xml地图|网站地图|网站标签 [设为首页] [加入收藏]
来自 历史 2019-05-02 00:57 的文章
当前位置: 7276.com > 历史 > 正文

陶寺中期小城大型建筑基址IIFJT1实地模拟观测报

  1、甘桑测量  

    2003年~2005年,中国社会科学院考古研究所山西队与山西省考古研究所、临汾市文物局合作,为了完成“中华文明探源工程”预研究和第一阶段的重点聚落研究任务,发掘了陶寺中期小城大型建筑基址IIFJT1[①]。其半圆形特殊形制,引起学术界对其功能的特别关注。作为发掘工作的主要担纲者,我队始终推测台基的功能是集观象授时与祭祀于一身。台基的核心是由夯土观测点遗迹和夯土柱缝遗迹构成的天文观测建筑仪器系统,总计13个柱子、12道缝隙,面向东北至东南。我们根据考古遗迹推测,陶寺时观测者身子直立立足于观测点直径25厘米的核心圆上,透过特定的柱缝观测早上日半出或日切崇峰山巅时是否在缝正中。如果日半出或日切在某缝正中,则是陶寺历法中某一特定日子。比如看到东2号缝正中日半出崇峰一山头,就是冬至;假如在12号缝正中看到日半出山脊就是夏至。

 

    为证实我们观象授时的假设,自2003年12月22日冬至至2005年12月22日,我队进行了两年的实地模拟观测,总计72次,在缝内看到20次,从新观测点看到16次。模拟观测工作得到中国科学院自然科学史研究所组织的、中国社会科学院考古研究所、中国科学院研究生院、中国科学技术大学参加的中国科学院交叉学科创新项目“山西陶寺古观象台遗迹研究”课题的经费支持。其结果不仅大致摸清了陶寺文化冬至到夏至再到冬至一个回归年的历法规律,并且获得了十分珍贵的第一手观测资料,为探索陶寺IIFJT1的天文功能提供重要依据。

  2014年6月23日上午参观平果县博物馆之后,我们团队的何驽、徐凤先、叶晓红,在地方考古部门的大力配合下,用全站仪对平果县甘桑遗址周围的山峰进行了测量,目的是研究遗址的天文环境,特别是二至日的日落点。

 

 

一、实地模拟观测方法

  甘桑遗址坐落在一个山间平原中。环绕在近处的山脉分为两部分:从北偏西-正北-正东-正南-南偏西为连续的环山,有山峰山谷的起伏,我们将其最西南端的山峰编为01号。西面为一座孤山,只有一个山峰,我们将其编为02号。01和02号山峰之间形成一个较大的山口,方向为西偏南,山口外远处有一系列低山,可辨别出26个明显的山头,我们将其自南向北编为1-26号(图1,图2)。孤立的山峰与环山之间还形成另一个较小的山口,方向为西偏北,山口外稍远处有一座独立的山峰。

    《尧典》说:“历象日月星辰,敬授民时。”鉴于陶寺IIFJT1的缝槽大体指向日出方位,参考世界原始民族常用的太阳地平历(horizonal calendar)或称定点历(position calendar),我们首选观测日出。我们模拟观测的主要方法是,用金属货架做成与观测缝同样形状、同样宽度的立体框架模拟观测缝,直接立于观测缝遗迹上。我们在观测点上架设数码录像机,记录拍摄日出过程,数码相机放置在录像机正顶部位,同时观测日出是否在框架“缝中”。光学相机设置在录像机的正前方,保持观测日出方位角度与录像机一致。

 

    观测日出的同时无暇进行日出角度和仰角的测量,而是根据照片和录像资料记住日半出、日切点的位置,观测用框架不动,在当天用全站仪测量。每天或每次观测完毕,摄影器材和全站仪都要撤走收回室内,第二天观测同一缝日出或观测下一道缝日出再重新设置摄像器材和全站仪。每次观测完毕测量日出角度时,全站仪均重新架设,重新置零。2005年5月之前,全站仪的置零是用普通地质罗盘定出正北(磁北),从观测点仪器对中点向正磁北迁延出一条3米长的白线绳,用全站仪俯窥白线,用窥镜中的十字丝纵线对准白线,而后置零,如此做法实际很不精确,致使正北置零与真正的磁北有误差,可能会导致测量的日出方位角数据与实际观测状况不符。

