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道教素有“夜观星象”的传统。据《楼观本起传》记载，“楼观者，昔周康王大夫关令尹之故宅也。以结草为楼，观星望气，因以名楼观。此宫观所自始也。问道授经，此大教所由兴也”。道教宫庙称“观”而不称“寺”或者“庙”，与道教夜观天象的传统或许有最为直接的关联。道教为什么重视天文学，主要原因是受先秦道家遗风之影响，对天体极为崇拜与敬畏；同时，道教从“天人合一”、“身国同治”的思维模式出发，认为了解天象有助于求道证道，得道成仙。道教神学理论体系建构，道教各种内外丹养生修仙方术的发展和完善，需要道门中人掌握一定的天文学知识。
道教神仙谱系的建立是以天体宇宙的模型为基本构架的，而道教天层结构模型的建构离不开天文学知识，道教神学信仰和思想需要通过一定的科仪形式来表达。道教科仪仪式的实施，特别是醮坛的设计、步罡踏斗之类的科仪程式的编排也需要掌握一定的天文宇宙知识。早期天师道教区组织二十四治、二十八治的设置，即运用了二十四节气和二十八宿等天文知识，形成了一个有严密组织的教区系统。总之，道门出于星占的宗教政治诉求和延年益寿需要，仰观天文、俯察地理，从而形成了夜观星象的传统。
汉代以降，随着天文星象观测的深入，人们认识的星数和星官（星座）数剧增，需要有一种能够帮助辨认和记忆全天星官的工具，因此出现了许多星图。三国时代，吴国太史令陈卓把石氏、甘氏、巫咸三派星占家所占的星官，加以综合，求同存异，编成一个具有２８３官１４６４个恒星的星表，并绘制了星图。星图的优点是形象，使人容易辨认星官。但是星图复杂，难于记忆。于是人们便开始借用带有韵律的诗文、歌诀来描述全天星宿。在这方面，道教天文学家做出了突出贡献。
隋代道号为黄冠子的道士李播就曾作《天文大象赋》，采用歌赋形式对星空作了文学描述。李播的这一尝试有助于人们认识星空，可惜流传不广。
及至隋唐，出现了一部署名为《丹元子步天歌》的天文著作，圆满地完成了这一工作。关于《丹元子步天歌》的年代、作者，目前尚存争议，主要有隋代丹元子和唐代开元王希明（自号丹元子）作两种说法。但就丹元子这一称号来分析，此乃典型道门道号；且《新唐书·艺文志》三“五行类”录有“王希明《太乙金镜式经》十卷，开元中诏撰”，王希明所撰的《太乙金镜式经》当为道书无疑。因此，笔者以为，不管《丹元子步天歌》的作者是否真为王希明，我们都可以判定，《丹元子步天歌》肯定出自隋唐道徒之手，是道教天文学的珍贵文献。
现存《步天歌》的版本很多，文辞有异。今人潘鼐取《四部备要》本《通志·天文略》，《十通》本《文献通考》，清康熙校元至元刻本补刻本《玉海》，文津阁本《四库全书》、《灵台秘苑》，北京图书馆藏明刻本《乾象图》，浙江图书馆特藏彭氏知圣道斋抄本《天文鬼料窍》，上海自然博物馆藏明刊本《步天歌》（明代李之藻藏本），《丛书集成》本梅文鼎《中西经星同异考》，坊刻本《万法归宗》及家藏明永乐写本《天文秘旨备考》内《步天歌》，“厘定正讹，考核异同，甄以星象，加以校勘”，校订出一个比较完善的《步天歌》本子。本书即以此版本来探讨《步天歌》的道教天文学新思想。
丹元子按陈卓所定星座，把周天各星的步位，编成一篇七言长歌，名之为《步天歌》。其独特的天文学思想主要有以下二点：
一、“步天识星”的天文学思想
