当前位置: 首页学术研究研究专题陶寺观象台遗址研究
陶寺观象台遗址研究
陶寺中期小城大型建筑基址IIFJT1实地模拟观测报告
发布时间:2009-04-21    文章出处:中国考古网    作者:考古研究所山西队    点击率:
    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。
 
一、实地模拟观测方法
    《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。
    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″。
    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。
 
 
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″

 

                                                          表一
 
    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》。
    下面逐一介绍各观测缝模拟观测的结果。
               
二、模拟观测结果
 
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。
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。
 
2.    东2号缝      
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。
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″。
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。
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″
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″
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。
 
3.东3号缝 介于D9与D8之间。形制、尺寸、角度见表一。
(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。
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。
(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。
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。
 
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。
(1)上半年
       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
          94°25′58.2″-10′37″=94°15′21.2″
据北京洽恒科技有限公司精确测量,7号缝西北角E7-3方位角94°05′05.7″。3月18日日半出方位角94°15′21.2″,大于7号缝西北角E7-3方位角94°05′05.7″,小于中线方位角94°25′58.2″,偏于7号缝中北侧,与目测结果相同。
由于春分、秋分没有黄赤交角变化,因此3月18日7号缝中线日切为陶寺春分[⑤],较2005年春分2月20日21时提前2天。自3月8日6号缝日切至此日间隔10天。
(2)下半年
2004年9月23日阴历八月初十,秋分。6:46:36时日半出,太阳在7号缝东北角外侧被D4号柱子挡住了,方位角92°44′50.2″。6:48:33日切,太阳大部进入东7号缝东北角,但仍被西南角挡住看不到,方位角93°15′56.2″。日切点偏于7号缝中线以北1°11′52″。此时段日移速率为39′/天。
   1°11′52″÷39′/天≈1.84≈2天
于是推测9月25日日切在东7号缝中线,为陶寺秋分[⑥]。遗憾的是2004年9月24、25日两天连阴雨,未能观测。
2005年9月24日阴历八月廿一,秋分后1天。因操作失误未摄到日出影像,没记录到日出准确时间。日半出时,太阳大部已进东7号缝东北角,但是被西南角所遮挡看不到,方位角93°22′30″,仰角3°56′03″。日切时,太阳全部进入7号缝东北角,但仍被西南角所挡看不到,方位角93°40′31″,仰角3°59′17″。日切时方位角位于7号缝中线以北37′21.2″。此时段日移速率为39′/天。
37′21.2″÷39′/天≈1.3≈1天
于是推测9月25日日切在7号缝中线为陶寺秋分,较2005年秋分9月23日晚2天。2005年9月25日因阴雨没有观测到日出。陶寺秋分9月25日至10月6日6号缝日切间隔11天。
 
8.东8号缝   介于D4与D3之间,位于台基正东中轴线上。对应山头N11。
(1)       上半年
2005年3月28日阴历二月十九日。东边天际有云雾, 6:49:02时见到太阳,此时已与地面相切,在东8号缝的中心稍微偏北,方位角89°03′53.7″。此日就是陶寺文化的一个节令。陶寺春分3月18日7号缝日切至3月28日8号缝日切间隔10天。
(2)       下半年
2004年9月7日阴历七月廿三,白露。6:25:04时日始出,方位角为84°40′37.7″,仰角2°57′19″。6:26:05日半出,方位角84°55′0.27″,仰角2°35′03″。6:27:23日切,方位角85°08′42.7″,仰角2°35′18″。观测结果04年9月7日日出时不在东8号缝内,被D3号柱子挡住。日切偏于8号缝中线以北3°57′39″。此时段日移速率为35.7′/天。
           3°57′39″÷35.7′/天≈6.66≈7天
   即9月7日七天后9月14日日切在8号缝中线。但是9月14日因阴雨没有观测到日出。距陶寺秋分9月25日7号缝日切11天。
 
