1.1.2　古人观星定向思维的发展过程

实际上，在很早的古代，人们就已经用观察星星方位的方法来确定方向了。不过，古人观星定向也经历了一个发展、变化的过程。你会说，观星定向？太阳那么大、那么明亮，干吗还要去认星星辨方向呀？哦，晚上有太阳吗？就算是白天你敢“直视”太阳吗？那就用月亮好啦！我敢直视月亮，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，难道我们的祖先就没有想过去利用它，而是费力地去找星、辨星用来定方向？原因当然有，听我们慢慢说。

1．立竿见（测）影

太阳耀眼的光芒使人对其无法直视，更何况太阳高悬天际，也没法用一般工具直接测量。所以要测量太阳的运行轨迹，必须采用间接手段。

怎样做呢？通过观察，古人发现，被阳光照射的物体，一定会有相应的阴影。于是，人们不难联想到：只要将某一有固定长度或高度的物体，长期固定在某一能被阳光全天候全方位照射的地方，那么就可以通过测量此物体阴影的变化来追索出太阳的运行规律。这样，人类最早的辨别方向以及计时的工具和方法就出现了——立竿测影。

所谓“立竿测影”，就是将一根木杆树立在一片露天的空旷地面上，通过观测每日每时木杆影子的长度和角度变化来测算具体的方位、时节和时点。古人“立竿测影”法的原理，在其具体应用上，我们可以做如下推测。

立竿测影法最先可能是用于测量每日“日中”时点的变化。太阳东升西落的运行轨迹变化会在不同时点上留下不同角度的阴影，通过测量阴影角度的变化就能推算出具体的时点。被用作时辰报点的“日晷”就是依据此原理制成的。然后随着人们日复一日、年复一年的不断测量，通过大量的数据积累会发现，同一个时点在每年不同日子里，其杆影的长度也呈现周期性的变化。我们的祖先生活在北回归线以北、北极圈以南，他们发现：每年天最炎热的时节里，太阳运行的轨道相对靠近北部，此时的杆影相对偏短；而每年最寒冷的季节里，太阳运行的轨道相对靠南，此时的杆影相对偏长。为了准确测量此变化，我们的祖先又做了更精确的测量：以每日正午太阳运动至轨道最高点、杆影最短时的杆影长度为基准，准确测量一年四季（实际是最冷的一天的一个周期循环）中每一天正午时刻杆影的长度，然后记录下每天此时杆影长度的数值，从而得出四季流转中太阳运行的规律。通过数据比对不难发现，一年中必有那么一天日影最长、一天日影最短，这最长的一天就是被后世称为“冬至”，最短的那天就是“夏至”。在确定了冬至和夏至这两天后，在由冬至到夏至和夏至到冬至的两个半年里再进行对半分，则得到了“春分”和“秋分”这两天。（虽然春分和秋分在立竿测影上并无显著特征，但这两天在确定“天赤道”的方法里有不可替代的作用。）这种通过测量杆影长度变化来确定一年内具体的每一天的方法，后来演化成“圭表法”。

在掌握了“圭表法”计日后，人们自然会因为杆影长度的几个特征数值而注意到一年中四个特殊的日子——冬至、夏至、春分、秋分。而这四个日子在圭表上则反映为三道被着重标记的刻线：冬至点标线离测杆基点最远，夏至最近，春分和秋分时标线到基点的距离等于测杆长度，如图1.13所示。

因为这三道线在圭表法中是一年时节四等分的依据，所以其重要性独一无二、无可替代。我们的祖先为了彰显其重要性，还将其作为文饰而到处刻画。从一些考古发掘出的出土文物中就可见一斑，如图1.14所示的象牙梳就是大汶口文化的遗物，其表面就刻画了一圈呈横“8”字形回旋的“三”字纹。