《步天歌》的最大特色就在于以文辞浅近、带有韵律的歌诀来介绍陈卓所总结的２８３官和１４６４星。例如：
东方（七宿之一） 角宿：南北两星正真悬，中有平道上天田，总是黑星两相连，别有一乌名进贤。平道右畔独渊然，最上三星周鼎形，角下天门左平星，双双横于库楼上。库楼十星屈曲明，楼中五柱十五星，三二相著如鼎形。其中四星别名衡，南门楼外两星横。（文中加点的即为星名，下同）
北方（七宿之一） 壁宿：两星下头是霹雳，霹雳五星横著行，云雨次之曰四方。壁上天厩十圆黄，铁五星羽林旁，土公两黑壁下藏。
北极紫微宫，一本作紫微垣（三垣之一）：中元北极紫微宫，北极五星在其中，大帝之坐第二珠，第三之星庶子居，第一号曰为太子，四为后宫五天枢。左右四星是四辅，天乙太乙当门路。左枢右枢夹南门，两面营卫一十五。东藩左枢连上宰（一作上宰少尉两相对），少宰上辅次少辅，上卫少卫次上丞，后门东边大赞府。西藩右枢次少尉，上辅少辅四相视，上卫少卫七少丞（一作门东唤作一少丞），以次却向前门数。阴德门里两黄聚，尚书以次其位五。女史柱史各一户，御女四星五天柱。大理两星阴德边，勾陈尾指北极颠。六甲六星勾陈前，天皇独在勾陈里。五帝内座后门间，华盖并杠十六星，杠作柄象华盖形，盖上连连九个星。名曰傅含如连丁。
垣外左右各六珠，右是内阶左天厨。阶前八星名八谷，厨下五个天宿。天床六星左枢右，内厨两星右枢对。文昌斗上半月形，稀疏分明六个星。文星之下曰三师，太尊只向三公明。天牢六星太尊边，太阳之守四势前。一个宰相太阳侧，更有三公相西偏，即是玄戈一星圆。天理四星斗里暗，辅星近着开阳淡。北斗之宿七星明，第一主帝名枢精，第二第三璇玑星，第四名权第五衡，开阳摇光六七名。摇光左三天枪明。
现存《步天歌》中每句还配有星图，今略。从以上摘录的《步天歌》内容来看，《步天歌》采用朗朗上口的歌诀形式，形象而生动地记载了星官的名称、星数和位置。其优点在于，人们读着步天歌，如同沿着天上的星官，漫步在天空繁星之间一样。全歌条理分明，易于记忆。
譬如，我们只要先认识一颗甲星，然后由甲星向东走去，便到乙星，或向南走去，便到了丙星。这样，念着有韵味的歌诀，按着方向，一颗一颗地走过去，就可以辨认全天星座。这一步天识星的思想十分先进和便捷，所以《丹元子步天歌》一经问世便广为流行，成为初习天文学的必读著作。
宋代史学家郑樵就曾借助步天歌观测星斗，自云：“一日得步天歌而诵之。时素秋无月，清天如水；长诵一句，凝目一星，不三数夜，一天星斗，尽在胸中矣?选”清代著名天算家梅文鼎也曾高度赞扬《步天歌》，云：“句中有图，言下见象，或半或约，无余无失”。宋代以降，《步天歌》受到高度重视，被视为描述星象的最权威记录，元初修《宋史·天文志》时，就采用《步天歌》和《景祐乾象新书》作为校勘标准文献。而且由于《步天歌》在传习天文知识中的巨大作用，以至从宋郑樵《通志·天文略》起，往往将其视为秘术，限定只能在灵台传诵，严禁传入民间。
二、三垣二十八宿的星空划分新思
在中国天文学史上，《丹元子步天歌》首创了采用三垣、二十八宿的星空划分法，即把北极附近的星象分为紫微、太微和天市三垣，其余分属于二十八宿，将全天的星空分为三十一大区。众所周知，中国古代天文学中二十八宿的起源很早，《周礼》中已有“二十有八星之位”、“二十有八星之号”的记载。1987年在湖北随县发掘的战国早期曾侯乙墓中，内有一个书写中国二十八宿的漆盖箱。但早期二十八宿名称，仅仅表明星座个体而已，而且二十八宿体系最初只是古人用来作为标志日、月、五星运动位置等目的而采用的。
