中国古代的天文学达到了什么高度？ 第1页

推算日食并不是什么高深技能，公元前数百年的巴比伦天文学家就发现了沙罗周期，发现大约每6585日，太阳、地球、月球就会回到相似的位置，发生几乎相同的日食或者月食。中国古代基本也是根据周期来推算日月食的。当然要精确推算日月食的发生时间，持续时长，还是很有技术含量的，这也是中国古代历法的重要内容之一。

事实上，在明清之交的历法之争中，正是因为钦天监运用传统方法推算的天象有误，朝廷才决定调用懂西洋历法的学者参与新历法的制定。1629年，钦天监根据《大统历》推算日食发生错误，与此同时，和天主教传教士交好的礼部侍郎徐光启却根据西方历法做出了正确的预报，于是崇祯皇帝批准了改历的请求，也就有了之后的《崇祯历书》。

*.当然，误差也有可能是因为当值官员水平不够所致。

“天文”与天文

中国古人所说的天文，和今天我们所说的天文学有所不同。二十四史大多都著有专门的天文志，这里面的天文，主要是关于天象的记录，以及天象与人间的对应关系，大致相当于今天的占星术。

东西方的古人大多相信上天与人间存在着一定对应关系，喜欢用天象来预测未来，为现实事件找到依据。同样的天象，在不同人的解释下，往往有着不同的含义，影响着普罗大众对现状和未来的看法。因此，古代的大一统王朝往往禁止民间私习天文，以便把对天象的解释权握在官方手中，防止颠覆性言论的出现。

在中国古代，和今日所说天文学更接近的学科，是历法。古代的历法不同于今天的日历，往往包括日期计算、节气、日月食、五星运动等各方面的内容，以及相关的计算公式，内容非常丰富。编订准确实用的历法，需要长时间的天文观测，以及过硬的数学知识，可以说，这是推动中国古代科学发展的重要动力之一。

我国古代传统历法的巅峰是元代的授时历。授时历继承和发展了宋元以来的数学、天文观测和仪器制造技术，同时可能还融入了一些伊斯兰天文学的成果，其精确程度，不逊于今天我们日常使用的历法。元代灭亡以后，诸多天文仪器和典籍遭到损毁破坏，外加明代统治者禁止民间私习历法。因此整个明代，中国历法和数学方面的发展陷入停滞（甚至可以说是退步）。直到明末西方天文思想传来以后，才有了进一步的发展。

为了方便理解，下面，我们主要介绍中国古代天文和历法中，与今日所说天文学相对应的部分。

中国古代天文学成就简述

简单说——

1.得益于历史记录传统和书写印刷工具的发展，留下了古代世界最详尽的天文观测记录。

2.设有国家性质的观象机构，通过长时间观测，得到了一*.明代之前，统治者往往禁止民间私习天文，但并不禁止私习历法。从明代开始，政府禁止民间私习历法，天文历法的发展陷入停滞。些以当时标准而言非常准确的观测结果。

3.搞出了一些比较领先的观测、计时仪器，还有不错的星图、星表。

4.天文观测和研究主要为皇权和农业服务，偏重实用功能，理论上的创见有所不足，宇宙模型大多停留于玄想阶段。

5.在明代中期以前，与伊斯兰世界、印度、欧洲相比，中国天文学可以说颇具特色，并在一些领域处于领先位置。但总体来说，中西方的古代天文学互有短长，并没有谁特别先进。

*.除了中国以外，旧大陆的天文学研究都深受古希腊天文学和数学影响，而古希腊的天文学，则建立在巴比伦和埃及的基础之上。除了中国以外，比较独特且有一定成就的古代天文学研究，也许来自玛雅人。

传说上古的黄帝创造了历法，最晚在商代时期，中国已经有了详尽的天象记录以及历法。除了指导农业生产以外，古代许多宗教性节日都必须根据天象制定，御用天文学家必须不断地观测天象，以修正历法，安排节日。