这种“三”字纹很有可能就是后世阴阳八卦的原形。不过，在那个时代也没有今日之“阴阳”。虽然从红山文化（距今五六千年）发掘出的玉器中，我们可以发现当时已经有了雌雄两两相比的概念，并有向“阴阳”概念发展的趋势，但我们并不能因此而断定当时也会有从“阴阳”推演出的“八卦”。况且，从进化论的角度来看，事物的发展大多会经历从简单到复杂、从孤立到系统的过程。而即使是相对简单的各只有三道线共八个卦象的先天八卦，其中也包含了不少的数理计算。因此，很难想象“八卦”能被一蹴而就地发明出来（神话中，伏羲根据天地图形一下子画出来，据说那来源于上天的传授），而应该是经历了反复推演变迁后所得的，八卦应该有更原始、更单纯的雏形源出。所以八卦的雏形起源于没有“阴阳”之分的“三”字纹是种合乎逻辑的推测。后世的八卦很有可能就是“三”字纹与“雌雄相匹”这两种意识交融的成果，两者交融从而催生出“阴阳八卦”。

从考古上看，华夏先祖早在5000年前就已经掌握圭表测量的技术，安徽含山一距今5600年至5300年的考古遗址中所发现的一块玉制龟板上就有表示土圭测日的痕迹，如图1.15所示。

从此玉龟板上看，当时的古人不仅知道了春分、秋分、冬至和夏至，还有了立春、立夏、立秋和立冬的概念。至此可以认为，我们的祖先已经有了一套相对精确的计时方法，可以通过太阳的变化来测算出今天处于一年四季中的哪个节点上、今时又处于一天中的哪个点刻上。有了这种精确的计时方式，何时进行种植业的播种收获就有了准确的依据，种植业才能高效地运行而规避因择时错误而带来的巨大损失。这在人类生产力发展的历史上是个重大的进步，有了种植业的发展，人类就能用同样面积的土地养活更多的人，从而释放剩余劳动力来从事其他工作，为人类的进步打下了坚实的基础！

2．从圭表到星象

“圭表法”纪日是在新石器时代晚期的生产力条件下所能运用的一套最有效的计时和判定方向的方式。但这套方法在当时却有个明显的短板——需要有专职的观测员脱产（不种地）从事日象观测；并且需要长期（跨年度）固守在某一固定地点才能有效展开工作。这两个问题放在生产力高度发达的当下来看，简直不是问题，但在新石器时代晚期却是个重大难题。

首先，在当时的生产力条件下，各部落的人口总数是相当少的。从目前的考古发现来看，当时一般的城邑也就能容下千把人的人口，其规模也就相当于现在的一个村。受当时的农业水平限制，当时的粮食亩产量是相当低的，不及今日的十分之一（当时的耕种主要为“刀耕火种”，纯粹靠山吃山，没有灌溉、施肥等人工助产手段）。所以在当时生产力条件下，要每个村都来供养几个专职的天文工作者是不现实的。村里人各种各的地，也仅能保证温饱无虞，还要防备各种天灾人祸带来的风险，所以一个小城邑或村落的有限剩余农产品是难以“供养”一套专职的天文观测班子的。因此，当时有限的生产能力是不支持绝大多数城邑村落来长期从事“立竿测影”这一脱产工作的。

其次，当时的农业生产方式也难以保证个人能长期固守某地从事立竿测影工作。众所周知，最早的种植方式是“刀耕火种”，即先以石斧砍伐地面上的树木以及枯根朽茎、草木晒干后用火焚烧。经过火烧的土地变得松软，不用翻地，利用地表草木灰作肥料，播种后不再施肥，一般种一年后易地而种。这种一年一转移的生产方式是新石器时代晚期最普遍的种植方式，如果天文观测人员也跟着进行转移，那么所测得的日影数据必然会引入年际间的地域误差，这对确定具体时节的精确度是会造成重大影响的。

另外，使用立竿测影法就必须先清理出一片大面积的平坦开阔的露天广场，这样才能保证阳光不受遮蔽阻挡地照射到测影竿上。这问题在田亩连片的后世并不难解决，但在灌木连片成林的洪荒年代，要开垦出一大片空旷地也绝非易事。这也需要耗费不少的人力才能办到，对一般的小城邑或村落而言，是笔沉重的经济负担，没有一定规模的生产力也是难以承办此事的，若是在山区就更困难了。