“宿”，《说文》云：“止也，息逐切”。“宿”在此读为ｘｉù，次也。次，舍止也，有宿舍之意。“二十八宿”从字面上解释，即二十八个星宿，每个星宿作为行星舍止之处所。古人对日、月、五星在无垠的天空中的星群中往返不息，难以掌握其运行规律，于是设想依据恒星之天球上的位置，将天球划分成一定的星空区，即把黄道、天赤道附近的星空，划分为二十八个星空区，是为二十八宿。把二十八宿作为星空分区的主体，始自《丹元子步天歌》。
二十八宿星空区域的划分，是以二十八宿星官为基础，把天空划分为二十八个区域。每个星宿内有一定的星座，以作为固定的标志，古人以此观测七政之星座间运行之规律，测定岁时季节乃至丰歉、祸福。
二十八宿为：东方七宿（苍龙）为角、亢、氐、房、心、尾、箕，共计四十六个星座。北方七宿（玄武）：斗、牛、女、虚、危、室、壁，共有六十五个星座；西方七宿（白虎）：奎、娄、胃、昴、毕、觜、参，共有五十四个星座；南方七宿（朱雀）：井、鬼、柳、星、张、翼、轸，共有四十二个星座。下面我们以东方七宿为例，略加说明。
角宿有十一个星座，分别为：角（又名辰角，共二星），平道（共二星），天田（共二星），进贤（一星），周鼎（共三星），天门（共二星），平（共二星），库楼（又名天楼，共十星），柱（又称五柱，共十一星），衡（共四星），南门（共二星）。
亢宿有六个星座，分别为：亢（共四星），大角（一星），折威（又名七折威，共七星），摄提（共六星），顿顽（共二星），阳门（共二星）。宿有十一个星座，分别为：氐（又名天根、天府，共四星）、天乳（一星），招摇（一星），梗河（三星），帝席（又名帝座，共三星），亢池（共四星），骑官（共十星），阵车（共三星），车骑（共三星），天辐（又名天福，共二星），骑阵将军（一星）。
房宿有七个星座（另有钩钤为附座），分别为：房（又名天驷、马祖、农祥，共四星），钩钤（又名衿，共二星），键闭（一星），罚（又名伐星，共三星），两咸（共八星），日（一星），从官（共二星）。心宿有两个星座，分别为：心（又名火、大火，共三星），积卒（共十二星）。尾宿有五个星座（另有神宫为附座），分别为：尾（又名九江，共九星），神宫（一星），天江（共四星），龟（共五星），傅说（又名天策，一星），鱼（一星）。箕宿有三个星座，分别为：箕（又名农尾，共四星），糠（一星），杵（共三星）。
由于二十八宿星官在天上的分布疏密并不均匀，所以这二十八个区域的大小也相差很大。最大的井宿所占的赤经范围达三十多度，而最小的觜宿、鬼宿则只有几度。由于岁差的影响，各宿的距度在不同时代也有些变化。
《丹元子步天歌》还采用三垣来划分星空。三垣即紫微垣、太微垣和天市垣。垣，本义为墙垣。古人将北极周围邻近的星座，用想象的虚拟线条联系为三个星空区，各区都以东西两藩的星绕成墙垣形式，故取名为三垣，作为天宫中天帝的官署。同样，作为星官来说，这些名称的起源或许很早。但在丹元子之前，人们并没有把它们直接作为划分天区的主体。只有在《丹元子步天歌》一书中才首次将三垣作为三个天区的主体，应用于星空的划分。这是一个了不起的天文学新思想。《续文献通考》之《象纬考》曾就此作了一个评述：
