湯深語(yǔ)

渾儀是中國(guó)古代天文學(xué)中重要的天文觀測(cè)儀器。如今，在許多科技館、博物館以及一些公共空間中，可以見到渾儀的身影。不過(guò)，這件天文儀器在其漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程中，經(jīng)歷了許多變化，在不少細(xì)節(jié)和功能方面不斷改進(jìn)，其發(fā)展在宋代達(dá)到高峰。

宋代是中國(guó)古代渾儀制作最為興盛的時(shí)期，不僅是因?yàn)檫@個(gè)時(shí)期制作的渾儀數(shù)量多，更是因其達(dá)到了很高的制作水平。從張思訓(xùn)制作太平渾儀開始，到蘇頌等人完成水運(yùn)儀象臺(tái)制作的百年間，就先后有五臺(tái)大型天文儀器問(wèn)世。關(guān)于宋代的儀象在《宋史·天文志》中記載道：“宋之初興，近臣如楚昭輔，文臣如竇儀，號(hào)知天文。太宗之世，召天下伎術(shù)有能明天文者，試隸司天臺(tái)；匿不以聞?wù)呋米镎撍?。既而張思?xùn)、韓顯符輩以推步進(jìn)。其后學(xué)士大夫如沈括之議，蘇頌之作，亦皆底于幻眇?！盵1]950李約瑟認(rèn)為宋代的渾儀制造達(dá)到中國(guó)古代的頂峰，其中尤以北宋的四大渾儀為代表[2]351。這四臺(tái)渾儀分別是：韓顯符的至道渾儀，周琮、舒易簡(jiǎn)等人的皇祐渾儀，沈括的熙寧渾儀以及蘇頌、韓公廉的元祐渾儀。

北宋時(shí)期的四大渾儀一直以來(lái)得到相當(dāng)多學(xué)者的關(guān)注與研究?！吨袊?guó)天文學(xué)史》《中國(guó)古代天體測(cè)量學(xué)及天文儀器》等書中有對(duì)各個(gè)渾儀有詳細(xì)描述。李志超在20世紀(jì)曾對(duì)沈括的熙寧渾儀進(jìn)行過(guò)復(fù)原工作[3]。鄧可卉對(duì)韓顯符的至道渾儀情況也進(jìn)行過(guò)分析[4]。清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)、中國(guó)科學(xué)院自然科學(xué)史研究所在21世紀(jì)也對(duì)蘇頌元祐渾儀所在的水運(yùn)儀象臺(tái)進(jìn)行過(guò)復(fù)原工作。目前在南京紫金山上仍有一臺(tái)明朝制作的渾儀，這臺(tái)渾儀制作于明朝時(shí)期的北京，曾在清末民初被侵略者帶到德國(guó)，直至20世紀(jì)30年代才被放置于南京紫金山。如今這臺(tái)渾儀被收藏展示于南京紫金山天文臺(tái)(見圖1)，它雖是明朝制作，但實(shí)際上是一臺(tái)宋渾儀或元渾儀的仿制品，器型上是典型的三重結(jié)構(gòu)渾儀，作為仿制品結(jié)構(gòu)上已無(wú)大的變化[5]。它是目前國(guó)內(nèi)留存最為完好的渾儀，所以國(guó)內(nèi)大部分科技博物館中的渾儀展品也是依據(jù)這臺(tái)渾儀所仿制。北京古觀象臺(tái)和中國(guó)科技館西廣場(chǎng)的渾儀展品是依南京紫金山天文臺(tái)渾儀1∶1復(fù)制，上?？萍拣^外廣場(chǎng)的渾儀展品也是依據(jù)此架渾儀制作。

渾儀在中國(guó)古代不僅是一件簡(jiǎn)單的觀測(cè)工具，更是“天人合一”觀念下的一件禮器，它的背后是中國(guó)古代璀璨的天文學(xué)成就。本文通過(guò)對(duì)渾儀的演進(jìn)和宋代渾儀的分析，來(lái)展現(xiàn)渾儀在這個(gè)時(shí)期的特征和背后的文化技術(shù)因素，以及其作為一件重要的古天文科學(xué)藏品背后的意義。

