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太阳轨道|冬奥会奖牌里 蕴含着古老的天文知识

随着北京冬奥会的脚步越来越近 ， 本届冬奥会与冬残奥会的奖牌设计也吸引了许多人的目光 。 据设计团队介绍 ， 奖牌正面纹样源于传统弦纹玉璧 ， 而背面镶刻的同心圆环及24个点则取意古代天文图 ， 既象征着浩瀚星空 ， 又象征着冬奥运动员们如群星璀璨 。
那么 ， 奖牌背面究竟取自哪张古代天文图 ， 里面又蕴含了哪些精彩有趣的中国古代天文学知识呢？
【太阳轨道|冬奥会奖牌里 蕴含着古老的天文知识】设计团队透露 ， 奖牌的设计灵感来自《周脾算经》中的“七衡六间图” ， 该图主要用来描述太阳周年视运动规律和节气变化间的关系 ， 同时揭示了天文与历法之间的渊源 。 与奖牌上的5个圆不同 ， “七衡六间图”上有7个间隔等分的同心圆 ， 每一圆为一“衡” ， 衡与衡之间称为“间” ， 每一衡表示一年内太阳在不同时期的运行轨道 。
七衡图上 ， 半径最大的最外圈为外衡 ， 此时太阳轨道离观测点最远 ， 表示冬至 ， 天较冷 。 半径最小的最内圈为内衡 ， 此时太阳轨道离观测点最近 ， 表示夏至 ， 天较热 。 从冬至到夏至 ， 中间的5衡分别代表大寒、雨水、春分、谷雨、小满这5个节气时的太阳轨道圆 。 而从夏至到冬至 ， 中间的5衡则分别代表大暑、小暑、秋分、霜降、小雪的太阳轨道圆 。 从外衡到内衡 ， 再从内衡回到外衡 ， 两个阶段各12等分 ， 加在一起就是二十四节气 。
你也许会想 ， 七衡图难道是古人在缺乏现代天文学知识的情况下 ， 单纯依据温度差异对太阳远近做出的“粗暴”划分吗？答案并非如此 。
原因在于七衡图并不是平面同心圆 ， 而是球面上平行着的同轴圆 ， 这根轴贯穿北天极 ， 也就是地球自转的地轴 。 古人在构建宇宙观时 ， 并不知道昼夜更迭和四季变化是由地球自转和公转引起的 。 他们假想了一个与地球同心同轴、半径无限大的天球 。 日月星辰全部位于球面上 ， 以北天极为中心自东向西旋转 ， 如古文所言：“极星不移而众星拱之” 。
由此可见 ， 七衡图并不是在平面上机械地等分日高 ， 而是刻画了太阳一年中沿着球面在不同衡之间移动的轨迹 。 同时在视运动中 ， 太阳每天还要围绕极轴旋转一周 ， 于是有了昼夜之分 。 如果将太阳一年内在不同衡之间运动的视路径连线 ， 就形成了太阳在天球上旋转的“黄道” 。 西方将黄道带上群星划分为十二星座 ， 中国古代则命名为二十八宿 。 它们围绕着北极星 ， 日复一日东升西落 。
将黄道24等分 ， 太阳每经过一份弧为一节气 。 因为太阳运行并非匀速 ， 每一节气的跨度就不必然相等 。 同时 ， “七衡六间”与地球上的五带划分存在着对应关系 ， 中衡对应于赤道 ， 内衡、外衡分别对应北回归线、南回归线 。

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