  在山间平原内接近东边的位置,有一块显系流水作用形成的形似椅子靠背的石头。从这点向西偏南的山口望去,大约不足10米的位置有一块孤立在平地上的巨石。高思澜博士认为椅子石是古人的天文观测点,孤立巨石是冬至日落点,02号山峰是夏至日落点。

    需要特别解释的是,陶寺观测点遗迹的发现是在IIFJT1发掘的后期。此前我们在模拟观测点的寻找上走过一段弯路。原先由天文专家为我们按照观测柱缝列圆弧计算出来的圆心作为实地模拟观测点,出现了冬至日出不在缝中、崇山主峰塔儿山不在缝中的问题,我提出一个修改方案,以圆心点为中心半径50厘米的范围内,是陶寺人观测的立足位。每道缝必定对准一个山头,人在立足位的范围内寻找所观测缝内正中山尖日出的最佳观测点。于是我们确定了三个观测点,A点为原来用的观测点,用于观测除冬至和塔儿山主峰以外的所有缝的日出;B点由A点向西偏移45厘米,用以观测冬至;C点由A点向北偏移16厘米,用以观测塔儿山顶日出[②]。实际上,由于已经错过了B、C两点实用观测日期,至2004年5月10日之前的15次观测均使用的A点。

 

    2004年5月中旬天文学家陈美东、武家璧先生等发觉后提出坚决反对,认为一个与天文观测有关的遗迹绝不可能是多观测点的,古往今来既没有这样实例,在理论上也是行不通的,必须是一个观测点。我们本着相信科学的原则,从可以看到东2号缝中缝冬至日出的B点向西北做延长线,从可以看到东5号缝塔儿山日出的C点向西北引出延长线,两延长线交汇,并同时要求这个交汇点必须可以从10道缝看出去。经过一周的摸索,我们终于找到了这个模拟观测点,该点为C点延线后1.5米与B点延线后1.4米交汇点。GPS座标N35°52′55.9″,E111°29′54.9″。

7276.com 1

    该点原本位于便于模拟观测的堆土台子上,为了铲除土台子拍摄基址全景照之后仍可继续利用该观测点进行实地模拟观测,我们事先用探铲垂直向下钻孔,将土台子表面上的理论模拟观测点下移到现存基址表面上,孔内灌入白色涂料。当2004年10月29日发现陶寺观测点遗迹时,我们的模拟观测点恰好落在陶寺观测点那个直径25厘米的核心圆面上,我们的仪器对中点位于陶寺观测点圆心点正东4厘米点上。假如按照双足并立站在陶寺观测点核心圆面直立目视观测日出的话,这4厘米的误差实际可以忽略不计的[③]。从而证明我们寻找的实地模拟观测点与陶寺文化中期实际使用的观测点可以说珠联璧合。于是,自2004年5月23日以后我们用改进的“新”观测点观测资料是比较可信的。

图1 西偏南山口  
7276.com 2

 

图2  02号山峰与巨石 

 

 

观测缝
平面形状
剖面形状
长cm
宽cm
残深cm
观测缝中线方向角
缝中线间夹角
仰角
东1
长条形
凸圜
120
30
6
131°04′4.7″
 
5°33′33″
东2
长条形
凸圜
120
25
6
125°02′44.2″
6°01′20.5″
5°48′34″
东3
长条形
凸圜
130
20
4
118°52′18.7″
6°10′25.5″
5°31′43″
东4
长条形
凸圜
130
20
9
112°40′47.2″
6°11′31.5″
6°07′53″
东5*
长条形
凸圜
135
20
10
105°59′59.2″
6°40′48″
7°11′56″
东6
长条形
凸圜
125
20
9
100°38′16″
5°21′43.2″
5°46′22″
东7
喇叭形
楔形
145
内20、外50
16
94°27′52.2″
6°10′23.8″
4°15′53″
东8
长条形
凸圜
150
20
8
89°06′21.7″
5°21′30.5″
3°19′28″
东9
喇叭形
凸圜
165
内15、外40
8
82°18′14.7″
6°48′07″
2°15′41″
东10
喇叭形
凸圜
190
内14、外20
4
74°35′30″
7°42′44.7″
1°54′23″
东11
空当侧视成缝
 
