1.1.2　古人觀星定向思維的發展過程

實際上，在很早的古代，人們就已經用觀察星星方位的方法來確定方向了。不過，古人觀星定向也經歷了一個發展、變化的過程。你會說，觀星定向？太陽那么大、那么明亮，干嗎還要去認星星辨方向呀？哦，晚上有太陽嗎？就算是白天你敢“直視”太陽嗎？那就用月亮好啦！我敢直視月亮，而且月亮似乎是白天、晚上都有的。是呀，那么大、那么明亮的月亮，難道我們的祖先就沒有想過去利用它，而是費力地去找星、辨星用來定方向？原因當然有，聽我們慢慢說。

1．立竿見（測）影

太陽耀眼的光芒使人對其無法直視，更何況太陽高懸天際，也沒法用一般工具直接測量。所以要測量太陽的運行軌跡，必須采用間接手段。

怎樣做呢？通過觀察，古人發現，被陽光照射的物體，一定會有相應的陰影。于是，人們不難聯想到：只要將某一有固定長度或高度的物體，長期固定在某一能被陽光全天候全方位照射的地方，那么就可以通過測量此物體陰影的變化來追索出太陽的運行規律。這樣，人類最早的辨別方向以及計時的工具和方法就出現了——立竿測影。

所謂“立竿測影”，就是將一根木桿樹立在一片露天的空曠地面上，通過觀測每日每時木桿影子的長度和角度變化來測算具體的方位、時節和時點。古人“立竿測影”法的原理，在其具體應用上，我們可以做如下推測。

立竿測影法最先可能是用于測量每日“日中”時點的變化。太陽東升西落的運行軌跡變化會在不同時點上留下不同角度的陰影，通過測量陰影角度的變化就能推算出具體的時點。被用作時辰報點的“日晷”就是依據此原理制成的。然后隨著人們日復一日、年復一年的不斷測量，通過大量的數據積累會發現，同一個時點在每年不同日子里，其桿影的長度也呈現周期性的變化。我們的祖先生活在北回歸線以北、北極圈以南，他們發現：每年天最炎熱的時節里，太陽運行的軌道相對靠近北部，此時的桿影相對偏短；而每年最寒冷的季節里，太陽運行的軌道相對靠南，此時的桿影相對偏長。為了準確測量此變化，我們的祖先又做了更精確的測量：以每日正午太陽運動至軌道最高點、桿影最短時的桿影長度為基準，準確測量一年四季（實際是最冷的一天的一個周期循環）中每一天正午時刻桿影的長度，然后記錄下每天此時桿影長度的數值，從而得出四季流轉中太陽運行的規律。通過數據比對不難發現，一年中必有那么一天日影最長、一天日影最短，這最長的一天就是被后世稱為“冬至”，最短的那天就是“夏至”。在確定了冬至和夏至這兩天后，在由冬至到夏至和夏至到冬至的兩個半年里再進行對半分，則得到了“春分”和“秋分”這兩天。（雖然春分和秋分在立竿測影上并無顯著特征，但這兩天在確定“天赤道”的方法里有不可替代的作用。）這種通過測量桿影長度變化來確定一年內具體的每一天的方法，后來演化成“圭表法”。

在掌握了“圭表法”計日后，人們自然會因為桿影長度的幾個特征數值而注意到一年中四個特殊的日子——冬至、夏至、春分、秋分。而這四個日子在圭表上則反映為三道被著重標記的刻線：冬至點標線離測桿基點最遠，夏至最近，春分和秋分時標線到基點的距離等于測桿長度，如圖1.13所示。

因為這三道線在圭表法中是一年時節四等分的依據，所以其重要性獨一無二、無可替代。我們的祖先為了彰顯其重要性，還將其作為文飾而到處刻畫。從一些考古發掘出的出土文物中就可見一斑，如圖1.14所示的象牙梳就是大汶口文化的遺物，其表面就刻畫了一圈呈橫“8”字形回旋的“三”字紋。

