古臺儀象

肖軍

約翰·湯姆遜攝于1871年，照片中可看到天體儀、璣衡撫辰儀和象限儀（右），湯姆遜感嘆它們“在工藝和精確性上都達(dá)到了令人驚異的高度”。黃道經(jīng)緯儀（左）主要用于測量天體的黃道經(jīng)度和緯度并測定節(jié)氣。這是中國第一架采用獨(dú)立黃道坐標(biāo)系統(tǒng)的觀測儀器。

1900年，八國聯(lián)軍入侵北京，德法聯(lián)軍沖上皇家天文觀測臺，將造于明清兩代的十架天文古儀盡數(shù)瓜分。法國人劫走的五架儀器于1902年歸還。德國人則將其中的天體儀、地平經(jīng)儀、紀(jì)限儀、璣衡撫辰儀和渾儀運(yùn)到柏林，陳放于波茨坦離宮，直到1921年方才歸還我國。今又逢庚子，距離這段歷史已過去整整兩個甲子。

位于今天北京建國門立交橋西南側(cè)的北京古觀象臺建于明正統(tǒng)七年（1442年），至今已有578年的歷史，經(jīng)歷了明清兩個朝代。古臺上的八架青銅天文儀器，鑄造完成于清朝的康乾盛世：1673年完成的赤道經(jīng)緯儀、黃道經(jīng)緯儀、天體儀、紀(jì)限儀、地平經(jīng)儀和象限儀六架，是由比利時傳教士南懷仁監(jiān)制的;1715年完成的地平經(jīng)緯儀則是由德國傳教士紀(jì)里安設(shè)計(jì)并監(jiān)制的;1755年傳教士戴進(jìn)賢與劉松齡共同監(jiān)制完成了璣衡撫辰儀。這些儀器皆以青銅鑄造工藝完成，沒有裝配望遠(yuǎn)鏡，是歷史上最后一批古典大型天文儀器。

北京古觀象臺位于北京市東城區(qū)建國門立交橋西南側(cè)，始建于明正統(tǒng)七年（1442年），是明清兩代皇家天文臺，主體建筑為明代磚結(jié)構(gòu)高臺，結(jié)構(gòu)完好，臺上陳列著八架大型青銅制天文儀器，造于康乾盛世，氣勢雄偉，鑄造精湛。

它們與望遠(yuǎn)鏡最大的區(qū)別，就是具有觀測功能之外的禮器作用，在測天的同時具有象天的功能，設(shè)計(jì)時既考慮到科學(xué)的觀測，亦重視藝術(shù)的表現(xiàn)，內(nèi)外兼顧，藏禮于器?！鹅`臺儀象志》中有言：“夫測天之儀貴恰肖乎本然之象，故其造法亦必以天象為準(zhǔn)。”這些觀天儀器正是效法天道制作而成，國之重器也。

就其觀測功能而言，這些儀器是按照天文上的三套坐標(biāo)系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)鑄造的：赤道坐標(biāo)有赤道經(jīng)緯儀，黃道坐標(biāo)有黃道經(jīng)緯儀，地平坐標(biāo)有地平經(jīng)儀和象限儀，之后的地平經(jīng)緯儀又將這兩架儀器的功能合二為一，最后完成制作的璣衡撫辰儀是赤道坐標(biāo)的儀器。而天體儀在《靈臺儀象志》中稱之為“諸儀之統(tǒng)”，是一架用來標(biāo)定星象的天球儀，天球上鑲嵌著1888顆星，首次采用了星等劃分，將星的大小對應(yīng)于六個星等，表現(xiàn)星的亮暗。球面星象雖然保留了中國傳統(tǒng)星象的《步天歌》系統(tǒng)，卻也增加了南極附近的一些星座。球面上刻有赤道和黃道，并刻劃了黃道經(jīng)圈，天球外圍有作為支架部分的地平圈和子午圈，屬于地平坐標(biāo)。

它們與望遠(yuǎn)鏡最大的區(qū)別，就是在測天的同時具有象天的功能，藏禮于器。

這種按照三套坐標(biāo)系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)制作儀器的方法，16世紀(jì)時丹麥天文學(xué)家第谷就曾經(jīng)做過。實(shí)際上，南懷仁在設(shè)計(jì)北京的新制儀象時，也確實(shí)參考了第谷的天文儀器。儀象的刻度劃分部分都采用了第谷的橫向劃分法，提高了儀器的觀測精度，可以達(dá)到15角秒。儀器的觀測部件采用狹縫式游表，改變了中國傳統(tǒng)渾儀以管窺天的方法。古臺儀象接受了歐洲天文學(xué)的度制結(jié)構(gòu)，首次采用了360度的圓周劃分，而且將中國傳統(tǒng)渾儀把三種坐標(biāo)系統(tǒng)合于一儀的作法改為分別鑄儀，在方便了觀測的同時，減少了系統(tǒng)誤差。天體儀上還刻上了一顆客星，那是1572年爆發(fā)的一顆超新星，在歐洲被第谷首先觀測到，同時在中國和日本都有對這顆超新星的觀測記錄。

