冬奥奖牌里古老的天文知识
①第24届冬季奥运会——北京冬奥会的奖牌设计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，既象征着天地合，人心同的理念，又象征着浩瀚星空，冬奥运动员们如群星璀璨。
②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知识呢？
③设计团队透露，奖牌的设计灵感来自《周髀算经》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。
④七衡图上，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、小滿这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。
⑤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。
⑥七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与公转引起的。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”。
⑦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。
⑧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。
⑨二十四节气是我国古代农学领域的一大创造，几千年来对指示物候时令、指导农耕生产起到了重要作用。西汉天文学家落下闳测定二十四节气的日期，并将其编入《太初历》。他规定偶数项的节气如雨水、春分、谷雨一定要在当月出现，否则要定这个月为上月的闰月，这种置闰原则一直沿用至今。
（选自《科学大众》2022.03）