至迟从商代开始，中国人就使用着综合太阳和月球运行规律的阴阳历，也就是今天所说的农历。农历的月份长度以朔望月为标准，为了契合地球公转和四季变化，每隔几年，就需要插入闰月进行调整。从甲骨文中，我们得知，商人将一年划分为12月，闰年13月，大月30天，小月29天，已经和今天的农历很接近了。

和今天不同，古人最初是通过黄昏时分星宿的出没来确定四季的。《尚书.尧典》中以鸟、火、虚、昴四宿为仲春、仲夏、仲秋、仲冬黄昏时刻的中星。距今4700年的陶寺观象台遗址中，已经出现了后世圭表的雏形，当时的人们已经知道了两分两至（春分、秋分、夏至、冬至）的存在。

春秋时期，当时农历已经发展得非常完备，人们采用19年7闰的调整周期，这要比古希腊的默冬周期（可能由巴比伦传入）早了一百多年。这一时期，人们还逐渐确定了两分两至之外的节气，到了秦汉时期，著名的二十四节气基本确立，成为中国古代历史和文化的重要特征之一。

中国古代的历法，有点像今天的天文年历。汉代以后，中国的天文学研究主要局限于历法方面。古代历法除了需要确定年月，还要推算日月食、五大行星的运动、计算各地的昼夜长短、转换黄道、白道、赤道坐标系等。为了使历法符合天象，就需要不断进行观测，制定新的历法。评论区 @皇陵都统卫 这边有详细介绍。

汉武帝时由落下闳、邓平等制定太初历，是中国最早根据实际观测而制定的历法，也是有据可考的第一部完整历法。太初历囊括了二十四节气、五星、交食周期、闰法、朔晦等，已经具备了后世历法的各项主要内容。太初历沿用了19年7闰的置闰法，以365.25天为回归年（指太阳中心连续两次经过春分点所需的时间）的长度，以29又43/81（29.530864）天为朔望月周期，已经和今日的观测数据非常接近。之后由刘歆编制的三统历，进一步完善了日月食和五星运行周期，成为后世历法的规范。

在三统历中，为了推算日、月和五星的运动，刘歆设置了一个理想起点（历元）作为运算基准，从历元往上推，得出一个日月合璧，五星连珠的时刻，这个时刻就称为上元。刘歆将这一23639040年的大周期称为太极上元，从上元到编历年份的年数称积年，通称上元积年。

汉代之后，随着计算手段和观测方式的进步，历法精确度也不断提高。南宋时期杨忠辅的统天历已经以365.2425天为回归年长度，和今日通行的公历回归年长度相同（但早了三百多年），统天历还废除了繁杂的上元积年计算，提出了回归年长度有变化的观点，不过这些改革，直到元代郭守敬、王恂、许衡等编制的授时历才得以实施。

授时历是欧洲历法传来之前，中国古代最为精确的历法。为了编订历法，郭守敬设计了仰仪、简仪、高表、景符等仪器。在政府支持下，进行大规模天文测量，彻底废除上元积年，改用百进位制，废除了繁重的分数运算。还引入了三次差内插法（招差法）和类似球面三角法的公式（也许是受伊斯兰天文学影响的结果，不过有学者认为，郭守敬的弧矢割圆法不如伊斯兰世界的球面三角学完整，应该是在中国传统数学上发展的产物）。

中国古代的算术和代数非常发达，几何学的发展，则不如古希腊，以及受希腊影响的中东和印度，因此我国古代的历法主要是通过代数手段进行计算的。隋唐时代，西方天文学思想通过印度历法传入我国，但在当时，它们的影响比较有限。

元代时，随着和中东的交流，伊斯兰世界的回历及希腊的球面三角传入中国，并对之后的历法产生了一定影响。明代中后期，随着欧洲传教士的到来，以《崇祯历书》为标志，中国传统天文学的计算方式逐渐从代数方法转为希腊式的几何学方法。不过形式上，依旧延续着传统的阴阳历体系。