在外觀設(shè)計(jì)上，除地平經(jīng)緯儀，其他七架儀象都采用了中國傳統(tǒng)的龍?jiān)蒲b飾，鑄造工藝也是傳統(tǒng)的青銅鑄造。在中國古代，龍是護(hù)法，保護(hù)國家，維護(hù)正法。這些雕鑄于觀天儀器上的龍，形態(tài)迥異，設(shè)計(jì)精巧各有不同：作為赤道經(jīng)緯儀支架部分的蒼龍，仰首修尾;黃道經(jīng)緯儀上兩條龍相背而立，首尾呼應(yīng);象限儀上是三條龍，立柱上的兩條龍曲線對稱而優(yōu)美，中間立面上的龍裝飾的同時又有平衡的作用;紀(jì)限儀基座上一條盤龍團(tuán)踞;而地平經(jīng)儀上足有五條龍之眾;天體儀的四個龍首在地平圈的乾、坤、艮、巽四個方位，龍首噴水形成天體儀圓座面上的海水，如此整個天球仿若浮于海上……諸多細(xì)節(jié)令人驚嘆，這些古儀將天文學(xué)上的中西交流和東方傳統(tǒng)內(nèi)涵完美融合。

作為北京天文館一部分，昔日皇家天文臺已變身為對大眾開放的博物館。近幾年，工作人員為深入對古臺歷史的研究與展示，搜集大量相關(guān)老照片和明信片，2017年還申請資金設(shè)立信息化采集項(xiàng)目，采集了以古臺儀器為主的40多件文物的三維、二維信息，立體掃描、專業(yè)文物攝影與金石傳拓同時進(jìn)行，全方位記錄收集。時至今日，歷經(jīng)時間的包漿，古儀風(fēng)采更加豐富，禁得住現(xiàn)代技術(shù)的精細(xì)觀察。在專業(yè)的文物攝影中，我們可以看到其從宏大到精微的考究，一絲不茍，嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)膩，美到每一個角落。明年將是古臺儀象歸還回國一百周年，這些古代的天文儀器歷經(jīng)滄桑，依然屹立在古觀象臺上，詮釋著天文與歷史。

赤道經(jīng)緯儀

赤道經(jīng)緯儀主要用于測量天體的赤道經(jīng)度和緯度，由子午圈、赤經(jīng)圈、赤道圈等部分組成，整體結(jié)構(gòu)由一條南北拱立、昂首修尾的蒼龍托起，龍爪牢牢固定在十字交梁上，從力學(xué)角度來說是非常穩(wěn)定的設(shè)計(jì)，同時也體現(xiàn)了中國古代的裝飾風(fēng)格。

天體儀

中國傳統(tǒng)天文儀器中有一類專用于演示渾天宇宙和日月星辰東升西落的裝置，通稱“渾象”，漢代張衡制造的“渾天儀”就是最早的渾象之一。清代新制六儀中的渾象稱“天體儀”，因其重要的象征作用被譽(yù)為“諸儀之統(tǒng)”，是中國歷朝唯一存世的渾象。直徑六尺的銅球上鑲嵌著 1888 顆鍍金銅星，以星之大小表示恒星的亮度強(qiáng)弱。球面上刻有黃道圈、赤道圈和銀河，黃道與赤道的交角使用了第谷的數(shù)據(jù)：23°31′30″。天體儀的用法與現(xiàn)代的天球儀相同，可以演示星體在任一時刻的位置。

地平經(jīng)儀

主體為一銅制地平圈，內(nèi)設(shè)東西向通徑，中間為一圓盤。用于測量的橫表長和圈外徑相齊，可繞中心在圈面上移動。頂端火珠與地平圈中心之間設(shè)中空的立表，直對地心。立表之間連一直線，上端引兩條線斜貫于橫表兩端。測星時，移動橫表，使三條線與待測天體同一水平，橫表所指地平圈上的度數(shù)就是待測天體的地平經(jīng)度。

紀(jì)限儀

在清朝以前，中國沒有制造過這種測量任意兩星之間角距離的儀器。其主體是裝在主干上的一段60度的弧和可以繞弧圓心轉(zhuǎn)動的窺衡，為保證該結(jié)構(gòu)能在底座支點(diǎn)上水平面360度轉(zhuǎn)動、垂直平面180度轉(zhuǎn)動，設(shè)計(jì)師在干兩側(cè)沿弧做了繁復(fù)的卷草紋，通過精密的計(jì)算正好將重心集中在底座支點(diǎn)上，也增加了這個弧結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

象限儀和地平經(jīng)緯儀

象限儀用以測量天體的地平高度（右）。其主體部件為全圓四分之一的扇形（即一個象限，稱象限環(huán)），在象限環(huán)的中間鑄有一騰云戲珠的蒼龍，造型優(yōu)雅同時又具有平衡重心的妙用，使整個象限環(huán)的重心落在中心的立軸上，立軸可以使象限環(huán)垂直于地面自由旋轉(zhuǎn)。同樣設(shè)計(jì)巧妙的是兩側(cè)立柱上飛奔的蒼龍，龍爪不容易和立柱的弧面貼合，置于龍爪與立柱中的云氣既有裝飾性，又起到連接固定的作用（上）。

地平經(jīng)緯儀建成于1715年，將地平經(jīng)儀和象限儀的功能合于一體，承托地平系統(tǒng)和象限觀測系統(tǒng)的底座由四根花瓶樣式的立柱支撐，花瓶上各伸出一卷曲的茛苕葉形支架，承托中央的地平圈，調(diào)節(jié)儀器水平的螺栓即作用其上。這是觀象臺上唯一沒有裝飾中國傳統(tǒng)的龍?jiān)茍D案，而采用法國文藝復(fù)興風(fēng)格紋樣的儀器。

觀象臺上的天文儀器大都圍有石臺，既可保護(hù)儀器，也可充當(dāng)墊腳石梯。其上多刻有傳統(tǒng)紋飾，如赤道經(jīng)緯儀的石臺，海水江崖，白馬奔騰。