104页，主要以伊豆和日本东海岸为主。第二次测量结束后，伊能结合第一次测量的结果，绘制出大、中、小三种地图。将大图和中图进呈幕府，把小图送给江户官员堀田摄津守[4]，107页。第三次测量主要在东日本海沿岸进行。伊能对第一次海岸线实测结果多有不满之处，故欲重测海岸线，而此时幕府却认为，应该首先好好进行陆地测量[7]，86～87页。1802年7月2日(享和2年6月3日)，伊能接到从日本海岸陆奥-三厩到越前、从太平洋沿岸尾张到骏河的测量命令，以及观测8月份出现的日食的指令[4]，108页。此时伊能决定，将此次的测量结果结合第一、二次的测量数据，绘制一幅完整的东日本地图。伊能一行人7月10日(旧6月11日)开始进行测量工作[12]，175页，在途中按原定计划，8月28日(旧8月1日)准备观测日食，但因当天碰到大雾天气未能如愿以偿[10]，148页。10月28日(旧10月23日)完成测量，回到江户之后便着手绘制地图，但东日本全图未能绘完，只画了一份草图，于1803年2月6日(享和3年1月15日)提交给幕府[10]，145页。 1803年4月9日(旧2月18日)，伊能开始进行第四次测量，范围是骏河、远江、三河、尾张、越前、加贺、能登、越中、越后等地，历时6个多月，于1803年11月20日(旧10月7日)回到江户[12]，234～235页。在此过程中，伊能的老师高桥病逝，这对于伊能的测量事业和当时的江户幕府是莫大的损失，继承其职位的是高桥的长子高桥景保(1785～1829)[1]，22页。 伊能结合前四次的测量结果决定绘制东日本地图，最终在1804年(文化元年)画出69张大图、3张中图、1张小图构成了“日本东半部沿海地图”。将此图于同年9月6日通过“天文方”高桥景保等的名义上呈给第十一代将军德川家齐(1771～1841)[13]，16页。这些地图是通过实际测量和科学的测绘方法绘制而成的日本最早的地图。通过此图的绘制，伊能向幕府和世人证明了自己的天文历法和测量技术的卓越才能，成为幕府“天文方”下属的正式官员[4]，104页。 伊能1805年开始进行第五次测量，主要测量日本西部地区。因西日本海岸线很复杂，共分几次、历经11年才得以完成[4]，118～121页。第五次测量时幕府向各地发出通告：“天文方高桥作左卫门手附手传：伊能堪解由(高桥作左卫门弟)、高桥善助、同下役二人、同内弟子四人、右者此度测量为御用，东海道中国筋、四国、九州、壹岐、对马迄罢越候地区在二月下旬从江户处发，另出文详订具体测量事宜。”[1]，71页 这是伊能第一次以幕府官吏身份进行测量。幕府不仅向各地官员发出通告，在人力、物力方面也给予大力支持。1808年2月21日(文化5年1月25日)伊能领着众人进行第六次测量，主要是日本四国地区[13]，146页。之后进行了围绕九州地区的第七次测量，开始于1809年10月6日(旧8月27日)[13]，172页。1812年1月9日(旧11月25日)开始进行第八次测量(九州第二次)[14]。1814年进行第九次测量(伊豆诸岛)，历时2年，于1816年5月8日(旧4月12日)回到江户[13]，238页。伊能的第十次、也是最后一次测量，主要实测江户府面积的大小[10]，185页。此时伊能已经是71岁高龄的老人了。结束第10次的测量，终于开始着手绘制全日本地图，原计划于1817年完成的地图却推迟了几年才绘制完工[13]，252页。其原因是伊能等人当时还不太了解地图投影法的理论，将零散的各地区地图结合在一起，一直无法准确绘制一幅完整的全图。此时，伊能又开始研究新的投影法技术[13]，252～254页。 但是伊能终因多年的长途跋涉，积劳成疾，未完成全图绘制前便于1818年5月17日(文政元年4月13日)病逝[2]，189页。因还未完成绘制全国地图的幕府命令，弟子们隐瞒其死讯，以高桥景保为中心继续伊能的工作，历经3年于1821年终于完成了《大日本沿海舆地全图》上呈给幕府(图1，图2)，在同年9月29日(旧9月4日)，举行了伊能的葬礼[10]，191页。
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