Kiinan tähtitiede

Kuten Babyloniassa, Egyptissä ja myöhemmin Keski-Amerikassa, Kiinassakin oli vahva autoritaarinen hallinto, joka määräsi myös taivaan tarkkailusta. Etuna oli, että ilmiöt kirjattiin valtion virkakoneiston järkähtämättömällä täsmällisyydellä. Toisaalta tällainen ilmapiiri ei erityisemmin innostanut yksilölliseen ajatteluun.

Mesopotamian tavoin Kiinassakin tähtitaivaan havainnoilla oli kaksi käytännön tarkoitusta: kalenterin laatiminen ja valtakunnan kohtaloiden ennustaminen. Tämä astrologinen puoli liitti tähtitieteen uskontoon. Kiinan uskonnolla oli varsin abstrakti luonne, joka poikkesi suuresti vaikkapa kreikkalaisten rahvaanomaisesta perheriitojen ja syrjähyppyjen täyttämästä jumaltarustosta. Tämä itämaisten uskontojen vaikeaselkoisuudesta johtuva mystisyys saattaa osittain selittää niiden nykyisin länsimaissa saavuttamaa suosiota. Kiinalaisten uskonnossa taivaankappaleet eivät liittyneet eri jumaliin, vaan niiden ilmiöissä nähtiin kahden komplementaarisen voiman, yinin ja yangin vuorovaikutus.

Kiinalaisilta on peräisin joitakin keksintöjä, kuten ruuti ja paperi. Myöhemmin vanhaa kiinalaista kulttuuria on mystifioitu samalla tavoin kuin muitakin muinaisia kulttuureita, kun täsmällisten tietojen puute on antanut mahdollisuuden suurennella niiden saavutuksia ja lisätä ansiolistalle keksintöjä aiheettomastikin. Aina eivät näiden kulttuurien jälkeläisetkään liene olleet aivan syyttömiä. Tilannetta ei paranna se, että 213 eaa. keisari Shih Huang Ti poltatti suuren määrän kirjoja. Myöhemmin Han-dynastian aikana useat niistä kirjoitettiin uudelleen, mutta monet yksityiskohdat muuttuivat tässä yhteydessä.

Kiinalainen luukaiverrus noin vuodelta 1300 eaa. kertoo Antareksen lähelle ilmaantuneesta kirkkaasta tähdestä. Tämä on vanhin tunnettu havainto supernovasta.

Useissa kirjoissa kerrotaan tarina kahdesta yli 2000 vuotta eaa. eläneestä tähtitieteilijästä Hsi (tai Hi) ja Ho, jotka hilpeän elämän seurauksena unohtivat ilmoittaa tulevasta auringonpimennyksestä. Laiminlyöntinsä vuoksi he saivat pääosat päänlyhennysseremoniassa. Alkuperäisen tekstin mukaan kyseessä olivat kuitenkin taikurit, jotka lähetettiin eri ilmansuuntiin valvomaan Auringon liikettä taivaalla. Heidän rikkomuksensa oli, etteivät he onnistuneet estämään pimennystä.

Kertomukseen liittyvä auringonpimennyksen ennustaminen on pakostakin tarua, sillä tuohon aikaan pystyttiin korkeintaan ennustamaan osa sellaisista päivistä, jolloin pimennys saattaisi sattua. Tapahtuuko pimennys todella ja missä se on näkyvissä, ovat kysymyksiä, joihin vastaamiseksi tarvitaan tarkempaa tietoa Auringon ja Kuun liikkeistä.

Ekvatoriaalinen taivas

Babyloniasta Kreikan, Intian ja arabimaiden kautta Euroopan renessanssiin ulottuneessa tähtitieteessä taivaan perustasona oli ekliptika eli Auringon näennäinen rata taivaalla. Kiinan tähtitieteessä perustaso sen sijaan oli päiväntasaajan eli ekvaattorin taso. Euroopassa tällaiseen ekvatoriaaliseen koordinaatistoon siirryttiin yleisesti vasta 1700-luvulla.

Matemaattisesti ajatellen on samantekevää, millaista koordinaatistoa käytetään. Sopivimman koordinaatiston valinta riippuu käyttötarkoituksesta. Koska Aurinko, Kuu ja planeetat liikkuvat aina ekliptikan lähellä, niiden liikkeitä tutkittaessa ekliptikaalinen koordinaatisto on kätevin. Melko tyydyttävän mallin näiden kappaleiden käyttäytymiselle saa tarkastelemalla pelkästään ekliptikan tasoa pitkin mitattuja pituusasteita.

