斯兰教历纪元,以阿拉伯太阳年岁首(即儒略历公元622年7月16日)为希吉来历元年元旦。
希吉来历系太阴历,其计算方法是: 以太阴圆缺一周为一月,历时29日12小时44分2.8秒,太阴圆缺十二周为一年,历时354日8小时48f 33.6秒。每一年的12个月中,6个单数月份(即
1、3、5、7、9、11月)为“大建”,每月为30天; 6个双数月份(2、4、6、8、10、12月)为“小建”,每月为29天;在逢闰之年,将12月改大月为30天。该历以30年为一周期,每一周期
里的第2、5、7、10、13、16、18、21、24、26、29年,共11年为闰年, 不设置闰月,而在12月末置一闰日,闰年为355日,另19年为平年,每年354日。故平均每年为354日8小时48分。按
该历全年实际天数计算,比回归年约少10日21小时1分,积2.7回归年相差一月,积32.6回归年相差一年。该历对昼夜的计算,以日落为一天之始,到次日日落为一日,通常称为夜行前,即
黑夜在前,白昼在后,构成一天。
希吉来历每年9月(莱麦丹)为伊斯兰教斋戒之月, 对这个月的起讫除了计算之外,还要由观察新月是否出现来决定。 即在8月29日这天进行观测,如见新月,第二日即为9月1日,黎
明前开始斋戒,8月仍为小建; 如不见新月,第三日则为9月1日,8月即变为“大建”。到了9月29日傍晚,也需要看月,如见新月,第二天就是10月1日,即为开斋节日,使9月变成“小建
”;如未见新月,斋戒必须再延一天,9月即为“大建”。 12月(祖勒·希哲)上旬为朝觐日期,12月10日为宰牲节日。该历的星期,使用七曜(日、月、火、水、木、金、土)记日的周日
法。每周逢金曜为“主麻日”,穆斯林在这一天举行“聚礼”。
希吉来历自创制至今14个世纪以来,一直为阿拉伯国家纪年和世界穆斯林作为宗教历法所通用。该历于元世祖至元四年(1267)正式传入中国,后并编撰该历颁行全国,供穆斯林使用。
至元十三年后,元朝政府颁行的郭守敬“授时历”及明代在全国实行的“大统历”,均参照该历而制定。回历对中国历法的影响,达400年之久。 中国信奉伊斯兰教的各族穆斯林,至今在
斋戒、朝觐、节日等宗教活动中,仍以该历计算为据。
阴阳历(上)
阴阳历是兼顾月亮绕地球的运动周期和地球绕太阳的运动周期而制定的历法。阴阳历历月的平均长度接近朔望月,历年的平均长度接近回归年,是一种“阴月阳年”式的历法。它既能
使每个年份基本符合季节变化,又使每一月份的日期与月相对应。它的缺点是历年长度相差过大,制历复杂,不利于记忆。我国的农历就是一种典型的阴阳历。
我国的历法在几千年的过程中,不断改进、充实、完善,逐渐演变为现在所用的农历。农历实质上就是一种阴阳历,以月亮运动周期为主,同时兼顾地球绕太阳运动的周期。
二十四节气
节气就实质而言是属于阳历范畴,从天文学意义来讲,二十四节气是根据地球绕太阳运行的轨道(黄道)360度,以春分点为0点,分为二十四等分点,两等分点相隔15度,每个等分点
设有专名,含有气候变化、物候特点、农作物生长情况等意义。二十四节气即立春、雨水、惊蜇、春分、清明、谷雨、立夏、小满、芒种、夏至、小暑、大暑、立秋、处暑、白露、秋分、
寒露、霜降、立冬、小雪、大雪、冬至、小寒、大寒。以上依次顺属,逢单的均为“节气”,通常简称为“节”,逢双的则为“中气”,简称为“气”,合称为“节气”。现在一般统称为
二十四节气。
二十四节气在我国是逐渐确立完善起来的。我国周朝和春秋时代是用“土圭”测日影的方法来定夏至、冬至、春分、秋分。土圭测影,就是利用直立的杆子在正午时测量日影的长短。
秦朝《吕氏春秋》的《十二纪》中所记载的节气已增加为八个,即立春、春分、立夏、夏至、立秋、秋分、立冬、冬至等。还有一些记载是有关惊蜇、雨水、小暑、白露、霜降等节气的萌
芽:一月“蛰虫始振”,二月“始雨水”,五月“小暑至”,七月“白露降”,九月“霜始降”。到了汉朝《淮南子·天文训》中已有完整的二十四节气记载,与今天的完全一样。
我国民间有一首歌诀:
春雨惊春清谷天,
夏满芒夏暑相连,