太平天国时期，使用过一种与众不同的太阳历，称天历。天历由冯云山主导创立，受北宋科学家沈括创制的十二气历启发，以节气为基本准则，1年12个月，大月31天，小月30天，共366天。天历的月份根据节气制定，不计朔望，不分吉凶，不设闰月和闰日，为了调整1年的长度，每40年设置一“斡”，除了“斡”年以外，其他年份的日数、月数，季数都很整齐，非常容易记忆和统计。尽管天历有着不少值得称道之处，不过随着太平天国的失败，这种历法实行不到20年，就淹没于历史长河之中。

纪年

我国古代主要使用的是干支和年号纪年，在干支通行之前，使用的主要是岁星纪年。

岁星，是木星的别称，古人以12年（实际为11.86年）为木星运行的周期。使用岁星作为纪年标准，可以避免各国年号差别带来的混乱。岁星纪年又称太岁纪年，起源于周代，流行于战国到秦汉之交，由于和木星实际运行周期的差异，累积久了，就不符合实际天象了。

干支纪年萌芽于西汉之前，流行于东汉之后，恰与岁星纪年法相接。考古研究显示，早在商代时期，完整的干支名称就已出现，春秋时，十天干称作十日，十二地支称作十二辰。10和12的最小公倍数是60，由天干和地支中各取一字，就称作干支。商代时期，人们用干支记日，春秋时期，则开始以十二辰记月，西汉时期，开始用干支纪时，到了东汉时期，以干支纪年的规则发展成熟。

汉章帝元和二年，政府下令在全国推行四分历和干支纪年，完整的干支纪年于是成型，并一直延续至今。结合流行于干支纪年之前的岁星纪年，就可以得出从东周至今的历史年表，可以说是一种非常实用且长久的纪年方式。

星宫

欧洲的星座可以追溯至古代巴比伦，而中国古代的星座，则可以概括为三垣、四象、二十八宿。这种划分与巴比伦的星座体系相差甚大，且同样有着古老的历史。

三垣即紫微垣、太微垣、天市垣。其历史可以追溯至战国时代，大致涵盖了北天极周围的广阔星区。三垣各自又可以划分为若干星宫，星宫的名称，大致与地上的社会秩序对应。比如紫微垣的星宫，主要就以尚书、柱史、五帝内座、三公这些政府和宫廷机构命名。

二十八宿的概念，最晚在春秋时就已存在。根据考古天文学家的推算，二十八宿的历史甚至可以追溯至约5000年前的上古时代，与苏美尔人的星座大约同时。二十八宿是古人参照月球在天空的位置，为推定太阳位置而设立的，根据太阳在二十八宿的位置，则可以推算出四季。按照方位，古人又把二十八宿分为青龙、白虎、朱雀、玄武四象。

早期有不少学者认为二十八宿起源于印度，但随着研究的深入，考古学家在湖北战国时代曾侯乙墓中出土的漆箱中，发现了明确标有二十八宿的天文图，以及左右的青龙、白虎图案。而在西周时期的虢国铜镜中，则发现了按照方位出现的龙、雀、虎、鹿形象，标志着四象的原型。四象中的青龙、白虎，甚至可以追溯至六千多年前的石器时代。在河南濮阳西水坡的45号墓中，考古学家就发现了按东西方向，用贝壳摆放的龙、虎图案。而印度文献中的二十八宿，出现时间就要晚得多。

大约隋代时，随着佛教传播和文化交流，我们通过印度了解到了源于巴比伦的黄道十二星座。隋开皇年间翻译的《大方等日藏经》，首次把黄道十二星座翻译成中文。唐代时，更有连续四代在国家天文机构司天监、太史监供职的印度裔瞿昙氏家族。印度天文学深受巴比伦和希腊古代天文学的影响，自然也将其中的一些概念传播至中国，比如对于行星运动的推算。不过黄道十二星座并没有对中国古代星座的命名产生很大的影响，因为在其传入前，中国人已经有了很系统的天区划分。