Taivaankappaleiden vuorokautisen liikkeen ja nousu- ja laskuaikojen laskemiseen ekliptikaalinen koordinaatisto on hankala. Tämä liike on seurausta maapallon pyörimisestä, joten helpointa on käyttää koordinaatistoa, jonka yksi akseli osoittaa maapallon akselin suuntaan. Ekvatoriaalinen koordinaatisto on juuri tällainen. Tähden etäisyys maapallon akselin suunnasta eli taivaannavasta pysyy aina samana maapallon pyörimisestä huolimatta. Pituusastetta vastaava kulma, esimerkiksi tähden etäisyys eteläsuunnasta, puolestaan kasvaa vakionopeudella. Myös aurinkokunnan kohteet osallistuvat tähän vuorokautiseen pyörimiseen, mutta lisäksi niillä on oma liikkeensä tähtitaivaan suhteen. Ajan mittaan ne näyttävät piirtävän suunnilleen sinikäyrän muotoisen radan. Ekvatoriaalisessa koordinaatistossa niiden liike on siten jonkin verran mutkikkaampaa kuin ekliptikaalisessa.

Toinen ekvatoriaalisen koordinaatiston ongelma paljastuu vasta hyvin pitkällä aikavälillä. Kuten aiemmin on mainittu, Maan akselin suunta ei pysy vakiona, vaan se piirtää kartiopintaa. Tämän prekessioliikkeen vuoksi tähtien molemmat koordinaatit ekvatoriaalisessa koordinaatistossa muuttuvat. Ekliptikaalisessa koordinaatistossa prekessio vaikuttaa vain pituuteen, joten muutoksen laskeminen on helpompaa.

Kiinalaiset jakoivat taivaan 28 xiuhun. Kuvassa niiden vanhat kiinalaiset symbolit. Muinoin ne lienevät viitanneet vain tiettyihin taivaan alueisiin, mutta myöhemmin niille on annettu myös muita merkityksiä.

Tähtien paikkojen ilmoittamiseksi olisi luonnollisinta käyttää koordinaatistoa, joka ei millään tavoin liity maapalloon. Sellainen on esimerkiksi Linnunradan tasoon perustuva koordinaatisto. Maan pinnalta havaintoja tekevän tähtitieteilijän elinaikana prekession vaikutus on kuitenkin melko vähäinen. Paljon merkittävämpi tekijä on maapallon pyöriminen, ja siksi juuri ekvatoriaalinen koordinaatisto on käytännön kannalta kaikkein luontevin.

Kiinalaiset jakoivat taivaan 28 segmenttiin, jotka yhtyivät taivaannavoilla. Kukin tällainen segmentti eli xiu (lausutaan hsiu) vastasi tiettyä ekvaattoria pitkin mitattua pituusasteväliä. Lukumäärä 28 liittyy Kuun liikkeeseen: koska Kuu tekee tähtitaivaan suhteen yhden kierroksen runsaassa 27 vuorokaudessa, se liikkuu vuorokauden aikana suunnilleen yhden xiun verran.

Suuntien ilmoittamiseen käytettiin asteen kaltaista yksikköä. Kiinalaiset eivät kuitenkaan jakaneet ympyrää 360 osaan, kuten babylonialaiset, vaan heidän ympyräänsä sisältyi 365 1/4 astetta. Näin aste eli du vastasi melko tarkasti sitä matkaa, jonka Aurinko kulkee vuorokaudessa tähtien suhteen.

Kuhunkin xiuhun kuului yksi merkkitähti. Nämä tähdet eivät useinkaan ole kovin kirkkaita. Sen sijaan ne oli valittu niin, että niiden paikat voitiin määrittää silloinkin, kun ne eivät olleet näkyvissä taivaanrannan yläpuolella. Tähän käytettiin taivaannavan ympärillä olevia tähtiä, jotka ovat aina horisontin yläpuolella. Ekvatoriaalisen koordinaatiston ohella tämä navanympärystähtien käyttö taivaankappaleiden suuntien ilmoittamiseen on toinen kiinalaisen tähtitieteen erikoisominaisuus.

Merkkitähdet eivät nykyisin sijaitse kovin lähellä taivaan ekvaattoria, koska prekession vuoksi taivaannavan ja ekvaattorin suunta ovat ehtineet muuttua huomattavasti. Kun prekession vaikutus otetaan huomioon, voidaan laskea, että parituhatta vuotta ennen ajanlaskumme alkua tähdet olivat ekvaattoria ympäröivällä vyöhykkeellä. Xiu-järjestelmä lienee siis alkanut kehittyä noihin aikoihin, vaikka saavuttikin lopullisen muotonsa vasta paljon myöhemmin.

