夸父追日与后羿射日

《山海经·大荒北经》中有这样一句话：“夸父不量力，欲追日景。”这句话的意思是，夸父立志要追逐太阳的影子，一直到日落。夸父追到一个叫禺谷（即虞渊）的地方，他口干舌燥，就饮完了滔滔黄河之水。但是这还不足以解渴，于是他又赶往大泽，可是还没有走到那里，就渴死在半路上了。这个神话让人很是不解，却又意味深长。夸父为什么要去追逐太阳呢？

对此，《山海经》里说得很清楚，夸父追的其实是日影。这一传说在天文学史上显然比在神话学史上更有价值，它或许揭示了上古先民立表测影的一段历史。

每天早晨，太阳从东边升起。中午太阳到了正南方，晚上又落入西方，这样的视觉运动轨迹周而复始。不过，处于不同纬度上的人所看到的日出和日落的方位是不一样的，而且正午时分太阳在正南方的高度也是不同的。这就意味着如果你将同样长的一根杆子立在纬度不同的地方，中午的日影长度也是不同的。古人无法理解这些现象，于是就产生了疑问：太阳到底是从哪里升起的，又会落到哪里去？在不同的地方，中午太阳的高度为什么不同？究竟什么地方的日影最长呢？

这个问题在中国古代的天文学中有所反映。前文曾说过，古代典籍《周礼》中有“日至之景，尺有五寸”，说的是当时人们用八尺高的圭表在阳城这个地方测日影，发现夏至日这天正午圭表的影长刚好是一尺五寸。后来又有了“日影千里差一寸”的说法，说的是假如在同一天正午测量日影，越往南走时影长越短，越往北走时影长越长。两地相距千里，则影长相差一寸。

《山海经·海外北经》中的“夸父追日图”。

那么，是不是往南走到某个地方，就再也没有日影了呢？在赤道带上，春分日这天太阳从正东方升起，在正西方落下。正午时分，太阳正好在头顶，倘若在那里立根杆子，这时是没有日影的。这恐怕是夸父追日的寓意所在。

中国古代的天文学最初就是从日影测量开始的。这个神话反映出在很古老的时候，我们的祖先就知道如何通过测量影长来判断季节。跟随着太阳的运行轨迹，不断测量日影的长度，直至日落西山。在这个意义上，夸父可以说是最早的天文学家了。后来，他被神化，于是就变成了追逐太阳的巨人。

测量日影长度，后来也成了中国古代天文学中最基本的内容。观测太阳东升西落的运行轨迹，不断追逐和度量日影长度的变化，这项工作或许就构成了夸父追日神话的科学依据。这个神话还提到夸父“弃其杖，化为邓林”。《淮南子》高诱注说：“邓，犹木。”因此，这里的“杖”有可能就是测影圭表的化身。

在中国古代，用来测量日影长度的天文仪器叫圭表。最晚在周代，它就已经登上历史舞台，到了元代发展至顶峰，并一直沿用至明清。圭表历经两三千年，一直在古代天文学中发挥着重要作用，所以它也被喻为“量天的尺子”。

圭表由“圭”和“表”两部分组成。“圭”原本是古代的一种玉质礼器，这里指水平横卧的尺，用以测定影子长度。“表”是一个会意字，本义指外衣，又通“标”，这里指直立的标杆。表放在圭的南端，并与圭相互垂直。也就是说，圭表由一根竖立于地面的杆和一根水平安放、用于度量太阳影长的量尺组成。古人利用圭表可以方便地测出日影长度，通过日积月累的观测，就可以推算出不同节气的时间和回归年的长度等。所以，《宋史·律历志》记载道：“观天地阴阳之体，以正位辨方，定时考闰，莫近乎圭表。”

圭表的制造一般采用木头或铜等，在西汉首次出现铜表。据记载，“长安灵台，上有相风铜乌，千里风至，此乌乃动。又有铜表，高八尺，长一丈三尺，广尺二寸，题云太初四年造”。其中提到两件仪器，一是相风铜乌，一是铜表。

《钦定书经图说》中的“夏至致日图”。图中描绘了古人在夏至日这天利用圭表观测日影的情形，所使用的圭表由“表竿”（即标杆）和“土圭”两部分组成。这一天正是一年中太阳影长最短的一天。