所以，以立竿测影为原理的圭表法纪日，虽然在技术上能保证计时的准确度，但其人力投入也较大，一般村落难以负担其高昂的经济花销。所以圭表法纪日难以全面推广，我们的祖先需要更经济实惠的方式来解决年内纪日的问题。但此时在太阳观测技术上已经难以再有突破性的技术创新了，于是人们就将目光从白天的太阳转移到了夜晚的星星，希望从星星变化中找到与太阳运行相关的规律，来降低纪日工作的经济成本，以利于推广普及。

3．为何不是月亮

夜晚的星空中最明亮也最易被观测到的天体，当首推月亮。古人应该先想到月亮呀！但是相对于恒星，月亮的变化规律对于古人来说太难以掌握了。现今我们所用的传统农历，也是以回归月的29.5天为一个周期来纪月，对于我们是早已习惯了这种纪月方式，所以往往也就理所当然地认为自古以来都是这么纪月的。那么历史真的是这样的吗？

首先，出土文物并不支持此观点。在整理安阳殷墟的出土甲骨时，学者们就发现：殷商甲骨中有不少在“十三月”所做的占辞，而当时各个月的时间也并不固定，最少的仅28天，最长的有32天——可见当时并没有形成一套持久稳定的纪月方式。从出土文物所示内容以及专业学者的研究来看，中国古代制定出一套完整的以月纪年的方法(19年7闰)，最早也只能追溯到西周中后期。还有，从近些年挖掘出的山西陶寺天文台遗址来看，最早的纪月方式似乎并不是一年12个月，而是一年10个月（那时候一年有5季：春、夏、长夏、秋、冬，按木、火、土、金、水的相生关系而自然循环，两个月对应一季，似乎是很明显也很有道理的）。今天地处西南的彝族依然使用一种一年十等分的十月历。由此可见，今天所用的“19年7闰”的农历并不能想当然地认为“自古有之，理所当然”。很有可能初始的纪月方式并非以回归月的29.5天为基数基准。

其次，要发现“19年7闰”的月相变化规律其实并不容易。因为在人的潜意识里，喜欢以2、3、5这三个数为起点，并通过对这几个数的不断扩大倍数来寻找物理运动的数理关系。但“19年7闰”中的两个数“19”和“7”都是质数，与2、3、5之间不存在倍数关系，所以要找到19与7之间的数理联系是需要通过大量的对观测数据的处理才能得到的。

其实，直到春秋战国前，人的平均寿命也就40多岁——那就意味着人的一生一般也就能见到两个完整的“19年”轮回而已。所以个人要在有限生命中，通过有限的天文数据积累来归纳总结出“19年7闰”的年月周期，是件很难办到的事。只有当天文观测数据足够多时，才能建立可靠的数理模型。按统计学的观点来看，至少需要20组数据的分析才能达到样本足够大、偏差低于5%的数学要求。因此，很难想象在新石器晚期，在有限的观测记录和艰难的保存手段下，我们的先祖就能积累足够多的数据来发现“19年7闰”的月相变化规律。

由此看来，月亮虽然是夜空中最容易被观测到的天体，但其本身独特的运动规律让人难以捉摸，故以月亮的运行轨迹为坐标来简洁明了地追踪和表述太阳的运行轨迹是难以实现的，我们的祖先必须去找到其他的标记方式来标记太阳的运行规律。但夜空中除了月亮外，就是漫天星辰了；在这么多的星辰中，又该挑选哪些既有明显特征，又能被明显观测到的星辰呢？