秋处露秋寒霜降,
冬雪雪冬小大寒。
这一歌诀是人们为了记忆二十四节气的顺序,各取一字缀联而成的。
(未完)
阴阳历(下)
阴阳历(下)
接上篇:阴阳历(上)
我国农历的主要内容
农历的历月长度是以朔望月为准的,大月30天,小月29天,大月和小月相互弥补,使历月的平均长度接近朔望月。
农历固定地把朔的时刻所在日子作为月的第一天——初一日。所谓“朔”,从天文学上讲,它有一个确定的时刻,也就是月亮黄经和太阳黄经相同的那一瞬间。(太阳和月亮黄经的计
算十分繁琐和复杂,这里就不予介绍了)
至于定农历日历中月份名称的根据,则是由“中气”来决定的。即以含“雨水”的月份为一月;以含“春分”的月份为二月;以含“谷雨”的月份为三月;以含“小满”的月份为四月
;以含“夏至”的月份为五月;以含“大暑”的月份为六月;以含“处暑”的月份为七月;以含“秋分”的月份为八月;以含“霜降”的月份为九月;以含“小雪”的月份为十月;以含“
冬至”的月份为十一月;以含“大雪”的月份为十二月。(没有包含中气的月份作为上月的闰月)
农历的历年长度是以回归年为准的,但一个回归年比12个朔望月的日数多,而比13个朔望月短,古代天文学家在编制农历时,为使一个月中任何一天都含有月相的意义,即初一是无月
的夜晚,十五左右都是圆月,就以朔望月为主,同时兼顾季节时令,采用十九年七闰的方法:在农历十九年中,有十二个平年,为一平年十二个月;有七个闰年,每一闰年十三个月。
为什么采取“十九年七闰”的方法呢? 一个朔望月平均是29.5306日,一个回归年有12.368个朔望月,0.368小数部分的渐进分数是1/2 、1/3 、3/8 、4/11 、7/19 、46/125, 即每
二年加一个闰月,或每三年加一个闰月,或每八年加三个闰月……经过推算,十九年加七个闰月比较合适。因为十九个回归年=6939.6018日,而十九个农历年(加七个闰月后)共有235个
朔望月,等于6939.6910日,这样二者就差不多了。
七个闰月安插到十九年当中,其安插方法可是有讲究的。农历闰月的安插,自古以来完全是人为的规定,历代对闰月的安插也不尽相同。秦代以前,曾把闰月放在一年的末尾,叫做“
十三月”。汉初把闰月放在九月之后,叫做“后九月”。到了汉武帝太初元年,又把闰月分插在一年中的各月。以后又规定“不包含中气的月份作为前一个月的闰月”,直到现在仍沿用这
个规定。
为什么有的月份会没有中气呢? 节气与节气或中气与中气相隔时间平均是30.4368日(即一回归年排65.2422日平分12等分),而一个朔望月平均是29.5306日,所以节气或中气在农历
的月份中的日期逐月推移迟,到一定时候,中气不在月中,而移到月末,下一个中气移到另一个月的月初,这样中间这个月就没有中气,而只剩一个节气了。
上面讲过,古人在编制农历时,以十二个中气作为十二个月的标志,即雨水是正月的标志,春分是二月的标志,谷雨是三月的标志……把没有中气的月份作为闰月就使得历月名称与中
气一一对应起来,从而保持了原有中气的标志。
从十九年七闰来说,在十九个回归年中有228个节气和228个中气, 而农历十九年有235个朔望月,显然有七个月没有节气和七个月没有中气,这样把没有中气的月份定为闰月,也就很
自然了。
农历月的大小很不规则,有时连续两个、三个、四个大月或连续两个三个小月,历年的长短也不一样,而且差距很大。节气和中气,在农历里的分布日期很不稳定,而且日期变动的范
围很大。这样看来,农历似乎显得十分复杂。其实。农历还是有一定循环规律的:由于十九个回归年的日数与十九个农历年的日数差不多相等,就使农历每隔十九年差不多是相同的。每隔
十九年,农历相同月份的每月初一日的阳历日一般相同或者相差一、二天。每隔十九年,节气和中气日期大体上是重复的,个别的相差一、两天。相隔十九年闰月的月份重复或者相差一个
月。
干支纪法
干支就字面意义来说,就相当于树干和枝叶。我国古代以天为主,以地为从,天和干相连叫天干,地和支相连叫地支,合起来叫天干地支,简称干支。