天象观测

距今约4700年，山西襄汾陶寺遗址中出现了古代观象台的遗迹。陶寺古观象台是一组由13根夯土柱组成的半圆形阵列，通过观测太阳在夯土柱狭缝中的起落，可以确定夏至、冬至、春分、秋分，并以此确定四季（可能和英国的巨石阵功能类似）。《尚书·尧典》中曾记载“历象日月星辰，敬授人时”，陶寺古观象台的发现，可以证明这一记载。

《尚书·胤征》中记载了夏王仲康时代的日食，据推算，这次日食可能发生在公元前2137年10月22日，果真如此的话，这大概是世界上最早的日食记录。

《左传·隐公三年》记载了公元前720年2月22日的一次日食，这是世界关于日食的最早的书面记录，也是中国使用干支记年的明证。在这之前，商代卜辞中也记载了日月食，但没有具体日期。

《左传·庄公七年》中留下了世界上关于流星雨的最早记载“夏四月辛卯夜，恒星不见，夜中星陨如雨”。《竹书记年》中可能记载了更早的夏代时期的流星雨，但不能确定。

《春秋》鲁文公十四年（公元前613年）“秋七月，有星孛入于北斗。”这大概是世界上最早的关于哈雷彗星的记载。之后在《史记》等典籍中，多次记录了这颗彗星，截至宣统二年，中国古史记载了31次哈雷彗星的回归。（哈雷彗星的绕行周期约76年，说明大部分回归都被记录到了）

公元前4世纪的魏国天文学家石申著有《天文》八卷，齐国天文学家甘德著有《天文星占》八卷，后人将这两位天文学家的著作合称为《甘石星经》，这是仅次于巴比伦星表的世界现存第二早的天文著作。本书原著已散佚，同期古籍零散记载了其中的一些内容。《甘石星经》记载了五星运动，记录了800多个恒星的名字和星宫，并标注了121颗恒星的位置，要比地中海世界最早的喜帕恰斯星表早一百多年。甘德首先记载了太阳黑子，可能还用肉眼发现了木星的卫星木卫三，如果得到确认，那就要比伽利略发现木星卫星早上两千多年。

成书于公元前140年前后的《淮南子》也有关于太阳黑子的记载。根据《汉书·五行志》的记录，从公元前28年开始，中国古代的天文官就正式开始有规律的记录太阳黑子。

中国古代称超新星为“客星”，古籍中曾多次记载了超新星爆发。《后汉书》记载了公元185年超新星的爆发，这是人类信史中关于超新星的最早记载。之后，古人又记录了1006年，1054年等超新星的爆发。在之前的典籍，如《尚书》《春秋》中，可能也有关于超新星的记载，但不能确定。

观测天空，测量星体的位置，需要以坐标作为基准。汉代以前，中国出现了地平坐标的概念，不过当时的坐标，只是把地平圈分为12或24个方位，直到唐代僧一行时，才有了完备的地平经度纬度概念。到了元代，郭守敬发明立运仪，于是终于有了可以同时测定地平经度和地平纬度的仪器。

古人非常重视观测位于天北极附近的北极星，发现群星都围绕着天北极规律运转，于是就有了天赤道的概念。赤道坐标是中国古代最重要的天体测量坐标系，大约出现于汉代时期。不同于现代天文学的是，中国古人是以入宿度和去极度，而不是赤经和赤纬来标记天赤道的。

中国古人很早就认识到了黄道，但将其当做基本坐标系，则始于东汉时期。古代的浑天仪一般没有测量黄纬的装置，取而代之的，则是极黄纬的测量。

3世纪的吴国天文学家陈卓综合了先秦甘德、石申、巫咸三家所定的星宫，整理出一个包括283个星宫，1464颗恒星的全天星宫，标志着中国古代星座系统的成型。后世一直以陈卓制定的星宫作为绘制星图，制作浑象的标准。

3世纪，东晋天文学家虞喜通过对古籍中冬至点星辰的比对，首次确定并测算了岁差，认识到恒星年和回归年的差异。从祖冲之开始，中国古代历法开始引入岁差。清代女天文学家王贞仪著有《岁差日至辩疑》，将冬至点后退一度的时间定为70年，已经和现代的观测结果比较接近了。

