4100年前陶寺人观测天象,必威由夯土挡土墙、夯

    从秘鲁首都利马向西北行约400km,海岸沙漠中有一处分布约4km2古代遗址,称为Chankillo(南纬9.56°,西经78.23°)。遗址的西北角小山顶上,是一个长约300m的近圆形城址。厚实而规则的双重城垣,结构复杂的门道,城中两个浑圆的建筑遗址,都给人以深刻印象。圆城向东南约1km,一座南北方向的小山脊上,整齐排列着一行13座石块砌成的立方形塔,长达200m,尾部(南头)稍向西偏。十三塔的周围分布着大量城墙和建筑物遗址。这一组造型奇特的建筑,被认为是一个古国的礼仪祭祀中心,或可称为“圣城”。对建筑木料和种籽、纤维等残余物的17组碳14测年显示,他们存在于距今2350-2000年前。

    近年来在山西陶寺遗址发现的大型夯土台基ⅡFJT1[1,2],引起各方面的高度关注。考古界和天文史界的不少学者,倾向于认为它是一个集天文观测和自然崇拜仪式为一体的建筑[3],故称之为观象台。当然,该问题还需要深入的研究。

    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。

    一、引言


时间:2010-1-29 13:34:51 来源:不详

 

    最近,自然科学界最权威的《科学》杂志刊登了Ivan Ghezzi和Clive Ruggles的文章[4],介绍新近在秘鲁发现的公元前4世纪的太阳观测台。对比这两处古迹,对于陶寺ⅡFJT1的功能,甚至对于整个陶寺文化的特征,也许会有一些启发。

    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。

    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,发掘了陶寺中期小城大型建筑基址IIFJT1。该遗迹以陶寺中期大城内道南城墙Q6为依托,向东南方向接出大半圆形建筑。整个建筑由半圆形外环道和半圆形台基基础构成。台基基础由夯土台基和生土台芯组成。外环道在台基的东北角以豁口横穿城墙Q6。整个遗迹包括外环道直径约60米,总面积约为1740平方米。台基直径约40米,总面积约1001平方米。台基大约可分三层。第一层台基基础位于台基正东,呈月牙芽形。生土半月台基芯被第一层台基的夯土版块所包护。第二层台基基础呈半环状,东、西两端接在城墙Q6上。第三层台基呈半圆形,由夯土挡土墙、夯土观测柱缝及台基芯构成。第三层台基芯以生土为主,还有部分夯土台芯、观测点等遗迹。

4100年前陶寺人观测天象?遗址石柱引猜测

必威 1

    秘鲁首都利马西北约400km,海岸沙漠中有一处分布约4km2的古代遗址,称为Chankillo(南纬9.56°,西经78.23°)。遗址的西北角小山顶上,是一个长约300m的近圆形城址。厚实而规则的双重城垣,结构复杂的门道,城中两个浑圆的建筑遗址,都给人以深刻印象。圆城向东南约1km,一座南北方向的小山脊上,整齐排列着一行13座石块砌成的立方形塔,长达200m,尾部(南头)稍向西偏。十三塔的周围分布着大量城墙和建筑物遗迹。这一组造型奇特的建筑,被认为是一个古国的礼仪祭祀中心。对建筑木料和种籽、纤维等残余物的17组碳14测年显示,它们存在于距今2350-2000年前。塔呈长方或近似长方的平行四边形,底部稍大,顶部平坦。每个塔的南北各有一个嵌入式楼梯直达塔顶,因此塔顶平面呈“工”字形。从侧面看,尽管山脊高度参差,但通过加减每座塔的高度,13座塔的顶部连成一条光滑的弧线,被塔与塔的间隙整齐地分割。

 

    在现存的陶寺晚期的台基破坏界面上,发现了一道弧形夯土墙基础,人为挖出10道浅槽缝,形成11个夯土柱基础。夏至观测柱缝系统向东错位,设置到了第二层台基上。在最北观测柱D1与夏至观测南柱之间搭上一根门楣就成为一个面向东南、内宽1.8米的小门。估计此门专为“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。据此,陶寺IIFJT1上用于观测的柱缝系列共计13个柱子12道缝。经垂直向上复原,这12道缝分别对着崇峰(俗称塔儿山)的某处山头或山脊。其中主峰塔儿山在东5号缝内。

2009年12月22日,冬至。

 

    最近,Ghezzi1和Ruggles在Science上发表文章指出,十三塔是2300年前古人用来观测日出以定日期的天文设施。

一、实地模拟观测方法

    陶寺观测点夯土标志位于第三层生土台基芯中部,打破生土。该夯土遗迹共有四道同心圆。中心圆面直径25厘米,二圈同心圆直径42厘米,三圈直径直径约86厘米,外圈同心圆直径145厘米。解剖结果,陶寺观测点基础残深26厘米[1]。