9.东9号缝    介于D3与D2之间。对应小山峁编号为N15。
(1)       上半年
2005年4月10日阴历三月初二,多云。 6:29:31时见到太阳,此时太阳离开地面一段距离,位于东9号缝的南侧边线上已无天文意义。今晨虽未看到日切,但从太阳升高的位置判断今日太阳于地面相切时应在东9号缝内。
       为了验证这一结论,我们根据9号缝中线与8号缝中线夹角6°48′07″推算9号缝日切日期。据2004年观测,此时段日移速率为32.6′/天。
6°48′07″÷32.6′/天≈12.52≈13天
3月28日日切在8号缝中,13天之后日切在9号缝,即4月10日。因此,4月10日日切在9号缝中线应当是妥当的。自3月28日8号缝日切到今日9号缝日切间隔13天。
(2)       下半年
2004年9月2日阴历七月十八。6:19:13时日始出,太阳紧贴东9号缝东北角,紧靠西北角内侧,方向角82°00′25.7″。
6:20:41时日半出,位于东9号缝中线略偏北,方位角82°11′18.7″。
6:21:48日切,位于中线略南,太阳南缘同时与东9缝的南壁相切,方位角82°21′20.7″。根据黄赤交角变化,四千年前9月2日日切位于9号缝中线,较今天日切点略偏南。因此9月2日是陶寺文化的一个重要节令,距9月14日8号缝中线日切间隔12天。
 
10.东10号缝   位于D2与D1之间。对应塔儿山以北小山头N20。
(1)       上半年
2005年4月27日阴历三月十九。5:59:29时太阳露头,太阳紧贴东10号缝东北角外侧D1柱内,方位角73°53′49″。
6:00:31时日半出,太阳右缘进入10号东北角,但仍被西南角挡住看不到,方位角74°05′26″。
6:01:32日切,太阳南半部在东10号缝内北半部,一半仍被北侧D1号柱挡住,方位角74°13′39″。距中线角差21′51″。据2004年观测,此时段日移速率为23.8′/天。
21′51″÷23.8′/天≈0.92≈1天
提前1天即2005年4月26日日切于10号缝中线。距4月10日日切于9号缝中线间隔16天。
(2)       下半年
10号缝下半年日出未能观测到。7月23日日切在11号缝,10号缝中线与11号缝中线夹角8°30′59″。此时段日移速率为23.8′/天。
8°30′59″÷23.8′/天≈21.47≈22天
预计8月14日日切于10号缝中线。
10号缝中线与9号缝中线夹角7°42′44.7″。9月2日日切于9号缝中线。
7°42′44.7″÷23.8′/天≈19.44≈19天
反推8月14日日切于10号缝中线。
由此我们推测8月14日日切在10号缝中线,距9月2日日切于9号缝中线间隔19天。
 
11.东11号缝  介于D1号柱与夏至南柱之间。从夯土台芯看出去原本是一个面向东南的迎日门,从观测点经“迎日门”向东看去,又可形成一条宽50厘米的观测缝,编号为11号缝。
(1)       上半年
2005年5月20日阴历四月十三,小满前一天。5:36:29时太阳露头,太阳位于东11号缝内偏北,方位角65°57′50″。
5:37:54日半出,位于11号缝正中,方位角66°09′27″。
5:38:53日切,太阳在东11号缝中心稍偏南,方位角66°28′20″。考虑到黄赤交角变化,春分以后今天日出较四千年前偏南,故判定陶寺文化时期5月20日日切于11号缝中线。距4月26日日切10号缝间隔24天。
(2)         下半年
2004年7月23日阴历六月初七,大暑第二天。5:45时日半出,太阳在11号缝内中线偏北,方位角65°54′15″。
5:46时日切,太阳位于11号缝中线略偏南,方位角66°08′49″。
我们判定,7月23日日切11号缝中线。距8月14日日切10号缝中线间隔22天。
 
12.东12号缝    介于第二层台基上的夏至南、北柱之间。
2004年6月21日阴历五月初四,夏至。5:28:38时日始出,在缝里可以看到一半,太阳左半部在东12号缝内南边,视中心点在东南角,但是测得方向角59°52′15.7″,位于缝中线略偏北,方位角数据与实际观测天象不符,角度测量有误。据12号缝东南角方位角校正,此时太阳方位角当为61°15′45.7″。
5:30:15日半出,太阳一半在夏至南柱内,在缝里可以看到一半,方位角61°19′18.3″,角度与观测实际天象相符。
5:31:28日切,太阳全在夏至南柱内,左缘与东12号缝南壁相切,在缝中完全看不到,方位角61°55′42.7″,角度与实际天象相符。
日半出时方向角偏于中线以南58′23.6″。黄赤交角变化导致今天日出位置较四千年前南偏,故四千年前6月21日日半出在12号缝中线,是陶寺文化时期太阳走到最北点,为陶寺夏至[⑦]。与今天日子相同。
 