*.学界一般将岁差的发现归功于希腊化时代的天文学家喜帕恰斯，他比虞喜早约400年测算了岁差，一些学者则认为之前的巴比伦、埃及学者早已发现了岁差。

隋代的丹元子按照陈卓制定的星座，按照星辰的方位，编制了朗朗上口的《步天歌》，这是当时天文学初学者的必备歌诀。步天歌以七字短句的形式，将天空氛围三垣二十八宿在内的三十一个大区，共1464科恒星。这首歌诀在流传发展的过程中，多有改动，以符合各个时代的星名。

张衡绘制的《灵宪图》是中国有记载的第一幅星图，可惜已经失传。现存最早的星图是大约绘制于唐中宗时期（公元705-710年）的敦煌星图，标注了约1350颗恒星，是现存同时代古代星图中绘制星数量最多的一个。星图使用类似墨卡托投影的方法绘制了赤道带附近的星空，又将紫微垣（天北极周边）绘制在圆形平面投影图上，和今天星图的绘制手法几乎相同。

开元年间（约720-727年），天文学家僧一行、南宫说等为了制定精确历法，验证古人“日影一寸，地差千里”的观点，组织了大规模的大地测量。测量范围北至今蒙古中部，南至越南中部，得出约三百五十一里八十步，北极高度相差一度的结论，否定了前人的观点。这是世界首次关于子午线的大规模测量，测得1度子午线长度与今日数值相差约11.8%。

*.但是僧一行很可能并没有地球是个球的观念，只是其测量的理念和结果，恰好能和今天所说的子午线形成对应而已。在他之后几十年，时任巴格达智慧宫图书馆长的波斯天文学家阿尔·花剌子模在哈里发支持下也组织了大规模的大地测量，测量结果远比一行准确，而且他应该知道地球是个球。

僧一行之后，元代天文学家郭守敬也组织过大规模的大地测量，并将其结果用在《授时历》的编写中，这次的测量结果要比僧一行准确得多。元代时，和郭守敬同时代的波斯天文学家扎马鲁丁将伊斯兰世界的天文仪器和地球是个球体的思想介绍到中国，郭守敬应该是了解这一点的。至于是否认同，待考。

天文仪器

为了精确测量时间和星体位置，中国古代学者们创造出了不少天文仪器。肉眼观测时代，天文仪器无非就是各种窥管、表尺、圆球和机械装置的组合，因此中西方的很多天文仪器都有着殊途同归的发展以及大同小异的外形。

浑仪

浑仪是一种天体测量装置。浑仪上的圆环状轨道代表各种天球坐标，导管状的瞄准器可以在圆环轨道上活动，用来观测星体，进行测量。浑仪的雏形也许可以追溯至战国时的甘德和石申；西汉时期，落下闳、鲜于妄人和耿寿昌制作了早期的浑仪；公元103年，贾逵、傅安等制造黄道铜仪，首次在浑仪中加入黄道坐标；公元125年，天文学家张衡又在其中加入地平圈和子午环，标志着浑仪结构的大体成型。

张衡之后，天文学家李淳风、僧一行等都曾改进过浑仪。为使测量结果符合岁差，僧一行在浑仪上引入了活动的黄道，称黄道游仪。随着观测要求的提高，后世浑仪结构变得愈发复杂，层层叠叠的圆环阻挡了视野，也容易出现故障，因此元代天文学家郭守敬对其进行了简化，发明了简仪。

除了中国以外，公元前3-2世纪的古希腊天文学家喜帕恰斯和埃拉托斯特尼也独立发明了结构、原理类似的环形球仪，年代大约和落下闳相近。罗马时代的天文学家托勒密，波斯天文学家法扎里、奈里兹等都曾对环形球仪进行过发展和完善。10世纪晚期，伊斯兰世界的环形球仪经教皇介绍传入西欧，16世纪的天文学家第谷布拉赫也曾制造并改良环形球仪器用以天文观测。

