《中国通史》

第五卷 中古时代·三国两晋南北朝时期(下册)·第二节 天文仪器的研制和革新

  
第二节 天文仪器的研制和革新

  据今所知,三国时期,蜀、魏都没有制作天文仪器的记录,而孙吴则在制作仪象方面很有成就,如王蕃依据张衡旧制制成一台小型浑象,葛衡也制造一台浑象,其特点为“使地居于中,以机动之,天转而地止,以上应晷度”①。天文学家陆绩还制造了一台卵形浑象。

  西晋末年,中原匈奴族政权前赵制成测量用浑仪。此仪由史官丞南阳孔挺设计制作,成于刘曜光初六年(323)。这台仪器是很重要的,因为对于在此以前使用过的浑仪,仅有片言只语的记载,而孔挺浑仪则是第一台留下详细资料的仪器,通过它可以进一步了解汉代浑仪的基本结构。据《隋书·天文志》所载,孔挺浑仪系铜制、由内外两重组成,外重由三个相交的大圆环构成浑仪的骨架,并由四柱支撑着外重骨架;内重是用轴固定在骨架上的可转动的双环,双环直径八尺,双环之间夹置一具可以俯仰的望筒①,也长八尺。由于年重的转动轴一为天北极,另一为天南极,所以这架仪器可以方便地测量天体的赤道坐标。在孔挺以前时间最近的同类仪器当属东汉永元十五年(103)左中郎将贾逵的黄道铜议,由于该仪加有黄道,所以必为三重结构,比较繁杂,且不易使用②。孔挺显然注意到这个问题,于是将自己的仪器改为两重结构,去掉了黄道环。

  东晋义熙十四年(418),宋高祖刘裕于咸阳之战后,得到孔挺所制浑仪,并在称帝后,将其运至首都建康(今南京)。刘宋元嘉年间,社会稳定,经济发展,颇好历数的宋太祖刘义隆认为这台浑仪虽然很好,但在仪器上着不到日月五星和恒星星象③,是个缺欠,因而诏令太史令钱乐之制作新仪。钱乐之于元嘉十三年(436)铸成有别于浑仪的浑象。他的新浑象继承和发展了东吴的浑象制作技术,特别是受到葛衡仪器的影响,其结构与张衡的仪器有所不同。新浑象将地平置于球内,地平面将大圆球一分为二,半覆地上,半没地下。在球上缀以星象,在黄道上布以日月五星①,以水力推动,昏明中星与天相应。为了与地平放在球外的浑象区别,按宋代苏颂等人的称呼可称之为浑天象②。元嘉十七年(440),钱乐之又制成一台小型的浑天象,直径只有二尺二寸,便于搬动,使用起来更加方便。浑天象与浑象功能相同,本质上是一回事,但由于结构变化,工艺要求更高一些。球内地平表示人居住的大地,如果要在球外能看到球内的大地和大地上的装饰,这就要求球必须有相当的透明度。其具体制作方法,现在已难于查考,可能在铸好的骨架上蒙上细铜丝编成的铜网,做成透明网球;也可能蒙上纺成的细纱,再缀以星体。总之制作难度较大,这也反映了当时工艺水平的提高。

  浑天象在当时发挥了很好的作用,因为天包着地,所以它比浑象更形象地演示出浑天说的精髓,更符合浑天说者的原话。据《隋书·天文志》载,刘宋天文学家何承天论浑天象体就说过“详寻前说,因观浑仪,研求其意,有悟天形正圆,而水居其半,地中高外卑,水周其下”。何承天观察了仪器演示后对天体浑圆,有了新的领悟,但他仍相信盖天说的观点,把地说成中间高四周低的弧面。浑天象实际上并不是单纯的演示仪器,它也是研究日月五星运动规律的有力工具。根据实际观测得到的七曜相对于周围恒星的位置,可以较准确地将其分别安置在黄道的不同部位,然后通过不断观测,可以了解它们相对于恒星的运动规律,从而测算出行星的会合周期。钱乐之的仪器还有一个十分突出的特点。据《宋书·天文志》说,那台小浑天象“安二十八宿中外官,以白黑珠及黄三色为三家星”;而大浑天象,则用朱、白、黑三种颜色分别表示甘、石、巫咸三家星。显然,他将陈卓的星官体系固化到了仪器上,尽管后来陈卓的图录失佚,但钱乐之的仪器却历经宋、齐、梁、陈、隋五个朝代,为陈卓星官体系的保存和传播,起了重要的作用。刘宋以后梁代也制作过浑象,《隋书·天文志》载“梁秘府有,以木为之。其圆如丸,其大数围。南北两头有轴,遍体布二十八宿、三家星、黄赤二道及天汉等。别为横规环,以匡其外。”这是一台大型浑象。在大木球外匡以地平圆环,所以它与钱乐之的浑天象地平在内结构不同。这一变化也在一定程度上反映了人们天文知识的进步。

  在南朝热衷于制造各种浑象的时候,与南朝对峙的北魏却对制造浑仪极为热心。北魏天兴初年(398)太祖拓跋珪命太史令晁崇制作浑仪。仪器完成后晁崇升迁为中书侍郎令,可惜后来又为拓跋珪所杀害。永兴四年(412)明元帝拓跋嗣又诏造太史候部铁仪,由鲜卑族天文学家都匠斛兰铸成铁浑仪,这是我国历史上唯一的一台钦制浑仪。《隋书·天文志》说它分内外两重,“用合八尺之管,以窥星度”。永兴铁浑仪的基本结构与前赵孔挺浑仪大致相同,但又有新创造。如在底座上铸有十字形水槽,以便注水校准水平,这是在仪器设备上利用水准器的开端。后魏铁制浑仪是一台质量很高的仪器,北魏灭亡后,历经北齐、后周、隋、唐几个朝代一直使用了二百多年,直到唐睿宗景云二年(711),天文学家瞿昙悉达还奉敕修葺此仪,可见其使用寿命之长。

  除浑仪和浑象的研究和改进外,公元5世纪北魏道士李兰还发明了秤漏,在改革计时装置方面作出了新的贡献。秤漏的原理是用渴乌(虹吸管)将漏壶中的水引入权器,然后称量水的重量以确定时间,“漏水一升,秤重一斤,时经一刻”①。秤漏简易、灵敏,可测量很短的时间间隔,并且可随时开始和结束,测量任意的时间区间,因此在隋唐时曾风行一时。

  

  ①见《隋书·天文志》。

  ①《隋书·天文志》:“其双轴之间,则置衡长八尺,通中有孔,圆径一寸,……衡既随天象东西转运,又自于双轴得南北低仰。……其仪至梁尚存,华林重云殿前所置铜仪是也。”

  ②《后汉书·律历志》:“黄道与度数转运,难以候,是以少循其事。”

  ③《宋书·天文志》:“高祖平长安,得衡旧器,仪状虽举,不缀经星七曜。”

  ①《宋书·天文志》:“诏乐之更铸浑仪……地在天内……规二十八宿……置日月五星于黄道之上,以水转仪。”

  ②见苏颂《进仪象状》。

  ①见《初学记》。

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