早7时30分,天刚蒙蒙亮,由中国社会科学院考古研究所山西队队长何驽博士带队,由十余名天文学家、文物专家等组成的队伍,从襄汾县城出发,赶往位于县城东北约7.5公里的塔儿山西麓的陶寺遗址。记者受邀一同前往。

图3. Google卫星照片上的Chankillo遗址(上北下南,图下面的标尺是200m)。

 

    《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。

    中国社会科学院考古研究所于2005年10月22~24日在北京举行了“陶寺城址大型特殊建筑功能及科学意义论证会”。来自中国科学院自然科学史研究所、国家天文台、国家授时中心、北京古观象台、北京天文馆、上海交通大学人文学院、南京紫金山天文台、西安美术学院中国艺术与考古研究所等单位的15位天文学家基本肯定了该大型建筑为天文观测遗迹。[2]但是考古学界仍有许多学者持怀疑态度。

一行人径直来到遗址内东南方的古观象台处。这是一处外观特殊的建筑,半圆的台基上矗立着十几根摆放位置奇特的砖柱,台基中间是水泥抹成的几个同心圆。

 

必威 2

    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。

    作为发掘者,我们始终推测台基的功能集观象授时与祭祀于一身。观测系统由观测点、观测缝、以及所对应的崇山上的日出点构成。为了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23日,我队进行了二年的实地模拟观测,总计72次,在缝内看到20次。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。模拟观测报告已于近期发表[3],本文就模拟观测的初步结果所包含的意义进行一些粗浅的分析。

“这就是4100年前陶寺人观测天象的原始地点,现在能看到的砖柱等建筑都是利用考古资料刚复制的。我们今天做的,就是借助这些复制建筑重现当时的场景,现场探寻古人是如何观天象的。”随队的冯九生说,“算下来,这是第77次模拟观测了,这座遗址今天能告诉我们什么呢?”

必威 3

 

    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。

 

否为观象台?实地模拟观测了76次

 

图1. 十三塔附近平面图

    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″。

 

A “几道缝”引起的猜测

图1. 十三塔鸟瞰(左北右南面向东)。

 

    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。

 

襄汾陶寺遗址原是一个面积约56万平方米的古城,距今4000—4100年前,这座古城扩张成为一个占地280万平方米的中国史前最大的城池。陶寺遗址被学术界认为对研究我国早期国家的出现、“中国”概念的形成具有重要价值。

 

 

 

   全文浏览请点击:《陶寺中期小城观象台实地模拟观测资料初步分析》下载。

遗址在2001年寻找陶寺城墙的钻探中就被发现。2003年,考古人员在这个神秘的“城池”里发现了一座占地达1700余平方米的大型夯土建筑遗址,由于其地表建筑都已遭到破坏,其原貌、功能都无从得知。考古人员根据遗址上的夯土痕迹推测,曾有13根高大的石柱立在这个半圆形的台基上,相邻石柱之间的距离为15厘米到20厘米,而这些石柱间的狭缝整体呈正对圆心的放射状。

必威 4

十三塔附近平面图如图1。图上方正北,右下部标尺200m,等高线间距5m。十三塔的西边200m开外,有两座院墙。东南院墙结构特别:南墙外有一条独立的走廊,其东南口朝向十三塔(小图C放大)。这个门口与Chankillo别的门口结构不同,没有安装木门的痕迹。同时开口处发掘出陶器、贝壳、石器供品,也是别的门口所没有的。Ghezzi1等估计献祭仪式通过这个走廊并且停留在其末端以观测十三塔,这个门口就是观测太阳的“西观测点”。从西观测点观看十三塔,形成一道齿状地平线,其北边与远山衔接。经测量这条“地平线”上的每个特征点的方位角和仰角,就可以计算出2300年前太阳经该点升起的日期。同时计算也经过实际观测的证实。计算结果如图2所示:夏至时(格里历6月21日),日出点在最北塔(塔1)的北边;冬至日出在最南塔(塔13)的塔顶。图中还标明了两至日的时间平分日(与天文学的春分、秋分略有差别)日出位置和轨迹。此外,在美洲原住民文化中,太阳经过天顶(这时太阳赤纬等于当地地理纬度)以及反天顶(这时太阳赤纬等于当地纬度的负值)的日子具有特殊意义,因此图2中也标出了这两个日期的日出。

 

 

2001年7月,从北京大学取得博士学位的何驽来到中国社会科学院考古研究所山西队。2002年,他担任山西队队长、陶寺发掘领队。

 

 

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″

 

2003年春季,何驽和队员们对陶寺遗址里确定的一座建筑基址进行复探,发现该建筑不仅土质杂乱,而且形状极不规则。后来环绕夯土台基的半圆形环道被发掘出来,它显示该夯土建筑遗迹呈弧线状。弧线可能是圆的一部分,古人认为“天圆地方”,何驽猜测:难道该遗址与祭天有关?