Kiinalainen observatorio 1090-luvulta. Alimpana on virtaavan veden käyttämä kello ja sen yläpuolella tähtipallo, jota kellokoneisto pyörittää. Tornin huipulla on armillaaripallo, jota voitiin käyttää tähtien suuntien havaitsemiseen.

Myös monet havaintovälineet asennettiin ekvatoriaalisesti, siten että toinen akseleista, tuntiakseliksi kutsuttu, on maapallon akselin suuntainen. Kohteen seuraamiseksi laitetta tarvitsee kääntää vain tämän akselin ympäri. Euroopassa tämä käytäntö yleistyi vasta 1800-luvulla. Silloin kaukoputkiin alettiin myös rakentaa kellokoneistoja, jotka pitivät kaukoputken automaattisesti kohteeseen suunnattuna. Jo 100-luvulla kiinalaisilla oli instrumentteja, joita virtaava vesi pyöritti tuntiakselin ympäri. Kirjoitusten mukaan nämä laitteet oli kuitenkin sijoitettu suljettuihin huoneisiin, joten niitä ei voitu käyttää havaintoihin. Ulkona olevan instrumentin avulla niiden käyntiä voitiin tarkkailla ja korjata tarpeen mukaan. Kysymyksessä olivat siis jonkinlaiset tähtitieteelliset kellot, jotka näyttivät taivaankappaleiden suunnat säästä ja vuorokaudenajasta riippumatta.

Kiinan aikakirjat

Vanhimmat tähtitieteeseen liittyvät kirjoitukset käsittelevät lähinnä astrologiaa. Yksi niistä on Shi Shenin noin 350 eaa. kirjoittama teos, josta on säilynyt vain katkelmia. Kerrotaan, että kirjaan kuului tähtiluettelo, joka sisälsi 809 tähteä ja 122 tähdistöä. Tähdet olivat astrologisia ennusmerkkejä, ja ne liitettiin keisariin ja muihin tärkeisiin henkilöihin. Mahdollisesti juuri tämän astrologisen yhteyden vuoksi vain tähtien paikoilla oli merkitystä. Monissa kartoissa kaikkia tähtiä onkin esitetty samankokoisilla pisteillä, mikä tekee niiden tunnistamisen vaikeaksi.

Kiinalainen tähtikartta vuodelta 1092. Kartta esittää ekvaattorin aluetta; ekvaattori on kuvan poikki kulkeva vaakaviiva. Sen yläpuolella heikosti näkyvä kaareva viiva on ekliptika.

Han-dynastian (205 eaa. - 221) alkuaikoina havainnot muuttuivat tarkemmiksi. Auringon korkeutta mitattiin bambukepin varjon avulla. Kiinalaiset olivat hyvin selvillä siitä, miten varjon pituus riippuu havaintopaikasta. Tämä ei kuitenkaan näytä johtaneen ajatukseen Maan pallomaisesta muodosta. Varjon lyheneminen etelään mentäessä ajateltiin johtuvan Auringon paikasta suhteellisen lähellä Maata, jolloin sen näennäinen suunta luonnollisesti muuttuu havaintopaikan mukana.

Jo ajanlaskumme alkuaikoina kiinalaiset tunsivat Kuun ja planeettojen jaksot kohtalaisen tarkasti. Heillä ei kuitenkaan ollut vielä mitään geometrista mallia niiden liikkeille. On vaikea sanoa, oliko kiinalaisilla tuolloin sellaisia yhteyksiä, joiden kautta babylonialainen tähtitiede olisi voinut vaikuttaa heidän käsityksiinsä. Joka tapauksessa ajanlaskun ensimmäisellä vuosisadalla tällaisia yhteyksiä syntyi, eikä Kiinan myöhempi tähtitiede enää kehittynyt täysin itsenäisesti.

Kiinalaisten suurin anti myöhemmälle tähtitieteelle on huolellisesti kirjatuissa havainnoissa. Nämä havainnot sisältyvät hallitsijoiden virallisiin aikakirjoihin. Kaikkein vanhimmasta ajasta kertova Shi ji kuvaa Auringon, Kuun ja planeettojen lisäksi komeettoja ja meteoreja ja niiden astrologista merkitystä. Samanlaisia havaintoja löytyy myös Han-dynastian kronikoista Qian Han Shu ja Hou Han Shu. Vihdoin Jin-dynastian (265-420) aikakirjat sisältävät laajan tähtitiedettä käsittelevän osan.