圖1 南京紫金山天文臺(tái)陳列的明制渾儀(1)文中圖片若無(wú)特別說(shuō)明，均為作者拍攝。

一、 望準(zhǔn)與象天：早期渾儀的形成與演進(jìn)

渾儀二字中“渾”指的是球形的天，“儀”指的是準(zhǔn)望之器[6]171。目前天文學(xué)史中渾儀指的是專門用來(lái)測(cè)量的觀測(cè)儀器，與用來(lái)演示的渾象有所區(qū)別[7]。渾儀的出現(xiàn)與中國(guó)古代渾天說(shuō)有著密切聯(lián)系，但其實(shí)在渾天說(shuō)以前，就已經(jīng)有在功能上與渾儀相近的觀測(cè)儀器?！渡袝に吹洹罚骸霸阼^玉衡，以齊七政。”[8]36自漢以來(lái)就有天文學(xué)家認(rèn)為璇璣玉衡就是一種渾儀(2)另有說(shuō)法是北斗七星。，其中衡是一種望筒，璣就是一種可旋轉(zhuǎn)的渾天儀。《史記·天官書》索隱：“東漢馬融云：‘璇，美玉也；璣，渾天儀可轉(zhuǎn)旋，故曰璇璣；衡其中橫筒。’”[9]1292但不論璇璣玉衡是否是渾儀，從《五星占》中五星行度的數(shù)據(jù)精度來(lái)看，測(cè)天的儀器已經(jīng)在天文測(cè)量中開始使用，并且渾儀中所采用的基本概念已經(jīng)形成了[10]。

渾儀從漢代起已明確地在使用。首先是落下閎在制歷時(shí)，揚(yáng)雄就說(shuō)他曾使用過(guò)一種叫作渾天的儀器：“或問(wèn)渾天，曰：落下閎營(yíng)之，鮮于妄人度之，耿中丞象之?！盵11]320這里的渾天是否是渾儀，是何構(gòu)造并沒有明確的記載，有學(xué)者認(rèn)為落下閎制作的是一種圓儀，即一種赤道式的兩重規(guī)環(huán)帶有瞄準(zhǔn)器的儀器[12]。東漢賈逵論歷時(shí)，強(qiáng)調(diào)了黃道在天文測(cè)量中的重要意義[13]，根據(jù)《晉書·天文志》記載：“暨漢太初，落下閎、鮮于妄人、耿壽昌等造圓儀以考?xì)v度。后至和帝時(shí)，賈逵系作，又加黃道?！盵14]284賈逵在原來(lái)圓儀的基礎(chǔ)上又增加了黃道環(huán)。張衡在《渾天儀圖注》中描述了所謂渾天的天地結(jié)構(gòu)，這臺(tái)渾天儀是一臺(tái)渾儀還是一臺(tái)渾象尚有爭(zhēng)議，但是在渾天說(shuō)的大背景下，渾儀這種測(cè)量?jī)x器已經(jīng)是漢代測(cè)天的重要工具?？淄Φ臏唭x是中國(guó)第一臺(tái)具有詳細(xì)結(jié)構(gòu)記載的渾儀。在《隋書·天文志》“渾天儀”一節(jié)中，描述了孔挺渾儀是兩重規(guī)環(huán)的結(jié)構(gòu)，并且?guī)в兴挠蝺x結(jié)構(gòu)的瞄準(zhǔn)器。這架渾儀可以測(cè)定天體的赤道坐標(biāo)，與漢代的渾儀在結(jié)構(gòu)上應(yīng)大同小異。