中国的浑仪以天赤道为基准，和近代望远镜的赤道仪结构有些相似，而西方古代的环形球仪则大多以黄道为基准，大约到第谷布拉赫时代，才开始改以天赤道为基准，对于恒星测量来说，使用天赤道作为基准，是更方便实用的选择。

*.西方另有结构较为简单，体积较为便携的测量装置——星盘，一般认为由喜帕恰斯发明，可能在元代或明代时传入中国。

浑象

浑象类似今天的天球仪，是中国古代用来表现天体运动的演示仪器。最初的浑象同样可以追溯至石申和甘德，公元前52年，大司农耿寿昌用青铜铸造了大型的浑象，117年，张衡改良了浑象，以刻漏滴出的水作为动力推动齿轮，制造出可以绕轴旋转，转动周期与地球周日运动相等的浑象，堪称当时机械设计领域的巅峰之作。

唐代时，僧一行和梁令瓒改进了张衡的水运浑象，使其能够一昼夜旋转一周，还可表现日升日落。僧一行的水运浑象可能最早引入了机械钟表中使用的擒纵器，浑象设有齿轮带动的两个报时木人，每一个时辰敲一次钟，可以说是机械钟表的祖先。当时的文武百官，看到这台仪器后，无不为其精妙准确而称奇。

类似的仪器，西方也有。米利都的泰勒斯可能制作了地中海世界的第一台天球仪，和张衡同时代的托勒密曾介绍过天球仪的制作方法。不过由水力推动，可以自动运转的天球仪，大概可以说是张衡的创新，要比中东和欧洲的同类仪器早上几百年。

刻漏

刻漏是一种通过水流测量时间的水钟。带有流水孔的水壶称为漏，带有刻度的浮箭称为刻。最早的水钟出现在3500年前的两河流域、伊朗和埃及，而在中国，刻漏的记载最早出现于《周礼》中。早期的刻漏只有一个漏壶，以水流出来指示时间，称泄水式刻漏，后期，则多使用以接水来指示时间的刻漏，称受水式刻漏。相对于日晷，刻漏可能是中国古代更重要，也更常见的计时工具。

和日晷相比，使用刻漏不受天气限制，适用范围较广。但简单的刻漏受水量、水流速度等因素影响，没有日晷准确，因此古人又对其进行改进，以提高计时精度。一种做法是将杆秤与漏壶结合。通过杆秤修正补偿水量，更常见的做法则是设置多个受水壶，用来恒定水位，提高精确度。此外，还有以水银作为滴水液体，以不易发生化学反应的玉作为漏壶材质，减少气温对计时影响的做法。设计合理的刻漏，经过恰当调校，计时精度可以达到一天误差小于20秒的程度。

北宋学者燕肃曾发明过名为莲花漏的刻漏。莲花漏设有上匮和下匮两个供水壶，向受水壶供水的下匮有一溢水口，当下匮的水位超过溢水口时，多余的水就会通过竹注筒流入减水盎。只要上匮注入的水量稍大于下匮的流水量，就可以保持下匮水量的恒定。2个供水壶和受水壶之间以2根叫“渴乌”的细管相连，利用虹吸原理，将供水壶中的水缓慢而均匀转移到受水壶中。受水壶中的浮箭装饰有莲蓬，从莲心中穿出，因此得名莲花漏。莲心的设置，使得浮箭能够沿直线上升，减少摇摆，进一步提高了计时经度。

燕肃的莲花漏计时精准，结构也不算复杂，后来，宋仁宗下令在全国推行莲花漏，于是，全国各地的州府郡县就都有了准确的计时装置。宋元之间，莲花漏再一次失传，后经郭守敬复原重生，改良为宝山漏，再一次获得了广泛应用。