這種“三”字紋很有可能就是后世陰陽八卦的原形。不過，在那個時代也沒有今日之“陰陽”。雖然從紅山文化（距今五六千年）發掘出的玉器中，我們可以發現當時已經有了雌雄兩兩相比的概念，并有向“陰陽”概念發展的趨勢，但我們并不能因此而斷定當時也會有從“陰陽”推演出的“八卦”。況且，從進化論的角度來看，事物的發展大多會經歷從簡單到復雜、從孤立到系統的過程。而即使是相對簡單的各只有三道線共八個卦象的先天八卦，其中也包含了不少的數理計算。因此，很難想象“八卦”能被一蹴而就地發明出來（神話中，伏羲根據天地圖形一下子畫出來，據說那來源于上天的傳授），而應該是經歷了反復推演變遷后所得的，八卦應該有更原始、更單純的雛形源出。所以八卦的雛形起源于沒有“陰陽”之分的“三”字紋是種合乎邏輯的推測。后世的八卦很有可能就是“三”字紋與“雌雄相匹”這兩種意識交融的成果，兩者交融從而催生出“陰陽八卦”。

從考古上看，華夏先祖早在5000年前就已經掌握圭表測量的技術，安徽含山一距今5600年至5300年的考古遺址中所發現的一塊玉制龜板上就有表示土圭測日的痕跡，如圖1.15所示。

從此玉龜板上看，當時的古人不僅知道了春分、秋分、冬至和夏至，還有了立春、立夏、立秋和立冬的概念。至此可以認為，我們的祖先已經有了一套相對精確的計時方法，可以通過太陽的變化來測算出今天處于一年四季中的哪個節點上、今時又處于一天中的哪個點刻上。有了這種精確的計時方式，何時進行種植業的播種收獲就有了準確的依據，種植業才能高效地運行而規避因擇時錯誤而帶來的巨大損失。這在人類生產力發展的歷史上是個重大的進步，有了種植業的發展，人類就能用同樣面積的土地養活更多的人，從而釋放剩余勞動力來從事其他工作，為人類的進步打下了堅實的基礎！

2．從圭表到星象

“圭表法”紀日是在新石器時代晚期的生產力條件下所能運用的一套最有效的計時和判定方向的方式。但這套方法在當時卻有個明顯的短板——需要有專職的觀測員脫產（不種地）從事日象觀測；并且需要長期（跨年度）固守在某一固定地點才能有效展開工作。這兩個問題放在生產力高度發達的當下來看，簡直不是問題，但在新石器時代晚期卻是個重大難題。

首先，在當時的生產力條件下，各部落的人口總數是相當少的。從目前的考古發現來看，當時一般的城邑也就能容下千把人的人口，其規模也就相當于現在的一個村。受當時的農業水平限制，當時的糧食畝產量是相當低的，不及今日的十分之一（當時的耕種主要為“刀耕火種”，純粹靠山吃山，沒有灌溉、施肥等人工助產手段）。所以在當時生產力條件下，要每個村都來供養幾個專職的天文工作者是不現實的。村里人各種各的地，也僅能保證溫飽無虞，還要防備各種天災人禍帶來的風險，所以一個小城邑或村落的有限剩余農產品是難以“供養”一套專職的天文觀測班子的。因此，當時有限的生產能力是不支持絕大多數城邑村落來長期從事“立竿測影”這一脫產工作的。

其次，當時的農業生產方式也難以保證個人能長期固守某地從事立竿測影工作。眾所周知，最早的種植方式是“刀耕火種”，即先以石斧砍伐地面上的樹木以及枯根朽莖、草木曬干后用火焚燒。經過火燒的土地變得松軟，不用翻地，利用地表草木灰作肥料，播種后不再施肥，一般種一年后易地而種。這種一年一轉移的生產方式是新石器時代晚期最普遍的種植方式，如果天文觀測人員也跟著進行轉移，那么所測得的日影數據必然會引入年際間的地域誤差，這對確定具體時節的精確度是會造成重大影響的。

另外，使用立竿測影法就必須先清理出一片大面積的平坦開闊的露天廣場，這樣才能保證陽光不受遮蔽阻擋地照射到測影竿上。這問題在田畝連片的后世并不難解決，但在灌木連片成林的洪荒年代，要開墾出一大片空曠地也絕非易事。這也需要耗費不少的人力才能辦到，對一般的小城邑或村落而言，是筆沉重的經濟負擔，沒有一定規模的生產力也是難以承辦此事的，若是在山區就更困難了。