天干有十个,就是甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸,地支有十二个,依次是子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥。古人把它们按照一定的顺序而不重复地搭
配起来,从甲子到癸亥共六十对,叫做六十甲子。
我国古人用这六十对干支来表示年、月、日、时的序号,周而复始,不断循环,这就是干支纪法。
传说黄帝时代的大臣大挠“深五行之情,占年纲所建,于是作甲乙以名日,谓之干;作子丑以名日,谓之枝,干支相配以成六旬。”这只是一个传说,干支到底是谁最先创立的,现在
还没有证实,不过在殷墟出土的甲骨文中,已有表示干支的象形文字,说明早在殷代已经使用干支纪法了。
星期的由来
星期制的老祖宗,是在东方的古巴比伦和古犹太国一带,犹太人把它传到古埃及,又由古埃及传到罗马,公元三世纪以后,就广泛地传播到欧洲各国。明朝末年,基督教传入我国的时
候,星期制也随之传入。
在欧洲一些国家的语言中,一星期中的各天并不是按数字顺序,而是有着特定的名字,是以“七曜”来分别命名的。七曜指太阳、月亮和水星、金星、火星、木星、土星这五个最亮的
大行星。其中,土曜日是星期六,日曜日是星期天,月曜日是星期一,火曜日是星期二,水曜日是星期三,木曜日是星期四,金曜日是星期五。
在不同地区,由于宗教信仰的不同,一星期的开始时间并不完全一致。埃及人的一星期是从土曜日开始的,犹太教以日曜日开始,而伊斯兰教则把金曜日排在首位。在我国,起初也是
以七曜命名一星期中的各天,到清末才逐渐为星期日、星期一……星期六所代替,习惯上认为星期一是开始时间(某些地区也有把星期日作为一周开始的观念)。
五、北京古观象台
北京古观象台
北京古观象台,位于北京市建国门立交桥西南角,始建于明朝正统年间(约公元1442年左右),是世界上古老的天文台之一。它以建筑完整、仪器精美、历史悠久和在东西方文化交流
中的独特地位而闻名于世。
北京古观象台在明朝时被称为“观星台”,台上陈设有简仪、浑仪和浑象等大型天文仪器,台下陈设有圭表和漏壶。清代时观星台改称“观象台”,辛亥革命后改为中央观星台。
清代康熙和乾隆年间,天文台上先后增设了八件铜制的大型天文仪器,均采用欧洲天文学度量制和仪器结构。从明朝正统年间,到1929年止,北京古观象台连续从事天文观测达五百年
,在世界上现存的古观象台中,保持着连续观测最久的历史记录,而且,它还以建筑完整和仪器配套齐全而在国际上久负盛名。清代制造的八件大型铜制天文仪器体形巨大,造型美观,雕
刻精湛。除了造型、花饰、工艺等方面具有中国的传统特色外,在刻度、游表和结构方面还反映了西欧文艺复兴时代以后大型天文仪器的进展和成就,成为东西方文化交流的历史见证。它
们不仅是实用的天文观测工具,还是举世无双的历史文物珍品。
现在北京古观象台已经改建为北京古代天文仪器陈列馆,属于北京天文台,继续在科学和科普领域发挥着作用。
紫金山天文台
中国科学院紫金山天文台,是我国最著名的天文台之一,始建于1934年,位于南京市东南郊风景优美的紫金山上。
紫金山天文台是一个综合性的天文台,始建时拥有60厘米口径的反射望远镜、20厘米折射望远镜附有15厘米天体照相仪和太阳分光镜等设备,抗日战争时期部分迁往昆明,其余遭到破
坏。1949年新中国成立后,修复了损坏的天文仪器,并先后增置了色球望远镜、定天镜、双筒折射望远镜、施密特望远镜和射电望远镜等先进的天文仪器,可以进行恒星、小行星、彗星和
人造卫星的观测与研究,以及对太阳的常规观测,研究太阳的活动规律并作出太阳活动预报。紫金山天文台还是中国历算的权威机构,负责编算和出版每年的《中国天文年历》、《航海天
文历》等历书工作。
紫金山天文台从去年(1999年)开始建造我国最大的近地天体探测望远镜。这架望远镜在全世界同类型望远镜中将排在前五位。这架望远镜的球面反射镜直径为1.20米,通光口径为一
米,目前已开始进行镜面磨制,预计将于2002年全部完成。紫金山天文台将在江苏盱眙铁山寺森林公园里建设一个观测站,放置这架望远镜。
