东汉张衡已经能够科学解释月食现象，为什么直到明末，中国才通过传教士利玛窦了解地圆说？ - Pseudocirrus的回答 - 知乎
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作者：Pseudocirrus
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这拆分成三个问题：【古人是如何计算月食周期的？】【张衡是如何解释月食的？】【地圆说在古代中国为什么没有得到广泛传播？】
第一个问题，计算月食周期不需要理解其真实成因，只要知道天球的概念就够了。
月球的轨道是白道，太阳的轨道是黄道，两条轨迹的交叉点是【黄白交点】。只有月亮和太阳都运行到黄白交点附近，才可能发生月食。
太阳每隔半年会接近一个黄白交点，换言之，每隔半年会有一个34天左右的【食季】。每个【朔望月】的时长是29.5天，因此每个食季中至少会月圆一次，此时就发生了月食。月食会持续数小时。
每次月食发生的时刻是有差异的，有时候月食发生时月亮可能还没升起来，人们就看不到了。每次看到一个月食，大概每隔N个朔望月之后，这个月食就会在同一时刻在天空中重现，公式为：
N*朔望月=M*交点月=L * 交点年
中国古人很早就有了天球的概念。只要认真记录天象，总结出星辰升降的基本规律后，再发现这个月食的周期规律并不难。在张衡之前，古人就已经可以粗略地计算月食周期了。古巴比伦人发现N约等于223（沙罗周期），中国古人发现N约等于235（默冬章）或者270（三统历周期）。
我之前有一个回答介绍了【十九年七闰】所代表的天文规则。汉代的十九年一共有235个月，等价于每十九年同样的月食会重现一次。只用这个规律来预测月食是有误差的。中国农历是希望把所有天象都放进一套历法中，所以后来又进行了数次历法改革。
为什么农历那么不精确？8 赞同 · 0 评论 回答
等到祖冲之的时代，在高精度圆周率和岁差计算的加持下，天官已经可以算出月球多久会经过一次黄白交点了。到了唐代，很多历法将N取为716，这个周期在天文学上被称为纽康周期，恰好有716=2*223+270，是用比较取巧的方式获得了一个比沙罗周期和三统历周期更精确的交食周期。
如果只论预测月食的能力，表格中还有很多更优秀的历法，只是到宋代为止，传统方法已经卷到头了。要再提高精度，就必须有数学工具或者天文模型的革命。
唐宋曆法中的交食周期與連分數算法
第二个问题，张衡是在天球的基础上，认为大地是一摊蛋黄，月食是影子导致的。这更多是哲学上的思辨，张衡没办法给出严谨的证明。所以很多儒生不相信他的理论。
张衡的说法是
浑天如鸡子。天体圆如弹丸，地如鸡子中黄，孤居于天内，天大而地小。天表里有水，天之包地，犹壳之裹黄。
他本人并不认为大地是圆的，依然持的是地平的观点，但是是改进了的地平说：
天成于外，地定于内。天体于阳，故圆以动；地体于阴，故平以静。
张衡实际回答的问题是【大地的下面是什么】，那些坚持天圆地方的儒生觉得地比天大，大地的下面什么都没有。
张衡在理解了天球和星辰升降的概念之后，主张天比地大，大地的下面是星空，【星辰从大地的下方升起】。
张衡对月食的解释：
当日之冲，光常不合者，蔽于地也，是谓暗虚，在星则星微，遇月则月食。
这样题主应该能理解了。不管大地是圆盘还是某种球体，只要能想明白太阳在大地的下方，大地的影子落在天球上，遮住了月亮，就可以解释月食。
张衡并没有延伸思考到【大地的背面是什么】，他认为大地是浮在某种介质上的，并没有想过大地的背面是和我们一样的人类社会，也没有意识到有人能真的走到大地的背面去。
第三个问题，地圆说是和长距离旅行尤其是长距离航海密切相关的。
西方传教士来到明朝，推销地圆说时，举的例子就是月食时影子的形状。亚里士多德提出，大地是球形的，所以月食时看到的地影是圆形的。星官和儒生们很容易就被这个例子说服了，而且当时环球航行已经完成，没有什么比这个更有力的证据了。
应该说，中国古人只是不太关心地球是什么形状的，并没有一定坚持“大地是棋盘、大地是平的”。这和儒生后来对日心说的抵制是不一样的（有一些儒生认为乱了伦常）。
同样的，罗马帝国以及中世纪的平民也不关心地球的形状。
天問略，1615
坤舆全图,1674
最早注意到【大地有曲率】的是航海民族，因为他们在海上只能靠星座导航，然后就注意到星座的高度是不一样的。尤其是【北极星】，这个不会转动的恒星在不同的地区高度不同。同样的，人们也发现，太阳照在地上，影子的长度在不同地方是不一样的；在海上极目远眺，会发现一艘正在靠近观察者的船，先露出桅杆顶，慢慢露出船身，最后才看得到整艘船。
