编者按：“仰望星空 逐梦苍穹”，中科院之声与中科院紫金山天文台联合开设“天市垣”栏目，和大家一起聊聊最近天上发生的那些事儿。
2月29日出生的小伙伴一定有过这样的烦恼：为什么别人可以每年过一个生日，而我们想过一个生日要等4年之久？
后来，通过在课本上学习到的公历知识，我们知道，原来在平年2月只有28天，闰年时才会有29天，只有能被4整除并且遇整世纪年时须被400整除的年份才是闰年，于是2月29日出生的小伙伴只能4年过一次生日啦。
其实这些历法规定的背后是人们对历法精益求精的不断探索和尝试。
一、什么是历法？
大约在1万年前的新石器时代，人们从狩猎和采集经济向原始的农牧业过渡。由于牲畜有一定的繁殖期，农作物的播种、生长和收割更具有一定的规律性，于是基于生产的需求，原始的历法产生了。
人们根据太阳的东升西落、昼夜交替有了日的概念；根据月亮的阴晴圆缺、盈亏变化有了月的概念；感受寒来暑往、观察草木荣枯，有了年的概念。而历法就是推算年、月、日的时间长度和它们之间的关系，制定时间序列的一种法则。
早期根据物候确定的“年”受到气象异常因素的影响波动较大，无法准确定出一年到底有多少天。后来人们总结出星象变化与季节、气候的关系，才精准地给出一年的天数，据此制定的历法便是天文历。
天文历结合太阳和月亮的运动，通过制定合理的法则以日、朔望月、回归年为基本要素来编排日期。由于不同地区文化历史等因素的差距，从古至今，从东方到西方，诞生了许多种不同的历法。我们可以根据历法的特点进行一个分类，将其大致分为三种，分别是：阳历，阴历，阴阳合历。
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阳历
即太阳历，它是依据地球公转造成的太阳的周期性变化来制定的历法。太阳历以地球围绕太阳公转一圈的时间为基准，因此其强化年的概念，而月的长度则通常不是那么严格。这种情况下，太阳历中对季节的把握非常准确，某个季节对应的就是特定某段日期。
历史上，阳历最早出现在6000年前的古埃及，当时的人们依据天狼星偕日升（即天狼星恰好在黎明前升到地平线上）的天象和尼罗河水泛滥的周期，确定了一年的长度。大家所熟知的公历，便是太阳历，因此，我们有时也习惯性称为“阳历”。
天狼星偕日升，Stellarium模拟
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阴历
又称太阴历。太阴即月亮，顾名思义，太阴历是主要按照月亮的月相周期变化来制定的历法。由于月相变化周期平均约为29.5天，因此阴历中月分为大月和小月，其中大月30天，小月29天。目前仍在使用的历法中，伊斯兰历为纯阴历。在伊斯兰历中规定，每年有12个月，其中奇数月30天，偶数月29天，一年12个月，每30年设置11个闰年，在12月后加一天（这点与我们的公历相似，闰年加一天），这样伊斯兰历30年的年长和30年朔望月的总日数才基本相等。
这样算起来，一年的平均长度为354.37天，与实际上的回归年大约有11天的差距，造成每隔2.7年差一个月，因此，伊斯兰历中，看不出季节与月份的对应关系。
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阴阳合历
又称太阴太阳合历，是一种在内容上既有太阳历，又有太阴历内容的历法。具体体现在，保证月的长度与朔望月的周期保持一致，而在年的长度上，则保证多年的平均值与地球围绕太阳公转周期一致。这种安排使得“月”能直观体现月相变化，同时又考虑了月份与季节相对应的关系。
我国的传统历法——“农历”就是其中的代表，农历月以朔日为月首，体现了与月相的关系，设置二十四节气，又反映出太阳的运动。农历中，通常年份，每年设12个朔望月，年长354天左右，闰年设13个朔望月，年长384天左右，平均每19年中设7个闰年。在农历中，我们可以直观地看到月相信息，比如俗话说的“十五的月亮十六圆”；置闰也使得月份与季节没有出现对应混乱的情况，像今年就会出现农历闰二月。农历的相关规范详见国家标准《农历的编算与颁行》（GB/T 33661-2017）（由国内唯一的历书编算机构中国科学院紫金山天文台牵头起草）。
今年农历闰二月（图片来源：紫金山天文台）
总体来说，三种历法各有自己的特点，但无论哪种，其背后都有着科学知识在支撑，这也是三种历法在世界范围内都有地区在使用的原因。
二、历法改革——儒略历与格里高利历
公历是目前世界上通用的历法，由罗马教皇格利高利十三世于1582年颁行，故其又叫做格里高利历。格里高利历则是在儒略历的基础上改善而来的。
儒略历是由罗马统治者儒略·凯撒于公元前45年1月1日起颁布施行的历法。它以回归年为基本单位，将全年分设为12个月，单数月是大月，长31日，双数月是小月，长为30日，只有2月平年是29日，闰年30日。每年设365日，每四年一闰，闰年366日。儒略历编制好后，儒略·恺撒的继承人奥古斯都又从2月减去一日加到8月上使8月变成大月，又把9月、11月改为小月，10月、12月改为大月。
儒略·凯撒半身雕塑（图片来源：维基百科）
儒略历作为一种太阳历，其采用的年平均长度为365.25天，但事实上，太阳两次过春分点（回归年）的长度为365.2422天，相差了0.0078天。这0.0078天看起来似乎很小，但如果长时间施行，就会造成大约每隔128年会有1天的差距。儒略历从公元325年定春分为3月21日起，在其施行1200多年后的1582年，春分日已提早到了3月11日。
为了解决儒略历先天的不足，格里高利历在儒略历基础上进行了修改。此次修改主要是对儒略历的闰年部分进行修改，将原来4年一闰，改为了每一个可以被4整除的年份都是闰年，但整世纪年必须也能被400整除才置闰年（像1700年、1800年、和1900年都不是闰年，而2000年是闰年）。经过格里高利的修改，每400年比儒略历少3个闰年，算起来年平均长度变为了365.2425，与回归年的实际长度仅有0.0003天的差距，大约连续使用3300多年才会差出一天。
教皇格里高利十三世（图片来源：维基百科）
有意思的是，为了再次将春分日确定在3月21日前后，格里高利历规定1582年10月4日星期四的次日为1582年10月15日星期五，即有10天被删除，但原星期的次序保持不变。
值得注意的是我国南宋时期的统天历确定的年平均长度（岁实）已经和现今公历的回归年一样，但比公历的行使时间早了三百多年。
修正后的格里高利历较儒略历更加精确，逐渐在西方基督教国家中采纳，后来逐渐成为国际上通用的历法。可以说格里高利历取代儒略历是一场关于科学的立法改革，也这是这场改革奠定了我们今天国际通用的历法系统。
从古埃及的天狼星偕日升，到格里高利历取代儒略历，历法的每一次精益求精的改革和发展都体现了人们对天体运行自然之道的尊重和对制定密合天行的历法以服务国民需要的重视。背后隐藏了无数天文学家日以继夜的观测和艰苦卓绝的探索。
来源：中国科学院紫金山天文台
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