图2. 塔上的楼梯。

必威 5

 

 

发掘一步步推进,考古人员又发现夯土弧线上有几道缝,而且这些缝的朝向冲着东面约10公里外的塔儿山。这座大型建筑基址与天文有关?所留的缝是用来观测天象的观测缝?在天文史学家的建议下,何驽决定进行实地观测。

 

 

                                                          表一

(责任编辑:高丹)  

可是日月星辰,观测哪个好呢?这些缝自东北到东南,似乎是一年当中日出的大致位置。考古队队员冯九生提出,陶寺早期大墓中很多罐、盆的肩腹部画着几个圆圆的红太阳,这些很可能意味着陶寺文化对太阳的崇拜。陶寺文化具有高度发达的农业,使用太阳历的可能性最大。据此何驽决定首选实地模拟观测日出,并在天文学家计算出的观测点进行尝试。

    塔呈长方或近似长方的平行四边形,底部稍大,顶部平坦。每个塔的南北各有一个嵌入式楼梯直达塔顶,因此塔顶呈“工”字形。从侧面看,尽管山脊高度参差,但13座塔的顶部连成一条光滑的弧线,被塔与塔的间隙整齐地分割。
    最近,Ghezzi1和Ruggles在Science上发表文章指出(Science,315卷1239页,2007),十三塔是2300年前古人用来观测日出以定日期的天文设施。
    十三塔的西边200m开外,有两座院墙。东南院墙结构特别:南墙外有一条独立的走廊,其东南口朝向十三塔(图4C)。这个门口与Chankillo别的门口结构不同,没有安装木门的痕迹。同时开口处发掘出陶器、贝壳、石器供品,也是别的门口所没有的。Ghezzi1等估计献祭仪式通过这个走廊并且停留在其末端以观测十三塔,这个门口就是观测太阳的“西观测点”。从西观测点观看十三塔,形成一道齿状地平线,其北边与远山衔接。经测量这条“地平线”上的每个特征点(例如每个塔的底左、顶左、顶中、顶右、底右)的方位角和仰角,就可以计算出2300年前太阳经该点升起的日期。同时计算也经过实际观测的证实。计算结果如图5所示:夏至时(格里历6月21日),日出点在最北塔(塔1)的北边;冬至日出在最南塔(塔13)的塔顶。图中还标明了两至日的时间平分日(与天文学的春分、秋分略有差别)日出位置和轨迹。此外,在美洲原住民文化中,太阳经过天顶(这时太阳赤纬等于当地地理纬度)以及反天顶(这时太阳赤纬等于当地纬度的负值)的日子具有特殊意义,因此图5中也标出了这两个日期的日出。
    十三塔东边约200m,有一座孤立的6m见方的房基残存(仅存三面墙基,见图4C)。Ghezzi1等认为这里是“东观测点”。根据计算,从这一点所见十三塔和周年日落的情景如图6所示。图中可见,夏至日落在最北塔(塔1)的北侧;冬至日落在最南塔的南侧(注意,由于塔列的南头稍向西偏,所以在东观测点上看不到最南头的塔13和南头两条塔间间隙,“最南塔”变成了塔12)。此外,由图1和图4还可以看到Chankillo建筑的另一个特点:几乎所有建筑的走向,都和冬至日出-夏至日落的方向一致。

图2. 西观测点看到的太阳升起方向(左北右南)

 

考古人员将古观象台13根柱子自北向南编号1—13号,每相邻两根柱子形成的观察缝由南到北依次编号1—12号。然而,冯九生在2003年冬至的模拟观测中,发现从最南的1号缝望出去,看不到日出。日出一半时,太阳偏在2号缝以北。太阳下沿与山脊相切时勉强可以从2号缝看到,但偏在北侧。太阳升离山头,失去天文意义了,此时却位于2号缝正中。

 

 

    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。

难道这座建筑不是用来观天象的?何驽心里凉了一大截。

必威 6

 

    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》。

其实这只是太阳神与考古人员开的一个玩笑。后来天文学者指出,他们关于冬至的实地模拟观测结果是正确的,因为古今黄赤交角的变化,当年冬至日出点较古代偏北,这样从2号缝内就看不到。

 

