在没望远镜的古代,祖冲之怎么精确推算出-日食

在没望远镜的古代,祖冲之怎么精确推算出"日食月食"发生时间的?

中国古代牛人辈出,很多都是文理兼备的全科大神,因为贡献突出,甚至在全世界都广受赞誉。比如我们熟悉的数学家祖冲之,他不光在数学方面有突出贡献,而且在天文学、机械学、文学等方面都做出了巨大的贡献,具体都有什么呢?


祖冲之简介

祖冲之是中国古代著名的数学家,而他的科学成就和他良好的家庭教育脱不开关系。他爷爷祖昌是刘宋朝的大匠卿,主要管理朝廷的土木工程。他爸爸祖朔之是"奉朝请",因为学识渊博,常被邀请参加皇室的典礼、宴会,可见其家学渊源。良好的家教,加上他自己的努力,从小就对自然科学和文学、哲学,尤其是是天文学有很大的兴趣,甚至在他青年时期就已经因为博学而闻名了。


因为从小就博览群书,兴趣广泛,祖冲之被派至当时朝廷的学术研究机关华林学省做研究工作,后来又到任职。当时的总明观是全国最高的科研学术机构,相当于现在的中国科学院。在明观使他接触了当时外界难以接触的书籍,为他以后的研究打下来坚实的基础。后来其功绩可谓是遍布当时的很多的方面,比如数学、天文学、机械学、文学等领域都有巨大的贡献,那具体的贡献都有哪些呢?


数学方面的贡献

说起他的数学贡献,只要是读过小学的中国人都知道,那就是将圆周率的精准度大大的提高了,他在前人刘徽的基础上,将(π)的值确定在了在3.1415926和3.1415927之间,也就是现代所说的小数点后七位,还将其简化记录为3.1415926,祖冲之也因此入选世界第一位将圆周率值计算到小数第7位的科学家。


为什么因为推算圆周率到小数点后七位,就能够获得如此大的认可呢?因为圆周率的应用范围非常的广泛,比如在古代很重视的天文学、历法等方面,只要和圆有关的问题都需要用圆周率来计算、推算,它的精确度很是重要。在《九章算术》和《周髀算经》中,中国的科学家们就已经提出圆周率为三,是圆周长是直径长的三倍。后来在祖冲之的演算中其精确值得到了最大的提升,比西方领先了800年。


只是他是怎么得出的呢?古代又没有精确的仪器?计算机更是不可能?因为他运用了中国古人"化曲为直"的理念,将很多完全的等腰三角形,放在同一个中心点,摆成圆的形状。并且数量越多,摆出的圆就越规范,以此借用等腰三角形的底边长,来得出圆的周长,并借用周长的数值,来推算现实中摆不出来的更大的圆(因为圆越大,得出的圆周率就越精确)。这样比传统的直接量一个圆的周长再来计算,要先进的多。


他的贡献在古代的制造业上也有很大的用处,比如大型建筑的建造就可以借此来制造模型,来更好的推算真实的建筑,因为早在古代就已经有了比例的概念。此外,他还创造了"祖率"、《缀术》等数学概念和数学著作,他又和儿子一起发现了计算球体积的方法,对后世都是巨大的贡献。


天文方面的成就

古代的天文学家就已经发现,过一段时间就会有一个闰年,于是古人将十九年定为计算闰年的单位,古人将其称为"一章",而一章中有七个闰年。就是说每十九个年头中,要有七个年头是十三个月。公元412年,北凉赵厞创作《元始历》,认为六百年中要插入二百二十一个闰月。


而祖冲之认为这两个方法都不准确,他提出了每391年144闰月的新闰法。按照祖冲之的算法,一个回归年的时间跨度是365.2428141日,和现在依靠现代仪器计算的时间只相差46秒,一分都不到。除了厉害,不知道该怎么夸他了。


而且祖冲之继承了前人的科学研究成果,不但证实了岁差现象(每年太阳运行一周(实际上是地球绕太阳运行一周),不可能完全回到上一年的冬至点上,总要相差一个微小距离。按现代天文学家的精确计算,大约每年相差50.2秒,每七十一年八个月向后移一度。)的存在,算出岁差是每四十五年十一个月后退一度。


祖冲之还是我国天文学史上第一次提出"交月点"的概念(月亮相继两次通过黄道、白道的同一交点的时间),推算出时间为27.2123日,和现在科学家用计算机计算的数据只相差十万分之一日,连一秒都不到。而他的这个贡献对于古代预测日食、月食意义很大,因为日食、月食都发生在黄道、白道附近。而后来祖冲之用自己推算出来的天文学知识,重新制定了历法《大明历》,他所标注的日食、月食的时间,和后来日食、月食真正发生的时间,相差时间并不大。


并且他还在前人的基础上更确切的推算出了,木、、火、金、等五大行星在天空运行的轨道和运行一周所需的时间:木星为11.858年,现代科学家测出的时间为11.862年;火星为780.031,和现在的科学家计算出来的时间仅仅相差0.094日;土星为378.070日,和现代科学家检测出来的具体时间只相差0.022日,金星为583.931日,和现在科学家检测出来的时间仅仅相差0.009日,水星为115.88.日。和现在科学家检测出来的时间仅仅相差0.002日。在古代没有计算机的情况下,得出这样精确的时间他真是厉害。


机械方面的成就

作为一个杰出的数学家和天文学家,他还设计改良了很多机械,比如:水碓磨、铜制机件传动的、、定时器等,甚至相传他还制造了"木牛流马"。史书上对他的贡献也有记载:


"使冲之追修古法。冲之改造铜机,圆转不穷而司方如一,马钧以来未有也。"


文学方面的成就

上文介绍的都是他理工科方面的成就,可是最顶尖的科学家,却也在文学方面做出了巨大的成就。比如他对于古代的典籍,进行了注释,并集结成册,有:《易义》、《老子义》、《庄子义》、《释论语》、《释孝经》,很可惜的已经失传。目前他流传于世的文学作品,只能在《太平御览》中可以看到,如:《述异记》、《安边论》等,其中《安边论》还是关于边防的文章。并且,他还精通音律、下棋。


如此之人,贡献巨大,怪不得频频被国外的邮票选中,作为优秀科学家的代表出现。祖冲之这样的全能型科学家,实在是值得我们自豪千年。


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