中国古代的天文学是十分发达的，并且具有很高的成就，其普及程度也很广泛，因此古代的农夫村妇都懂得“七月流火”、“三星在户”、“月离于毕”、“龙尾伏辰”是什么意思，但到今天却成了艰涩的古语了。
中国古代天文学是从天象观测开始的。如《周易》所说：“观乎天文，以察时变。”可见古人观测天象的目的，是为了了解时间的变化。历代对天象的观测，积累了丰富的天文学资料，也留下了早于世界各国的天文学古迹。河南省登封市告成镇有一座测景台，据碑文所载为东周时创建，唐代天文学家僧一行(张遂，公元683年一727年)曾在此观测天文，改革历法。现存最早的天文台遗址则在古洛阳的南郊(今河南省偃师市)，古名“灵台”，汉代天文学家张衡(公元78年一139年)在此领导天文学研究十余年，写成天文学专著《灵宪》，提出了“字之表无极，宙之端无限”的科学见解，并创制了“浑天仪”和“候风地动仪”，今河南省南阳市有张衡墓。位于登封市告成镇的观景台，则是元代天文学家郭守敬(公元1231年一1316年)创建，至今仍保留着观测日影的“圭表”。
由于我国人民的天文观测开始很早，所以早就发现了太阳黑子。甲骨文的“日”字写作“⊙”，其圆圈内的一点，即表明是太阳的黑子。目前世界公认的关于太阳黑子的最早记录是在汉成帝河平元年(公元前28年)“三月己未，日出黄，有黑气大如钱，居日中央”(《汉书·五行志》)这一记载，把太阳黑子活动的时间和位置叙述得很详尽。而同一史书里还有关于太阳黑子活动的更早记录：汉元帝永光元年(公元前43年)，“日黑居仄，大如弹丸”。而欧洲这方面最早的记录是在公元807年，比中国晚了八个世纪。据统计，从公元前43年到公元1638年，中国共有关于太阳黑子的文字记录106条。又如对彗星，从殷商到清末，也有五百余次的记录。最早的记录在周昭王十九年(公元前1034年‘)：“有星孛于紫微。”(《竹书纪年》)据《公羊传》解释说：“孛者何，彗星也。”可见中国记载彗星之早。而世界公认的关于哈雷彗星的最早记录是公元前6 1 3年：“秋七月，有星孛入于北斗。”(《春秋·文公十四年》)而欧洲最早的彗星记录是在公元前11年，最早记录哈雷彗星在公元66年。1974年，在江苏省盱眙县的西汉墓中发现了一幅《彗星运行图》，比公元1世纪的耶路撒冷彗星图还早一百多年。此外，中国对新星、超新星的记录，对日食、月食的记录，也是世界上最早和资料最丰富的。如《汉书·天文志》记载，公元前134年夏6月，“客星见于房”；已发现的殷商甲骨文有五次日食记载；《春秋》一书还记载了公元前720年2月22日的日全食。因此，法国思想家伏尔泰评价中国古代的天文学成就时说：“全世界各民族中，惟有他们的史籍，持续不断地记录下日蚀和月球的交会，我们的天文科学家在验证他们的计算后，惊奇地发现，几乎所有的记录都真实可信。”
敦煌星图，绘制与唐中宗时期图上共有一千三百五十多颗星，是世界上现存最古老的全天星图）
在中国古代天文学知识中比较重要的是人们常说的“七曜”和“二十八宿”，因为它们与我们的关系比较密切。所谓“七曜”，指日、月和金、木、水、火、土五大行星。日起日落为一天；月缺月圆为一月；日、月周而复始为一年；至于金、木、水、火、土，则是人们实际观测到的五颗行星。“金星”古称“明星”，又称“太白”，黎明见于东方，称作“启明”，黄昏见于西方，称作“长庚”，《诗经》中多有描述。“木星”古称“岁星”，也简称为“岁”，古人认为木星十二年绕天一周，并据此纪年。“水星”又名“辰星”，“火星”古名“荧惑”，“土星”又名“镇星”。但是，古书中提到的“水”与“火”，并不是指水星和火星，而是指恒星中的“定星”和“大火”，《诗经》“七月流火”即指“大火”。所谓“二十八宿”，是指黄道、赤道附近的二十八个星宿，每个星宿都是若干颗星的组合，而二十八宿又以方位分为四组，以中国古代四方保护神相配，分别为：
东方苍龙七宿：角、亢、氐、房、心、尾、箕；
北方玄武七宿：斗、牛、女、虚、危、室、壁；
西方白虎七宿：奎、娄、胃、昴、毕、觜、参；
南方朱雀七宿：井、鬼、柳、星、张、翼、轸。
这二十八宿的形成经历了一个很长的过程，《诗经》中已见多处记载，到《吕氏春秋》中已有完整的名称，而在1978年湖北省随州市曾侯乙墓出土文物的盖箱上，已绘有二十八宿的完整图画和名称，可见它在战国时代已经形成。二十八宿之所以重要，首先是古人认为它们属于恒星，它们的方位永恒不变，因此用来作为其他行星的“坐标”，以便观测日月五星所处的位置。其次是古人将天文与地理相联系，使之互相对应，将星宿对应的地域称为“分野”，这在《淮南子·天文训》、《史记·天官书》等书中都有记载。综合各家所记，中国古代的分野为：