《史记·天官书》、《汉书·天文志》恒星只分中宫、二十八宿及在二十八宿之外者。其中宫之星，凡三垣及二十八宿以上之列星近中宫者，皆属之。其二十八宿之星则止二十八宿及附宿之星而已。其二十八宿以下之列星近地平者，则皆属之二十八宿之外焉。隋丹元子《步天歌》始将恒星分属三垣二十八宿。三垣之星，固在中宫，其二十八宿之星，则不论近中宫与近地平，计星之经度，分属各宿。郑樵《天文略》宗之。
古代天文学文献中，紫微垣简称紫垣、紫宫，其所在的天区是北极周围，共有三十七个星座，分别为北极（包括太子、帝、庶子、后宫、北极共五星），四辅（又称四弼，共四星），天乙（又称天一，一星），太乙（又称太一，一星），左垣（又称东垣，共八星），右垣（又称西垣，共七星），阴德（共二星）），尚书（共五星），女史（一星），柱史（一星），御女（又命御女宫，共四星），天柱（共五星），大理（共二星），勾陈（又作钩陈，共六星），六甲（共六星），天皇大帝（一星），五帝内座（又称五帝座，共五星），华盖（共十六星），传舍（共九星），内阶（共六星），天厨（共六星），八谷（共八星），天棓（共五星），内厨（共二星），文昌（又名司禄，共六星），三师三公（共六星），天床（共六星），天尊（一星），天牢（共六星），太阳守（一星），势（共四星），相（一星），玄戈（一星），天理（又名贵人牢，共四星），辅（一星），北斗（共七星），天枪（又名天钺，共三星）。
紫微垣乃三垣的中垣，居北天中央位置，故又称中宫。丹元子把二十八宿星官与紫微垣天区之间空隙较大的区又划出二垣，即将星宿、张宿、翼宿和轸宿以北的天区称作太微垣；而将房宿、心宿、尾宿、箕宿和斗宿等以北的天区称作天市垣。太微垣在紫微垣下的东北脚，位于北斗的南方，包含二十个星座。
太微垣的两垣主要由十颗星组成，左垣、右垣各五星。太微之于三垣，乃象征天宫的政府官署，所以太微垣内的星名多用官名，如左垣（又称东垣或东藩）五星为左执法、上相、次相、次将、上将，右垣（又称西垣或西藩）五星为右执法、上将、次将、次相和上相。
其余星座分别是：谒者（一星），三公（共三星），九卿（共三星），五诸侯（共五星），内屏（共四星），五帝座（共五星），幸臣（一星），太子（一星），从官（一星），郎将（一星），虎贲（一星），常陈（共七星），郎位（共十五星），明堂（共三星），灵台（共三星），少微（又名处士星，共五星），长垣（共四星），三台（又名三能、三衡、三奇、三阶、台阶、天阶、泰阶、天柱，共六星）。天市垣又名天府、长城、天旗庭、天旗，乃三垣的下垣。天市垣象征天帝率诸侯所幸都市，故东西两藩各星均用各地方诸侯国命名。
天市垣包含十九个星座，分别是：左垣（又称东垣或东藩，共十一星），右垣（又称西垣或西藩，共十一星），市楼（共六星），车肆（共二星），宗正（共二星），宗人（共四星），宗（共二星），帛度（共二星），屠肆（共二星），候（一星），帝座（一星），宦者（共四星），列肆（共二星），斗（共五星），斛（共四星），贯索（共九星），七公（共七星），天纪（共九星），女床（共三星）。这种采用三垣、二十八宿作为全天星空的划分主体，将整个星空划分为既有区别又有联系的三十一个区域系统的方法，始于道门中人丹元子，无疑是《丹元子步天歌》中又一独到的天文学思想。这种分区方法使得每区域都有一个主体，范围得当。正是由于这种星空划分方法较为合理且又十分形象， 故一直被历代所沿用，直至近代。
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