三重結(jié)構(gòu)的渾儀成型于唐代李淳風(fēng)的渾天黃道儀。根據(jù)《舊唐書·李淳風(fēng)傳》記載，李淳風(fēng)進(jìn)入太史局之后，上奏太宗說(shuō)北魏遺留下來(lái)的儀器有諸多疏漏，難以滿足當(dāng)前的測(cè)候需求，所以需要制作新的儀器。太宗同意了他的制作請(qǐng)求，在公元633年時(shí)這架渾天黃道儀制作完成。李淳風(fēng)還為此專門撰寫了《法象志》記載了此架渾儀的制作方法，并論述了前代渾儀的優(yōu)點(diǎn)和不足。這個(gè)渾儀同圓心多個(gè)圈環(huán)堆疊的模式成為了后世渾儀的主要構(gòu)造。此結(jié)構(gòu)的渾儀由外向內(nèi)一共有三重，分別是六合儀、三辰儀和四游儀。最外層的是六合儀，一共用了四個(gè)規(guī)環(huán)，構(gòu)成了三個(gè)圈(其中天經(jīng)雙規(guī)圈是兩個(gè)規(guī)環(huán))，平行于地面的一般叫作地平環(huán)(地渾環(huán))，與赤道面平行的叫作天常環(huán)，與子午圈平行的兩個(gè)規(guī)環(huán)叫作陽(yáng)經(jīng)環(huán)。六合儀既起到了固定支架的作用，同時(shí)也代表著天地結(jié)構(gòu)。中間一層是三辰儀，與外層天常環(huán)在一個(gè)平面的是赤道環(huán)，與赤道環(huán)成一定角度的是黃道環(huán)。李淳風(fēng)的渾儀在三辰儀中還特別有白道環(huán)，它上面有很多孔用來(lái)移動(dòng)調(diào)換與黃道環(huán)的位置，以保持與天象的符合。這一重的規(guī)環(huán)就代表著天空中日、月、五星的運(yùn)行軌道。最里面則是四游儀，它主要由一根窺管和與其同一個(gè)平面的雙重規(guī)環(huán)組成，此平面和窺管都可以自由移動(dòng)，以對(duì)準(zhǔn)天空中具體的天體位置。多重圓環(huán)的結(jié)構(gòu)是渾儀主要的觀測(cè)部件，其下方一般是用于支撐的四個(gè)腳柱組成的云架，和一個(gè)用于校準(zhǔn)水平的底座。自李淳風(fēng)的黃道渾儀之后，渾儀的結(jié)構(gòu)就以三重結(jié)構(gòu)為主(見圖2)，它的多重結(jié)構(gòu)也反映了古人對(duì)于所處宇宙的認(rèn)識(shí)。在此之后渾儀的改良也主要集中于規(guī)環(huán)的調(diào)整或者一些觀測(cè)細(xì)節(jié)上的改變。

圖2 中國(guó)科學(xué)技術(shù)館西廣場(chǎng)的三重渾儀展品

二、 實(shí)測(cè)與模型的矛盾：宋代四大渾儀的探索與改良

渾儀的宇宙模型變得極度復(fù)雜化之后，對(duì)實(shí)測(cè)功能產(chǎn)生了影響，實(shí)測(cè)與模型之間便出現(xiàn)了矛盾。北宋是中國(guó)古代渾儀制作最多的朝代，同時(shí)也是改歷最頻繁的朝代，不斷地改歷也催生了對(duì)天文儀器精準(zhǔn)性的需求。沈括在任司天監(jiān)官員期間就提出：天文院和司天監(jiān)經(jīng)常暗中合謀，并沒有進(jìn)行實(shí)際的觀測(cè)[2]107。沈括對(duì)于儀器制作并用于實(shí)測(cè)的重視程度很高，這也是他潛心研究寫出儀器“三議”的重要原因(3)“三議”分別為《渾儀議》《景表議》《浮漏議》。。四大渾儀的制作者是如何處理這個(gè)矛盾，他們制作的渾儀又各有何特征？