所以，以立竿測影為原理的圭表法紀日，雖然在技術上能保證計時的準確度，但其人力投入也較大，一般村落難以負擔其高昂的經濟花銷。所以圭表法紀日難以全面推廣，我們的祖先需要更經濟實惠的方式來解決年內紀日的問題。但此時在太陽觀測技術上已經難以再有突破性的技術創新了，于是人們就將目光從白天的太陽轉移到了夜晚的星星，希望從星星變化中找到與太陽運行相關的規律，來降低紀日工作的經濟成本，以利于推廣普及。

3．為何不是月亮

夜晚的星空中最明亮也最易被觀測到的天體，當首推月亮。古人應該先想到月亮呀！但是相對于恒星，月亮的變化規律對于古人來說太難以掌握了。現今我們所用的傳統農歷，也是以回歸月的29.5天為一個周期來紀月，對于我們是早已習慣了這種紀月方式，所以往往也就理所當然地認為自古以來都是這么紀月的。那么歷史真的是這樣的嗎？

首先，出土文物并不支持此觀點。在整理安陽殷墟的出土甲骨時，學者們就發現：殷商甲骨中有不少在“十三月”所做的占辭，而當時各個月的時間也并不固定，最少的僅28天，最長的有32天——可見當時并沒有形成一套持久穩定的紀月方式。從出土文物所示內容以及專業學者的研究來看，中國古代制定出一套完整的以月紀年的方法(19年7閏)，最早也只能追溯到西周中后期。還有，從近些年挖掘出的山西陶寺天文臺遺址來看，最早的紀月方式似乎并不是一年12個月，而是一年10個月（那時候一年有5季：春、夏、長夏、秋、冬，按木、火、土、金、水的相生關系而自然循環，兩個月對應一季，似乎是很明顯也很有道理的）。今天地處西南的彝族依然使用一種一年十等分的十月歷。由此可見，今天所用的“19年7閏”的農歷并不能想當然地認為“自古有之，理所當然”。很有可能初始的紀月方式并非以回歸月的29.5天為基數基準。

其次，要發現“19年7閏”的月相變化規律其實并不容易。因為在人的潛意識里，喜歡以2、3、5這三個數為起點，并通過對這幾個數的不斷擴大倍數來尋找物理運動的數理關系。但“19年7閏”中的兩個數“19”和“7”都是質數，與2、3、5之間不存在倍數關系，所以要找到19與7之間的數理聯系是需要通過大量的對觀測數據的處理才能得到的。

其實，直到春秋戰國前，人的平均壽命也就40多歲——那就意味著人的一生一般也就能見到兩個完整的“19年”輪回而已。所以個人要在有限生命中，通過有限的天文數據積累來歸納總結出“19年7閏”的年月周期，是件很難辦到的事。只有當天文觀測數據足夠多時，才能建立可靠的數理模型。按統計學的觀點來看，至少需要20組數據的分析才能達到樣本足夠大、偏差低于5%的數學要求。因此，很難想象在新石器晚期，在有限的觀測記錄和艱難的保存手段下，我們的先祖就能積累足夠多的數據來發現“19年7閏”的月相變化規律。

由此看來，月亮雖然是夜空中最容易被觀測到的天體，但其本身獨特的運動規律讓人難以捉摸，故以月亮的運行軌跡為坐標來簡潔明了地追蹤和表述太陽的運行軌跡是難以實現的，我們的祖先必須去找到其他的標記方式來標記太陽的運行規律。但夜空中除了月亮外，就是漫天星辰了；在這么多的星辰中，又該挑選哪些既有明顯特征，又能被明顯觀測到的星辰呢？

4．不動的恒星

在漫天的星星中，首先排除的就是金、木、水、火、土五大行星（這是西漢以后對五大行星的稱呼，東周以前并不如此命名）。雖然這五顆星的運行軌跡完全不同于其他星辰自東向西的運行規律，各有各的特色且易于辨認，但這五大行星的運行并不遵循固定（視）軌跡運行，會令初學天文者感到難以捉摸。水星（古稱辰星）和金星（古稱太白）只有在日出前或日落后的一段時間里出現，還不是全年都能看到；火星（古稱熒惑）紅色的色澤在漫天星辰中顯得與眾不同，但其時快時慢的運行軌跡讓人無所適從；木星（古稱歲星）和土星（古稱鎮星）是自西向東運行，與其他星體的運動方向相反，而且它們的運行周期太長。五大行星與眾不同各具特色的運行軌跡使得它們難以被用于作為紀年紀月紀日的基準星（木星比較特別，被稱為歲星，是因為它具有12年的公轉周期），所以它們首先被排除出候選名單。

