玲珑仪新探

玲珑仪新探 杜昇云 【专题名称】科学技术哲学 【专 题 号】B2 【复印期号】2011年03期 【原文出处】《中国科技史杂志》(京)2010年4期第442,446页 【英文标题】Questioning the Real Nature of the Linglong Astronomical Instrument 【作者简介】杜昇云，北京师范大学 天文系，北京 100875 杜昇云，1938年生，太原人，北京师范大学天文系教授。 【内容提要】 对玲珑仪是传统浑仪或者是假天仪都提出质疑，并认为它是一台创新的浑 仪。 The Linglong astronomical instrument was made by Guo shoujing, the famous ancient chinese astronomer of the Yuan Dynasty. It is widely regarded as an armillary sphere or an artificial Heavens. In this article I propose a third opinion, suggesting that the Linglong is actually a brand new instrument of astronomical observation created by Guo Shuojing. The essay presents reasonable doubts about the conventional ideas, and highlights historical facts that lead to a totally new answer to the old question-what indeed is the Linglong instrument. 【关 键 词】玲珑仪/浑仪/假天仪Linglong Instrument/armiliary sphere/Artificial HeavensEE83UU8499586 中图分类号 N092:P1-092 文献标识码 A 文章编号 1673-1441(2010) 04-0442-05 1 对传统浑仪说的质疑 对于玲珑仪就是传统浑仪的观点，2009年出版的《中国天文学史大系?中国古 代天体测量学及天文仪器》[1](以下简称《大系?天文仪器》)有较详细的综述， 其主要依据是:据记载明末来华传教士利玛窦(Matteo Ricci，1552—1610年)曾 在南京鸡鸣山观象台上看见过4台天文仪器，后又在北京观象台上看见了复制的同 样四仪，从文中可知四台仪器分别是浑象、高表、浑仪和简仪，又知明代南京建都 时是去元大都复制的天文仪器，据此推断玲珑仪当为传统浑仪。 此说难以回答以下问题: (1)《大系?天文仪器》中说郭守敬创制的简仪“克服了传统浑仪上环规众 多，遮住观测视线的缺点，并在零部件、刻度分划上做了许多项重大改进”。浑仪 与简仪功用相同且不如简仪好用，简仪又克服浑仪缺点加以改进。郭守敬为什么会 再造一个他自己就不赞成使用、也无新用途的浑仪呢, (2)更大的难题是传统浑仪与元太史院校书郎杨桓所著《玲珑仪铭》中的描述 完全对不上号，《玲珑仪铭》全文为: 天体圜穹，三辰在中。星虽纪度，天实无穷。天度之数，环周三百六十五度四分度一。因星之步，推日而得，月次十二，往来盈亏。五星参差，进退有期，判为寒暑，分为四时。太史司天，咸用周知，制诸法象，各有攸司。萃于用者，玲珑其仪，十万余目，经纬均布。与天同体，协规应矩，遍体虚明，中外宣露。玄象森罗，莫计其数，宿离有次，去极有度。人由中窥，目即而喻，先哲实繁，兹制犹未。逮我皇元，其作始备，实用于理，匪凿于智。于万斯年，宝之无坠。 仅由“十万余目，经纬均布”，“人由中窥，目即而喻”两句，就可知它绝非传统浑仪。 (3)与元末明初叶子奇所著《草木子》中的记载对不上号，该书中说玲珑仪“镂星象于其体，就腹中以观之”，易见其不是传统浑仪。 但对利玛窦所见却可以给出解释。他所见四仪中确实有浑仪，也确实从元大都复制，但浑仪复制的不是郭守敬制造的，最大的可能是从金中都天文台上复制的宋皇韦占浑仪。《元史?郭守敬传》中有: 至元十三年(1276年)„„守敬首言:“历之本在于测验，而测验之器莫先仪表。