三、初步结论与存在问题
 
    综上所述,陶寺观象台总计12道观测缝,从观测点可观测到冬至—夏至—冬至一个太阳回归年的20个时节的缝中线日半出或日切。这12道缝中1号缝没有观测日出功能,7号缝居中,为春分、秋分观测缝。7号缝向南间隔5道缝至冬至日半出,向北间隔5道缝至夏至日半出。除2号缝观测冬至、12号缝观测夏至各用一次之外,其余9道缝皆于上半年和下半年各用一次。对于陶寺20个时节中除二分二至以外其余18个时节的意义,笔者拟另具文讨论。
    由于模拟观测始终是由中国社会科学院考古研究所山西队独立完成的,并非专业天文学观测,日出时太阳视中心点不易判断得非常精确,每次测量时罗盘磁北置零方法不甚准确,所以上述模拟观测日出角度不可能十分精确,存在或出现了这样或那样的问题,也许会有几分至十几分的误差,也就是误差1天左右,但是不会严重影响观测结果,至少不会影响大多数结果。
然而,天文观测中有一个常识性的问题就是蒙气差也称大气折射对观测结果的影响。我们现在无法知道陶寺地区的蒙气差对陶寺模拟观测的影响究竟有多大。希望专业人士来科学地解决这一问题。
 
    附记:陶寺天文观测基址IIFJT1实地模拟观测由何驽组织,冯九生、何驽、张管狮、张苏萍参加,何驽、冯九生照相、录像,冯九生绘图和测量,陈美东、武家璧、石云理等先生提出过重要建议和意见。观测缝中线方位角由北京洽恒科技有限公司精确测量。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”课题提供测量经费。
 
                                                                              执笔者:何驽
 
 
(原载于北京大学震旦古代文明研究中心编《古代文明研究通讯》总29期,2006年6月。作者有所改动。)
 
 
注释:
 
*本项目为国家科技部重点项目“中华文明探源工程”第一阶段“公元前2500~公元前1500年中原地区文明形成与早期发展”之“重点聚落陶寺遗址专题”,本次发掘得到中国科学院知识创新工程重要交叉方向项目的“山西陶寺古观象台遗迹研究”课题(KACX2-SW-01)的资金支持。
[①] 中国社会科学院考古研究所山西队、山西省考古研究所、临汾市文物局:《山西襄汾陶寺中期城址大型建筑IIFJT1基址发掘简报》,《考古》2007年4期。
[②] 何驽:《山西襄汾陶寺城址祭祀区大型建筑基址2003年发掘简报》,《考古》2004年7期,页23。
[③] 何驽:《陶寺中期小城内大型建筑IIFJT1发掘心路历程杂谈》,《新世纪的中国考古学——王仲殊先生八十华诞纪念文集》,中国社会新开业考古研究所编著,文物科学出版社,2005年。页228。
[④] 尽管冬至一词出现于周代,夏商时期称“日南至”,为了论述方便以及使读者更易理解,故仍使用冬至一词。
[⑤] 史前时期没有春分叫法,可能称为“仲春”,特征是上半年日夜等分。但是为了便于读者理解和行文方便,本文仍使用“春分”一词。
[⑥] 史前时期没有秋分叫法,可能称为“仲秋”,特征是下半年日夜等分。但是为了便于读者理解和行文方便,本文仍使用“秋分”一词。
[⑦]史前时期没有夏至叫法,可能称为“日北至”,特征是日出点走到一年中的最北点。但是为了便于读者理解和行文方便,本文仍使用“夏至”一词。
 
 
 
 
(责任编辑:高丹)
转载请注明来源:中国考古网
分享到:
版权所有:中国社会科学院考古研究所
地址:北京王府井大街27号(100710) E-mail:kaogu@cass.org.cn
备案号:京ICP备05027606