正因为海上什么都没有，人们才更容易发现这些异常。陆地上的干扰项太多了，很多人就会忽视这个问题。
最迟到唐代，古代中国人也意识到了不同地区的日影长度是不同的。但这里出现了一个问题：在中国古代，历法都是和正统王朝相绑定的，历官都是在正统王朝的首都开展的天文观测，儒家理论天然相信，首都就是“大地的中央”，而且会试着去论证这一点。
儒生们带着答案去搞研究，最后就是发展出了一套很复杂的地平说理论，同时满足【大地是棋盘】【中原是棋盘的中心】【太阳远比大地小】【日影长度各处不同】这几个条件。
靖康之变后，南宋失去了中原领土，思想界遇到了前所未有的危机。作为拯救儒家思想的理学家，朱熹也对儒家天文观进行了反思。
某自五六岁，便烦恼道： '天地四边之外，是什么物事？'见人说四方无边，某思量也须有个尽处。如这壁相似，壁后也须有个什么物事。其时思量得几乎成病
1171年，朱熹写信给他的弟子林泽之，请他协助自己测量日影长度，亲自证明各地日影不同：
竹尺一枚，烦以夏至日依古法立表以测其日中之景，细度其长短
朱熹对月食的认知是超过其他儒生的：
故合朔之時，日月之東西雖同在一度，而月道之南北或差遠，於日則不蝕；或南北雖亦相近，而日在内，月在外，則不蝕。此正如一人秉燭，一人執扇，相交而過，一人自内觀之，其兩人相去差遠，則雖扇在内，燭在外，而扇不能掩燭；或秉燭在内，而執扇在外，則雖近而扇亦不能掩燭。
1189年，通过测量北极星高度，朱熹对地平论产生了极大的怀疑，而且几乎要触及【地球在运动】这个颠覆性的认知了：
极星出地之度，赵君云福州只廿四度，不知何故自福州至此已差四度，而自此至岳、台却只差八度也。子半之说尤可疑，岂非天旋地转，闽、浙却是天地之中也耶？
但朱熹一个人的思辨也走到了极限，1200年朱熹去世，他晚年试图改造儒家天文观的努力没有完成。
后代的儒生，将朱熹的思想变成了无害的神像、维护统治阶级的工具，用礼教杀人。
尽管明清时期历法学在对外交流的过程中又有了突破性的进展，但此时历官和儒生已经各走各的路了。钦天监大量使用了先进的数学工具与天文模型，儒生却对这些东西兴趣缺缺，还是坚持复读各种圣人言论，热衷于将天象解释为对现实政治的示警。
只能说朱熹的晚年是孤独的。
----2月6日补充我回答的时候，这个问题的关注者还比较少。所以我写到的三点是针对题主的问题本身进行回答的，写的技术性的东西多一些，重点放在古人是怎么预测月食上的。
后来刷到这个问题的读者可能看到其他回答下有人在因立场问题而吵架。为了避免误伤，我给自己的回答做一下阅读理解。
中国古代历法体系是足够发达的。从天文、历法角度宣扬西方优越论的言论挺无聊的。现代人如果对古历法感兴趣的可以多了解一下，其实是很有趣的。有人想看的话我可以推一下书和网站。
我的回复中提到的观点可以在《中国天文学史》和一些论文中找到，话说的是比较保守的，我也无意参与其他回答下标新立异，自成一家的讨论。
基于第2点，我解释了张衡的浑天论。【浑天】二字本身就是对张衡理论的解释，天空是一个完整的球体，张衡反对的盖天论主张的半球。现代人晚上盯着星空看一个小时就能理解张衡想说啥了。
我的回答中没有提到郭守敬，也没有详细提及唐代一位重要的天文学家一行（表格中大衍历的作者）。一行和郭守敬是要放在一起说的，他们的贡献在大地测量学领域。我的另一篇文章写了他俩的故事，有人建个新提问我可以贴上去。众所周知，哥伦布骗资助的时候坚持主张地圆论，但选择了错误的大地测量学模型。
古代儒生其实发展出了一套比较复杂的地平论模型，应用了不少数学工具，讨论了天体的尺度、距离等问题。如果是数学功底不好的现代人穿越回去，真不一定能辩得倒古人。
我不觉得在15世纪以前争论地平论还是地圆论是个多重要的问题。就像是现在问你宇宙的曲率是多少，宇宙是平的吗，很多人一下子也答不上来。如果有天文学家宣称要花费400亿科研经费去精确测量宇宙的曲率，不知有多少人支持多少人反对。
所以现实就是，从实用主义的角度看，天文学是小众学科，历史学是小众学科，科技史更是小众学科，属于那种普通人家不会送孩子去学的学科。但从古至今，从东到西，有无数人想要从天文学、历史学中找到能够维护意识形态或者解构意识形态的东西。
朱熹的数学素养和天文学素养肯定比不上职业历官，但思辨精神是很强的。我提朱熹是希望破除一些刻板印象，古人只是认知受限但不傻。现代人不能比朱熹还封建。