前者系东汉张衡所造，后者为太初四年（公元前101年）制造。当时圭表的表高为八尺，这也成为此后圭表的标准高度。圭尺的长度为一丈三尺，为冬至日正午表影的长度。

1965年，江苏仪征曾经出土一件东汉时期的铜制圭表，其实际尺寸只是当时标准圭表的十分之一，而且这件圭表可以折叠，外形像一把铜尺。汉代之后，国家的天文机构基本上都使用铜来制造圭表，如今南京紫金山天文台还保存有明代正统年间制造的八尺铜圭表。

后羿射日也是一则关于太阳的神话。后羿是嫦娥的丈夫，也是神话中的大英雄。《淮南子》说，在尧帝时代，十个太阳同时出现，以至于“焦禾稼，杀草木，而民无所食”。应尧帝之命，后羿上射十日，下诛恶禽猛兽，立了大功。

圭表的工作原理示意图。

江苏仪征出土的铜圭表，表高八寸，尺寸只有标准圭表的十分之一。

这十个太阳是如何运行的呢？《山海经·大荒东经》说，大荒之中，在一座山上，有扶木高三百里。一个太阳飞上扶木，另一个太阳接着飞出去，它们运行靠的是鸟儿的飞行。《山海经·海外东经》则说，此扶木上九个太阳居下枝，只有一个居上枝。鸟形如乌鸦之黑，它们如乌鸦栖息在树梢上，不同的是载着太阳飞行的鸟有三只足，名字叫“三足乌”。

传说中，后羿射中了九个太阳，但落在地下的是一只只带箭的乌鸦。屈原在《天问》中问道：“羿焉骅日？乌焉解羽？”其中所问就是这回事。王逸注曰：“羿仰射十日，中其九日，日中九乌皆死，堕其羽翼。”也就是说，乌鸦是在太阳里面的。后来，《淮南子·精神训》也就演绎出了“日中有踆乌”的说法。

乌鸦、三足乌或者踆乌又是什么东西呢？这是中国古代对太阳黑子的称呼。太阳表面极其耀眼，即使日初出和日将落之时，光芒会暗淡一些，但仍然很刺眼。只有在有薄云遮掩的时候，才能比较好地观测日面。所以，通常日面上黑子的形态是肉眼不容易看清楚的。但是，那些较大的黑子仍然若隐若现，如同乌鸦遮天蔽日一样，能够引起人们的注意。

“后羿射日”画像砖。

大汶口陶尊上的太阳。

出土文物也证实太阳“皆载于乌”的神话非常久远。后羿射中太阳后，三足乌的羽毛从天上纷纷飘落下来，世间又回到只有一个太阳的状态，人们为此欢呼雀跃。

太阳与人们的生活息息相关，我们的先民曾长期认真地关注和观察太阳。早在大汶口文化时期，人们就已经在陶器上刻画太阳的形象，中国古代的史料对太阳黑子的记录很多都比较翔实。《汉书·五行志》记载有“河平元年，三月乙未，日出黄，有黑气大如钱，居日中央”，这一内容不但记录了黑子出现的日期，还说明了黑子的大小、形状和位置。这是目前已知世界上最早的太阳黑子记录，因此具有十分珍贵的史料价值。

太阳黑子是太阳表面温度较低的区域，在太阳活动比较频繁的年份，会出现太阳黑子，甚至出现黑子群。这是由于太阳磁场的强度比地球磁场强上万倍，强磁场能够抑制太阳内部的能量通过对流的方式向外传递。因此，当强磁场浮现到太阳表面时，该区域的背景温度就会缓慢下降，从而使该区域出现暗点，即太阳黑子。在早晨或傍晚，当太阳光度减弱时，人们用肉眼就可以观测到这种现象。

中国的历史文献曾使用不同的术语（如“卵”“桃”“李”“乌”等）来描述太阳上的暗斑。虽然了解它们的确切含义并不容易，但据不完全统计，中国从汉代至明代的1600余年中，有关太阳黑子的记载多达100余次，这是没有任何争议的。上百次的记载看起来数量并不少，但这只是实际观测的一小部分。由于太阳活动的周期性，其表面经常会出现斑点，所以太阳黑子是一种常见的天文现象。中国古代文献并没有明确提到观测太阳黑子所用的方法。一般认为，最简单的方法是在有薄云或者发生日食的时候进行观测。此外，也可以在水盆中加入墨汁，通过太阳在盆中的影子来观察。