您是第
AmazingCounters.com
位访问者

 
陶寺观象台遗址研究

陶寺中期小城大型建筑基址IIFJT1实地模拟观测报告

发布时间: 2009-04-21

    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。
 
一、实地模拟观测方法
    《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。
    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″。
    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。
 
 
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″

 

                                                          表一
 
    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》。
    下面逐一介绍各观测缝模拟观测的结果。
               
二、模拟观测结果
 
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。
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。
 
2.    东2号缝      
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。
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″。
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。
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″
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″
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。
 
3.东3号缝 介于D9与D8之间。形制、尺寸、角度见表一。
(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。
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。
(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。
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。
 
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。
(1)上半年
       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
          94°25′58.2″-10′37″=94°15′21.2″
据北京洽恒科技有限公司精确测量,7号缝西北角E7-3方位角94°05′05.7″。3月18日日半出方位角94°15′21.2″,大于7号缝西北角E7-3方位角94°05′05.7″,小于中线方位角94°25′58.2″,偏于7号缝中北侧,与目测结果相同。
由于春分、秋分没有黄赤交角变化,因此3月18日7号缝中线日切为陶寺春分[⑤],较2005年春分2月20日21时提前2天。自3月8日6号缝日切至此日间隔10天。
(2)下半年
2004年9月23日阴历八月初十,秋分。6:46:36时日半出,太阳在7号缝东北角外侧被D4号柱子挡住了,方位角92°44′50.2″。6:48:33日切,太阳大部进入东7号缝东北角,但仍被西南角挡住看不到,方位角93°15′56.2″。日切点偏于7号缝中线以北1°11′52″。此时段日移速率为39′/天。
   1°11′52″÷39′/天≈1.84≈2天
于是推测9月25日日切在东7号缝中线,为陶寺秋分[⑥]。遗憾的是2004年9月24、25日两天连阴雨,未能观测。
2005年9月24日阴历八月廿一,秋分后1天。因操作失误未摄到日出影像,没记录到日出准确时间。日半出时,太阳大部已进东7号缝东北角,但是被西南角所遮挡看不到,方位角93°22′30″,仰角3°56′03″。日切时,太阳全部进入7号缝东北角,但仍被西南角所挡看不到,方位角93°40′31″,仰角3°59′17″。日切时方位角位于7号缝中线以北37′21.2″。此时段日移速率为39′/天。
37′21.2″÷39′/天≈1.3≈1天
于是推测9月25日日切在7号缝中线为陶寺秋分,较2005年秋分9月23日晚2天。2005年9月25日因阴雨没有观测到日出。陶寺秋分9月25日至10月6日6号缝日切间隔11天。
 
8.东8号缝   介于D4与D3之间,位于台基正东中轴线上。对应山头N11。
(1)       上半年
2005年3月28日阴历二月十九日。东边天际有云雾, 6:49:02时见到太阳,此时已与地面相切,在东8号缝的中心稍微偏北,方位角89°03′53.7″。此日就是陶寺文化的一个节令。陶寺春分3月18日7号缝日切至3月28日8号缝日切间隔10天。
(2)       下半年
2004年9月7日阴历七月廿三,白露。6:25:04时日始出,方位角为84°40′37.7″,仰角2°57′19″。6:26:05日半出,方位角84°55′0.27″,仰角2°35′03″。6:27:23日切,方位角85°08′42.7″,仰角2°35′18″。观测结果04年9月7日日出时不在东8号缝内,被D3号柱子挡住。日切偏于8号缝中线以北3°57′39″。此时段日移速率为35.7′/天。
           3°57′39″÷35.7′/天≈6.66≈7天
   即9月7日七天后9月14日日切在8号缝中线。但是9月14日因阴雨没有观测到日出。距陶寺秋分9月25日7号缝日切11天。
 