(1) 韓顯符與至道渾儀

宋初天文管控嚴(yán)格，天下懂天文的人都需要到首都為皇家服務(wù)，而韓顯符、張思訓(xùn)等人就被召集并參加考試，后來(lái)韓顯符成為一名天文官員，并主持制作了這臺(tái)至道渾儀[4]。至道渾儀是宋代四大渾儀中結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，且唯一的一臺(tái)非三重結(jié)構(gòu)的渾儀。沈括在《夢(mèng)溪筆談》中描述這臺(tái)渾儀的時(shí)候說(shuō)道：“司天監(jiān)銅渾儀，景德中歷官韓顯符所造，依仿劉曜時(shí)孔挺、晁崇、斛蘭之法，失于簡(jiǎn)略?！盵2]67這臺(tái)渾儀沒有采用唐代渾儀的制作方法，而是依據(jù)唐之前孔挺、晁崇、斛蘭等人的方法。在《宋史·天文志》中詳細(xì)記載了這臺(tái)渾儀的結(jié)構(gòu)：雙規(guī)、游規(guī)、直規(guī)、窺管、平準(zhǔn)輪、黃道、赤道、龍柱、水臬。這是一臺(tái)兩重結(jié)構(gòu)的渾儀，其主要觀測(cè)部分由兩個(gè)部件組成，一個(gè)是游儀(包含游規(guī)、直規(guī)、窺管)，另外就是直接組合起來(lái)的多個(gè)圈環(huán)(包含雙規(guī)、平準(zhǔn)輪、黃道、赤道)。這和晁崇、斛蘭渾儀的結(jié)構(gòu)一致，外部圈環(huán)并未分為六合和三辰兩部分，因此沈括也在《渾儀議》中描述了：“司天銅儀，黃、赤道與纮合鑄，不可轉(zhuǎn)移，雖與天運(yùn)不符?！盵15]959這臺(tái)渾儀的黃道、赤道和地平環(huán)是合鑄在一起的，無(wú)法移動(dòng)，因此也并未在渾儀中加入李淳風(fēng)新增的白道環(huán)。這臺(tái)渾儀未增加白道環(huán)是因?yàn)槠渲谱鞣椒ň臀匆罁?jù)李淳風(fēng)三重渾儀的制作之法，所以也不應(yīng)認(rèn)為是韓顯符在設(shè)計(jì)上主動(dòng)簡(jiǎn)化白道環(huán)。但他在至道渾儀上首次設(shè)置“地盤平準(zhǔn)輪”、在“游規(guī)”中設(shè)計(jì)“二直矩”以?shī)A窺管，明確提到定天極高度問(wèn)題，為后世渾儀的制造提供了創(chuàng)新之法[4]。

(2) 周琮、舒易簡(jiǎn)與皇祐渾儀

周琮雖在司天監(jiān)工作四十余年，但他不是進(jìn)士，而是司天監(jiān)的一名歷算官員。他由于推算準(zhǔn)確，奉命與舒易簡(jiǎn)等人制作皇祐渾儀。皇祐渾儀是仿制于唐代渾儀的。在《宋史·律歷志九》中記錄了這臺(tái)渾儀的情況，并在其后附上了具體的結(jié)構(gòu)：

“真宗祥符初，韓顯符作渾儀，但游儀雙環(huán)夾望筒旋轉(zhuǎn)，而黃、赤道相固不動(dòng)?；实v初，又命日官舒易簡(jiǎn)、于淵、周琮等參用淳風(fēng)、令瓚之制，改鑄黃道渾儀，又為漏刻、圭表，詔翰林學(xué)士錢明逸詳其法，內(nèi)侍麥允言總其工。既成，置渾儀于翰林天文院之候臺(tái)，漏刻于文德殿之鐘鼓樓，圭表于司天監(jiān)。帝為制《渾儀總要》十卷，論前代得失，已而留中不出。今具黃道游儀之法，著于此焉?！盵15]1743

