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崇禎二年五月乙酉朔日食,禮部侍郎徐光啟依西法預推,順天府見食二分有奇,瓊州食既,大寧以北不食。《大統》、《回回》所推,順天食分時刻,與光啟妻異。已而光啟法驗,余皆疏。帝切責監官。時五官正戈豐年等言:「《大統》乃國初所定,寮即郭守敬《授時歷》也,二百六十年毫未增損。自至元十八年造歷,越十八年為大德三年八月,已當食不食,六年六月又食而失推。是時守敬方知院事,亦付之無可奈佑,況斤斤守法者哉?今若循舊,向後不能無差。」於是禮部奏開局修改。乃以光啟督修曆法。光啟言:近世言歷諸家,大都宗郭守敬法,至若歲差環轉,歲實參差,天有緯度,地有經度,列宿有本行,月五星有本輪,日月有真會、視會,皆古所未聞,惟西曆有之。而舍此數法,則交食凌犯,終無密合理。宜取其法參互考訂,使與《大統》法會同歸一。”
已而光啟上曆法修正十事:其一,議歲差,每歲東行漸長短之數,以正古來百年、五十年、六十年多寡互異之說。其二,議歲實小余,昔多今少,漸次改易,及日景長短歲歲不同之因,以定冬至,以正氣明朔。其三,每日測驗日行經度,以定盈縮加減真率,東西南北高下之差,以步月離。其四,夜測月行經緯度數,以定交轉遲疾真率,東西北高下之差,以步月離。其五,密測列宿以緯行度,以定七政盈縮、遲疾、順逆、違離、遠近之數。其六,密測五星經緯行度,以定小輪行度遲疾、留逆、伏見之數,東西南北高下之差,以推步凌犯。其七,推變黃道、赤道廣狹度數,密測二道距度,及月五星各道與黃道相距之度,以定交轉。其八,議日月去交遠近及真會、視會之因,以定距午時差之真率,以正交食。其九,測日行,考知二極出入地度數,以定周天緯度,以齊七政。因月食考知東西相距地輪經度,以定交食時刻。其十,依唐、元法,隨地測驗二極出入地度數,地輪經緯,以求晝夜晨昏永短,以正交食有無、先後、多寡之數。因舉南京太仆少卿李之藻、西洋人能華民、鄧玉涵。報可。九月癸卯開歷局。三年,玉函卒,又徵西洋人湯若望、羅雅谷譯書演算。光啟進本部尚書,仍督修曆法。
時巡按四御史馬如蚊薦資縣諸生冷守中精歷學以所呈曆書送局。光啟力駁其謬,並預推次年四月川食時刻,令其臨時比測。四年正月,光啟進《曆書》二十四卷。夏四月戊午,夜望月食,光啟預推分秒時刻方位。奏言:「日食隨地不同,則用地緯度算其食分多少,用地經度算其加時早晏。月食分秒,海內並同,止用地經度推求先後時刻。臣從輿地圖約略推步,開載各布政司月食初虧度分,蓋食分多少既天下皆同,則余率可以類推,不若日食之經緯各殊,心須詳備也。又月體一十五分,則盡入暗虛亦十五分止耳。今推二十六分六十六十秒者,蓋暗虛體大於月,若食時去交稍遠,即月體不能全入暗虛,止從月體論其分數。是夕之食,極近於交,故月入暗虛十五分方為食既,更進一十一分有奇,乃得生光,故為二十六分有奇。如《回回曆》推十八分四十七秒,略同此法也。」已四川報次序守中所推月食實差二時,而新法密合。
光啟又進《曆書》二十一卷。冬十月辛丑朔日食,新法預順天見食二分一十二秒,應天以南下食,大漢以北食既,例以京師見食不及三分,不救護。光啟言:
月食在夜,加時早晚,若無定據。惟日食按晷定時,無可遷就。故曆法疏密,此為的症。臣等纂輯新法,漸次就緒,而向生交食為期尚遠,此時不與監臣共見,至成歷後,將何徵信?且是食之必當測俟,更有說焉。
舊法食在正中,則無時差。今此食既在日中,而新法仍有時差者,蓋以七政運行皆依黃道,不由赤道。舊法所謂中乃道之午中,非黃道之正中也。黃赤道二道之中,獨冬夏至加時正午,乃得同度。今十月朔去冬至度數尚遠,兩中之差,二下三度有奇,豈可因加時近午,不加不減乎?適際此日,又值此時,足可驗時差之正術,二也。
本方之地經度,未得真率,則加時難定,其法心從交食時測驗數次,乃可較勘晝一。今此食依新術測候,其加時刻分,或後未合,當取從前所記地經度分,斟酌改定,此可以求裡差之真率,二也。
時差一法,但知中無加減,而不知中分黃赤,今一經目見,人人知加時之因黃道,因此推彼,他術皆然,足以知學習之甚易,三也。
即分數甚少,宜詳加測候,以求顯驗。帝是其言。至期,光啟率監臣預點日晷,調壺漏,用測高儀器測食甚日晷高度。又于密室中斜開一隙,置窺筒、遠鏡以測虧圓,晝日體分板分數圖板以定食分,其時刻、高度悉合,惟食甚分數未及二分。於是光啟言:「今食甚之度分密合,則經度裡差已無煩更定矣。獨食分未合,原推者蓋因太陽光大,能減月魄,必食及四五分以上,乃得與原推相合,然此測,用密室窺筒,故能得此分數,倘止憑目力,或水盆照映,則炫耀不定,恐少尚不止此也。」
時有滿城布衣魏文魁,著《歷元》、《歷測》二書,令其子象乾進《歷元》於朝,通政司送局考驗。光啟摘當極論者七事:其一,歲實自漢以來,代有減差,到《授時》減為二十四分二十五秒。依郭法百年消一,今當為二十一秒有奇。而《歷元》用趙知微三十六秒,翻覆驟加。其一,弧背求弦矢,宜用密率。今《歷測》中猶用徑一圍三之法,不合弧矢真數。其一,盈縮之限,不在冬夏至,宜在冬夏至後六度。今考日躔,春分迄夏至,夏至迄秋分,此兩限中,日時刻分不等。又立春迄立夏,立秋迄立冬,此兩限中,日時刻分亦不等。測量可見。其一,言太陰最高得疾,最低得遲,且以圭表測而得之,非也。太陰遲疾是入轉內事,表測高下是入交內事,豈容混推。而月行轉周之上,又復左旋,所以最高向西行極遲,最低向東行乃極疾,舊法正相反。其一,言日食正午無時差,非也。時差言距,非距赤道之午中,乃距黃道限東西各九十度之中也。黃道限之中,有距午前後二十餘度者,但依午正加減,焉能必合。其一,言交食定限,陰曆八度,陽曆六度,非也。日食,陰曆當十七度,陽曆當八度。月食則陰陽曆俱十二度。其一,《歷測》云:「宋文帝元嘉六年十一月己丑朔,日食不盡如鈎,晝星見。今以《授時》推之,止食六分九十六秒,郭歷舛矣。」夫月食天下皆同,日食九服各異。南宋都于金陵,郭歷造於燕地,北極出地差八度,時在十一月則食差當得二分弱,其雲「不盡如鈎」,當在九分左右。郭歷推得七分弱,乃密合,非舛也。本局今定日食分數,首言交,次言地,次言時,一不可闕。已而文魁反覆論難,光啟更申前說,著為《學歷濁辨》。