9.东9号缝    介于D3与D2之间。对应小山峁编号为N15。
(1)       上半年
2005年4月10日阴历三月初二,多云。 6:29:31时见到太阳,此时太阳离开地面一段距离,位于东9号缝的南侧边线上已无天文意义。今晨虽未看到日切,但从太阳升高的位置判断今日太阳于地面相切时应在东9号缝内。
       为了验证这一结论,我们根据9号缝中线与8号缝中线夹角6°48′07″推算9号缝日切日期。据2004年观测,此时段日移速率为32.6′/天。
6°48′07″÷32.6′/天≈12.52≈13天
3月28日日切在8号缝中,13天之后日切在9号缝,即4月10日。因此,4月10日日切在9号缝中线应当是妥当的。自3月28日8号缝日切到今日9号缝日切间隔13天。
(2)       下半年
2004年9月2日阴历七月十八。6:19:13时日始出,太阳紧贴东9号缝东北角,紧靠西北角内侧,方向角82°00′25.7″。
6:20:41时日半出,位于东9号缝中线略偏北,方位角82°11′18.7″。
6:21:48日切,位于中线略南,太阳南缘同时与东9缝的南壁相切,方位角82°21′20.7″。根据黄赤交角变化,四千年前9月2日日切位于9号缝中线,较今天日切点略偏南。因此9月2日是陶寺文化的一个重要节令,距9月14日8号缝中线日切间隔12天。
 
10.东10号缝   位于D2与D1之间。对应塔儿山以北小山头N20。
(1)       上半年
2005年4月27日阴历三月十九。5:59:29时太阳露头,太阳紧贴东10号缝东北角外侧D1柱内,方位角73°53′49″。
6:00:31时日半出,太阳右缘进入10号东北角,但仍被西南角挡住看不到,方位角74°05′26″。
6:01:32日切,太阳南半部在东10号缝内北半部,一半仍被北侧D1号柱挡住,方位角74°13′39″。距中线角差21′51″。据2004年观测,此时段日移速率为23.8′/天。
21′51″÷23.8′/天≈0.92≈1天
提前1天即2005年4月26日日切于10号缝中线。距4月10日日切于9号缝中线间隔16天。
(2)       下半年
10号缝下半年日出未能观测到。7月23日日切在11号缝,10号缝中线与11号缝中线夹角8°30′59″。此时段日移速率为23.8′/天。
8°30′59″÷23.8′/天≈21.47≈22天
预计8月14日日切于10号缝中线。
10号缝中线与9号缝中线夹角7°42′44.7″。9月2日日切于9号缝中线。
7°42′44.7″÷23.8′/天≈19.44≈19天
反推8月14日日切于10号缝中线。
由此我们推测8月14日日切在10号缝中线,距9月2日日切于9号缝中线间隔19天。
 
11.东11号缝  介于D1号柱与夏至南柱之间。从夯土台芯看出去原本是一个面向东南的迎日门,从观测点经“迎日门”向东看去,又可形成一条宽50厘米的观测缝,编号为11号缝。
(1)       上半年
2005年5月20日阴历四月十三,小满前一天。5:36:29时太阳露头,太阳位于东11号缝内偏北,方位角65°57′50″。
5:37:54日半出,位于11号缝正中,方位角66°09′27″。
5:38:53日切,太阳在东11号缝中心稍偏南,方位角66°28′20″。考虑到黄赤交角变化,春分以后今天日出较四千年前偏南,故判定陶寺文化时期5月20日日切于11号缝中线。距4月26日日切10号缝间隔24天。
(2)         下半年
2004年7月23日阴历六月初七,大暑第二天。5:45时日半出,太阳在11号缝内中线偏北,方位角65°54′15″。
5:46时日切,太阳位于11号缝中线略偏南,方位角66°08′49″。
我们判定,7月23日日切11号缝中线。距8月14日日切10号缝中线间隔22天。
 
