与其他古老文明相比，黄河流域孕育的华夏文明是最独特的，绵延5000年，从未中断。华夏文明也有着举世瞩目的科技成就，譬如四大发明、景德镇瓷器、长城、浑天仪······在中国古代形成了农、医、天、算四大学科，中国古人很早就开始研究天是怎样的？天和地的结构是怎样的？

你应该听说过“女娲补天”的故事，水神共工撞倒了支撑天的不周山，天塌地陷，女娲为了世间生灵，用五彩石补天。这个神话故事至今仍在流传。但神话终究是神话，没有科学性。与西方希腊人一样，中国古人最终也突破了神话的束缚，开始在实践中、在理论上对天地（宇宙）结构做出一定的解释。

宇宙三说

中国古代主要有三种宇宙结构理论，盖天说、浑天说、宣夜说，合称“谈天三家”。

按时间顺序来说，盖天说是我国最古老的宇宙理论。西汉成书的《周髀算经》是盖天说的代表作，书中有记载：“天圆如张盖，地方如棋局。”这是盖天说最初的主张，也就是说天是圆的，地是方的，天像一个扣着的伞盖一样覆盖在棋盘般的大地上。

                                                       图4.1 《周髀算经》序

后来盖天说做了改进，认为天像圆形的斗笠，地像倒扣的盘子，天地之间相隔八万里。日月星辰都在天上做圆周运动，不会转到地面上来。但是这样就有了疑问，我们每天都会看到太阳东升西落，既然太阳还是在天上转动，那它转到哪去了呢？盖天说认为太阳根本就没有东升西落，我们看到的东升西落只是相对于我们的位置而言的，太阳西落就意味着它转到了我们看不到的地方。但这种解释是经不起推敲的。

                                                       图4.2 “盖天说”模型

盖天说之后，落下闳、张衡等人提出了浑天说。张衡在其《浑天仪图注》中说：“浑天如鸡子，天体圆如弹丸。地如鸡中黄，孤居于内。天大而地小，天表里有水，天之包地，犹壳之裹黄。天地各乘气而立，载水而浮。”意思就是说，天和地的关系就如同蛋白和蛋黄的关系一样，天是个球形的，天比地大，地包在天中、浮在水上。这里需要注意的是，浑天说中所说的“地如鸡中黄”，引起了一阵争论，有人认为它所说的地球就像蛋黄一样是球形的。但这里并不是指地也是球形的，而是指的它与天的一种包含关系。实际上，浑天说认为的大地和水面都是平面、圆形的。

                                                        图4.3 “浑天说”模型

注1：中国古代一直没有“大地是球形的”的概念，他们没有像希腊人一样去系统的观察帆船远行时能否看到桅杆的这样的现象，也或许是他们根本没有意识到这个问题。直到16世纪明朝末年，西方传教士利玛窦来到中国，人们才第一次从他那里知道大地是球形的。

用浑天说来解释日月星辰的运行是要比盖天说更加符合实际情况的。天是个完整的球形，称为天球，日月星辰附着在天球之上。大地是个平面，在白天，太阳从地平面之下的那部分天球处升起来，星星就转到了地平面之下；在黑夜，太阳又落到地平面之下的天球上，星星就转了上来。周而复始，我们就能看到日月星辰的东升西落。

与浑天说差不多同时趋于成熟的是宣夜说。之所以叫“宣夜说”是因为当时的天文学家要观测天象，常常闹到半夜也不睡觉，即为宣夜。这从侧面也反映了提出宣夜说的那些天文学家的亲身实践精神。宣夜说认为天的本质是虚空，日月星辰都自由浮在虚空之中，是“气”在控制着它们的运动。天是无形无体的、无色的、漫无边际的，人们眼中的圆圆的蓝天，只是一种视觉上的错觉，实际上蓝色并不是天的颜色；人们看到的天有一定的形体和质地，是因为天太高、太广阔了，也是人们产生的错觉。

宣夜说描绘的是一幅日月星辰在无限空间运动的壮阔的宇宙图景。与浑天说或者盖天说相比，它更加接近于真实的宇宙。遗憾的是，宣夜说并没有对天体运动的规律作进一步的具体论述，而只停留在思辨研究的水平上，在当时浑天说与盖天说相互论争的背景之下，它注定要被边缘化。没有多长时间，就无人再关注了。

千年的论争

在你闲着无聊，看古装剧的时候，你经常会听到“天下”这两个字吧！古代中国人一直认为天在地的上面，对地上的人间总是称为“天下”。这是一个强大的传统观念，盖天说就是这样的一种观念。当浑天说出现之后，才第一次从理论上而不是从思辨上把天从地上方整个的扩展到地下面。它撼动了中国古人已经惯性式的思维，在当时能提出这样的理论，是需要勇气和胆量的。

浑天说提出后，立刻遭到了一些盖天说学家的反对，甚至还惊动了当时的汉武帝。主要是当时在修订历法，以落下闳为代表的浑天说学家和以司马迁等为代表的盖天说学家产生了很大的争执，以至于修历工作进行不下去了。后来汉武帝命令他们分别制定自己认同的学说体系下的历法，谁的历法更符合事实，就认为谁的正确。最后得胜的是浑天说学派的人，于是汉武帝就采用了落下闳的历法。司马迁是保守的盖天派，仍然反对新历法，所以他就被汉武帝处于除以宫刑，这也就是“司马遭刑，而作《史记》”的原因。

在此后的一千年中，浑天说与盖天说一直争论不断，任何一方都无法说服另一方，但总的来说是信奉浑天说的人数要多一些，所以浑天说也就站到了更加权威的位置。既然这两种学说都有所优劣，互不相让，那能不能把这两种学说合在一起，取长补短呢？事实上，确实有一些天文学家——比如汉代赵爽、南北朝的信都芳、宋代的李冶——都曾主张“浑盖合一”的观点，形成了一种“浑天盖地”的折中思想，也就是采用了盖天说对“大地如倒扣盘子”以及浑天说对“天是球形的”的说法。

明朝末年，西方“大地是球形”的观念传入中国，再次将浑盖之争推向风口浪尖，当时一些编纂《明史》的学者甚至搬出了浑天说中“地如鸡中黄”的旧说，就是想证明中国古人早就知道地是球形的。但这也只是为了维护浑天说的地位所做的最后的挣扎罢了。随着哥白尼日心说的传入和普及，浑天说和盖天说最终同时被更科学的天文体系所取代，浑盖两派的千年之争也就逐渐退出了历史舞台。

功利性的天文学

杞国有人忧天地崩坠，身无所寄，废寝食者。又有忧彼之所忧者，因往晓之曰：“天积气耳，亡处亡气，若屈伸呼吸，终日在天中行止，奈何忧崩坠乎？”其人舍然大喜，晓之者亦舍然大喜。

                                                                                                             ——《列子·天瑞》

上面这段话就是说，杞国有个人非常担心天塌下来，地陷下去，废寝忘食，最后得了抑郁症。他有一个朋友担心他，就跟他说，你不用担心，天只不过是气的充积而已，天地之间无处没有气，人在地面上活动呼吸，其实就等于在天中一样，怎么用得着担忧天崩下坠呢？那人听了以后再也不担心天上和地下的事情了。这就是“杞人忧天”的故事。

                                                             图4.4 杞人忧天

实际上，“杞人忧天”的故事就折射出了中国古人对于实用主义的偏爱。只要不天塌地陷，就不关我的事情，就不会去在意这件事情是否重要。著名的“李约瑟难题”就曾发问：为什么在公元前1世纪至公元15世纪之间，在把人类的自然知识应用于人的实际需求方面，中国文明要比西方文明有效得多？这也充分体现了中国的科技基本上是以实用为目的发展的，中国的天文学亦是如此。

中国古代天文学有着鲜明的实用目的——为政权、农事服务，观测天象，制定历法。天文学是一门“官学”，在民间是不允许去独自研究天文的。历朝历代都设有专门的天文机构，如太史局、司天监、司天局、钦天监。如果你去过北京故宫，在太和殿两旁，你会看到两样东西——日晷、嘉量，日晷代表的就是天文学以及其制定历法的重大使命。

天文学家受命于皇帝，所以古代经常会有皇帝干预天文研究和历法的制定，甚至有时皇帝还会根据自己的喜好随意更改。例如，南朝梁武帝喜欢盖天说，不喜欢浑天说，就召开御前会议，让众人一致同意使用盖天说。

正因为中国古代天文学为政治和民生服务，所以它在一定意义上并未追求客观规律，它更多的体现的是一种人们的行为、生活指南。同时中国古代在数学上重视代数、轻视几何，也使得中国天文学注重实用性、经验性，而缺乏理论性，这也使得中国历法编制缺乏理论体系支撑，浑天说和盖天说论争不断，不得不一再修改历法甚至另起炉灶。另外，在天象观测方面，古人只注重经验性的实用，侧重实际位置的推算，而并不注重体系结构和运动理论的建立，这一正是我国古代、近代并没有出现托勒密、开普勒这样的人物，也没有出现行星运动三大定律这样的理论。