今司天浑仪，宋皇祜中汴京所造，不与此处天度相符，比量南北二极，约差四度;表石年深，亦复欹侧。” 说明郭守敬接受编制新历任务后，急于测试，并亲自试用了这台宋皇祐浑仪，不但发现它在北京不能使用，也发现了它的其它缺点，所以创建简仪、高表。大约在郭守敬考察皇祐浑仪的前后，元初还有一位吴师道在一首《九月廿三日城外纪游》诗中写下: „„故桥旧市不复识，只有积土高坡陀。城南靡靡度阡陌，疏柳掩映连枯荷。清台突兀出天半，金光耀日如新磨。玑衡遗制此其的，众植环倚森交柯。细书深刻皇祐字，观者叹息争摩挲。司天贵重幸不毁，回首荆棘悲铜驼„„。 其中清台即金中都天文台遗址。这些史料表明，明初从南京来的人可能见到幸存的宋浑仪。明初复制仪器与制历无关，他们只是作为皇家重要礼器对待的，遵循古制是他们考虑的基本原则。 2 对假天仪说的质疑 认为玲珑仪是假天仪的学者甚多[2]，《大系?天文仪器》的作者也是其中之一，主要理由有三，一是与《玲珑仪铭》记载较相符合;二是与《草木子》一书记载相符合;三是命名玲珑仪有“空明貌，雕镂交疏空明”的意思。 此说难以回答以下问题: (1)假天仪演示天象与浑象完全相同，只是更逼真一些，对司天台上的工作人员来说，浑象已经足够使用，无需用更麻烦的假天仪，在司天台上制定观测纲要，需使用浑象，也十分方便，所以司天台上不需要安置假天仪。 (2)郭守敬的原则是“历之本在于测验，而测验之器莫先仪表”。在当时制历紧张工作的情况下，郭守敬怎么会花时间制作一个与测验无关的仪器呢,郭守敬没有时间也没有兴趣去做假天仪，它放在司天台上只是累赘。 (3)假天仪与《玲珑仪铭》文不相符合，如“制诸法象，各有攸司，萃于用者，玲珑其仪”，说的是所制仪象都各有专用，而其中最好用的测量仪器是玲珑仪。假天仪怎能承受这样的美誉,假天仪说难以成立。 3 玲珑仪还有可能是什么仪象 如果玲珑仪既不是传统浑仪，又不是假天仪，它还可能是台什么仪器,这台仪器至少应当满足以下条件:第一，它是测验仪器而不是演示仪器;第二，它应当和《玲珑仪铭》及《草木子》的记载相符合;第三，它是能测得郭守敬制历急需数据并能达到较高精度的测量仪器。 据《元史》记载，从公元1276年提出通过仪表测验后制历，至1280年完成新历并于次年颁行《授时历》，但需用铜铸造仪器的样式是新历即将完成的1279年进上的，这些铜仪直到1289年才得铸成，可见铜仪铸成是授时历颁行近10年后的事。这就是说，郭守敬进行测验的仪器是应急制造，并非后来矗立在司天台上的铜铸仪器，其中曾在测验中使用过的一些仪器，后来并未铸成供长期使用的仪器，玲珑仪(图1)当属其中的一台。 图1 玲珑仪示意图 1 北支撑柱 2 南支撑柱 3 极轴轴承 4 极轴 5 地平环 6 子午环 7 天赤道 8 窥规(望筒) 9 球内观测者在吊篮上 10 经纬密织的透明球体 11 挂吊篮轮 据《元史》记载，郭守敬等“作浑天象，象虽形似，莫适所用，作玲珑仪”，浑天象成，虽然它能在外形上演示天象，却不能适用于测量，所以才制造类浑象却能用于测验的玲珑仪，按照这个思路，玲珑仪应是一台球笼式浑仪[3]，由示意图可见，它形体高大，类似简仪的赤道式结构，子午线上北高南低的两个支架，将直径在3米左右的大球悬在空中，固定在支架轴承上的球的轴线与极轴平行，使整个球与轴可以慢速旋转。球笼是在球形骨架上用金属网按经纬方向密集编织焊接而成的透明球体，骨架可以是均匀分布的几根较粗金属纬线和28根较粗金属经线焊成的球形骨架，有很好的承重力。球笼上开有可钻进一人的小门，观测者进去后可站在挂在轴上的吊篮内，吊篮挂吊在轴上，根据齿轮走的位置悬挂吊篮。球内窥视与球体同轴同心。球体上赤道将球体平分，向北向南每10?有一根粗纬线，向左向右大约每一宿占一格。再细的读数要在细丝编的经纬网上读取。球体外有一子午圈固定在南北两支架上，地平圈同样固定在支架上，上划有方位度数。在子午圈上，刻有一个象限的纬度刻划，这些度刻都比较精细。这台仪器观测时需要多人合作，有推动让球缓慢旋转的助手，有根据球内观测者窥规所指方位，在球面上做标记的多位助 手，这是因为标记位置可能需要站在特制的梯子上进行。白天观测太阳做标记以后，还可以通过行星过渡，观测恒星并做出标记，据《元史》记载，郭守敬做过木星偕日出的观测，用木星过渡，可得恒星相对于太阳的位置。时间长了，球面上就会缀满天体，出现“玄象森罗，莫计其数”的景象。 对于玲珑仪，由示意图可以看出它是一台可用于实际观测的测量仪器，并且完全符合《玲珑仪铭》和《草木子》有关文献记载的描述，可以形象地称为球笼式浑仪，是完全不同于传统浑仪的新型浑仪。