作者：杨伯顺
校对：王婧彧 王茸
编排：崔郁
灵台上的观天之器
从古至今，“天”都是人们心目中最神圣的存在，吸引着一代代人仰望星空。仰望星空并不能仅靠肉眼，因此科学家们使用越来越强大的天文台、望远镜探索宇宙。在中国古代，也有着类似如今的“天文台”一样的机构——司天监。至少在汉代，我国便已经建立了比较完整的司天机构，在灵台（观象台）设立浑仪等仪器，并有专门官员负责观测、历算、教育等工作。
来源：陈美东.《中国古代天文学思想》
张衡浑天说示意图
如果你生活在汉代，那么你心中的宇宙图景必定与21世纪的大相径庭。“太阳系”、“银河系”这样的概念无疑是天方夜谭。汉代的人们还停留在“盖天说”（天是平的或者斗笠状的）与“浑天说”（天是球形）彼此僵持的阶段。盖天学派传承悠久，更有着《周髀(bì)算经》等书作为镇派经典；而浑天学派则是新兴学派，理论体系刚形成不久，然而支持者们天资聪颖，勇于同旧学派展开思想论战。随着时间的推移，浑天学家们用严密的推理对“盖天说”的弱点进行攻击，祭出一波接一波的证据武器，打败了一大票盖天学家。东汉的扬雄同志便是这么一个例子。
扬雄开始时是信奉盖天说的。有一天，他与浑天派资深人士桓(huán)谭同志一同去上奏。那是一个美好的夕阳时分，温暖的阳光洒在白虎殿西庑之下，不一会儿，太阳便从西南方位落山了。桓谭灵机一动，开始对扬雄同志进行思想转化。他说：“你瞧，如果按照你们盖天说，太阳应该继续往西北转动，此时还能够照得到我们，而不会就这样在西南落山了。”扬雄听了一愣，好像很有道理的样子。回去之后，立刻转变了思想，从此加入了社会主义……啊不，浑天说的阵营。“浑天说”的具体概念，张衡的论述最为经典：
与“浑天说”这样的宇宙图景相对应，有一些观天“神器”，如圆仪、浑仪、浑象、简仪等。
浑仪 摄于紫金山天文台(来源:skychanges)
浑象 作者摄于紫金山天文台
圆仪、浑仪、简仪可以用来观测星空坐标，而浑象类似如今的天球仪，只有展示功能。我国现存最古的浑仪、简仪在紫金山天文台展览。但由于露天存放，免不了经受日晒雨淋。（心疼）
石云里教授成功复原的圆仪
“圆仪”过去只存在于文献中，只闻其名，不见其影。而上世纪七十年代在安徽阜阳汝阴候墓，有一些神秘的漆器碎片出土，沉寂多年之后，由中科大石云里教授成功复原。石教授反复思考之后认为，这可能就是传说中的圆仪。
接下来进入干货部分——
仪器结构与功能讲解
01
圆仪
圆仪结构比较简单，是现存的最早的赤道式观测仪器，它可能是后世“浑仪”的祖先。
圆仪刻度 图片来源：央视节目《如果国宝会说话》
它的圆面与当地的天赤道（与北极点相距90°的大圆）平行，中心有一根长的指针，圆的周围分布有一圈小孔，代表周天度数。
用于天体赤道经度测量的圆仪观测示意图
在观测的时候，在中心指针与天体1的连线经过的小孔上插入一根指针，然后再中心指针与天体2的连线经过的小孔上插入另一根指针；计算两根指针之间的小孔数目，就代表两颗星之间的赤经距离。
02
浑仪
紫金山天文台留下的浑仪，里外一共三层圈，从外到里依次为：六合仪、三辰仪、四游仪。
• 六合仪
六合仪包括地浑环、子午双环、天常环（百刻环）三部分。
六合仪包括的地浑环、子午双环、天常环示意图
图片来源：吴守贤，全和钧.《中国古代天体测量学及天文仪器》
地浑环以地平为基准，上面还有一圈小槽，往里注水就可以校准水平；子午双环代表子午线，方向照准正南正北，双环中间留下缝隙是为了不遮挡瞄准器；而天常环则代表天赤道，上面有时间刻度，将一天均分为一百刻，所以又名百刻环。
整个六合仪是固定的。而在子午双环上，南北两极有小孔，插上短轴就可以与内部的圈层连接了。
• 三辰仪
三辰，日月星。顾名思义，这一个圈层是用来测量日月五星以及众恒星的坐标位置的，包括赤道圈、黄道圈、二分圈、二至圈四个环规。
三辰仪包括的赤道圈、黄道圈、二分圈、二至圈四个环规示意图
图片来源：吴守贤，全和钧.《中国古代天体测量学及天文仪器》
如图，环规3与6分别代表天赤道和黄道。在天赤道上刻有周天365.25度（古时每天一度哦），还有二十八宿的范围。黄道上也刻有28宿的位置。黄赤道交点就是春分和秋分点，所以圈4就是二分圈，圈5就是二至圈，二者在南北极交汇。
四个环规这样固结在一起，通过南北极两个小孔与外面的六合仪相连，可以绕天轴转动。
• 四游仪
四游仪者，可以上下左右移动也。这部分圈层很简单，却是最核心的部分，包括两部分：四游环、窥管（瞄准器）。
核心圈层四游仪包括的四游环、窥管示意图
图片来源：吴守贤，全和钧.《中国古代天体测量学及天文仪器》
四游环南北两端也开了小孔，可以由短轴与外部圈层相连，绕着天轴转动；而窥管可以绕着四游环中心转动。四游环上也刻着周天刻度(相当于赤道经度)。
使用方法
1. 测量天体位置的时候，先转动四游环和窥管，使窥管对准天体；
2. 在四游环上读取天体的去极度（赤道纬度）；
3. 转动三辰仪，使赤道圈的星宿位置与真实星宿位置对应，在赤道圈上读取天体的入宿度（赤道经度）。
下面是腾讯视频“使用方法”动画：
浑仪使用方法
浑仪在我国古代天象台地位极高，是国之重器。春秋时九鼎被视为天命所在，故楚王问鼎中原；而后世的浑仪在某种程度上与九鼎一样，代表了皇权与天命。北宋灭亡，其仪象台（包括浑仪）便被金国运往北方。
位于紫金山天文台的简仪
浑仪的使用也有不便之处，比如环规复杂，圈层太多，外面的圈层经常会挡住天体。元代郭守敬鉴于此，首创简仪，将地平与赤道装置分开，解决了这个问题。郭守敬是我国古代最伟大的天文学家之一，将中国传统天文发挥到了最高水平。在郭守敬之后，中国的传统天文便逐渐没落了。
而今，我国的天文观测早已进入了新的发展阶段，FAST、“悟空号”暗物质粒子探测卫星、X射线卫星“慧眼”接替了浑仪、圆仪等传统仪器，继续探寻宇宙的奥秘，继续追逐几千年来我们心中的那片浩瀚星辰~
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【参考文献】
[1] 石云里. 圆仪、浑仪到简仪：赤道式天体测量仪器的发明与使用
[2] 陈美东.《中国古代天文学思想》
[3] 吴守贤，全和钧.《中国古代天体测量学及天文仪器》