河南登封观星台
河南登封观星台是中国古代的天文观测台,位于河南省登封县城东南15公里,始建于元朝初年(公元1279年前后),是中国现存最早的古天文台建筑,也是世界上重要的天文古迹之一
。
观星台的用途相当于测量日影的圭表。它那高高耸立的城楼式建筑相当于一根直立于地面上的竿子,台下正北方的“长堤”则是一把用来度量日影长度的“量天尺”。台上有两间小屋
,一间放着漏壶,一间放着浑仪;两室之间有一横梁。每天正午,太阳光将台顶中间横梁的影子投在“量天尺”上。冬至这天正午的投影最长,夏至这天正午的投影最短;从一个冬至或夏
至到下一个冬至或夏至,就是一个回归年的长度。中国古代就是采用这种方法测定一年的长度,从而为指定历法奠定了基础。元朝杰出的天文学家郭守敬曾经在这个地方主持过测量工作。
经考证,除了测量日影和记时的功能以外,当年的观星台上可能还有观测星象的设施,并有过在此地观测北极星的记录。
河南登封观星台现存的部分已被列为国家重点文物保护单位。
美国帕洛马山天文台
帕洛马山天文台是美国海尔天文台的一部分,位于圣地亚哥东北80公里处的帕洛马山顶峰,海拔1706米。这里有世界闻名的五米口径海尔反射望远镜,是世界上第二大光学望远镜。这
架望远镜自1948年投入使用以来,一直是世界上最优秀的望远镜之一,对星系学、超新星、射电源以及红外天文学等方面的研究起到了极为重要的作用。除了海尔望远镜以外,帕洛马山天
文台还有一台施密特望远镜,担负着寻找射电源的对应物、探讨超新星的爆发、星系演化等繁重的观测任务。1970年,帕洛马山天文台又安装了一台60英寸反射望远镜,主要用于对暗天体
的观测和研究。
英国格林威治天文台
世界闻名的英国天文台,现位于英国南海岸苏塞克郡的赫斯特蒙苏堡。格林威治天文台始建于1675年,位于英国首都伦敦的格林威治,第二次世界大战后迁往新址,但保留了“格林威
治皇家天文台”的名称。1884年,经过这个天文台的子午线被确定为全球的时间和经度计量的标准参考子午线,也称为本初子午线,即零度经线。
格林威治天文台初建之时,目的在于精确地观测月球和恒星,帮助航海家确定经度。现在它已经发展为英国的一个综合性光学天文台。1999年12月28日,一种新的时间系统——格林威
治电子时间(GET)正式诞生,它将为全球电子商务提供一个时间标准。而原有的格林威治时间(GMT)仍将保留,作为21世纪的世界标准时间。
英格兰巨石阵
巨石阵又称索尔兹伯里石环、环状列石、太阳神庙、史前石桌、斯通亨治石栏等名,是欧洲著名的史前时代文化神庙遗址,位于英格兰威尔特郡索尔兹伯里平原,约建于公元前4000-
2000年,属新石器时代末期至青铜时代。
这个巨大的石建筑群位于一个空旷的原野上,占地大约11公顷,主要是由许多整块的蓝砂岩组成,每块约重50吨。巨石阵不仅在建筑学史上具有的重要地位,在天文学上也同样有着重
大的意义:它的主轴线、通往石柱的古道和夏至日早晨初升的太阳,在同一条线上;另外,其中还有两块石头的连线指向冬至日落的方向。因此,人们猜测,这很可能是远古人类为观测天
象而建造的,可以算是天文台最早的雏形了。
玛雅天文台
玛雅人是美洲印第安人的一支,大约在公元前1000年左右开始创立自己的文化,有着高度发达的农业、数学、天文学和宗教礼仪。
玛雅人有自己的天文观测台。这是一组建筑群,从一座金字塔上的观测点向东方的庙宇望去,就是春分、秋分日出的方向;向东北方向的庙宇望去,就是夏至日出的方向;向东南方向
的庙宇望去,就是冬至日出的方向。类似的建筑群,在玛雅文化遗址地域还发现了好几处。
印度德里古天文台
印度是世界四大文明古国之一,那里的天文学起源很早。由于农业生产的需要,早在大约3000年前,印度人就创立了自己的历法,并产生了独具特色的宇宙理论。但他们不重视对天体
的实际观测,因而忽视天文仪器的使用和制造,在一个很长的时期内仅有平板日晷和圭表等简单的仪器,直到十八世纪才在德里等地建立了天文台。这个德里古天文台建于公元1724年,有