 
50
 
66°4′31″
8°30′59″
1°07′11″
东12
长条形
凸圜
160
40
17
60°20′54.7″
5°44′36.6″
1°15′29″

  我们的测量以“椅子石”为基点,测量的对象包括西偏南山口外的一系列远山,西偏南山口南侧的山峰(即01号)和北侧的山峰(即02号),最接近正北方向的山峰和最接近正南方向的山峰,以及西偏北山口外的山峰。西偏南山口外远山的26个山头中的21-25号在全站仪视场中被近处巨石遮挡,无法测量。这样,总计测量了26个点。测量了其中每一个目标点的方位角和高度角。

 

 

                                                          表一

  用手持GPS测得观测点的地理坐标为:N23°21'58.33",E107°30'54.33"。26个点的测量结果如下表1。

 

表1  甘桑测量结果
7276.com 3

    注*塔儿山在东5号缝内偏南,仰角7°16′44″。表中方位角为真方向,不包含磁偏角。除东3、11、12号缝中线仰角测量仪器高为1.91米外,其余皆为1.81米。

 

    我队测量日出方向角度在2004年秋季之前一直使用大平板仪,测量的数据精度根本达不到天文学计算要求。2005年4月30日和5月1日,北京恰恒科技有限公司受中国科学院自然科学史研究所和中国社会科学院考古研究所合作的“山西陶寺古观象台遗迹研究”课题组委托,精确测绘陶寺时期观测点圆心至各夯土柱夹缝以及缝中线的方位角,各缝中线仰角由冯九生利用日本产索佳牌全站仪以陶寺时期观测点圆心为基点测量得到,数据参见《表一》。

  2、测量结果分析 

    下面逐一介绍各观测缝模拟观测的结果。

 

               

  用Skymap 软件对夏至和冬至的日落方位角进行初步计算。因为有山峰,所以要考虑高度角。

二、模拟观测结果

 

 

  磁偏角是另外一个需考虑的问题。本地磁偏角大约2°。用全站仪测量的结果必然包含磁偏角。因此下面初步计算的结果也包含磁偏角。

1.    东1号缝(简称1号缝)   

 

介于夯土柱D11与D10之间。形制、尺寸、角度见表一,后同。

  黄赤交角的长期变化会影响到一个地点不同季节的日出日落方位。铜器时代的黄赤交角较现在约大30′,需要考虑在内。为此我计算了2014年和公元前1600年两个年份。

由于2003年12月22日冬至观测日半出(指太阳视中心在山脊上露出一半)方位角为123°57′41″,日切(指太阳轮廓下缘切于山脊)方位角124°24′13″,不可能进入1号缝。2005年12月22日冬至日出最南点仍进不了东1号缝。因此1号缝不可能用于日出观测。或许与其他天象观测有关。

 

 

  02号山峰是高思澜博士认为的夏至日落山峰,我们测得其方位角281°03'03",高度角11°13'45"。为了检验此山峰是否真为夏至日落点,我用Skymap软件寻找公元2014年夏至(6月21日)和公元前1600年夏至(7月7日)日太阳高度角在11°13'45"左右时,太阳的方位角是多少。同时也计算了假如没有山峰的地平日落方位角。得到的结果如表2和表3。

2.    东2号缝      

7276.com 4

介于D10与D9之间。形制、尺寸、角度见表一。对应崇峰主峰塔儿山以南一大峰峦,我们编号为S8。

 

2003年12月22日冬至观测,早上8:17:38日半出(指太阳视中心在山脊上露出一半)方位角为123°57′41″。8:20日切(指太阳轮廓下缘切于山脊)方位角124°24′13″,仰角5°50′32″。8:23:48太阳位于缝中线,但已离开山头。

  02号山峰的方位角为281°03'03",将之与2014年的290°52' 48"和公元前1600年的291°21' 55"进行比较,可知即使考虑到2°的磁偏角,02号山峰也与日落点相去甚远。西北方山口外的山峰方位角是310°38'38",高度角5°03'50",已较日落方位偏北。所以夏至日落应该在西边孤山的北坡上到山口间。

