作者 胡翌霖 (清华大学助理教授)
责编 许嘉芩 刘愈
◆ ◆ ◆ ◆ ◆
中国古人没有希腊人那样相信天界永恒不变的信念，相反，天界当然是富有变化的，因而才与人间气运的变化息息相关。
因此中国古代天文学非常重视观测，皇家一般会设置多个观星台（图1），有专门的官员负责每天不间断地观察天空，一个人专门看北边，一个人负责南边，一个人负责天顶等等。一些天象记录需要两个天文台之间互相核对后才会上报，非常严谨。
因此中国古代给世界人民留下了最全的天象记录，特别是日、月食和新星、彗星、流星、太阳黑子等记录。对商朝甲骨文的研究确认了当时的多次月食记录和一次日食记录，最早的在公元前1361年。一块公元前1300年左右的甲骨上记录了一颗新星，被认为是现存最早的新星记录。公元1054年的一次超新星爆发创造了现在的蟹状星云，而这次超新星几乎只有中国的文献中找得到，而且对其方位、亮度和持续时间都有准确的记录。
根据现代天文学家的反推，发现中国古代对于日月食、彗星等天象的记录是非常准确的，不过也有许多漏报，这些缺漏未必是因为观星者的疏忽造成的，因为许多天象意味着“天戒”，是天给予皇室的警示或训诫，因此皇室需要作出反应，及时进行相应的祈禳仪式，皇帝下达罪己诏或者罢免大臣等等，但如果太史官认为此时皇帝不需要训诫，就可以不上报，皇帝没有采取相应的仪式，这一天象可能就不被记录到史书中去了。
▲图1 欧洲学者绘制的中国古代观象台（1737年）
▲图2 周公测影台，位于河南告成，由郭守敬于1276年建造，明代重修。4丈高的表直立在壁龛中，由带有刻度的水平石圭测出影长。台顶上放有水钟、浑仪等器具。
▲图3 中国北京观象台的浑仪（1871或1872年拍摄）
中国的天文观测仪器非常发达，比如至少从汉代的张衡那里就比较完善的“浑仪”（图3），它由标示赤道、黄道等圆圈组成，用以测定天体的方位。浑仪加上演示天体方位的浑象合称浑天仪。浑天仪的制造在宋代达到高峰，苏颂在1086年开始建造的“水运仪象台”（图6.3.4）就是一大标志，水运仪象台集观测、演示、记时、报时为一体，其中的擒纵装置是机械钟的关键部件。
水运仪象台在北宋灭亡之后被金人搬到了燕京，最后被废弃，而南宋时期人们试图根据苏颂的手稿还原仪器，但由于手稿的描述不够详细而无法成功，从此失传。直到建国后王振铎根据手稿和脑补复原了机器。但这一复原是否成功其实是有争议的，因为如果真的按照原始大小复原的话，仪器是很难持续运转的，因此有些现代的复原版本直接用电动机驱动来作演示。这可能有两种原因，一是由于文献描述不精确，现代人还没有找到最好的还原方式；二是苏颂的仪器在当时就不是长期运转的，因为中国古代的天文学活动在许多时候其实是祭祀和仪式活动，一些大型的演示性器具往往只需要在重要的仪式中运转一下，在平时并不是实用的。
后来一些西方传来的机械器物其实也大多被中国皇家当作观赏品，而并不注重其实用价值。
▲图4 苏颂绘制的水运仪象台
顺便提一下王振铎（1911—1992）这个人，其实中国古代的几大奇器都是由他复原的，除了水运仪象台之外，还有指南车、记里鼓车、地动仪和司南。
其中记里鼓车的复原是相对可信的，指南车已经有多套方案，但我们不清楚古人到底用的是哪种机制。至于地动仪（图5）和司南（图6）就相对可疑了。地动仪的情况可能与水运仪象台相似，那就是在当时它也不是真正实用的，可能只是作为某种礼器。而司南更可能是完全无中生有的想象，现代的复原版本中，如果使用天然磁石，无论如何打磨青铜平台，都无法让磁勺克服摩擦力自动旋转。在古代文本中的“司南”很可能指的只是指南车，而根本不是一个磁铁勺。
这里我并不是专门针对王振铎的工作，事实上类似的误会在对中国古代科技成就的复原中经常出现，因为古人的记述往往模棱两可，特别是对技术器物的记载往往只有只言片语，现代人必须借助脑补去复原，这往往就会加入过多的想象。
▲图5
▲图6 王振铎复原的地动仪和司南
中国古代天文学很可能受到过巴比伦天文学的影响，但与西方以黄道为主的定位系统不同，中国古代采取的是以北天极为中心的赤道体系。我们知道在北纬地区，北天极周围的恒星是永不落山的，这些星就叫做拱极星（图7），整个星空看起来就像是围绕北极星在旋转。理所当然地，北极星就对应皇帝，由于观星就是关注帝王的气运，以北极星为中心似乎是顺理成章的事情。中国古人也正是如此给星空定位的。即从拱极星的方位出发延伸到赤道的二十八宿来建立星空的坐标。
一种古老的玉器“璇玑玉衡”（图8）似乎就是通过拱极星来确定方位的一种仪器，当然玉璧已经发展为一种象征性多于实用性的礼器了。
▲图7 延迟曝光拍摄的拱极星
▲图8 璇玑玉衡：把中间的孔对准北极星，微调位置，当相应恒星的恰好从外围锯齿处透光时，璇玑中心就是北天极的位置（北极星的位置与北天极略有偏离）。
【本文摘自《过时的智慧——科学通史十五讲》第六讲 独树一帜：中国科学史专题，上海教育出版社，2016年7月出版。】
▲《过时的智慧——科学通史十五讲》
