《天文須知》

總引 人居地面仰看天空，見朝出而暮入者日也時圓而時缺者月也光彩點點如散珠如列錢者星宿也而講明日月星宿之理者即天文之學也。明乎此學則能擴充性靈增長智慧考求至精更有裨於實用。如四時節候、日月虧蝕皆可先期推算而定海面行船陸地遊覽測量日星亦能知所到之方位。至日之大小，月之形狀星之遠近宿之疏密莫不能詳考而知。更有新奇之理深趣之事皆常人目力所難視及者而天文中能各論其所以然。近來又以分光鏡窺看日星能知其體爲何原質所成又有法推量其各體之輕重誠爲奇矣。況明此學可以不信異端不受邪惑。如論星命而蔔人吉凶之事自能不受其愚也。可見此學不可不習。【略】 第一章總論地球 欲知天文之事，當先明地球之理。蓋人之生也屬於地是地於人爲最近苟近者不明則遠者難信。且所考察日月星辰之理皆在地面上求之。故欲推論天文，當自地球起手。地球之理既明，天文各事可依次而論矣。 地爲球形。中國語雲：天如雞卵地若卵黃。地既似卵黃，則必爲球形可知矣。但人徃徃遠望地面以爲平闊無邊下視地體以爲深厚莫測。遂多謂地方而平亙古不動。若言地是圓球則駭異不信。豈知詳細考察確有真據如第一圖。人立近海高山望海面遠來之船，則先見桅尖次見全桅。至近於岸則船桅及船身皆可見。無論何處，所見皆然。船在遠處而不見其身者因地體圓，海面亦隨之凸起遮蔽船身，人目不得直望之也。若地是平面則船身雖遠猶能得見不過其形小耳。今既遠處不見船身可知地是圓形也。試以人所易曉者爲喻比方橘頂有一蠅橘底亦有一蠅則橘頂之蠅即不見橘底之蠅。若橘底之蠅向上行漸近橘頂則橘頂之蠅纔能見其頭額漸見其全身。當其行至橘旁時則橘頂之蠅尚難見之因爲橘之凸面遮阻故也。由此思之則上理益顯然矣。但地球之大，非橘可比。其赤道徑有二萬二千九百十八裡周圍約七萬二千里所以其凸面人看之似平實因地體大人目不能遠視耳。設如畫一極大之圈，割取其圈上一小分看似平直之綫，人望地面僅能見十數裡之遠正如大圈之一小分故以爲地是平也。更有一事可證即如有人無論徃西徃東直行久久能仍回舊位。若地非球形何能如是？但地球之體非爲正圓其南北徑爲二萬二千八百四十一裡乃比赤道徑略短七十六裡也。 地自轉動。人居地上見日與星宿似每日繞地而行東上西下。但究其實乃地球從西徃東自行旋繞每十二時辰而轉一周。每轉一周時見日與星一次即爲一晝夜。其向太陽處有光而明背太陽處無光而暗。地球旋轉不停則面上各處迭相明暗而山水人物亦皆隨之而轉但人不覺地之轉動故以爲日月星辰東升西沒也。是猶人坐快船向前駛行則見船外樹林屋宇皆向船而來而不覺船之動也其實乃船自動耳。但地球之動乃自盤旋而轉不似船之直行故夜盡復見日，日入又爲夜，從古如斯，未嘗稍變。若謂地爲平體，深厚無窮，靜居中央，亙古不動則日升落將穿堅實之地底而過乎？抑地中有穴自西通束以爲日出入之路乎？而月與諸星亦每日出入將地有無數穴如蜂窠乎？必不然矣，因知必爲地球自轉而成晝夜也明矣。 或以爲地球自轉則所有萬物能不墜落於地外乎？而星辰不東升西落晝何以不見也？曰萬物皆受地心吸力不能墜落。而人晝間不見星辰者因日光大，星光小，爲所奪耳。是猶在日光之下，難辨火之形色理相同也。但如用最精千里鏡看星，雖當正午，猶能得見。若坐深井或洞中，雖不用千里鏡，亦可見之。即不坐深井，亦不用千里鏡，如已知其星方位，而竭目力察之，亦可得其隱約。若至日虧蝕時，則所有大星更昭然易見矣。 兩極等名。欲明兩極之理，可以人所易見者言之。如在中華於冬時，夜初向正東天際試看一星而記之，則必見其漸高至天頂，再漸低向西而沒。可知此星東上西下，必有六時辰人目能見，後亦必有六時辰人不能見。