十三塔东边约200m,有一座孤立的6m见方的房基残存(图1-D放大)。Ghezzi1等认为这里是“东观测点”。根据计算,从这一点所见十三塔和周年日落的情景如图3所示。图中可见,夏至日落在最北塔(塔1)的北侧;冬至日落在最南塔的南侧(注意,由于塔列的南头稍向西偏,所以在东观测点上看不到最南头的塔13和南头两条塔间间隙,“最南塔”变成了塔12)。

    下面逐一介绍各观测缝模拟观测的结果。

B 质疑中的惊喜发现

图4. 东西观测点平面图(上北下南)

 

               

由于那时还未发现此建筑的观测点遗迹,对于其是否是观象台,当时的考古界是一片质疑声。

 

必威 7

二、模拟观测结果

何驽就和队员们不断地进行模拟观测,冯九生参加了该建筑基址发现6年来进行的76次实地模拟观测。他告诉记者,经常出发时天气还好好的,等到了古观象台就变天了,“扑空是常有的事”。

必威 8

 

 

为进行观测,考古人员一步步清理基址周围的覆盖土,在清理过程中,他们特意在台基上留下一个4平方米见方的土台,以便进行模拟观测。为了将新的模拟观测点从土台上引到台基残留界面上,考古人员由土台垂直向下打了一个探孔,直至生土。探孔内灌入白涂料,然后插入一根笔直的桐树棍。这样日后将土台打掉后,模拟观测点的位置在台基平面上也可以很容易找到。

 

图6. 东观测点看到的太阳下落方向(左南右北)

1.    东1号缝(简称1号缝)   

随后的发现让考古队员们惊奇又狂喜:2004年10月29日,他们将模拟观测的土台打掉,发现土台下面居然藏着陶寺文化时期的观测点标志。只

图5. 西观测点看到的太阳升起方向(左北右南)

 

介于夯土柱D11与D10之间。形制、尺寸、角度见表一,后同。

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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。

必威 9

此外,由图1还可以看到Chankillo建筑的另一个特点:几乎所有建筑的走向,都和冬至日出-夏至日落的方向一致。

 

 

美洲原住民文化有深厚的太阳崇拜传统。美国亚利桑那霍皮人的Walpi村、秘鲁库斯科以太阳神庙为中心的辐射线遗迹和“太阳柱”、墨西哥太阳金字塔都是著名的证据。因此,推测Chankillo的十三塔为“观象授时”的天文设施和太阳崇拜祭祀中心,是有根据的。

2.    东2号缝      

图6. 东观测点看到的太阳下落方向(左南右北)

陶寺夯土台基ⅡFJT1和Chankillo十三塔在许多方面类似,但又各具特点。首先,从史前人类的文化特点来看,观象授时和自然崇拜的需求是这一时期天文-祭祀建筑存在的最根本背景。从天文观测的角度来看,由日出方位确定季节最为简易,最为准确。但是文献和遗物明确地表明,自周代以来,中国古代传统以日中影长来确定季节。中华文明长时期在同一地点发展壮大,使得早期建筑很难保存下来。陶寺观测日出方向的遗址,遂成孤证。相比之下,美洲的相关遗迹比较多,形成互证的链条。

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。

 

任何一个南北方向的类似十三塔的建筑(例如某段南北方向的带有垛口的城墙),都可以在它的东西边各找到一个观测点,严格地符合冬夏至的日出(只要刻度对称,两分点也不成问题)。因此问题的关键是这两个观测点一定要客观存在。Chankillo的东观测点比较明显——它是一片沙漠中的孤立建筑(当然,如果是个“坛台”更好),西观测点就不够明显。从西观测点(图2)看到,两至和两分点都偏北半个塔宽。如果将西观测点向南移十米,冬至、夏至和两分点都能恰好落入合适的位置。当然,这需要有实物的支持,例如在那里挖出一个坛台基址。