4．不动的恒星

在漫天的星星中，首先排除的就是金、木、水、火、土五大行星（这是西汉以后对五大行星的称呼，东周以前并不如此命名）。虽然这五颗星的运行轨迹完全不同于其他星辰自东向西的运行规律，各有各的特色且易于辨认，但这五大行星的运行并不遵循固定（视）轨迹运行，会令初学天文者感到难以捉摸。水星（古称辰星）和金星（古称太白）只有在日出前或日落后的一段时间里出现，还不是全年都能看到；火星（古称荧惑）红色的色泽在漫天星辰中显得与众不同，但其时快时慢的运行轨迹让人无所适从；木星（古称岁星）和土星（古称镇星）是自西向东运行，与其他星体的运动方向相反，而且它们的运行周期太长。五大行星与众不同各具特色的运行轨迹使得它们难以被用于作为纪年纪月纪日的基准星（木星比较特别，被称为岁星，是因为它具有12年的公转周期），所以它们首先被排除出候选名单。

其他的星辰虽然都是每晚自东向西运行，且星与星之间的距离与位差始终保持恒定——这也是“恒星”一词的由来——但在数以万计的星辰里，究竟选哪些星辰作为基准的标志星比较合适呢？

仰望夜空会一目了然地发现：整个夜空的恒星在从黄昏到黎明的整个黑夜里，都是像太阳那样从东方升起西方落下，并且也是沿着与太阳运行轨道类似的圆弧轨道运行。于是，古人们自然会思索：能否在这漫天的繁星中找出些易于被观测并有显著特征的星，作为计时的基准标识，并以此为基础制作一套报时定位系统呢？

经过反复的观测，我们处于北半球中高纬度的祖先终于发现：所有恒星的圆弧运动都似乎是在围绕同一中轴作圆周运动，而这个中轴就在天穹上的顶点，应该在北方天空的某一点上，这个点就是所谓的“北极”。如《晋书·天文志》就明确指出：“北极，北辰最尊者也，其纽星，天之枢也。”随着更多、更深入的观测，人们又发现，这条“中轴”并不与地平面平行，而是与地平面成一定角度的夹角。而天空中北半球的某些星也因此在一年四季中的无论哪一天都能整夜出现在夜空中，这一片天空构成了后来所谓的“恒显圈”（我国天区分布中最重要的三垣里的恒星基本都属于这里）。这片天空面积所占的比重在夜空中最大，这里的星辰运动轨迹差异也最大。另一部分星在一年中的某些时候是无法被观测到的。当然，还有一部分星因为地轴倾角而始终无法被观测到，也就是后来所谓的“恒隐圈”，但这部分始终看不到的天空显然不在当时古人的考虑范围中，因为这片看不到的天空显然是没有“实用”价值的。于是，我们的祖先就从恒显圈入手，找寻具有观测和实用价值的星或星群。最明显的当然就是“北斗七星”啦！

5．北斗

古人说到的“北斗”，大家马上就会联想到呈勺状的北斗七星（图1.16）。是的，北斗七星是北半球较为明亮的一组星，不仅我们中华民族的先祖观察到了这一组亮星，北半球其他中高纬度的先民也都看到了它们，譬如古希腊所划分的大熊星座就是以北斗七星为主的星座，生活在北极圈的萨米尔人（瑞典）也有类似的北斗星座，等等。

为什么北半球的先民都会不约而同地选择北斗七星作为计时定向的工具呢？其实原因也很简单——北斗七星是夜空中最容易被区别和观测的一组亮星。

首先，北斗七星处于北半球天空的恒显圈中，一年四季都能在夜空中被观测到，观测北斗七星可保持观测的连续性；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组亮星，所以北斗七星是相对最容易被识别和区分出的一组亮星。观测者在追踪北斗七星的运动轨迹时就不会被其他亮星干扰，对天文初学者来说“易标识”是相当重要的一点。基于以上两点，北斗七星就自然成为居住于北半球中高纬度各地先民的首选天然“报时器”加“定向仪”。

我们的祖先在对北斗进行长期观测后发现，在一日内的整个夜晚中，北斗七星围绕着北极点作圆周运动（图1.17）。而经过长期的进一步观测后，人们发现：若选择每天同一固定时间观测北斗七星，那么将其全年在此时间点上（每天）所处的位置进行连线，得到的依然是一个以北极为原点的圆周。因此，人们会思考：能否以每日内的一个固定或相对固定的时间点位为基准，通过观测北斗七星的位置来确定每日处于年内的哪个具体时间节点上，从而制作一套相对圭表法而言更加简单易懂的纪日定向方法呢？