其他的星辰雖然都是每晚自東向西運行，且星與星之間的距離與位差始終保持恒定——這也是“恒星”一詞的由來——但在數以萬計的星辰里，究竟選哪些星辰作為基準的標志星比較合適呢？

仰望夜空會一目了然地發現：整個夜空的恒星在從黃昏到黎明的整個黑夜里，都是像太陽那樣從東方升起西方落下，并且也是沿著與太陽運行軌道類似的圓弧軌道運行。于是，古人們自然會思索：能否在這漫天的繁星中找出些易于被觀測并有顯著特征的星，作為計時的基準標識，并以此為基礎制作一套報時定位系統呢？

經過反復的觀測，我們處于北半球中高緯度的祖先終于發現：所有恒星的圓弧運動都似乎是在圍繞同一中軸作圓周運動，而這個中軸就在天穹上的頂點，應該在北方天空的某一點上，這個點就是所謂的“北極”。如《晉書·天文志》就明確指出：“北極，北辰最尊者也，其紐星，天之樞也。”隨著更多、更深入的觀測，人們又發現，這條“中軸”并不與地平面平行，而是與地平面成一定角度的夾角。而天空中北半球的某些星也因此在一年四季中的無論哪一天都能整夜出現在夜空中，這一片天空構成了后來所謂的“恒顯圈”（我國天區分布中最重要的三垣里的恒星基本都屬于這里）。這片天空面積所占的比重在夜空中最大，這里的星辰運動軌跡差異也最大。另一部分星在一年中的某些時候是無法被觀測到的。當然，還有一部分星因為地軸傾角而始終無法被觀測到，也就是后來所謂的“恒隱圈”，但這部分始終看不到的天空顯然不在當時古人的考慮范圍中，因為這片看不到的天空顯然是沒有“實用”價值的。于是，我們的祖先就從恒顯圈入手，找尋具有觀測和實用價值的星或星群。最明顯的當然就是“北斗七星”啦！

5．北斗

古人說到的“北斗”，大家馬上就會聯想到呈勺狀的北斗七星（圖1.16）。是的，北斗七星是北半球較為明亮的一組星，不僅我們中華民族的先祖觀察到了這一組亮星，北半球其他中高緯度的先民也都看到了它們，譬如古希臘所劃分的大熊星座就是以北斗七星為主的星座，生活在北極圈的薩米爾人（瑞典）也有類似的北斗星座，等等。

為什么北半球的先民都會不約而同地選擇北斗七星作為計時定向的工具呢？其實原因也很簡單——北斗七星是夜空中最容易被區別和觀測的一組亮星。

首先，北斗七星處于北半球天空的恒顯圈中，一年四季都能在夜空中被觀測到，觀測北斗七星可保持觀測的連續性；其次，北半球的亮星比南半球的少，而北斗七星又是北半球中少有的一組亮星，所以北斗七星是相對最容易被識別和區分出的一組亮星。觀測者在追蹤北斗七星的運動軌跡時就不會被其他亮星干擾，對天文初學者來說“易標識”是相當重要的一點。基于以上兩點，北斗七星就自然成為居住于北半球中高緯度各地先民的首選天然“報時器”加“定向儀”。

我們的祖先在對北斗進行長期觀測后發現，在一日內的整個夜晚中，北斗七星圍繞著北極點作圓周運動（圖1.17）。而經過長期的進一步觀測后，人們發現：若選擇每天同一固定時間觀測北斗七星，那么將其全年在此時間點上（每天）所處的位置進行連線，得到的依然是一個以北極為原點的圓周。因此，人們會思考：能否以每日內的一個固定或相對固定的時間點位為基準，通過觀測北斗七星的位置來確定每日處于年內的哪個具體時間節點上，從而制作一套相對圭表法而言更加簡單易懂的紀日定向方法呢？