斗、牛、女三宿，对应吴越和扬州；
虚、危二宿，对应齐和青州；
室、壁二宿，对应卫和并州；
奎、娄、胃三宿，对应鲁和徐州；
昴、毕二宿，对应赵和冀州；
觜、参二宿，对应晋和益州；
井、鬼二宿，对应秦和雍州；
柳、星、张三宿，对应周和三河；
翼、轸二宿，对应楚和剂州；
角、亢二宿，对应郑和兖州；
氐、房、心三宿，对应宋和豫州；
尾、箕二宿，对应燕和幽州。
中国的历法，是随着原始农业生产的发展而逐步建立起来的，也就是说，中国的历法与农业生产直接相关，所以在中国的历法里有二十四节气的安排。什么是历法?就是用年、月、日计算时间的方法。《尚书·尧典》中已经记载了一年分四季，有366天以及闰月。从殷商时起，用六十干支纪日，以月亮的圆缺纪月，此法相传数千年，至汉武帝时才制定了“太初历”，形成了中国第一部完整的历法。此后历代改历，到元代郭守敬创“授时历”，历法基本定型。明代所用的“大统历”，实际上就是郭守敬制定的元历。
人们知道，以地球自转一周的时间为一“日”，以月相变化的周期为一“月”，现代科学称为“朔望月”，而地球绕太阳运行一周的时间为一“年”，称为“回归年”。为了观测日、月的变化，古人作过许多努力，后来便利用“圭表”。所谓“表”就是直立于地面的杆子或柱子，“圭”则是地面上南北方向平放的尺子，二者垂直，日光照表，投影于圭。当太阳走到最北且位置最高时，杆影最短，此为日北至，即“夏至’j相反，杆影最长，即为日南至，即“冬至”。两个冬至之间的时间就是一个回归年。春秋时期，中国人已将一个回归年的长度确定为365．25日，公元1199年南宋杨忠辅已将这一数值精确到365．2425。元代郭守敬所制的“授时历”就采用了这一数值。这个数值比地球绕太阳公转一周的实际时间只差26秒，3，320年才相差一天，与现代世界通行的公历——“格里历”完全相同。
实际上，中国古代历法是一种阴阳合历，平年为12个月，大月各30天，共6个大月，小月各29天，也有6个小月。这样，全年共有354天，比一个回归年少11．25天，积三年即少一个月以上的时间，所以三年要闰一个月。这一年就称为“闰年”，所闰之月即称“闰月”。古人纪月的方法，一般以序数为纪，但岁首的月份为正月，依次为二月、三月等。从春秋时起，以十二支纪月，称为“月建”。通常以冬至所在十一月配子，称为“建子之月”，十二月为“建丑之月”，以此顺推，再循环往复。关于纪日，殷墟甲骨文中已有用干支纪日的记载。所谓“干支”就是干枝，以天为干，以地为枝，也是一种天地阴阳观念的表现。“天干”十个：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸；“地支”十二个：子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥。天干和地支依次组合为六十个单位，其组合方法是天干的单数配地支的单数，天干的双数配地支的双数，从甲子始，至癸亥终，称为“六十甲子”，每个单位代表一天。六十甲子周而复始，循环不断。这一方法从殷商中叶一直用到公元1911年，是世界上使用时间最长的纪日方法。
为了让历法更好地配合天象和自然季节，用以安排农业生产，古人还创制了“二十四节气”。
从史料来看，中国最早出现的是“二分”与“二至”，即春、秋分，冬、夏至。《吕氏春秋》又出现了立春、春分、立夏、立秋、秋分、立冬等节气。到西汉初年的《淮南子》，则出现了全部的二十四节气。实际上，所谓二十四节气是地球在围绕太阳公转的轨道上的二十四个不同的位置，因其位置不同，其所反映的气温、物候、雨量变化也不同，古人以此变化来确定它们的名称，依次为：
正月立春、雨水；二月惊蛰、春分；
三月清明、谷雨；四月立夏、小满；
五月芒种、夏至；六月小暑、大暑；
七月立秋、处暑；八月白露、秋分；
九月寒露、霜降；十月立冬、小雪；
十一月大雪、冬至；十二月小寒、大寒。
为了便于记忆，历家从二十四节气名称中各取一字，编成一首七律：
春雨惊春清谷天，夏满芒夏暑相连；
秋处露秋寒霜降，冬雪雪冬小大寒。
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