皇祐渾儀制作完成后被放置在翰林天文院，它的制作完全依據(jù)李淳風(fēng)、梁令瓚的渾儀制法，所以它的結(jié)構(gòu)也和唐代的黃道游儀一致?；实v渾儀也是三重結(jié)構(gòu)，分別是一重六合儀(陽(yáng)經(jīng)雙環(huán)、陰緯單環(huán)、天常單環(huán))、二重三辰儀(璇璣雙環(huán)、赤道單環(huán)、黃道單環(huán)、白道單環(huán))、三重四游儀(璇樞雙環(huán)、橫簫望筒)，底部帶有十字水平槽。整個(gè)皇祐渾儀的設(shè)計(jì)保留了唐代渾儀所有的功能并未做出調(diào)整。所以沈括也評(píng)價(jià)這臺(tái)渾儀：“天文院渾儀,皇祐中冬官正舒易簡(jiǎn)所造,乃用唐梁令瓚、僧一行之法,頗為詳備,而失于難用?！盵2]67沈括認(rèn)為其難用是因?yàn)檫^(guò)多的圈環(huán)導(dǎo)致了渾儀運(yùn)轉(zhuǎn)之難，他在《渾儀議》中進(jìn)行了具體的論述。但皇祐渾儀也在一個(gè)細(xì)節(jié)上進(jìn)行了改變，就是將原來(lái)唐代渾儀測(cè)時(shí)功能的規(guī)環(huán)，從地平環(huán)移至了天常環(huán)：“天常單環(huán)：外圍二丈四寸六分，直徑六尺八寸二分，闊、厚一寸二分。上列十干、十二支、四維時(shí)刻之?dāng)?shù)，以測(cè)辰刻，與陽(yáng)經(jīng)、陰緯環(huán)相固，如卵之殼幕然。”[15]1743唐代渾儀將十二時(shí)辰均勻地刻制在地平環(huán)上的方法實(shí)際上是不準(zhǔn)確的，因?yàn)樘?yáng)的周日運(yùn)動(dòng)實(shí)際上是在赤道平面，地平環(huán)上的投影移動(dòng)速度在全天內(nèi)并不是勻速的。所以皇祐渾儀的這一改進(jìn)，實(shí)際上是讓渾儀的測(cè)時(shí)功能更加準(zhǔn)確了。

(3) 沈括的《渾儀議》與熙寧渾儀

熙寧渾儀是沈括對(duì)渾儀研究的集中體現(xiàn)，也是渾儀簡(jiǎn)化的開端。沈括對(duì)渾儀的研究在他的著作《夢(mèng)溪筆談》卷七、卷八和《宋史·天文志》的“渾儀議”部分有充分的論述，在《宋史·律歷志十三》也記錄了沈括熙寧渾儀制作的過(guò)程：

“渾儀尺度與《法要》不合，二極、赤道四分不均，規(guī)、環(huán)左右距度不對(duì)，游儀重澀難運(yùn)，黃道映蔽橫簫，游規(guī)璺裂，黃道不合天體，天樞內(nèi)極星不見。天文院渾儀尺度及二極、赤道四分各不均，黃道、天常環(huán)、月道映蔽橫簫，及月道不與天合，天常環(huán)相攻難轉(zhuǎn)，天樞內(nèi)極星不見。皆當(dāng)因舊修整，新定渾儀，改用古尺，均賦辰度，規(guī)、環(huán)輕利，黃赤道、天常環(huán)并側(cè)置，以北際當(dāng)天度，省去月道，令不蔽橫蕭，增天樞為二度半，以納極星，規(guī)、環(huán)、二極，各設(shè)環(huán)樞，以便游運(yùn)?！痹t依新式制造，置于司天監(jiān)測(cè)驗(yàn)，以較疏密。七年六月，司天監(jiān)呈新制渾儀、浮漏于迎陽(yáng)門，帝召輔臣觀之，數(shù)問(wèn)同提舉官沈括，具對(duì)所以改更之理?！盵15]1905