6．黃昏

在開始動手制作新的報時器后，遇上最大的難題就是：在一夜中，選擇哪個具體時間點觀測北斗七星的方位變化，由此來作為全年觀測分析的基準呢？這個問題在今天看來簡直不是問題，只要大家對個表、定個時不就解決了嗎？但遙想在四五千年前的遠古，別說鐘表，當時連個鐘擺沙漏都沒有，甚至漏刻之類的最原始計時工具也沒有，而日晷圭表之類需要陽光照射才能報時的工具在夜晚又起不到絲毫作用。在這樣的情況下該如何確定具體的計時基準點呢？

在當時的生產力條件下（新石器時代），一天內有兩個時間節點相對其他時段最容易把握，那就是黃昏和黎明。在這兩個時間節點觀測，相對其他時段有何優勢呢？

首先，黃昏時太陽剛落山，黎明時太陽即將躍起，此時天空由亮轉黑和由黑轉亮，這兩個轉換過程都是在相對較短的時間內完成的，一般都不超過三刻鐘（圖1.18）。相對于漫漫黑夜，這兩個時間節點的時間跨度是小得多的，因此，觀測不占用勞作人員很多的時間，精力容易集中。進行星象觀測所得的數據的精確度也容易得到保障。

其次，在這兩個時間點里觀測天象，也能與日晷計時做有效結合。因為，在黎明時，太陽剛從東方地平線露頭時，已經有一縷陽光照射到了日晷上，通過日晷已經能大概知道具體時間。而此時光線還很微弱，不足以照耀整個天空，此時西方的天空還處于夜色中，依然能在此時看到西方天空的星辰。同樣的道理也適用于黃昏，此時太陽即將西沉，西邊的最后一縷陽光還能照射到日晷上，但已經無法照耀東方天際，東方夜色已露，星辰也隨之顯現。

在確定了兩個最佳觀測時段后，又應該在兩者中選擇哪個時段作為基準觀測時間點呢？是黃昏，還是黎明？根據各種記載和文獻來看，我們的祖先首先選擇了黃昏作為觀測基準時段。那么相比于黎明，黃昏的優勢又在哪呢？

首先，人的自然作息規律是日出而作、日落而息，一般在天亮后人才會醒來，在日落后人才會休息。所以黃昏時刻，人還處于一天中的活動周期內，此時更能專注精神從事天文觀測，并且在此之前有充裕的時間做與之相關的準備工作。反觀在黎明時分進行觀測的話，人剛從睡眼惺忪的狀態中醒來，人的精神和體能狀態都遠未達到最佳狀態。若要提前做準備工作的話，更是要在黎明前的黑暗中摸索，這在缺乏人工照明的遠古可是件難度不小的工作。由此可見，兩相比較后，顯然在黃昏時刻觀測天象更有利于天文工作的展開，先祖最早約定的天文觀測基準時間也因此被定格在黃昏時刻。

在確定了黃昏為基準觀測時刻后，再來看北斗七星在一年內的黃昏中有哪些具有典型特征的方位變化。經過觀測發現，在冬至前后的冬季中，黃昏時刻北斗七星的斗柄指向北方；在夏至前后，黃昏時刻指向南方；在春分前后，黃昏時刻指向東方；在秋分前后，黃昏時刻指向西方（圖1.19）。這就是戰國著作《鹖冠子》中所指的：“斗柄指東，天下皆春；斗柄指南，天下皆夏；斗柄指西，天下皆秋；斗柄指北，天下皆冬。”后來人們在此基礎上，又在四個對角線上加入了“立春、立夏、立秋、立冬”的概念，加上原有的“春分、秋分、冬至、夏至”，一年被八等分、形成了“八節”的概念。

至此，人們終于制作出了另一套可用于年內紀日的報時定向系統，并且相比于圭表法，北斗報時系統的操作更方便。圭表法必須常年固定在某一區域，并配有專職天文觀測人員，才能有效運作；而北斗報時系統的要領簡單，每晚黃昏時刻仰天一望就一目了然，易學易操作。因此，北斗報時定向系統就成了當時普通大眾所熟知的計時器和定位儀，北斗的文化影響力也由此奠定！