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最早的天文仪器
——浑仪

中国是最早进行天文观测的民族之一。2001年在河南舞阳贾湖发掘的裴李岗文化遗址中发现了早在8000年以前的贾湖契刻符号（图3），这是中国最早的，也是世界上最早发明的一种真正的文字符号。从那个时候起，中国古人就开始在一些陶器上记录一些重要的天文现象。在公元前2400年左右，契刻符号进化为甲骨文，开始大量出现在龟甲之上（图4）。我国已经出土了大量用甲骨文记录的古代天文现象的资料，这些记录是人类最早的天文观测资料。中国最早的月食记录出现于公元前2136年，最早的超新星记录出现于公元前1054年。

公元前1800年左右，在阿拉伯古巴比伦流域也出现了一些刻有天文图像的陶板。古巴比伦人是太阳的崇拜者，他们采用的坐标系是黄道坐标系。黄道是从地球上看到的太阳运动轨迹。采用黄道坐标系不能真正反映天上恒星的运动规律。古希腊当时是一个落后、贫穷、人口很少的国度。它的历史记录非常不完整，不连续，也不存在强有力的考古证据。然而在公元12世纪以后，基于某种原因，竟然一下子冒出很多古希腊在公元前各学科的巨匠以及他们所书写的长篇巨著。时隔十多个世纪，后人竟然完全了解前人所使用的所有专业术语。在那个时代，没有纸张，生产力水平很低，文化不发达，不普及，人的寿命非常短。又如何在几百张羊皮上一笔一画地完成这些大卷本的专门巨著，人们如何保存这些体积庞大的作品。这些直到现在仍然无法解释清楚。古希腊的这些成就常常又不断地被当代国际学术界一再抬高，而中国古代的天文成就则常常被忽视。这种“言必称希腊”的现象，不能不说与西方文明及西方宗教的排他性有着直接的联系。

圭表（图5）是古人类发明的最早的天文观测仪器，它是用来测量太阳在天空中实际位置的一种仪器。根据中国史书记载，早在黄帝纪年以后，中国的各个朝代就设有专门的司天官，以负责对天文现象的观察、测量和解释。这个职务称为羲和之官。羲和之官常年使用圭表来测量太阳影子的长度和方向，记录各种重要的天文现象。到公元前700年，利用影子来测量太阳位置的仪器在中国已经十分普遍，甚至还出现了专门用于精确测量太阳影子的城堡式天文塔。

古人对星空的观测也是用肉眼进行的，渐渐地，开始借助于一些固定的地标来进行恒星方位的测量。后来，人们发明了一种非常巧妙地将圆环竖立起来的天文仪器——浑仪。公元前4世纪，我国史书中就有了“立圆为浑”的记载。这里的“浑”就是世界上最早的恒星测量仪器——浑仪。

最初的浑仪非常简单，只有两个互相垂直的圆环，一个圆环和地球赤道面平行，另一个圆环和这个圆环面相垂直。和地球赤道面平行的圆环是固定的，上面有方位刻度，称为赤经圈。而另一个圆环则可以在赤经圈轴线上进行旋转，对准不同的方位，称为赤纬圈。通过浑仪观测，可以更精准地确定恒星在赤道坐标上的位置。中国古代的浑仪使用的是赤道坐标。这种赤道坐标准确地反映了地球自转运动对恒星视运动的影响，利用这种坐标所编制的星表后来成为公认的国际标准星表。

西方浑仪与中国浑仪非常相似，不同的是，他们一直沿用巴比伦的黄道坐标系。他们所采用的固定圆环平行于太阳视运动的黄道面，和地球自转的赤道面有一个固定的角度差。这个错误的基准和恒星视运动的轴线不垂直。因此所记录的恒星位置不准确。直到公元13世纪后，第谷才开始使用在赤道坐标系上标注的恒星位置。

在中国古代的浑仪中，有一根通过圆环中心的窥管，通过这根管子可以精确地确定恒星的位置。在《庄子》中有“以管窥天”的说法。浑仪中使用窥管这一事实充分说明在当时不但天文观测十分普遍，而且窥管已经为很多非天文专业的学者所熟悉。窥管本身是一种十分科学的天文观测仪器，借助于管壁，它提高了观测的分辨率，避免了天空背景光的干扰，提高了观测的精度，是世界观测天文学上的一个重大发明。

中国古代对很多天文现象都有准确的记录，公元前600年，中国古人已经知道太阳上存在黑子。这比西方的伽利略提早了约2000年。公元前400年，在春秋战国时期，中国的天文观测成果已经十分丰富，出现了著名的天文学家石申夫和甘德，以及非常重要的8卷本的天文专著《天文星占》。书中列出了几百个重要恒星的位置，这比西方有名的伊巴谷星表要早约300年。古代中国人将整个圆周按照一年中的天数划分为365又1/4度，十分接近现代所用的一个圆周360度的系统。这种圆周分度的方法也说明了古中国人对太阳视运动的观测已经十分精确。

经过一段时间的演变，由于测量的需要，浑仪（图6）变得越来越复杂，不但增加了地平环，而且增加了黄道环和白道环。黄道环是在东汉中期，大约公元30到100年之间增加的。在浑仪中，赤道环和地球的赤道面平行。所有恒星的周日视运动都是和赤道环平面相平行的。而太阳在恒星背景上的视运动（黄道）和赤道面有一个大约23度的交角。后来在唐朝初期，浑仪上又增加了代表月亮视运动的白道环。每增加一个环，它就会挡住一部分天区，使仪器用起来很不方便。

在中国古代的天文观测中，太阳和月亮的运动规律、恒星在天球上的固定位置、行星的相对不规律的视运动、彗星的突然出现，以及超新星的瞬间爆发都是天文观测的重点。中国的天文历史资料完整地保存了对这些现象的连续观测记录。这些记录从公元前6世纪一直延续到当代，成为人类天文观测的重要基本资料。中国古代的天文学家对很多天文现象也具有十分精辟的见解。他们很早就建立了非常精确的以天文观测为基础的阴阳历法。这些历法的精度大大超过了同时期的各种西方历法。