我国古代天文历法起源得非常早，从最早的成文历法《四分历》开始，后又经多次历法改革，其不断得到完善和发展。据统计，我国从古至今使用过的历法有一百多种，不管有多少种历法，都可以分别归到阴历、阳历、阴阳合历三大系统当中。阳历是以地球绕太阳公转的周期为计算基础的；阴历则以月亮绕地球的公转周期为计算的基础；阴阳合历是调和太阳、地球、月亮的运转周期制定的历法。其中，《太初历》是中国有完整资料的第一部传世历法，与《四分历》相比，其进步之处主要表现在以正月为岁首，将我国独创的二十四节气分配于十二个月中，并以没有中气的月份为闰月，从而使月份与季节配合得更合理；同时行星的会合周期测得也较准确。到东汉末年，刘洪制定了《乾象历》，第一次将月球运行有快慢变化引入历法。在天文历法方面，有三位科学家做出过非常杰出的贡献，他们是祖冲之、僧一行、郭守敬，他们极大地推动了中国历法的改革和发展。

在祖冲之以前，人们使用的历法是天文学家何承天编制的《元嘉历》。祖冲之通过自己多年的观测，发现了《元嘉历》中存在的许多错误，并编制了新的《大明历》。在新历法中，他首次将岁差引进到历法中，区分出了回归年和恒星年，并且通过多年的观测，得出了木星每84年超辰一次的结论。僧一行修订的《大衍历》是一部具有创新精神的历法，它继承了中国古代天文学的优点和长处，对不足之处和缺点作了修正，因此，取得了巨大成就。它比较正确地掌握了太阳在黄道上运动的速度和变化规律。此外，僧一行还组织在全国13个点的天文测量，并在观测的数据中得到了北极高度相差一度，南北距离就相差351里80步(约合131.3千米)的结论，这个数据在当时世界上是非常领先的。郭守敬的主要贡献也是在历法编著方面，他编著了中国一部很精良的历法《授时历》，为了编撰这部历法，他分析研究了以前的几十部立法，并设计和建造了许多新的天文仪器。

在天文理论方面，我国古代人民也取得了辉煌的成就。特别是在两汉时期，人们对宇宙的认识不断深化，提出了“浑天说”，认为“浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡子中黄，孤居于内”。进而又有人提出了“宣夜说”，认为天没有固定的边际，无边无际，模糊地提出了宇宙的无限性。著名的中国科技史学家李约瑟先生在其所著的《中国科学技术史》天文学卷中，曾为“宣夜说”专设一节，盛赞这种宇宙模型，认为这种宇宙观非常进步，与同时期的希腊任何学说相比都毫不逊色。虽然如此，但是我们必须承认“宣夜说”并不是一种正确的宇宙模型，而且对古代中国产生的作用也远没有“浑天说”大。在我国古籍《周髀算经》中，古代中国人还建立了“盖天说”的宇宙模型。这种模型提出了大地与天相距80,000里；大地中央有高大的柱形物；日月星辰在天上环绕北极作平面圆周运动等 9个观点。特别值得一提的是，这种宇宙模型与古代印度的宇宙模型具有惊人的相似性。在中国古代，人们为了弄清楚人与宇宙的关系，还提出了各种假说，每种假说都不乏支持者。从公元前100年开始直到唐代，人们为了探究宇宙奥秘，围绕这些假说进行了持续的争论，其中有不少我们所熟悉的古代科学家为自己支持的观点著书立说。同时，人们还探讨了日食，月食，太阳和地球的距离等很多问题。如我们熟知的“两小儿辩日”的故事，其中就表达了古代人对太阳与地球关系的思考。由于“浑天说”不能很好地解释月食的现象，所以历代很多天文学家都去努力思考，试图解决这个问题，并提出了许多猜想，其中以张衡在《灵宪》和朱熹在《朱子全书》中的猜想最具代表性。

在中国古代，天文学与星象具有非常密切的关系，并以天人感应为哲学基础，形成了中国古代很具特色的占星学。占星学在古代的主要功能是昭示天命及其变化，为当权者的统治提供理论基础。天命如果有所改变，就会通过天象昭示天下。所以古代帝王非常重视天象的变化，尧帝“历象日月，敬授人时”(《尚书·尧典》)，舜帝“在璇玑玉衡，以齐七政”(《尚书·舜典》)都被作为重大事件记录在册。

中国古代天文学不仅在当时取得了巨大的成就，而且为我们留下了许多宝贵的资料。如在20世纪四十年代初，金牛座蟹状星云被天体物理学家认出是公元1054年超新星爆发的痕迹，而在我国古籍中已经找到了关于这次爆发详细的记载。我国古代文献中保留了大量世界独有的天文记录，但是在20世纪以前，对我国古代天文学资料的研究并不充分。

对于中国古代天文资料的研究，早期主要由一批海外归来的学者进行，他们做了许多开创性的工作，创办了许多介绍中外天文学的期刊，使中国天文学资料的研究逐步专业化，并形成了天文史学这一新的研究学科。新中国成立后，中国天文史学的研究终于走上正轨，出现了一批国际知名的天文史学家，他们著书立说，考证许多中国古人杰出的天文学贡献，所以我们现在才可以看到我国古代如此辉煌的天文学成就。

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