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。

    美洲原住民文化有深厚的太阳崇拜传统。美国亚利桑那霍皮人的Walpi村、秘鲁库斯科以太阳神庙为中心的辐射线遗迹和“太阳柱”、墨西哥太阳金字塔都是著名的证据。因此,推测Chankillo的十三塔为“观象授时”的天文设施和太阳崇拜祭祀中心,是有根据的。
    十三塔的天文功能也还存在一些疑问。任何一个南北方向的类似建筑(例如北京附近的某段长城),都可以在它的东西边各找到一个观测点,严格地符合冬夏至的日出(只要刻度对称,两分点也不成问题)。因此问题的关键是这两个观测点一定要客观存在。Chankillo的东观测点比较明显——它是一片沙漠中的孤立建筑(当然,如果是个“坛台”更好),西观测点就不够明显。从西观测点(图5)看到,两至和两分点都偏北半个塔宽。如果将西观测点向南移十米,冬至、夏至和两分点都能恰好落入合适的位置。当然,这需要有实物的支持,例如在那里挖出一个坛台基址。
    最大的疑问在于,塔列的南头为什么向西偏过去?从图4和图6显示的地形看,将十三塔造成一列直线并没有大的困难(只需将南头的地基垫高一些)。倘若南头真的是个悬崖,那到此为止也行(换个观测点即可),没必要向西拐弯。这一特点或许暗示,并不存在东观测点来观测日落?
    与我国近年在山西襄汾陶寺发现的4100年前的太阳观测台遗址相比,Chankillo十三塔的冬夏至日出指向精度和历史年代远不及陶寺,但其建筑之雄伟,遗存之完整,则在陶寺之上。
(图1采自Google卫星地图,其它图片均来自Ghezzi1和Ruggles在Science上发表的文章)

类似地,对于一个类似ⅡFJT1的具有规则缺口的弧形墙,总能够找到一点,严格地符合冬夏至的日出(对于不同的历元,这一点的位置稍有不同)。陶寺观象台遗址最具有说服力的发现,是它的中心夯土小圆台。这个小台基本符合弧形墙的几何中心,从这一点出发看到的日出天象符合冬夏至日出这样的特殊天象,这就为“观象说”提供了最基本的证据。这里我们提到“基本符合”,是因为ⅡFJT1弧形墙相当不规则,并不存在严格的几何中心。从这一基本点来看,陶寺观象台比Chankillo十三塔更具有说服力。

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″。

 

武家璧等[5]新近关于陶寺观象台的研究结果显示(参见该文图5),现代夏至太阳从东山升起时,位于E12缝南侧;冬至太阳升起时,位于E2缝北侧,均接近但不能进入测缝。由于黄赤交角的长期变化,在考古学确定的年代(公元前2100年前后),太阳圆面升起一半时,夏至太阳位于E12缝内右部(日心在E12缝中心线右侧0.38º,即大半个太阳直径),冬至太阳位于E2缝几乎正中(日心在E12缝中心线右侧0.04º)。这令人信服地证明,这两个观测缝是经过精心设计,用来标志冬至和夏至日出。其他狭缝(E3-E11)则是大致均分的结果,这和Chankillo十三塔一致。

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″。

 

相比之下,Chankillo十三塔就没有这么精确。由图2(西点所见日出)可见,日出方向与十三塔形成的“地平线”几乎垂直。已知冬至和夏至的赤纬差47.4º(黄赤交角的两倍),因而一个塔的宽度约为3.65º。Ghezzi等认为,最北塔的北侧、最南塔的南侧应为夏至和冬至日出的标志。从图上可以看出,夏至有半个塔宽的误差,冬至有大半个塔宽的误差,约合1.8-2.5º。至于图3(东点所见日落),由于看不到最南端的塔,难以作出确切的定义。

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。

    本文原发表于:天文爱好者2007-9,62-63

对于周年性的太阳位置变化,冬至最为中国传统重视。陶寺ⅡFJT1位于大城东南墙的正中,甚至整个陶寺大城的方向,都指向冬至日出方向。无独有偶,Chankillo地区诸多建筑遗迹,也都指向冬至日出的方向。这似乎体现史前人类的某种共同心态。

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

 

两个遗迹也都还存在一些疑问。

124°26′24″+38′30.95″=125°04′54.95″

 

除了观测点缺少明确标志之外,Chankillo十三塔最大的疑问在于,塔列的南头为什么向西偏过去?从图1和图3显示的地形看,将十三塔造成一列直线并没有大的困难(只需将南头的地基垫高一些)。倘若南头真的是个悬崖,那到此为止也行(换个观测点即可),没必要向西拐弯。这一特点或许暗示,并不存在东观测点来观测日落?

因为东2号缝中线方位角125°02′44.2″,因此

 

陶寺观象台的困难在于,并没有发现直接用来观测太阳的建筑。我们仅仅是根据一道弧形夯土墙上的若干浅浅的沟痕来想象其上的建筑。现存夯土轮廓之粗糙,似乎难以担当如此精致的观测结果。此外,形成E12的夯土柱脱离了弧形墙,也不大好解释。

125°04′54.95″-125°02′44.2″=2′10.75″

 

当然,从观赏和旅游资源的角度讲,陶寺ⅡFJT1远不及Chankillo十三塔那样雄伟壮观。

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。

(责任编辑:高丹)

(文中附图均引自参考文献[4])

 

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