通往星空的桥梁

2022-05-30周杏芝

军事文摘·科学少年 2022年11期

周杏芝

你知道吗？在中国古代天文学的发展中，历法的修订离不开天文观测仪器的革新。

元代初期对元代政治体制、典章制度奠定发挥了重大作用的政治学家刘秉忠曾谏言：“见行辽历，日月交食颇差，闻司天台改成新历。未见实行。宜因新君即位，颁历改元。令京府州郡置更漏，使民知时。”因此，公元1276年，元世祖忽必烈组织太史局（后改名太史院）修订新历法，即后来的《授时历》，并由王恂、郭守敬等人主持相关工作。

“历之本在于测验，而测验之器莫先于仪表。”修订新历法前，需要对天象进行大规模观测，从而获取最新数据。然而，旧浑仪因运输及存放不当，早已无法进行天文观测，而且受限于多环结构，使用浑仪观测天体极易被环道遮挡视野。于是，郭守敬通过简化沈括改良的浑仪，创制出全新的天文观测仪器，并命名为“简仪”。

简仪主要由两组互相垂直的大圆环组成。直指北天极的圆环是四游环，与之垂直的是平行于天体赤道的赤道环，以及平铺在地的阴纬环和垂直于此的立运环。简仪底座是个长方形框架，由龙柱和云柱支撑四游环、赤道环和百刻环。赤道环在百刻环内游动，四游环则架在南北极轴间旋转。百刻环与赤道环的咬合面上有4个小圆柱体用以减少摩擦，是世界上最早使用的柱式滚动轴承。

与浑仪的多重圆环结构相比，简仪取消了黄道环及非必要的支架环圈，只保留赤道装置（赤道经纬仪）和地平装置（立运仪），设计更简单。赤道装置的四游环和赤道环装在上部，地平装置的立运环和阴纬环另设于北端，以此解决浑仪的多环掩映问题。

此外，簡仪的百刻环细化了刻度划分。百刻环上的刻度分为初、正两部分；每部分各自等分6份，1份1刻；每刻又分3大格、1小格，大格内均分10份，小格则分6份；“初”“正”外还各加1小格，每小格同分6份。圆环有360度，一天12时辰，1时辰的区间就是30度。环上每时辰的刻度被划为300等份，即刻度最小值是1/10度。在此之前，浑仪只能量到1/4度，可见简仪的解析能力有了显著提高。

简仪的作用有三种：测量天体的地平坐标、赤道坐标以及真太阳时。

第一，测量地平坐标用地平装置。立运环被设置于云柱下垂直转动，阴纬环则垂直平放于立运环底部。两环均有刻度，以界衡与窥衡对准目标天体，即可在刻度上读出天体的地平方位角与天体高度。

第二，测量赤道坐标用赤道装置。赤道环和四游环都有周天度数，且四游环安装了内藏十字丝的窥衡，相当于单镜筒望远镜。转动四游环并移动窥衡位置就能观测天体，从而获取去极度和入宿度，最后得知天体的赤道坐标。

第三，测真太阳时用百刻环。真太阳时是以太阳位置为标准的时间系统。当太阳视圆面中心连续两次升至正空，即1真太阳日，12时辰。百刻环有读取时辰的功能，用窥衡对准天体，再读取刻度数据，即可得知真太阳时。

简仪是中国天文仪器发展史的重要革新，但遗憾的是郭守敬制作的简仪未能留存下来。那台简仪原置于大都司天台，曾被迁至鸡鸣山观测台，后于1668年运回北京，却在1715年被供职钦天监的法国传教士纪理安以铸地平经纬仪为借口，故意当作废铜熔掉。因此，现存最古老的简仪是1437年制作的仿制品，为明清两代钦天监所用。

然而，1900年八国联军侵华，明制简仪在12月12日被拆卸运往东交民巷的法国外交使馆，至1902年才归还清政府。其后为了躲避战火，简仪又于1933年6月被迁至南京，1934年2月安顿在紫金山天文台。但因保存不当，在80年代初就近乎损毁。南京市政府在1988年对其进行修复，后将它放置在南京紫金山天文台露天陈列展览，是现今其他简仪复制品的蓝本。