沈括對(duì)渾儀的改良對(duì)照的是僧一行、唐令瓚的黃道游儀[3]，他在《渾儀議》一文中具體提出了渾儀改良的十三事。這十三事包括：地理位置與天極對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題、相對(duì)誤差與絕對(duì)誤差問(wèn)題、省去白道環(huán)、瞄準(zhǔn)技術(shù)改進(jìn)、極星與天極、省去天中單環(huán)、三辰儀組裝與讀數(shù)方法、三辰儀規(guī)環(huán)組裝順序、移動(dòng)銀丁位置、減輕規(guī)環(huán)重量、黃赤道規(guī)環(huán)組裝與讀數(shù)方法、移動(dòng)黃赤道規(guī)環(huán)位置、向下移動(dòng)地平環(huán)。沈括對(duì)渾儀的改良更加注重如何提高儀器在實(shí)測(cè)中的精準(zhǔn)性、便利性。他雖沒有突破渾儀原有三重結(jié)構(gòu)，但省去了規(guī)環(huán)、調(diào)整了規(guī)環(huán)位置、改變了某些部件結(jié)構(gòu)、減輕了整個(gè)渾儀的重量[16]。與至道渾儀仿晁崇、斛蘭舊制、皇祐渾儀依黃道游儀而制不同，熙寧渾儀已經(jīng)在原有的儀器制作范式上實(shí)現(xiàn)了突破。渾儀作為一件象天儀器，每個(gè)規(guī)環(huán)都在天空中有對(duì)應(yīng)的概念，沈括大膽地省去了一些規(guī)環(huán)，開始了從儀器注重“象天”到注重實(shí)測(cè)的轉(zhuǎn)變。

(4) 蘇頌的元祐渾儀與水運(yùn)儀象臺(tái)

蘇頌、韓公廉的元祐渾儀是水運(yùn)儀象臺(tái)的一部分，水運(yùn)儀象臺(tái)是一架“與天協(xié)同”的儀器[17]，元祐渾儀最重要的特點(diǎn)就是能在傳動(dòng)系統(tǒng)的帶動(dòng)下能實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)化式”的觀測(cè)。《新儀象法要》一書中詳細(xì)記載了水運(yùn)儀象臺(tái)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)、尺寸和設(shè)計(jì)思路等(見圖3)，其中卷上的內(nèi)容就是渾儀(見圖4)。在渾儀部分有記載：

圖3 《新儀象法要》中水運(yùn)儀象臺(tái)整體構(gòu)造圖[18]85

圖4 《新儀象法要》中元祐渾儀構(gòu)造圖[18]15

“今則全用淳風(fēng)三重之制，而于三辰儀上設(shè)天運(yùn)環(huán)，以水運(yùn)之。水運(yùn)之法始于漢張衡，成于唐梁令瓚及僧一行，復(fù)于太平興國(guó)中張思訓(xùn)。公廉今又變正其制，設(shè)天運(yùn)環(huán)下，以天柱關(guān)軸之類上動(dòng)渾儀，此新制也?！盵18]17

元祐渾儀采用的依舊是唐代三重渾儀的方法，儀器分六合儀、三辰儀和四游儀三重。但元祐渾儀在唐三重渾儀的結(jié)構(gòu)之上也有一些變化，首先是它增加了兩個(gè)單環(huán)：

“右四象單環(huán)，今之所創(chuàng)也。附于三辰儀南北極末，與南天運(yùn)環(huán)黃赤道東西交相結(jié)，今兩交無(wú)低墊之患，隨天運(yùn)環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)與天符合。”[18]35

一個(gè)是增加了四象單環(huán)，起到的是固定連接作用，配合天運(yùn)單環(huán)使渾儀運(yùn)轉(zhuǎn)。

“右天運(yùn)單環(huán)，亦今所創(chuàng)也。附于三辰儀，居黃道之南，環(huán)外周設(shè)四百七十八牙距，下與鰲云中天轂相銜。其最下動(dòng)樞輪軸一牙，上動(dòng)天柱一牙，距乃上轉(zhuǎn)天運(yùn)環(huán)一距。天運(yùn)環(huán)轉(zhuǎn)則三辰儀與環(huán)俱動(dòng)，以象天運(yùn)，無(wú)窮舊。三辰儀未有水運(yùn)，故無(wú)此環(huán)，今創(chuàng)為之。其四百七十八牙距即仿用周天度分之法?！盵18]36

另一個(gè)是增加了天運(yùn)單環(huán)。它位于三辰儀之上，環(huán)下還帶有一些部件，其目的是利用水流帶動(dòng)，借助此環(huán)來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)渾儀。

其次，元祐渾儀將黃道環(huán)改為了雙環(huán)。蘇頌認(rèn)為原來(lái)黃道單環(huán)的渾儀，不能完整觀察到太陽(yáng)?！敖褚酝灿邳S道雙環(huán)中，全見日體，若仰窺太陽(yáng)隨天運(yùn)轉(zhuǎn)，則太陽(yáng)適周于雙環(huán)之內(nèi)?！盵18]34-35現(xiàn)在將黃道改為雙環(huán)，太陽(yáng)就會(huì)在黃道雙環(huán)內(nèi)運(yùn)動(dòng)，可以看到太陽(yáng)全貌。

最后，元祐渾儀中也沒有設(shè)置白道環(huán)(見圖5)。蘇頌在設(shè)計(jì)元祐渾儀之時(shí)，用的是淳風(fēng)之制，但在《新儀象法要》中并未提到未設(shè)白道之事。筆者認(rèn)為元祐渾儀強(qiáng)調(diào)的就是通過(guò)“水運(yùn)”來(lái)實(shí)現(xiàn)觀測(cè)的“自動(dòng)化”，而非人力操作，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量的精準(zhǔn)。蘇頌也在《進(jìn)儀象狀》中說(shuō)道：“至于測(cè)候，須人運(yùn)動(dòng)，人手有高下，故躔度亦隨而移轉(zhuǎn)，是致兩競(jìng)各指得失，終無(wú)定論?！盵18]6但是帶有白道環(huán)的渾儀，需要不斷地通過(guò)人來(lái)移動(dòng)白道環(huán)，相當(dāng)于是周期性的重復(fù)組裝，明顯和水運(yùn)儀象臺(tái)的理念不合。

圖5 “蘇頌水運(yùn)儀象臺(tái)的科學(xué)原理研究”項(xiàng)目組復(fù)原的元祐渾儀模型

三、 當(dāng)代視角下渾儀展示的意義與影響

目前渾儀在我國(guó)多座科普?qǐng)鲳^中作為反映古代科技文明的重要展品進(jìn)行展出。上文講述到的水運(yùn)儀象臺(tái)是中國(guó)古代天文儀器制作中的巔峰之作(見圖6)，它集渾儀、渾象和報(bào)時(shí)機(jī)構(gòu)于一體，元祐渾儀作為水運(yùn)儀象臺(tái)的一部分，往往和這件大型的古代裝置一起被陳列。在中國(guó)科技館的華夏之光展廳展覽有1∶2大小復(fù)原的水運(yùn)儀象臺(tái)展品；在制作者蘇頌故鄉(xiāng)福建同安的同安科技館，以及北宋都城所在地，今河南開封的開封博物館中也復(fù)原了1∶1大小的水運(yùn)儀象臺(tái)展品。在中國(guó)臺(tái)灣的臺(tái)中自然科學(xué)博物館中的1∶1大小復(fù)原的水運(yùn)儀象臺(tái)模型，是世界上第一座功能完備且依據(jù)原尺寸而建的木樣模型；在臺(tái)南的樹谷生活科技館中，也設(shè)置了水運(yùn)儀象臺(tái)的展品，但這里的展品只有水運(yùn)儀象臺(tái)的核心樞輪及控制系統(tǒng)部分，包括水運(yùn)系統(tǒng)和水輪秤漏裝置，以青銅制作，這相較于完整結(jié)構(gòu)的水運(yùn)儀象臺(tái)而言，能讓參觀者更能直觀地了解其中的原理。