最关键的问题是郭守敬为什么要设计制作这么一台前所未有的新仪器呢,它能给出郭守敬制历急需的哪些基本数据,下面我们做一简要分析。 清代梅文鼎称赞说:“授时历不用积年，一凭实测，故自元迄明，承用三四百年而无大差。以视汉、晋、唐、宋之屡差屡改，不啻霄壤。故曰授时集诸家之大成。盖自西历以前，未有精于授时历者。”《中国天文学史大系?中国古代历法》(以下简称《大系?历法》)中又说:“授时历的另一项重要改革，是采用实测历元法，即由实测得到某年东至时刻以及各有关天文量与该东至时刻的时距(或度距)，由此可得有关天文量各不相同的起算点，从而由传统的上元历元法的弊病中解脱出来，这有助于提高有关历法问题计算的精度。”[4]郭守敬确实急需实测某年的冬至时刻。 玲珑仪完成上述观测有独到的优势。春分与秋分日，太阳位于黄道与赤道的交点上，所以春秋分附近开始观测太阳正好到达赤道上的时刻，并将太阳标记放在该点上，得到黄道上的两个点。无论在冬至或夏至日，观测距二分点90度的地方太阳的位置，并予以标记，就得到二至点之一，有三个点就唯一地确定了黄道，可以用黄色圈固定在球笼上。从某一天太阳中天开始，记录下日期，时刻，并由球外助手在太阳位置放一标记，此后每日太阳中天都做观察，一年以后，球面上的太阳标记组成当年实测黄道，也校正了由二分点和一至点三点定出的黄道，从而取得当年精确的分至时刻。由观测记录可以得到太阳每日的实行度和一年之中不均匀运动的实际测量。球面上有了冬至点确切位置，通过行星过度就可测得二十八宿距星及其它恒星与冬至点之间的角距，从而得到恒星位置的绝对测量值，完全无需从前人的恒星观测资料相对观测再归算的过程，也比相对测量法要更加精确。观测所标记的太阳、月亮、行星和恒星，都可以白天在球面上仔细量度，这时玲珑仪就象一台大天球仪，因为球的直径大，所以测量误差相对要小一些。 同样原理，也可以将一个月月亮运行的情况标志在球面上，在恒星背景上，从玲珑仪球上既可以看出实测冬至点所在宿的位置，还可以看出每天日月所在宿次，创造了月离宿次的精确测量法。《大系?历法》中说:“郭守敬授时历的日躔表与传统日躔表以一节气设一横向栏不同。它是以一日设一栏，计365栏。”事实上玲珑仪球面上有一年中每一天太阳的位置，一日一栏是实测的结果。 北齐张子信最早发现日行不均匀，皇极历后各历均给出太阳不均运动改正表。而玲珑仪却可用于测量每天太阳在相同的时间里实际运行的度数，将太阳运动的不均匀性在一年的时间里完整地测量出来。《大系?历法》中说:“授时历认为太阳在冬至点速度最高，在夏至点速度最低。并根据实测得出，在冬至前、后，太阳只用88.91日就在天球上走一象限91.31度„„在夏至点前或后，需要93.71日太阳运行一象限。”在玲珑仪上取得这些数据并不困难。 仅举以上几例即可看出《玲珑仪》在制订《授时历》中发挥了极为重要的作 用，也不是其它仪器可以取代的。难怪杨桓说“萃于用者，玲珑其仪”。玲珑仪构思奇特，实现了仪象合一，前无古人，后无来者，确实是郭守敬的一个伟大创造。这么好的仪器为什么没有再造一个可以永久使用的铜铸仪呢,一是这项基础测量完成后，以后只需相对测量即可，在相当长时间内无需重做绝对测量。二是此仪缀上日、月、星后其功用与浑象完全相同，使用浑象更为简便。三是此仪观测繁琐，需要多人配合进行测量，骨架也会遮挡视线，不是急需，无需用它观测，四是完成测量后此仪可能已有部分破损或变形，不属于需要长期使用的仪器，到明初派人去元大都司天台时，玲珑仪早已不复存在。 一台球笼式浑仪为什么起名玲珑仪呢,据推理，灵巧的球笼仪可简称灵笼仪，取谐音而得玲珑仪也未尝不可，玲珑有剔透之意，又很符合其实际构造，应该说这个名称确实起的很好。《大系?天文仪器》说玲珑意含“空明视，雕镂交疏空明”也是很好的释意。 收稿日期:2010-09-13 【参考文献】 [1]吴守贤，全和钧(中国古代天文测量学及天文仪器[A].中国 天文学史大系[Z].北京:中国科学技术出版社，2009. [2]李迪(对郭守敬玲珑仪的初步探讨[J].北京天文台台刊， 1977,(13). [3]杜昇云(玲珑仪新说[A].郭守敬诞辰70周年国际纪念活动文 集[C].北京:人民日报出版社，2003.12. [4]张培瑜(中国古代历法[A].中国天文学史大系[Z].北京:中 国科学技术出版社，2009.NU9