Komeetoista on säilynyt kiinalaisia havaintoja jo 600-luvulta eaa. Auringonpilkkuhavaintojakin tehtiin ennen ajanlaskumme alkua. Tässä ei sinänsä ole mitään ihmeellistä, sillä silloin tällöin Auringon pinnalla esiintyy niin isoja pilkkuja, että ne näkyvät paljain silmin, kunhan valoa vain himmentää niin paljon, että Aurinkoa pystyy katsomaan. Sopivana himmentimenä voi toimia pöly, sumu, ohut pilvikerros tai vaikkapa nuotiosta nouseva savu. Kun pilkut oli keksitty, niitä alettiin tarkkailla himmentämällä Auringon valoa ohuella jadelevyllä. Kiinalaisilla ei ollut rasitteenaan aristoteelista filosofiaa, jonka mukaan moiset ajan mukana muuttuvat pilkut ovat mahdottomia, koska Aurinko kuuluu kuunyliseen täydelliseen, muuttumattomaan maailmaan.

Kuun yhdeksän tietä. Kuun radan perigeum eli Maata lähinnä oleva piste kiertyy häiriöiden vuoksi täyden kierroksen vajaassa 9 vuodessa. Kiinalainen kuva Kuun radasta esittää radan kahdeksaa eri asentoa. Yläreunan teksti (oikealta vasemmalle) on: Aurinko, Kuu, talvi, kesä, yhdeksän tien kuva.

Erityisen kiinnostavia ovat havainnot keskiajalta, jonka eurooppalaisesta havaitsevasta tähtitieteestä ei juuri voi puhua. Näiden havaintojen perusteella tiedämme, että Halleyn komeetta nähtiin vuosina 989, 1066 (tämä havaittiin myös Euroopassa), 1145 ja 1301. Kiinalaisten muistiinpanojen vuoksi tiedämme myös, että nykyisin Rapusumuna (M1) tunnetun kohteen suunnassa havaittiin heinäkuussa 1054 supernovaräjähdys, joka oli näkyvissä päivälläkin.

Kiinan tähtitiede kohosi huippuunsa Yuan-dynastian (1206-1368) aikana. Tämän Mongoliasta tulleiden valloittajien kauden ensimmäinen hallitsija oli Tsingis-kaani (noin 1162-1227), joka ei kuitenkaan onnistunut valtaamaan koko Kiinaa. Siinä onnistui vasta hänen pojanpoikansa Kublai-kaani (1215-1294), joka tuli tunnetuksi länsimaissa Marco Polon (noin 1254-1324) ansiosta. Yuan-dynastian kronikka Yuan shi käsitteli tähtitieteellisiä havaintoja ja kalenteria.

Kiinalaiset saivat ekvaattorin kaltevuudelle arvon 23° 33' 34", joka poikkesi vain noin 1,5" todellisesta. Yuan shi ei kerro, miten he päätyivät tähän tulokseen, mutta todennäköisesti lähtökohtana olivat Auringon korkeudet päivänseisausten aikana. Sekä päivänseisauksien hetket että Auringon korkeus määritettiin Auringon heittämien varjojen avulla.

Toinen kiinalaisten huomattavan tarkkaan johtama arvo on trooppisen vuoden pituus. He saivat vuoden pituudeksi 365,2425 päivää, mikä on vain noin 20 sekuntia liian pitkä. Taaskaan kronikat eivät kerro, millä keinoin tämä tulos saatiin.

Tällaiset tarkat numeroarvot ovat toki kiinnostavia. Ilman tietoa niihin johtaneista menetelmistä niiden tieteellistä merkitystä on kuitenkin vaikea arvioida.

Kiinan tähtitieteen historiasta löytyy korkeatasoista tutkimusta, joka välillä taas taantuu huolimattomaksi rutiinityöksi. Esimerkiksi joinakin aikoina havainnot tehtiin kahdessa eri observatoriossa ja havaintoja verrattiin päivittäin. Tämä on erinomainen keino virheellisten havaintojen välttämiseksi. Vuonna 1070 virkaansa astunut kuninkaallinen astronomi Peng Cheng huomasi kuitenkin kauhukseen, että havaitsijat olivat vuosikaudet vain kopioineet toistensa havaintokertomuksia. Nankingissa on kokoelma hienoja instrumentteja, jotka kuitenkin on valmistettu lähes neljä astetta pohjoisemmalle leveydelle. Laitteet oli siirretty Nankingiin tieteellisesti takaperoisella Ming-kaudella, eikä kukaan ollut huomannut, että samalla niiden kaltevuuksia olisi pitänyt muuttaa.