2005年12月22日,冬至。今晨观测:8:18:36(录像机时间记录比标准北京时间提前2分19秒)日露出,位于东2号缝内北角,方位角124°12′30″(此方位角为减去当地磁偏角4°12′40″的真方位角,后同),仰角5°42′26″。8:20:13日半出,位于东2号缝内北部,方位角124°26′24″,仰角5°40′40″。8:22:06日切,位于缝中微偏北,方位角124°54′36″,与缝中线方位角差8′08.2″;仰角5°45′57″。

 

2005年12月23日,8:19:07日露出,位于东2号缝北外侧,方位角124°10′58″,仰角因有雾气,大约5°35′49″。8:20:28日半出,位于东2号缝北壁一半,方位角124°22′35″,仰角5°35′50″。8:22:02日切,位于东2号缝内北侧,方位角124°32′09″,仰角5°41′03″。

  对冬至点进行同样的计算。冬至日落点在西南山口外的远山上,这列山的高度一般在2°-3°之间,只有18号山峰超过了3°,达到3°06'10"。因此分别计算高度角为2°和3°两种情况下太阳的方位角。结果见表4和表5。

2003年和2005年冬至两次观测的结果有所不同,前者日切时偏于东2号缝中线以北,后者日切在中线上。考虑到2003年12月22日观测时所用的A点观测点是最初的观测点,2005年12月22日观测点是用的陶寺文化原有的观测点,更加准确,因此2005年12月22日的观测似应更可靠。

7276.com 5

2005年12月22日冬至日切点位于东2号缝中线偏北8′08.2″处,误差较大,因此首先排除4000年前日切在东2号缝中线的可能。武家璧博士计算黄赤交角变化导致今天冬至日出较4000年前北移38′30.95″。2005年12月22日冬至日半出方位角

 

124°26′24″+38′30.95″=125°04′54.95″

  20号测点的数据是242°24'01",2°48'44",很接近冬至日落点。21-25号测点被巨石北部高起的顶部遮挡,20号测点在巨石偏低的南部之外,没有被遮挡。因此冬至日落确实在巨石的方位。

因为东2号缝中线方位角125°02′44.2″,因此

 

125°04′54.95″-125°02′44.2″=2′10.75″

  但是我仍然不同意巨石可用作古人的冬至点。因为第一,巨石没有人工痕迹,是一块非常粗糙的岩石。第二,巨石距所谓观测点的椅子石太近,视差会严重影响观测结果,使之不适合作为观测背景。实际上21-25号测点在全站仪视野中被巨石遮挡,只是因为全站仪架设得略低,正常人只要站直,就能够看到21-25号测点。而另一方面,巨石在自然状态下长满草木时,会遮挡远处一系列的山峰(图3)。巨石上的草木是22号我们考察时临时砍掉的,我们23号测量时巨石上已没有草木。

这2′10.75″的误差可能是我们测量日半出角度时太阳视中心点判断上出现误差,但是误差很小,于是4000年前陶寺文化中期冬至日半出大约在2号缝中线。据此,2号缝应是陶寺中期日南至即冬至[④]日出天文准线,缝中线日半出日期大约为每年的12月22日前后。

 

 

7276.com 6

3.东3号缝 介于D9与D8之间。形制、尺寸、角度见表一。

图3 长满植物的巨石    

(1)上半年

 

2005年1月20日阴历腊月十一,大寒,晴天。早上8:16:11时太阳露头,在东3号缝的南侧D9号柱内,未进缝,仰角5°32′15″。方位角118°37′04.7″, 当在东3号缝内北侧,与观测实际天象不符,方位角测量有误。

  这样一个上面的草木都会严重影响观测结果的石头不可能作为古代观测背景。

8:18:00日半出,仍在缝南侧柱内,方位角119°00′21.3″却在缝内偏南侧,与实际天象不符,角度有误。

 

8:19:38日切于山脊,在缝南侧主内,不在东3号缝内,仰角5°32′15″。方位角119°16′51.7″,虽然趋势与实际天象相合,但是角度可能也有误。显然2005年1月20日大寒的实际天象日半出与日切皆未到3号缝内,由于角度测量的误差,以致无法推算几天后日半出或日切在缝中线上。只有根据下半年2004年11月18日东3号缝中日切至12月21日冬至东2号缝中日半出间隔33天来推算,3号缝上半年大约在冬至日后33天即2005年1月23日缝中日切,比今大寒晚3天。