6．黄昏

在开始动手制作新的报时器后，遇上最大的难题就是：在一夜中，选择哪个具体时间点观测北斗七星的方位变化，由此来作为全年观测分析的基准呢？这个问题在今天看来简直不是问题，只要大家对个表、定个时不就解决了吗？但遥想在四五千年前的远古，别说钟表，当时连个钟摆沙漏都没有，甚至漏刻之类的最原始计时工具也没有，而日晷圭表之类需要阳光照射才能报时的工具在夜晚又起不到丝毫作用。在这样的情况下该如何确定具体的计时基准点呢？

在当时的生产力条件下（新石器时代），一天内有两个时间节点相对其他时段最容易把握，那就是黄昏和黎明。在这两个时间节点观测，相对其他时段有何优势呢？

首先，黄昏时太阳刚落山，黎明时太阳即将跃起，此时天空由亮转黑和由黑转亮，这两个转换过程都是在相对较短的时间内完成的，一般都不超过三刻钟（图1.18）。相对于漫漫黑夜，这两个时间节点的时间跨度是小得多的，因此，观测不占用劳作人员很多的时间，精力容易集中。进行星象观测所得的数据的精确度也容易得到保障。

其次，在这两个时间点里观测天象，也能与日晷计时做有效结合。因为，在黎明时，太阳刚从东方地平线露头时，已经有一缕阳光照射到了日晷上，通过日晷已经能大概知道具体时间。而此时光线还很微弱，不足以照耀整个天空，此时西方的天空还处于夜色中，依然能在此时看到西方天空的星辰。同样的道理也适用于黄昏，此时太阳即将西沉，西边的最后一缕阳光还能照射到日晷上，但已经无法照耀东方天际，东方夜色已露，星辰也随之显现。

在确定了两个最佳观测时段后，又应该在两者中选择哪个时段作为基准观测时间点呢？是黄昏，还是黎明？根据各种记载和文献来看，我们的祖先首先选择了黄昏作为观测基准时段。那么相比于黎明，黄昏的优势又在哪呢？

首先，人的自然作息规律是日出而作、日落而息，一般在天亮后人才会醒来，在日落后人才会休息。所以黄昏时刻，人还处于一天中的活动周期内，此时更能专注精神从事天文观测，并且在此之前有充裕的时间做与之相关的准备工作。反观在黎明时分进行观测的话，人刚从睡眼惺忪的状态中醒来，人的精神和体能状态都远未达到最佳状态。若要提前做准备工作的话，更是要在黎明前的黑暗中摸索，这在缺乏人工照明的远古可是件难度不小的工作。由此可见，两相比较后，显然在黄昏时刻观测天象更有利于天文工作的展开，先祖最早约定的天文观测基准时间也因此被定格在黄昏时刻。

在确定了黄昏为基准观测时刻后，再来看北斗七星在一年内的黄昏中有哪些具有典型特征的方位变化。经过观测发现，在冬至前后的冬季中，黄昏时刻北斗七星的斗柄指向北方；在夏至前后，黄昏时刻指向南方；在春分前后，黄昏时刻指向东方；在秋分前后，黄昏时刻指向西方（图1.19）。这就是战国著作《鹖冠子》中所指的：“斗柄指东，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。”后来人们在此基础上，又在四个对角线上加入了“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“八节”的概念。

至此，人们终于制作出了另一套可用于年内纪日的报时定向系统，并且相比于圭表法，北斗报时系统的操作更方便。圭表法必须常年固定在某一区域，并配有专职天文观测人员，才能有效运作；而北斗报时系统的要领简单，每晚黄昏时刻仰天一望就一目了然，易学易操作。因此，北斗报时定向系统就成了当时普通大众所熟知的计时器和定位仪，北斗的文化影响力也由此奠定！