浑仪、浑象、漏刻和圭表

浑仪、浑象、漏刻和圭表

  这个时期,我国的传统天文学发展到最高峰。天文学各方面的水平都有较大的提高,这里我们仅举几种天文常数为例,即可见其一斑。

  关于回归年长度,南宋《统天历》(公元1199年编订)和元代《授时历》(公元1281年编订)都取365.2425日,其误差约22秒。现在我们所采用的公历就是这一数值,它是罗马教皇格里高里于1582年颁行的。《统天历》中还明确提出回归年长度值古大今小的新概念,并给出古今变化规律的数学表达式,这在天文学史上具有重要的意义。

  关于冬至时刻的测定,郭守敬等人的结果误差小于0.5刻(1刻等于14.4分钟)。

  关于赤道岁差值的测算,南宋时取得了77.57年差一度的结果,较理论值77.37年差一度,非常接近,在当时世界居于领先地位。

  在交食周期研究方面,南宋取得4127个交点月与324个食年长度相当的结果,可推算一食年长度为346.6199日,与理论值之差仅约七秒钟。而唐时测定的食年长度为346.6212日,与理论值相差137秒钟。19世纪美国天文学家纽康提出与此等价的结果,备受天文学界推崇,被称为纽康周期,但却比我国晚了1000余年。

  ……

  天文学的崭新成就,历法的进步,是与观测仪器的进步分不开的。这时期,我国古代的观测仪器都有很大的进步。

  浑仪 前面我们曾讲到张衡改进过浑仪,张衡之后历代又都有所改进。特别是唐宋时期,不少人都制造了新的浑仪。

  随着浑仪的改进,环圈也不断增长,以致有八九个之多,遮掩了很大的天区,校正、安装、运转都很不方便。所以宋以后浑仪出现了两个方面的变革,一是减少环圈,二是改变一些环圈的安装位置,以扩大视野。

  宋代的沈括就提出改变环圈位置的建议,并取消白道仪。郭守敬进一步取消了黄道环,并创制了简仪。简仪设计新颖,结构独特,是浑仪史上的一次革命。它的赤道装置是近代大型望远镜赤道装置的原型,地平装置是近代地平经纬仪的先驱,窥衡里所用十字线是现在天文望远镜里十字丝的祖先。

  水运仪象台 一行在张衡水运浑象的基础上,设计制造了一台“水运浑天”。其结构,除有可自动运转的浑象外,还安装了自动报时器,这是近代天文钟的滥觞。到北宋时,天文学家和医药学家苏颂,又主持制造了“水运仪象台”。它高达12米,宽约七米,把浑仪、浑象、报时器和圭表合成一体。仪象台以水力为动力,通过复杂的齿轮系带动运转,能与天球的昼夜旋转相吻合,又设置有木人,会击钟、击鼓、击钲报告时刻更筹的消长。其中已创制有近似近代机械钟表里锚状擒纵器的装置,是近代天文钟的鼻祖。台顶设有可活动的屋面板,开了近代天文台可开启屋顶的先河。

  漏刻 是我国古代的一种计时仪器,有水漏(浮漏)和沙漏二种,而以浮漏为主。公元1031年,北宋的燕肃对浮漏进行了重大的改进。他首次采用漫流系统,即让浮漏中的水一直处于漫流状态,使多余的水从浮漏上部小孔流出,保证了浮漏有恒定的水位,提高了计时的准确性。

  圭表 是我国古代测量日影长度的仪器。元以前都是用八尺高表,郭守敬进行了大胆创新,设立了四丈高表和景符测影法。即在高表顶端安一根直径三寸的铜横梁,景符是安在一个小框架上可转动的薄铜片,中间开一小洞。当太阳过子午线时,把景符放在水平的圭面上南北移动,并转动铜片,让通过表顶的光线穿过小孔,在圭面上形成米粒大小、正中带有铜梁横影的影像。这样,就克服了以往测影时因阳光散射使影子不清的缺陷,提高了测量精度。在光学测量仪器发展史上,这是一个具有重大意义的成就。现今河南登封观象台故址,还保存着郭守敬所创高表的遗址。

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