  3、进一步讨论

(2)下半年

 

       2004年11月18日阴历十月初七,小雪前4天。7:47:40时太阳露头,位于东3号缝北壁外侧北柱内,紧贴北壁,方位角118°14′15.7″,实际观测天象与方位角度相合。

  为什么在甘桑、那豆、布逢3个地点,我们只选择测量甘桑?因为延伸性的自然物本身以及两个物体之间的联线必然指向某个方位,要确定古人曾利用过某一指向进行天文观测,首先要确定附近有重要的考古遗址,而在上述3个地点中,只有甘桑有明确的早期考古遗址。

7:48:31日半出,右侧外缘进东3号缝,方位角118°33′16.3″。

 

7:49:49日切山脊,太阳与地面相切时全部进东3号缝,左侧外缘与东3号缝北壁相切,方位角118°44′11.7″。日切方位角与3号缝中线方位角角差  8′07″,向北偏,大约是黄赤交角变化使然。四千年前11月18日日切大约在3号缝中线上。比2004年小雪11月22日7时提前4天。此日到2004年冬至日12月21日21时间隔33天。

  2009年和2012年我们曾对中国十几个新石器时代重要的考古学遗址的天文环境进行考察测量,尝试寻找遗址周围重要季节日出日落的地点。中国传统的确定季节的方法是圭表测影。在圭表测影之前经历过很长一段观测日出日落方位定季节的阶段,《山海经》等文献中对此有记载。陶寺观象台正是这一阶段发展的顶峰,用人工建造的观测缝与自然的山峰相结合。我们所选择的遗址都是其考古学文化已有深入研究,并且遗址本身具有重要意义、特别是宗教意义的地点,例如,红山文化的东山嘴遗址和良渚文化的汇观山遗址等。

 

 

4.东4号缝      介于D8与D7之间。形制、尺寸、角度见表一。对着塔儿山以南一小山尖,编号S6。

  延展性的自然物到处都有,两个点的连线可以朝向任何方向。对于没有重要考古学遗址的地点,某个自然线性物体或者某两个自然物体的连线即使指向某特殊天文方向,也无需对其指向线进行天文考古学研究。我更不主张因为某一地点的自然物体指向特殊天文方向,就对该地点进行考古学发掘研究。即使有人为迹象,也要注意年代。

(1)上半年

  (作者单位:中国科学院自然科学史研究所 )

       数次观测均未能在4号缝中看到日出。根据2004年2月上旬模拟观测得到此时段日移速率为21.6′/天。太阳从3号缝走到4号缝大约走过371.525′。

 

371.525′÷21.6′/天≈17.2天

2005年1月23日东3号缝日切之后17.2天,太阳应到达4号缝中,即2月9日。但是,春分之前,黄赤交角变化四千年前较今天日出偏南,考虑到这一因素,陶寺文化时期日切于4号缝中线应再多加1天,即2月10日。比2005年立春2月4日2时晚6天。自1月23日日切3号缝中线至2月10日,间隔18天。

(2)下半年

2004年11月1日阴历九月十九日。7:32:10时日始出,在东4号缝内偏北,方位角112°27′09.2″,仰角6°08′20″。

7:33:15日半出,太阳几乎在4号缝的正中略偏北,方位角112°32′02.2″,仰角6°08′38″。

7:34:37日切山头S4,日南缘已出4号缝内侧南壁,方位角112°47′08.2″,仰角6°06′12″。日切时太阳视中心偏于4号缝中线以南6′21″,且日南缘入于缝南壁,不甚合理。考虑到黄赤交角变化,故反推前4000年前下半年10月31日日切在4号缝中缝S4顶。距11月18日3号缝日切18天。

 

5.东5号缝     介于D7与D6之间。崇峰主峰塔儿山在缝中线稍偏南,方位角106°11′26.2″,仰角7°16′44″。缝中线与4号缝中线夹角6°40′48″。

(1)上半年

2005年2月26日阴历正月十七,惊蛰前7天观测。 7:47:52时太阳露头,在东5号缝内北角,方位角105°26′24.2,仰角7°14′56″。

7:49:07日半出,位于中缝,处方位角105°59′58.2″,仰角7°11′56″。

7:50:47日切塔儿山尖,方位角106°11′26.2″,仰角7°17′。日切时,太阳视中心偏于中线南11′28″。根据2004年模拟观测此时段日移速率为21.6′/天。