Ensiluokkaisten tähtitieteilijöiden ohella havainnoista huolehtivat ajoittain byrokraatit, jotka eivät ymmärtäneet työnsä merkitystä. Joskus havaintoja on jopa tahallisesti vääristelty. Aikakirjojen tietoja ei siis voi aivan sellaisenaan ottaa ehdottomana totuutena.

Maailman mallit

Kiinalaisissa lähteissä kuvataan kolmea maailmankaikkeuden mallia. Niistä vanhimman mukaan maanpinta ja taivas ovat samakeskisiä puolipalloja, jotka alareunastaan rajoittuvat mereen. Maan ja taivaan välimatka oli 80 000 li'tä ja Maan säde mahdollisesti 225 000 li'tä (yksi li on vajaat puoli kilometriä). Toisaalta Maata kuitenkin pidettiin neliönmuotoisena.

Toisen teorian mukaan maailmankaikkeus on kuin kananmuna. Maa on kuin munan keltuainen ja kelluu pohjalla olevassa vedessä. Han-dynastian loppuaikana 200-luvulla tämä oli yleisimmin hyväksytty käsitys maailmankaikkeuden rakenteesta.

Kolmas malli kehittyi mahdollisesti joskus Han-dynastian loppupuolella. Sen mukaan avaruus on ääretön, ja taivaankappaleet liikkuvat tyhjiössä. Näiden ajatusten juuret ovat mahdollisesti taolaisessa uskonnossa. Hämmästyttävän modernilta kuulostavasta teoriasta ei kuitenkaan tullut vallitsevaa oppia, mutta se eli kyllä aina länsimaisen tieteen saapumiseen saakka. Se ei myöskään johtanut mihinkään täsmällisiin geometrisiin malleihin. Sillä saattoi kuitenkin olla jonkinlaista vaikutusta renessanssin jälkeen tapahtuneeseen maailmankuvan laajenemiseen.

Kun jesuiitat aloittivat 1500-luvun lopulla käännytystyönsä Kiinassa, he toivat mukanaan myös kaukoputken ja aristoteelisen maailmankuvan. Aurinkokeskistä mallia he eivät luonnollisesti voineet esittää kiinalaisille. Tunnettu on jesuiittaoppineen Matteo Riccin 1595 kirjoittama kirje, jossa hän kritisoi selvästi virheellisten käsitysten ohella myös niitä Kiinan tähtitieteen piirteitä, joita nyt pidämme kaikkein uudenaikaisimpina:

(1) Maa on litteä ja neliön muotoinen, ja taivas on pyöreä katos; he eivät ole onnistuneet tajuamaan maapallon vastakkaisen puolen mahdollisuutta.

(2) On vain yksi taivas, ja se on tyhjä. Tähdet liikkuvat tyhjiössä.

(3) Koska he eivät tiedä, mitä ilma on, siellä, missä me sanomme olevan ilmaa. he väittävät olevan tyhjiön.

(4) Lisäämällä metallin ja puun ja jättämällä pois ilman, he saavat elementtien määräksi viisi --- metalli, puu, tuli, vesi ja maa. Mikä vielä pahempaa, he selittävät näiden elementtien tuottavan toinen toisiaan; ja voidaan vain kuvitella, miten löyhin perustein he tätä opettavat, mutta koska se on muinaisista ajoista periytynyt oppi, kukaan ei uskalla hyökätä sitä vastaan.

(5) Auringon pimennyksille he antavat hyvän selityksen, nimittäin, että Kuu ollessaan Auringon lähellä himmentää sen valoa.

Lähteitä

Needhamin moniosainen teos sisältää perusteellisen kuvauksen muinaisen Kiinan tieteistä; kolmas osa käsittelee matematiikkaa, tähtitiedettä, maantiedettä, geologiaa, seismologiaa ja meteorologiaa. Thurstonin kirjassa on aiheesta tiivis, mutta kattava esitys. Varhaisemmissa tähtitieteen historian kirjoissa Kiinan tähtitiedettä käsitellään niukasti, jos lainkaan.

Needham, Joseph: Science and Civilization in China, vol III, Cambridge University Press 1954.

Thurston, Hugh: Early astronomy, Springer-Verlag 1994.