十几件巨型灰石或金属结构的天文仪器。
六、赤道经纬仪
赤道经纬仪
赤道经纬仪是清朝制造的八件大型铜铸天文仪器之一,也是我国重要的古天文观测仪器。1673年制成,重达2720千克,至今仍完好地保存在北京古观象台的观测平台上。
整个观测部分由三个大环和一根轴承组成。最外面的大环叫做“子午环”,呈正南北方向竖立着,两面有刻度盘。中间的圆环呈南高北低,与天赤道平行,因此,叫做“赤道环”。环
面上均匀地刻有24个大格,代表24小时,每个大格再分成4个小格,代表15分钟, 在赤道环面的中心垂直地竖立着一根轴承,叫做“极轴”,与子午环相连,朝上的一点指向北天极,朝下
的一点指向南天极,并由南极伸出的两个象限弧支撑着。里面的圆环叫做“赤经环”,还可以绕极轴旋转。
整个观测部分镶嵌在一个半圆云座内,由一条南北正立、昂首修尾的苍龙托起,龙的四只利爪分别抓住下面十字交梁的一端,每端都装有调整仪器水平的螺栓。该仪器主要用于测量恒
星以及太阳、月球、行星等天体的位置。
黄道经纬仪
黄道经纬仪是清朝制造的八件大型铜铸天文仪器之一,也是我国重要的古天文观测仪器。1673年制成,重达2752千克,至今仍完好地保存在北京古观象台的观测平台上。
黄道经纬仪的外层是南北向正立的“子午圈”,子午圈内的一个大圈叫做“极至圈”,用钢轴契合在子午圈的两个极点上,因此,叫做“黄道经纬仪”。在极至圈内,套着一个斜躺着
的大圈,这个大圈平行于地球绕太阳旋转的黄道,叫做“黄道圈”。黄道圈上刻有度数和黄道十二宫的图案,是黄道经纬仪的基本大圈。有一根垂直于黄道圈面的钢轴联接黄道南、北两极
。最里面的一个圆环叫做“黄道经圈”,与黄道南、北两极相连,并且可以绕钢轴旋转,圈上也刻有度数。在观测天体时,可根据黄道圈和黄道经圈的刻度来定出太阳和行星的位置。
整个仪器的观测部分放置在一个半圆云座内,由两条背向而立的苍龙托起,苍龙的爪子紧紧抓住雕有云纹斜交的十字交梁上。
地平经仪
地平经仪是我国古代的一种天文观测仪器。重量达到811千克,公元1673年(清康熙十二年)制成, 现存于北京古观象台。
地平经仪主要用于测量天体的地平方位角。其底座是副十字交梁,交梁上有三条屈身直立的苍龙和一条铜柱,作为四个柱脚托着一个直径两米多的大铜圈,铜圈平行于地平面,叫做“
地平圈”。圈面按东西和南北正相交成两条直线,将地平圈分割成东南、西南、西北和东北四个方位,以正南和正北为零度,分别向东、西刻划度数。在正东和正西两点各竖一柱,两条升
龙盘柱而上,大约在一米半处相向合拢,在中心部分两龙各伸出一爪,友好地捧着火球。再从地平圈中心垂直地竖起一根正方形的空心立表,并且和火球相连,立表上指天顶,下连底座中
心的固定立柱。在立表的下端有一根横表,平躺在地平圈上,可以带动立表旋转,横表的两端各有一根直线和立表顶端相连。
实际观测时,转动横表,将待测星置于立表的空心处,与横表两端的直线构成同一平面时,就可以从横表所指的刻度盘上读出待测天体的方位角。
玑衡抚辰仪
玑衡抚辰仪是清代制造的八件大型铜铸天文仪器之一,也是我国古代重要的天文观测仪器。于1744年制成,重达五吨,这台具有中华民族特色、精细制造的古仪,至今仍完好地保存在
北京古观象台的观测平台上。
玑衡抚辰仪观测部分的外层是一根南北正立着的“子午双圈”,双圈用铜枕固定着,其空隙的中线为子午正线,在双圈内有两个并排着的圆环,叫做“赤道圈”,外面的赤道圈固定在
子午双圈上,东西各有龙柱相托,里面的赤道圈连接在极至圈上,且可以沿赤道面移动,因此,又叫“游动赤道圈”。最里面的一个圆环叫做“赤经圈”,由环内的一根空心铜轴连接在子
午双圈的两个极点上,赤经圈可以绕铜轴旋转。在空心铜轴中间还有一根窥管,前端圆孔内有十字丝装置,起到提高观测精度的作用。整个观测部分由雕工精细的云座和龙柱托起。
这架由青铜浇铸成的古仪,设计巧妙,制造精美、细腻,几条游龙栩栩如生,气魄宏伟,令人叹为观止,不愧为我国古代天文文物中的瑰宝。
天体仪
天体仪,古称“浑象”,是我国古代一种用于演示天象的仪器。我国古人很早就会制造这种仪器,它可以用来直观、形象地了解日、月、星辰的相互位置和运动规律,可以说天体仪是
现代天球仪的直接祖先。北京古观象台上安置的天体仪(如图),是我国现存最早的天体仪,制于清康熙年间,重3850公斤。
天体仪的主要组成部分是一个空心铜球,球面上刻有纵横交错的网格,用于量度天体的具体位置;球面上凸出的小圆点代表天上的亮星,它们严格地按照亮星之间的相互位置标刻。整
个铜球可以绕一根金属轴转动,转动一周代表一个昼夜,球面与金属轴相交于两点:北天极和南天极。两个极点的指尖,固定在一个南北正立着的大圆环上,大圆环垂直地嵌入水平大圈的
两个缺口内,下面四根雕有龙头的立柱支撑着水平大圈,托着整个天体仪。利用浑象,无论是白天还是阴天的夜晚,人们都可以随时了解当时应该出现在天空的星空图案。
我国东汉天文学家张衡,曾经在天体仪上安装了一套传动装置,利用相当稳定的漏刻的水推动铜球,均匀地绕金属轴转动,每24小时转一圈,这一业绩已载入我国光辉成就的史料库中
。后来,唐朝的一行和梁令瓒、宋代的苏颂和韩公廉等人,把天体仪和自动报时装置结合起来,发展成为世界上最早的天文钟。
浑仪
“浑仪”是我国古代的一种天文观测仪器。在古代,“浑”字含有圆球的意义。古人认为天是圆的,形状像蛋壳,出现在天上的星星是镶嵌在蛋壳上的弹丸,地球则是蛋黄,人们在这
个蛋黄上测量日月星辰的位置。因此,把这种观测天体位置的仪器叫做“浑仪”。
最初,浑仪的结构很简单,只有三个圆环和一根金属轴。最外面的那个圆环固定在正南北方向上,叫做“子午环”;中间固定着的圆环平行于地球赤道面,叫做“赤道环”;最里面的
圆环可以绕金属轴旋转,叫做“赤经环”;赤经环与金属轴相交于两点,一点指向北天极,另一点指向南天极。在赤经环面上装着一根望筒,可以绕赤经环中心转动,用望筒对准某颗星星
,然后,根据赤道环和赤经环上的刻度来确定该星在天空中的位置。
后来,古人为了便于观测太阳、行星和月球等天体,在浑仪内又添置了几个圆环,也就是说环内再套环,使浑仪成为多种用途的天文观测仪器。
纪限仪
纪限仪是清朝制造的八件大型铜铸天文仪器之一,于1673年制成,重达802千克。 现存于北京古观象台的观测平台上。
纪限仪是专门用来测量天空中任意两颗星星之间距离的古仪,其基本观测方法是测量以两颗待测星到观测者的两条视线所张的角度。在天文学上,这一角度叫做“天体角距离”。
纪限仪的主体是一段60度的弧面,弧面半径约两米,上面饰有精细的对称型花纹,以弧边中央点为零度,向左右两边各刻30度。从零度点到弧面顶点预设一根铜竿,整个弧面固定在铜
竿上,并能上下左右转动。铜竿后面的圆柱与铜竿上的横轴相连,稳稳地插入一米高的游龙底座内。在铜竿的上端还有一根横轴,挂有窥尺和游表,贴附在弧面上。
实际观测时,将弧面与两颗待测星移动到同一平面上,一人用窥尺对准一颗待测星,另一人用游表对准另一颗待测星,窥尺和游表两者所指出的弧边刻度差,就是这两颗待测星之间的
角距离。
象限仪
现存于北京古观象台的象限仪制造于1673年,是专门测量天体地平高度的观测仪器。
所谓“地平高度”,就是观测者到某颗星星的视线与地平面的夹角。在天文学上,这一角度叫做“天体地平高度”。
象限仪的下端是一根方形横梁和一对十字底座,在两个十字底座的交叉点上,各竖起一根高三米多的圆柱,两边均有一条龙扶持,起到装饰和加固双重作用。两根圆柱支撑着一根雕有
云纹图案的横梁,一根可以旋转的立轴连接在上下两梁的中间,固定着整个扇形的象限环。象限环内雕有腾云驾雾的巨龙,既增添了仪器的生气,又起着平衡作用;象限环的横边呈水平状
,并且与立边垂直,在两边的交叉点处挂有一根游表,贴附在象限环面上。实际观测时,转动象限环,将游表对准待测星,观看游表所指的弧面上的刻度,就可以知道这颗待测星的地平高
度。
简仪
简仪是我国古代的一种天文观测仪器,它与浑仪一样用于测量天体的位置。但是,浑仪的结构比较繁杂,观测时经常发生环与环相互阻挡视线的现象,使用极不方便。元朝天文学家郭
守敬将浑仪化为两个独立的观测装置,安装在一个底座上,每个装置都十分简单实用,而且除北极星附近以外,整个天空一览无余。因此,古人称这种装置为“简仪”。
简仪的主要装置是由两个互相垂直的大圆环组成,其中的一个环面平行于地球赤道面,叫做“赤道环”;另一个是直立在赤道环中心的双环,能绕一根金属轴转动,叫做“赤经双环”
。双环中间夹着一根装有十字丝装置的窥管,相当于单镜筒望远镜,能绕赤经双环的中心转动。观测时,将窥管对准某颗待测星,然后在赤道环和赤经双环的刻度盘上直接读出这颗星星的
位置值。有两个支架托着正南北方向的金属轴,支撑着整个观测装置,使这个装置保持着北高南低的形状。这是我国首先发明的赤道装置,要比欧洲人使用赤道装置早500年左右。
仰仪
仰仪是我国古代的一种天文观测仪器,由元朝天文学家郭守敬设计制造。
仰仪的主体是一只直径约三米的铜质半球面,好像一口仰放着的大锅,因而得名。仰仪的内部球面上,纵横交错地刻划出一些规则网格,用来量度天体的位置。在仰仪的锅口上刻有一
圈水槽,用来注水校正锅口的水平,使其保持水平设置;在水槽边缘均匀地刻划出24条线,以示方向。在正南方的刻线上安置着两根十字交叉的竿子,呈正南北方向,一直延伸到仰仪的中
心,把一块凿有中心小孔的小方板装在竿子的北端,并且小方板可以绕着仰仪中心旋转。
仰仪是采用直接投影方法的观测仪器,非常直观、方便。例如,当太阳光透过中心小孔时,在仰仪的内部球面上就会投影出太阳的映像,观测者便可以从网格中直接读出太阳的位置了
。尤其在日全食时,利用仰仪能清楚地观看日食的全过程,连同每一个时刻,日面亏损的位置、大小都能比较准确地测量出来。因此,仰仪是很受古代天文工作者喜爱的一种天文观测仪器
。
水运仪象台
水运仪象台是我国古代一种大型的天文仪器,由宋朝天文学家苏颂等人创建。它是集观测天象的浑仪、演示天象的浑象、计量时间的漏刻和报告时刻的机械装置于一体的综合性观测仪
器,实际上是一座小型的天文台。
整个水运仪象台高12米,宽7米,共分3层,相当于一幢四层楼的建筑物。最上层的板屋内放置着1台浑仪, 屋的顶板可以自由开启,平时关闭屋顶,以防雨淋,这已经具有现代天文观
测室的雏型了;中层放置着一架浑象;下层又可分成五小层木阁,每小层木阁内均安排了若干个木人,5层共有162个木人,它们各司其职:每到一定的时刻,就会有木人自行出来打钟、击
鼓或敲打乐器、报告时刻、指示时辰等。在木阁的后面放置着精度很高的两级漏刻和一套机械传动装置,可以说这里是整个水运仪象台的“心脏”部分,用漏壶的水冲动机轮,驱动传动装
置,浑仪、浑象和报时装置便会按部就班地动作起来。
这台仪器的制造水平堪称一绝,充分体现了我国古代人民的聪明才智和富于创造的精神。
日晷
日晷又称“日规”,是我国古代利用日影测得时刻的一种计时仪器。通常由铜制的指针和石制的圆盘组成。铜制的指针叫做“晷针”,垂直地穿过圆盘中心,起着圭表中立竿的作用,
因此,晷针又叫“表”,石制的圆盘叫做“晷面”,安放在石台上,呈南高北低,使晷面平行于天赤道面,这样,晷针的上端正好指向北天极,下端正好指向南天极。在晷面的正反两面刻
划出12个大格,每个大格代表两个小时。当太阳光照在日晷上时,晷针的影子就会投向晷面,太阳由东向西移动,投向晷面的晷针影子也慢慢地由西向东移动。于是,移动着的晷针影子好
像是现代钟表的指针,晷面则是钟表的表面,以此来显示时刻。
由于从春分到秋分期间,太阳总是在天赤道的北侧运行,因此,晷针的影子投向晷面上方;从秋分到春分期间,太阳在天赤道的南侧运行,因此,晷针的影子投向晷面的下方。所以在
观察日晷时,首先要了解两个不同时期晷针的投影位置。
圭表
圭表是我国古代度量日影长度的一种天文仪器,由“圭”和“表”两个部件组成。
很早以前,人们发现房屋、树木等物在太阳光照射下会投出影子,这些影子的变化有一定的规律。于是便在平地上直立一根竿子或石柱来观察影子的变化,这根立竿或立柱就叫做“表
”;用一把尺子测量表影的长度和方向,则可知道时辰。后来,发现正午时的表影总是投向正北方向,就把石板制成的尺子平铺在地面上,与立表垂直,尺子的一头连着表基,另一头则伸