11′28″÷21.6′/天≈0.53≈1天

这就意味着日切在5号缝中线应再推迟0.53天。再考虑到黄赤交角变化影响,推迟1天是比较合理的。那么四千年前2月27日日切在5号缝正中塔儿山尖北坡。自2月10日4号缝日切至此日17天。

(2)下半年

2004年10月15日阴历九月初二,霜降前8天。7:20:04时日始出,紧贴东5号缝北壁外侧,方位角105°19′25.2″,仰角6°57′45″。

7:21:34日半出,在5号缝内偏北,方位角105°58′19.2″,仰角7°11′56″。

7:23:14时太阳与塔山主峰山尖相切,方位角106°11′26.2″,仰角7°16′45″。日切时,太阳视中心偏于中线南11′28″。根据2004年模拟观测此时段日移速率为21.6′/天。

11′28″÷21.6′/天≈0.53≈1天

这意味着下半年日切在5号缝中线当提前0.53天,同样考虑黄赤交角变化,应提前1天,即四千年10月14日日切在5号缝中线。距10月31日4号缝日切中线17天。

 

6.东6号缝   介于D6与D5之间。

(1)上半年

2005年3月8日阴历正月廿八,惊蛰后3天。 7:25:24时太阳露头,紧靠东6号缝东北角外北侧D5号柱内,方位角99°58′03″,仰角5°26′32″。

7:26:55日半出,太阳大部进入6号缝东北角,但被西北角所遮住看不到,方位角100°01′59″,仰角5°28′44″。

7:29:26时日切,太阳全部进入缝中,但大部仍被缝西南角挡住,太阳右缘在6号缝中线,太阳视中心方位角100°11′35″,仰角5°37′08″。日切方位角偏于6号缝中线以北26′41″。考虑到黄赤交角变化,今天春分前日出较四千年前向北偏,故应是当天。即陶寺文化时期3月8日日切在6号缝中线。自2月27日5号缝中日切至此日间隔9天。

(2)下半年

2005年10月5日阴历九月初三。7:02:45时太阳开始露头,紧靠东6号缝东北角外侧D5号柱内,方位角99°42′34″,仰角5°43′56″。

7:04:05时日半出,太阳右缘虽进入6号缝东北角,但是被西南角遮挡,看不见,方位角99°52′04″,仰角5°44′49″。

7:05:12日切,太阳右半边进入6号缝东北角,但仍被西南角遮挡,看不见,方位角100°10′51″,仰角5°46′23″。

本日日出在6号内看不到。日切位于6号缝中线以北36′25″。此时段日移速率为34.2′/天。

         36′25″÷34.2′/天≈1.1天

可见推迟1.1天日切在6号缝中线。考虑到黄赤交角变化角度,因此四千年前应当比10月5日推迟1天为10月6日即可。此日至10月14日5号缝日切间隔8天。

 

7. 东7号缝   东7号缝   介于D5与D4之间。对应塔儿山主峰以北小山头编号N9。

(1)上半年

2005年3月18日阴历二月初九,春分前2天。7:04:43时太阳露头,位于东7号缝内西北角,缝内可见,方位角94°10′01.2″,仰角4°13′30″。

7:05:39日半出,目测在7号缝内中线稍偏北,仰角4°14′12″,方位角却测得94°25′58.2″,与中线角差1′54″,几乎就在中线上,方位角度与实际天象有误差,估计角度测量有误。

7:06:57日切,目测在缝内中线, 方位角却测得94°38′29.2″,偏于中线以南10′37″;仰角4°19′27″。角度测量与实际观测天象有偏差,估计因阳光过于强烈难以辨认清楚太阳轮廓和太阳视中心点,导致测量误差,误差值为10′37″。经目测结果校正,日切应在缝中线上,方位角约为94°27′52.2″。

则日半出在缝内偏北,方位角为

7276.com,          94°25′58.2″-10′37″=94°15′21.2″

本文由7276.com发布于历史,转载请注明出处:陶寺中期小城大型建筑基址IIFJT1实地模拟观测报

关键词: