周杏芝

你知道嗎？在中國古代天文學(xué)的發(fā)展中，歷法的修訂離不開天文觀測儀器的革新。

元代初期對元代政治體制、典章制度奠定發(fā)揮了重大作用的政治學(xué)家劉秉忠曾諫言：“見行 遼 歷，日月交食頗差，聞司天臺改 成新歷。未見實(shí)行。宜因新君即位，頒歷改元。令京府州郡置更漏，使民知時(shí)?！币虼耍?276年，元世祖忽必烈組織太史局（后改名太史院）修訂新歷法，即后來的《授時(shí)歷》，并由王恂、郭守敬等人主持相關(guān)工作。

“歷之本在于測驗(yàn)，而測驗(yàn)之器莫先于儀表?！毙抻喰職v法前，需要對天象進(jìn)行大規(guī)模觀測，從而獲取最新數(shù)據(jù)。然而，舊渾儀因運(yùn)輸及存放不當(dāng)，早已無法進(jìn)行天文觀測，而且受限于多環(huán)結(jié)構(gòu)，使用渾儀觀測天體極易被環(huán)道遮擋視野。于是，郭守敬通過簡化沈括改良的渾儀，創(chuàng)制出全新的天文觀測儀器，并命名為“簡儀”。

簡儀主要由兩組互相垂直的大圓環(huán)組成。直指北天極的圓環(huán)是四游環(huán)，與之垂直的是平行于天體赤道的赤道環(huán)，以及平鋪在地的陰緯環(huán)和垂直于此的立運(yùn)環(huán)。簡儀底座是個(gè)長方形框架，由龍柱和云柱支撐四游環(huán)、赤道環(huán)和百刻環(huán)。赤道環(huán)在百刻環(huán)內(nèi)游動，四游環(huán)則架在南北極軸間旋轉(zhuǎn)。百刻環(huán)與赤道環(huán)的咬合面上有4個(gè)小圓柱體用以減少摩擦，是世界上最早使用的柱式滾動軸承。

與渾儀的多重圓環(huán)結(jié)構(gòu)相比，簡儀取消了黃道環(huán)及非必要的支架環(huán)圈，只保留赤道裝置（赤道經(jīng)緯儀）和地平裝置（立運(yùn)儀），設(shè)計(jì)更簡單。赤道裝置的四游環(huán)和赤道環(huán)裝在上部，地平裝置的立運(yùn)環(huán)和陰緯環(huán)另設(shè)于北端，以此解決渾儀的多環(huán)掩映問題。

此外，簡儀的百刻環(huán)細(xì)化了刻度劃分。百刻環(huán)上的刻度分為初、正兩部分；每部分各自等分6份，1份1刻；每刻又分3大格、1小格，大格內(nèi)均分10份，小格則分6份；“初”“正”外還各加1小格，每小格同分6份。圓環(huán)有360度，一天12時(shí)辰，1時(shí)辰的區(qū)間就是30度。環(huán)上每時(shí)辰的刻度被劃為300等份，即刻度最小值是1/10度。在此之前，渾儀只能量到1/4度，可見簡儀的解析能力有了顯著提高。

簡儀的 作用有三種：測 量 天 體 的 地平坐標(biāo)、赤道坐標(biāo)以及真太陽時(shí)。

第一，測量地平坐標(biāo)用地平裝置。立運(yùn)環(huán)被設(shè)置于云柱下垂直轉(zhuǎn)動，陰緯環(huán)則垂直平放于立運(yùn)環(huán)底部。兩環(huán)均有刻度，以界衡與窺衡對準(zhǔn)目標(biāo)天體，即可在刻度上讀出天體的地平方位角與天體高度。

第二，測量赤道坐標(biāo)用赤道裝置。赤道環(huán)和四游環(huán)都有周天度數(shù)，且四游環(huán)安裝了內(nèi)藏十字絲的窺衡，相當(dāng)于單鏡筒望遠(yuǎn)鏡。轉(zhuǎn)動四游環(huán)并移動窺衡位置就能觀測天體，從而獲取去極度和入宿度，最后得知天體的赤道坐標(biāo)。

第三，測真太陽時(shí)用百刻環(huán)。真太陽時(shí)是以太陽位置為標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間系統(tǒng)。當(dāng)太陽視圓面中心連續(xù)兩次升至正空，即1真太陽日，12時(shí)辰。百刻環(huán)有讀取時(shí)辰的功能，用窺衡對準(zhǔn)天體，再讀取刻度數(shù)據(jù)，即可得知真太陽時(shí)。

簡儀是中國天文儀器發(fā)展史的重要革新，但遺憾的是郭守敬制作的簡儀未能留存下來。那臺簡儀原置于大都司天臺，曾被遷至雞鳴山觀測臺，后于1668年運(yùn)回北京，卻在1715年被供職欽天監(jiān)的法國傳教士紀(jì)理安以鑄地平經(jīng)緯儀為借口，故意當(dāng)作廢銅熔掉。因此，現(xiàn)存最古老的簡儀是1437年制作的仿制品，為明清兩代欽天監(jiān)所用。

然而，1900年八國聯(lián)軍侵華，明制簡儀在12月12日被拆卸運(yùn)往東交民巷的法國外交使館，至1902年才歸還清政府。其后為了躲避戰(zhàn)火，簡儀又于1933年6月被遷至南京，1934年2月安頓在紫金山天文臺。但因保存不當(dāng)，在80年代初就近乎損毀。南京市政府在1988年對其進(jìn)行修復(fù)，后將它放置在南京紫金山天文臺露天陳列展覽，是現(xiàn)今其他簡儀復(fù)制品的藍(lán)本。

簡儀是后世天文儀器類似裝置的先導(dǎo)，象征著中國古代科技水平之高。它的赤道裝置和地平裝置分別是近代大型望遠(yuǎn)鏡赤道裝置和地平經(jīng)緯儀的原型，窺管中的十字絲則堪稱天文望遠(yuǎn)鏡十字絲的先驅(qū)。簡儀的存在不僅反映了中國古代工藝的偉大成就，也推動了中國天文學(xué)的發(fā)展，具有重要的實(shí)用價(jià)值與歷史意義。