視其所行之道似爲半圜之形。又試向東北另看一星而記之，其亦漸上升至子午綫，亦漸低沒惟自出至沒，比前星時刻加長，略有七八時辰能見，後祇有四五時辰不能見。視其所行之道，似爲大半圜之形。再試向北而看一星，則能不沒，視其所行之道似爲全圜之形。其三星之道，則爲同心之圜。若向正北再看得一星，居此三圜之中心而不轉動者，即北辰也。孔子曰：「譬如北辰居其所而衆星共之。」乃言北辰爲天之樞，居於其所，恆無轉動，而衆星旋繞歸向之也。但北辰處無星，難於指認，所以僅就其旁取一星，謂之北極星。藉此星即可略知天北極之方位也此爲地球北半之人所見如是。若地球南半則理雖同而方向及反所見各星每日行圜之正中心處，即謂之天之南極也。 假若以繩自北極穿至南極則所通過者果何物耶？必是吾人所居之地球也。既是地球，則可知地所對天之北極處必地之北極，所對天之南極處亦地之南極，而南北兩極本不轉動，即爲地球樞軸也。如圖，居中直綫爲地軸，即地球自轉時所繞之軸上端爲北極，下端爲南極。兩極之間，作圍地球之圈綫，名曰赤道，離兩極各爲九十度。從赤道向北二十三度半有一圈綫，名晝長圈；向南二十三度半亦有一圈綫名晝短圈。此兩圈綫與赤道爲距等圈兩綫中所有之地面爲地球之熱帶。離兩極二十三度半處亦各有圈綫，名北寒帶圈與南寒帶圈。北寒帶圈與晝長圈中所有之地面爲北溫帶，南寒帶圈與晝短圈中所有之地面爲南溫帶。另有一圈，與赤道斜交，而與晝長圈及晝短圈對面相切名曰黃道如圖之虛綫是也。黃道與赤道相交之二點名曰分點，太陽直照此二點時則晝夜均長，即春秋二分也。但地球面上本無此各圈綫與各點，乃依天文家所測天然之理畫於圖上，以便顯明其理也。考地球每日轉動之軸依黃道爲主非直竪而爲斜側二十三度半故能令日光有正照斜照之時而地面得時寒時熱之益。 地球繞日。地球不但自轉更能環繞太陽而行每年一周而成四季。如圖居中爲太陽，外圈綫爲地球運行之軌道甲乙丙丁爲地球四季之時序。地球時時向右運行行至甲時是爲冬季則日光直照在晝短圈上南寒帶內常見日光北寒帶內常爲昏暗竟有數十日不見太陽而氣候極冷赤道以北溫熱兩帶內晝短夜長。冬至晝極短後則漸長。迨過三個月地球行至乙處是爲春季則日光直照在赤道上地面各處晝夜均長熱帶內極其炎熱，溫帶內氣候溫和。中國大半在溫帶內故此時亦得溫和。再過三個月地球行至丙處是爲夏季，則日光直照在晝長圈上北寒帶內常見日光竟有數十日太陽不沒而氣候則熱赤道以北溫熱兩帶內夜短晝長。夏至晝極長後則漸短。惟南寒帶內反成昏暗亦有數十日不見太陽。又過三個月，地球行至丁處，是爲秋季則日光又直照在赤道上，各處晝夜均長。再過三個月地球復行至甲處又爲冬季。如此繞行一周即成一年共歷時日爲三百六十五日零三時辰餘也。假如地球不繞日而轉日光必恆照於一處將見晝短處常爲晝短晝長處常爲晝長有光處常見太陽無光處常爲昏暗則地球上無四季矣，而萬物何以生長也？ 太陽之光直照於地面之處熱最大，斜照則熱小。如冬至時日光直照在晝短圈上略成垂綫方向故其處最熱而地球北半日光斜照故熱小而覺冷。愈遠赤道則日光愈斜而熱亦愈小並非太陽離地球遠也。又地球旋轉之時本軸常指一定方向雖每年繞日一周而所指方向仍舊不改。而地球繞日常依黃道而轉故有北極見日而南極不見日南極見日而北極不見日之時也。 地球所以必繞太陽之故，因太陽攝引地球令有向心力常欲向太陽而行地球又自有離心力常欲離太陽而行。惟因此兩力相稱故必環繞而轉也。比如將石一塊，用繩繫之，手握繩之此端拋轉之，則覺其石常欲向外此離心力也但因有繩繫之不得向外此向心力也。既有此兩力，故其石必環繞而行。地球環繞太陽，同此理也。