向正北方向,这把用石板制成的尺子叫“圭”。正午时表影投在石板上,古人就能直接读出表影的长度值。
经过长期观测,古人不仅了解到一天中表影在正午最短,而且得出一年内夏至日的正午,烈日高照,表影最短;冬至日的正午,煦阳斜射,表影则最长。于是,古人就以正午时的表影
长度来确定节气和一年的长度。譬如,连续两次测得表影的最长值,这两次最长值相隔的天数,就是一年的时间长度,难怪我国古人早就知道一年等于365天多的数值。
在现存的河南登封观星台上,40尺的高台和128尺长的量天尺也是一个巨大的圭表。
漏刻
漏刻是我国古代一种计量时间的仪器。最初,人们发现陶器中的水会从裂缝中一滴一滴地漏出来,于是专门制造出一种留有小孔的漏壶,把水注入漏壶内,水便从壶孔中流出来,另外
再用一个容器收集漏下来的水,在这个容器内有一根刻有标记的箭杆,相当于现代钟表上显示时刻的钟面,用一个竹片或木块托着箭杆浮在水面上,容器盖的中心开一个小孔,箭杆从盖孔
中穿出,这个容器叫做“箭壶”。随着箭壶内收集的水逐渐增多,木块托着箭杆也慢慢地往上浮,古人从盖孔处看箭杆上的标记,就能知道具体的时刻。
后来古人发现漏壶内的水多时,流水较快,水少时流水就慢,显然会影响计量时间的精度。于是在漏壶上再加一只漏壶,水从下面漏壶流出去的同时,上面漏壶的水即源源不断地补充
给下面的漏壶,使下面漏壶内的水均匀地流人箭壶,从而取得比较精确的时刻。
现存于北京故宫博物院的铜壶漏刻是公元1745年制造的,最上面漏壶的水从雕刻精致的龙口流出,依次流向下壶,箭壶盖上有个铜人仿佛报着箭杆,箭杆上刻有96格,每格为15分钟,
人们根据铜人手握箭杆处的标志来报告时间。
沙漏
沙漏又称“沙钟”,是我国古代一种计量时间的仪器。沙漏的制造原理与漏刻大体相同,它是根据流沙从一个容器漏到另一个容器的数量来计量时间。这种采用流沙代替水的方法,是
因为我国北方冬天空气寒冷,水容易结冰的缘故。
最著名的沙漏是1360年詹希元创制的“五轮沙漏”。流沙从漏斗形的沙池流到初轮边上的沙斗里,驱动初轮,从而带动各级机械齿轮旋转。最后一级齿轮带动在水平面上旋转的中轮,
中轮的轴心上有一根指针,指针则在一个有刻线的仪器圆盘上转动,以此显示时刻,这种显示方法几乎与现代时钟的表面结构完全相同。此外,詹希元还巧妙地在中轮上添加了一个机械拨
动装置,以提醒两个站在五轮沙漏上击鼓报时的木人。每到整点或一刻,两个木人便会自行出来,击鼓报告时刻。这种沙漏脱离了辅助的天文仪器,已经独立成为一种机械性的时钟结构。
七、张衡
张衡
张衡(78-139),字平子,南阳西鄂(今河南南阳县石桥镇)人。他是我国东汉时期伟大的天文学家,为我国天文学的发展作出了不可磨灭的贡献;在数学、地理、绘画和文学等方面
,张衡也表现出了非凡的才能和广博的学识。
张衡是东汉中期浑天说的代表人物之一;他指出月球本身并不发光,月光其实是日光的反射;他还正确地解释了月食的成因,并且认识到宇宙的无限性和行星运动的快慢与距离地球远
近的关系。
张衡观测记录了两千五百颗恒星,创制了世界上第一架能比较准确地表演天象的漏水转浑天仪,第一架测试地震的仪器——候风地动仪,还制造出了指南车、自动记里鼓车、飞行数里
的木鸟等等。
张衡共著有科学、哲学、和文学著作三十二篇,其中天文著作有《灵宪》和《灵宪图》等。
为了纪念张衡的功绩,人们将月球背面的一环形山命名为“张衡环形山”,将小行星1802命名为“张衡小行星”。
20世纪中国著名文学家、历史学家郭沫若对张衡的评价是:“如此全面发展之人物,在世界史中亦所罕见,万祀千龄,令人景仰。”
祖冲之
祖冲之(429-500),字文远, 祖籍范阳郡遒县(今河北涞源县),南北朝时期杰出的数学家、天文学家和机械制造家。
在天文学方面,祖冲之创制了中国历法史上著名的新历——《大明历》。在《大明历》中,他首次引用了岁差,是我国历法史上的一次重大改革;他还采用了391年中设置144个闰月的
新闰周,比古代发明的19年7闰的闰周更加精密。 祖冲之推算的回归年和交点月天数都与观测值非常接近。