东西方的古代发明家不约而同的想到在水钟中加入齿轮，以驱动机械装置。中国这边，前面提到了张衡制作的浑象，而西方比较有代表性的，则是希腊化时代的κλεψύδρα（直译为水贼）。生活在相当于战国末期时代的发明家克特西比乌斯发明了一种以水力驱动小人指示时间的水钟。古希腊人在水钟里加入了漏斗，通过减缓水流速度的方式，以提高水钟的准确度。

水运仪象台

宋代是中国古代天文仪器发展制造的繁荣时代。当时的民间天文学家张思训使用水银为动力制作了走时准确的太平浑仪，减少了气温变化对水力机械钟的影响。在僧一行水运浑象和张思训太平浑仪基础上，宋人结合观测天象的浑仪，演示天象的浑象、记录时间的刻漏等天文仪器，制造了精巧的水运仪象台，这是中国古代天文学和机械成就的高峰，被誉为是世界上最早的天文钟。

水运仪象台是由时任吏部尚书，北宋天文学家苏颂和吏部官员韩公廉等人制造的。高约12米，宽约7米，上狭下广、大致呈正方台形。其中浑仪等为铜制。全台共分三隔。下隔包括报时装置和全台的动力机构等。中隔是间密室，放置浑象。上隔是个板屋，中放浑仪。

水运仪象台在三个方面做出了创新的设计，首先它的屋顶是可以开闭的，可以看做现代天文台活动圆顶的雏型；其次，它的浑象能一昼夜自动旋转一周，是现代天文跟踪机械转移钟的先驱；此外，它的报时装置能在一组复杂的齿轮系统的带动下自动报时，报时系统里类似钟表擒纵器的部件，被英国著名科技史专家李约瑟认为“可能是欧洲中世纪天文钟的直接祖先。”（但是有争议）大约在1094年，苏颂编撰了《新仪象法要》一书，详细介绍了水运仪象台的设计和建造情况，并把水运仪象台的总体和各部件绘图加以说明。

对水运仪象台机械原理的分析论文： 水运仪像台的机械结构分析_百度文库

苏颂、韩公廉之后一百多年，两河流域发明家Ismail al-Jazari也设计制作了原理相似的“大象时钟”。大象时钟形似驮着象轿的大象，据Jazari本人介绍，这台机器中的大象代表非洲和印度，龙代表中国，凤凰代表波斯，水力机械代表希腊（前面的水钟），头巾代表伊斯兰，这体现了Jazari和当时伊斯兰世界的多元文化桥梁的作用。

大象时钟的主要机械隐藏在大象肚子里，其原理和水运仪象台相似，都是通过刻漏中的水流带动机械装置，用木偶击鼓的方式来报时。不过大象时钟并没有水运仪象台中演示天象的浑象和进行测量的浑仪，专注于报时本身。

在Ismail al-Jazari之后一百多年，意大利工程师Giovanni Dondi dell'Orologio设计了欧洲最早机械天文钟。从功能上来说，dell'Orologio的天文钟和水运仪象台比较相似。这台天文钟包括7个钟面和107个活动部件，可以显示太阳、月亮和五大行星的位置，也可以用来报时。不同于上面两台机器的是，这台天文钟是以重锤作为动力的，形制上更接近今天的机械钟。

日晷

日晷也许是最古老的计时仪器。早在四五千年前，古埃及和巴比伦的先民就开始用日晷测算时间。中国的日晷历史同样悠久，下面将会讲到的圭表，其实就可以看做是某种形式的日晷。中国古代的日晷大多是赤道式日晷，这种日晷指针与日晷面垂直，指针指向天北极，以一定角度放置。

元代天文学家郭守敬发明了名为仰仪的多功能日晷。仰仪形似一口带有标尺的大锅，铜制半球面上刻有时辰和方位，上方设有一道水槽，以校正水平。铜制半球面上方放置着两根相互垂直的杆子，顶端则是一块可以转动的名为璇玑板的带孔小方板。