这样的观察方式以及肉眼对太阳黑子的感知程度都会显著地降低太阳黑子被观测到的可能性。在观测条件良好的情况下，人眼可以分辨出大小为1角分的斑点，这大约是太阳视直径的1/30。考虑到观测中面临的各种限制，中国古人所观测到的太阳黑子的数量仍然很少。据大致估计，在所有可以观察到的太阳黑子中，这充其量只占到0.1%。所以，可能的解释是，与客星（新星、超新星和彗星等）的观测不同，中国古代对太阳黑子的观测并不是系统的。

一些研究表明，太阳黑子的记录更多地出现在每个月的月初。月初意味着朔日附近，也就是可能有日食发生的时候，在此期间太阳更容易被人们所关注，特别是这一时期人们更关注通过观测太阳来确定是否发生日偏食，以及判断日食的食分大小。也正是这些关键性的时刻才促使人们更加注意太阳黑子的出现。

后羿射日的神话，或许有着太阳黑子观测的天文背景。但是，为什么天上有十个太阳呢？古人为何会想到天上十日并出？这种现象恐怕也有一定的生活来源。天空中不可能真的同时出现十个太阳，也不可能真有一个英雄能够射落九个太阳。《左传·昭公五年》说：“明夷，日也。日之数十，故有十时，亦当十位。”这里所指的是日子以十来计数，也就是以旬来计数。

殷墟甲骨文记载有干支纪日法，也就是用六十甲子来纪日。但在此之前，应该也有单纯用天干纪日的方式，因为从甲至癸的十干正是“日之数十”的记录法。《左传·昭公七年》也有“天有十日，人有十等”的表述，杜预注说“甲至癸也”。可见，古人确实也是这样来理解的。天有十日的说法实际上反映了天干的起源，与十干纪日的方法有关。如今，人们在纪日时还有“旬”的概念，这也是采用以十纪日的痕迹。

太阳黑子的观测是中国古代天文学中最具代表性的成就之一，并在相当长的历史时期内在全世界都是遥遥领先的。在欧洲，直到9世纪才有疑似太阳黑子的记录留存下来。

《天文图注祥异赋》中的“黑子若有黑色占”和“日中黑气占”。

1612年6月23日，伽利略使用望远镜成功地区分出了两组太阳黑子的位置，此后欧洲人便将太阳黑子的发现归功于他。不过，欧洲人一直在焦虑的氛围中回避着这一发现。他们很难接受这一事实，即太阳作为最重要的恒星，并不像《圣经》所宣称的那样完美和永恒不变，所以他们一直不愿意承认存在什么太阳黑子。即便在伽利略使用望远镜观测到太阳黑子后，仍旧有人认为黑子只是行星凌日造成的。

中国古代关于太阳黑子的记录，为现代天文学提供了不少非常宝贵的科学证据。首先，可以证实自17世纪以来太阳的这些活动是长期存在的，而不是近期才发生的现象。其次，太阳黑子的数量也有一定的变化规律，这至少也得益于中国古人的早期观测结果。到了19世纪，人们发现太阳黑子的出现是周期性的，其中包括大家熟悉的11年短周期，这与太阳的活动紧密相关。而通过太阳黑子的历史记录，我们可以了解太阳活动更长期的影响，如在16～17世纪的太阳黑子极小期内出现了几千年以来气温最低的小冰期。在1645年至1715年的蒙德极小期内，太阳黑子非常罕见。天文学家爱德华·沃尔特·蒙德（1851—1928年）在研究那段时期的观测记录时发现，在蒙德极小期当中的一段30年时间里，天文学家只观察到约50个太阳黑子，而在平常可以观察到4万至5万个太阳黑子。此时恰好处于地球的小冰期，由于这个不正常的时期与小冰期有着惊人的联系，有观点认为二者可能存在一定的关联，这也表明了太阳活动对气候变化的影响。

太阳黑子。

虽然中国古代对太阳黑子的观测是零碎的，但是基于这些文献材料，1987年哥廷根大学的惠特曼和紫金山天文台的徐振韬通过研究表明，在过去的两千多年中，太阳活动的平均周期为11年，但它的持续时间可以是9.9年到12.3年不等。此外，太阳活动可能同时还存在一个220～250年的长周期，但其原理至今尚不清楚。

2017年9月国际空间站凌日，位于两群太阳黑子之间。