圖6 第28屆國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)大會(huì)期間展出的水運(yùn)儀象臺(tái)1∶3復(fù)原模型(4)圖源：中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)網(wǎng)站http://www.bao.ac.cn/kxcb/kpcg/201309/t20130928_3941778.html。

渾儀是中國(guó)古代天文學(xué)中最為重要的儀器，它的發(fā)展與天文學(xué)中的各項(xiàng)成就密切相關(guān)。中國(guó)有世界上最早的赤道天文坐標(biāo)系，除了在表示形式上存在差異，中國(guó)古代的赤道天文坐標(biāo)系與近現(xiàn)代通用的幾乎完全一致[19]58。赤道測(cè)量坐標(biāo)系在觀測(cè)儀器渾儀中充分使用，渾儀的雛形圓儀就是一個(gè)純赤道式的裝置，成型的三重渾儀中的赤道環(huán)也是用來(lái)測(cè)量赤道坐標(biāo)。隨著數(shù)學(xué)方法的進(jìn)步，在歷法運(yùn)算中能夠?qū)崿F(xiàn)黃赤道坐標(biāo)更加精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，這讓渾儀在構(gòu)造上得到了突破，直接取消黃道環(huán)，通過(guò)赤道式的裝置獲取位置，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為黃道坐標(biāo)。這也是后來(lái)郭守敬成功制作簡(jiǎn)儀的重要基礎(chǔ)。郭守敬的簡(jiǎn)儀是一項(xiàng)偉大的發(fā)明，它繼承了渾儀原有的測(cè)量天體坐標(biāo)的功能，在結(jié)構(gòu)上被分為了赤道式裝置和地平式裝置兩個(gè)部分，這已經(jīng)和現(xiàn)代天文望遠(yuǎn)鏡的組成原理完全一致。

渾儀的發(fā)展折射出古人對(duì)宇宙認(rèn)識(shí)的累積。渾儀由簡(jiǎn)到繁形成了三重結(jié)構(gòu)，以唐代李淳風(fēng)的渾天黃道儀為典型。宋代渾儀發(fā)展遭遇了瓶頸，到底是在宇宙論的概念下繼續(xù)完備，還是要更加注重實(shí)測(cè)效果？其中四大渾儀在這一發(fā)展當(dāng)中各有特點(diǎn)：至道渾儀不依唐制，而采用太史候部鐵儀的制作方法，是宋代唯一的一個(gè)二重渾儀；皇祐渾儀仿唐代黃道游儀制作，但調(diào)換了時(shí)刻功能的規(guī)環(huán)；熙寧渾儀是渾儀簡(jiǎn)化的重要標(biāo)志，沈括對(duì)渾儀提出了多項(xiàng)改進(jìn)措施；元祐渾儀體現(xiàn)了“與天協(xié)同”的理想，自動(dòng)化的運(yùn)轉(zhuǎn)方式讓其增加了帶動(dòng)圈環(huán)并省去了白道環(huán)。宋代渾儀制作興旺是在國(guó)家文化變革下的具體映射，國(guó)家的支持、機(jī)構(gòu)的改制以及用人制度的變遷都是這一變化背后的原因。

在強(qiáng)調(diào)文化自信的今天，渾儀這樣一件極具中國(guó)古代科技特色的藏品在科技博物館中也應(yīng)有其重要地位。而除了博物館，在首都機(jī)場(chǎng)T3航站樓等場(chǎng)所亦有渾儀模型展示，其象征民族、科技、文化的符號(hào)價(jià)值不言而喻。渾儀的成型也不是一蹴而就，它的每一次改良都蘊(yùn)含了古人的思考，通過(guò)介紹和追溯渾儀發(fā)展的歷史，能夠使得這樣一件展品更加立體。

致謝感謝中國(guó)科學(xué)院大學(xué)孫小淳教授對(duì)本文的指導(dǎo)。