12.东12号缝    介于第二层台基上的夏至南、北柱之间。
2004年6月21日阴历五月初四,夏至。5:28:38时日始出,在缝里可以看到一半,太阳左半部在东12号缝内南边,视中心点在东南角,但是测得方向角59°52′15.7″,位于缝中线略偏北,方位角数据与实际观测天象不符,角度测量有误。据12号缝东南角方位角校正,此时太阳方位角当为61°15′45.7″。
5:30:15日半出,太阳一半在夏至南柱内,在缝里可以看到一半,方位角61°19′18.3″,角度与观测实际天象相符。
5:31:28日切,太阳全在夏至南柱内,左缘与东12号缝南壁相切,在缝中完全看不到,方位角61°55′42.7″,角度与实际天象相符。
日半出时方向角偏于中线以南58′23.6″。黄赤交角变化导致今天日出位置较四千年前南偏,故四千年前6月21日日半出在12号缝中线,是陶寺文化时期太阳走到最北点,为陶寺夏至[⑦]。与今天日子相同。
 
三、初步结论与存在问题
 
    综上所述,陶寺观象台总计12道观测缝,从观测点可观测到冬至—夏至—冬至一个太阳回归年的20个时节的缝中线日半出或日切。这12道缝中1号缝没有观测日出功能,7号缝居中,为春分、秋分观测缝。7号缝向南间隔5道缝至冬至日半出,向北间隔5道缝至夏至日半出。除2号缝观测冬至、12号缝观测夏至各用一次之外,其余9道缝皆于上半年和下半年各用一次。对于陶寺20个时节中除二分二至以外其余18个时节的意义,笔者拟另具文讨论。
    由于模拟观测始终是由中国社会科学院考古研究所山西队独立完成的,并非专业天文学观测,日出时太阳视中心点不易判断得非常精确,每次测量时罗盘磁北置零方法不甚准确,所以上述模拟观测日出角度不可能十分精确,存在或出现了这样或那样的问题,也许会有几分至十几分的误差,也就是误差1天左右,但是不会严重影响观测结果,至少不会影响大多数结果。
然而,天文观测中有一个常识性的问题就是蒙气差也称大气折射对观测结果的影响。我们现在无法知道陶寺地区的蒙气差对陶寺模拟观测的影响究竟有多大。希望专业人士来科学地解决这一问题。
 
    附记:陶寺天文观测基址IIFJT1实地模拟观测由何驽组织,冯九生、何驽、张管狮、张苏萍参加,何驽、冯九生照相、录像,冯九生绘图和测量,陈美东、武家璧、石云理等先生提出过重要建议和意见。观测缝中线方位角由北京洽恒科技有限公司精确测量。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”课题提供测量经费。
 
                                                                              执笔者:何驽
 
 
(原载于北京大学震旦古代文明研究中心编《古代文明研究通讯》总29期,2006年6月。作者有所改动。)
 
 
注释:
 
*本项目为国家科技部重点项目“中华文明探源工程”第一阶段“公元前2500~公元前1500年中原地区文明形成与早期发展”之“重点聚落陶寺遗址专题”,本次发掘得到中国科学院知识创新工程重要交叉方向项目的“山西陶寺古观象台遗迹研究”课题(KACX2-SW-01)的资金支持。
[①] 中国社会科学院考古研究所山西队、山西省考古研究所、临汾市文物局:《山西襄汾陶寺中期城址大型建筑IIFJT1基址发掘简报》,《考古》2007年4期。
[②] 何驽:《山西襄汾陶寺城址祭祀区大型建筑基址2003年发掘简报》,《考古》2004年7期,页23。
[③] 何驽:《陶寺中期小城内大型建筑IIFJT1发掘心路历程杂谈》,《新世纪的中国考古学——王仲殊先生八十华诞纪念文集》,中国社会新开业考古研究所编著,文物科学出版社,2005年。页228。
[④] 尽管冬至一词出现于周代,夏商时期称“日南至”,为了论述方便以及使读者更易理解,故仍使用冬至一词。
[⑤] 史前时期没有春分叫法,可能称为“仲春”,特征是上半年日夜等分。但是为了便于读者理解和行文方便,本文仍使用“春分”一词。
[⑥] 史前时期没有秋分叫法,可能称为“仲秋”,特征是下半年日夜等分。但是为了便于读者理解和行文方便,本文仍使用“秋分”一词。
[⑦]史前时期没有夏至叫法,可能称为“日北至”,特征是日出点走到一年中的最北点。但是为了便于读者理解和行文方便,本文仍使用“夏至”一词。
 
 
 
 
(责任编辑:高丹)

作者:考古研究所山西队

文章出处:中国考古网