太阳光通过璇玑板小孔成像投影在半球面上，即可读出太阳的坐标，以及当地的时间、季节。在发生日全食时，仰仪还能测定日食发生时刻，并通过小孔成像观测日食全过程，可以说是最早的日食观测工具了。仰仪后来传入朝鲜和日本，并以晷针取代了璇玑板，成为纯粹的日晷。

圭表

圭表可以说是最古老，也最简单的天文仪器，其原型可以追溯至4700年前的陶寺时代。最简单的圭表，由用来投影的圭和测量日影的表组成，通过测量表上的投影，就可以测定节气、推算立法、确定一年的长度。

传统的圭表有表影边缘不清晰，标度不够精确的问题。为了提高圭表的测量精度，后世天文学家进行过很多改进，尤以郭守敬的改进最为有效。为了提高标度准确度，郭守敬将圭表表杆增高至40尺，为传统圭表的5倍，如此，便可得到更长的表影，减小边缘阴影带来的误差。郭守敬还在圭表顶部架设一根衡梁，以辅助识别阴影边缘。同时，还制作了名为“景符”的辅助仪器，通过小孔成像的原理，可以得到精确的日影，大大提高了测量精度。

增加天文仪器的尺寸，以提高测量精度，是当时很多天文学家的共同选择。1420年前后，帖木儿的后人兀鲁伯在撒马尔罕建立了规模空前的巨大天文台，这是当时伊斯兰世界，乃至整个世界最好的天文台之一。天文台中遗留有一座巨大的六分仪，其高度超过30米。通过这些在当时相当现今的仪器，兀鲁伯编制了一份1018课恒星组成的星表，修正了托勒密的许多错误。

宇宙模型

我国古代的宇宙模型，主要有盖天说、浑天说、宣夜说三种。

盖天说

盖天说的历史非常古老，类似盖天说的宇宙模型，在世界各地的古代文明中都很常见。有人认为，良渚文化的玉琮就体现了盖天说的思想。早期的盖天说认为天圆地方，半球状的天象穹隆一般扣在四方的大地之上。后来，又有质疑原型的天空无法盖住方型的大底，因此提出大地由八根柱子支撑，或者认为天地并不相接，天就像一把大伞，高悬在大地之上。晚期出现了一种认为天和地均为半球形，两者相距8万里的盖天说，在后世很有影响。

关于盖天说的详细记载，最早出自汉代的《周髀算经》。后期的盖天说认为北极位于天穹中央，日月星辰围绕天北极昼夜旋转，以日月星辰运行时的远近变化来解释星体的隐现。

浑天说

浑天说也许可以追溯至战国时期，西汉时经落下闳发展，到东汉时，由张衡完善成型。浑天说认为天上的恒星都分布在天球之上，日月五星则附着在天球上运行。最初，浑天说认为地球是浮在水上的，之后，又出现了认为地球浮在空中的说法。中国古代的浑仪和浑象，都是基于浑天说设计的。

在中国古代，一直有关于浑天说和盖天说的争论。理论上来说，浑天说比盖天说先进，能够解释更多的天文现象。古代的大多数观象仪器都是根据浑天说设计的，其结果也大致能符合天体的实际运行。在东汉之后，浑天说基本上是最受认可的宇宙模型，尽管如此，直到清代，还是有盖天说的信徒，比如著名的大儒钱大昕（记得语文书里还有他的古文）。

宣夜说

浑天说和盖天说中的天体，都附着在天盖或天球上。而宣夜说则主张日月星辰都漂浮在气体中，认为遥远的星辰和银河都是由气体构成，宇宙在时间和空间上都是无始无终，且无限的。虽然宣夜说玄想成分居多，但其中的某些推断，却和现代天文学不谋而合，可以说是古人脑洞大开的体现。

宣夜说的源头，也许可以追溯至庄子，《晋书·天文志》中记载了汉秘书郎郗萌记录的宣夜说思想。和浑天说、盖天说相比，宣夜说属于非常冷门的宇宙理论，要不是唐代天文学家李淳风在《晋书·天文志》中记了一笔，恐怕后人都不一定知道之前有过这么一种猜想。

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