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在玛雅文明存在的众多难解之谜中，高度发达和精确的天文历法是一个重要的组成部分。随着人们对玛雅象形文字的初步破译，玛雅人所使用的一套极为复杂而准确的历法体系渐渐被人们所了解。
精确的历法体系是建立在发达的数学体系基础上的。玛雅人首先发现和使用了“0”的概念和符号，这比欧洲人早了近千年之久。他们采用的是二十进位计数法，使用三个符号就可以表示任何数字——用一点代表1、一横代表5、一个贝形符号代表0。这一表示方法与今天被应用在电脑上的“二进位制”的原理相类似，可以用来表示和演算极为庞大的天文数字。玛雅人把高度发达的数学运用到复杂的历法计算中，制定出了十分准确的历法，他们的历法体系由三种历法构成，即神历、太阳历和长纪年历。
神历也叫作卓尔金历，把一年分为13个月，每月20天，共260天。它是由20个神明图像和1～13的数字不断进行循环组合，得到260种不同组合的图标，代表260天，这一原理和中国的天干地支搭配组合有点相似。然而这种历法究竟从何而来，却是一个不解之谜，因为它不是以地球上所能观察到的任何一种天体的运行作为依据的。正因为人们无法对其做出合理的解释，美国的艾力克和哥雷克两兄弟据此提出了玛雅人来自太空的说法。他们认为这一公转周期为260天的历法是玛雅人的故乡行星上所使用的历法，这颗行星应该位于金星和地球之间。由于种种原因，玛雅人从自己的故乡来到地球，但他们还一直使用着故乡星球的历法。而且由于他们以前居住的行星上气候温暖，所以他们选择了地球上的热带雨林地区作为自己新的居住点。这种说法仅仅以260天的卓尔金历为依据，就断定玛雅人是外星人的后裔，还是有些太武断，缺乏必要的证据。卓尔金历这一奇特历法的秘密还是需要后人去揭开。
→库库尔坎金字塔
玛雅人使用的太阳历则完全是根据天文测算而制定出来的。太阳历的一年分为18个月，每个月20天，年底另加5天作为禁忌日，这样全年就是365天。他们通过长期的天文观测和精密的计算，将一年的准确长度确定为365.242129天，这与今天科学测定的绝对年长365.242198天的数值，相差不足千分之一，也就是说几千年才有一天的误差。玛雅人测算出的金星环绕太阳一周所需要的时间即金星历年为584天，而今天的测算结果是583.92天，其误差率每天不到19秒，比同时期中国和欧洲的测算准确得多。除此之外，他们还能够准确地预测日食、月食的发生时间，这都需要极高的观测水平和演算能力。
玛雅人日常总是同时使用卓尔金历和太阳历，更为奇妙的是，这两种不同的历法每隔52年就会在某个点上重合，也就是说卓尔金历轮回了73圈之后，便刚好和周转了52圈的太阳历回到同一个起点上。这一现象使玛雅人相信历史的循环性，他们将两种历法重合的那一天定为盛大的节日，一方面要举行盛大的庆典仪式，另一方面要树立新的纪年石碑、重新修建金字塔，以表示一个新的轮回的开始。
玛雅人的第三种历法是长纪年历，这种历法建立在他们极其发达的数学思维之上，适合于推算悠远漫长的历史时间，在玛雅城市中的纪念石碑和神庙的石刻铭文上采用的都是这种纪年方法。使用这个复杂的计算系统来纪年，可以准确无误地记录下几千年中的每一个日子。玛雅人为何要使用如此复杂的纪年体系呢？他们的思维竟然可以穿越几千年的时空吗？这确实有些不可思议。
玛雅人的历法还渗透到了生活的其他方面，很多玛雅城邦中的巨型建筑也是严格依照神奇的玛雅历法周期建造的。比如玛雅文明后期的代表城市奇琴伊察中的库库尔坎金字塔。这种金字塔式台庙是玛雅人重要的宗教建筑，它的这种巧妙的设计体现了玛雅历法与宗教崇拜之间的某种联系。
尽管人们对玛雅人所拥有的精确的历法体系感到有些费解，并且由此做出了种种离奇的猜测，但有关专家表示，实际上玛雅文明那极为发达的天文历法主要是出于宗教的需要。玛雅人具有极强的宗教信仰，他们崇拜许多神灵，如太阳神、雨神、风神、死神、战神、五谷神、玉米神等，其中太阳神的地位居于诸神之上，被尊为上帝的化身。在玛雅人的宇宙观中，整个宇宙分为三层，人类社会位于由魔鬼统治的下层世界和由神统治的上层世界之间，十分危险，随时可能遭受毁灭性的打击。所以玛雅人对神诚心侍奉，采用各种方式了解神的旨意，追随神的脚步，以获得神的欢心。玛雅人还认为天上的星辰如太阳、金星等都是神灵的化身，这就需要他们十分明确地了解它们的运转规律，并且根据这些规律安排自己的行为，这样才不会触犯神灵，才能够保持城邦的平安。正是出于这样的目的，玛雅人对天文观测和历法制定才格外感兴趣，他们之所以观测出极为准确的太阳周期和金星周期，其主要目的就是依照神的指示来确定播种、祭祀、战争等重大事情的时间。
应该说，这个结论还是比较让人信服的。因为一个文明的发展程度必定是与其生产力水平和社会状况相适应的，也许孤立地从某个角度看，玛雅文明那高度发达的历法是一个难以理解的特例，但如果结合整个玛雅文明崇拜神灵、重视祭祀的社会风俗来看，这可以获得比较合理的解释。