《中國(guó)古代科技遺產(chǎn)》（知史叢書(shū)）
作者：戴吾三 張學(xué)渝 王吉辰 等
版本：廣西科學(xué)技術(shù)出版社
2025年6月
北京古觀象臺(tái)，位于北京東城區(qū)建國(guó)門(mén)立交橋的西南側(cè)，是明清兩代和北洋政府時(shí)期的國(guó)家天文臺(tái)。古觀象臺(tái)始建于明正統(tǒng)七年（1442年），前后共承擔(dān)了近500年的天文觀測(cè)任務(wù)，是世界上最古老的天文臺(tái)之一。
1982年，北京古觀象臺(tái)被國(guó)務(wù)院公布為第二批全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位。
觀象臺(tái)上的古天文儀器與遠(yuǎn)處的北京國(guó)際飯店等現(xiàn)代建筑同框，構(gòu)成別樣的時(shí)空。戴吾三 攝
中國(guó)第一座天文博物館
明永樂(lè)十九年（1421年）正月，明朝中央政府正式遷都北京，而天文儀器沒(méi)有隨遷，在北京的欽天監(jiān)官員只能憑肉眼觀測(cè)。明正統(tǒng)二年（1437年），欽天監(jiān)為解決觀測(cè)之需，依據(jù)宋元的天文儀器式樣鑄成了渾天儀和簡(jiǎn)儀，并于正統(tǒng)七年（1442年）選址（貼近元大都城墻的東南角）修筑觀象臺(tái)，又于正統(tǒng)十一年（1446年）增修晷影堂，添置圭表和漏壺，以供計(jì)時(shí)。清王朝建立后，觀象臺(tái)改名為觀星臺(tái)，它不僅是欽天監(jiān)官員進(jìn)行天文觀測(cè)的場(chǎng)所，在康熙年間也曾作為培養(yǎng)天文人才的實(shí)習(xí)基地。
清康熙八年至康熙十二年（1669—1673年），在比利時(shí)耶穌會(huì)傳教士南懷仁（Ferdinand Verbiest）的建議下，經(jīng)康熙帝批準(zhǔn)，欽天監(jiān)仿照第谷式歐洲古典天文儀器，為觀象臺(tái)添置了6件大型青銅天文儀器，分別是黃道經(jīng)緯儀、赤道經(jīng)緯儀、地平經(jīng)儀、象限儀、紀(jì)限儀和天體儀?？滴跷迨哪辏?715年），德國(guó)傳教士紀(jì)理安（Kilian Stumpf）又設(shè)計(jì)并制造了地平經(jīng)緯儀。乾隆九年（1744年），乾隆帝見(jiàn)儀器多為西洋制式，下令讓欽天監(jiān)監(jiān)正戴進(jìn)賢依照中國(guó)傳統(tǒng)渾儀監(jiān)制了“璣衡撫辰儀”。
晚清政權(quán)危機(jī)重重，觀象臺(tái)也未能幸免于災(zāi)難。1900年，八國(guó)聯(lián)軍攻入北京城，聯(lián)軍總司令德國(guó)人瓦德西與法國(guó)將領(lǐng)密謀瓜分古觀象臺(tái)的10件大型天文儀器，包括明代的仿宋渾儀、仿元簡(jiǎn)儀，以及清代增制的8件儀器。
迫于國(guó)際輿論聲討，法國(guó)于1902年歸還了擄走的5件儀器（簡(jiǎn)儀、赤道經(jīng)緯儀、黃道經(jīng)緯儀、地平經(jīng)緯儀和象限儀）。而另外5件被德國(guó)掠走的儀器漂洋過(guò)海，被放置在德皇波茨坦離宮。第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束，中國(guó)要求德國(guó)無(wú)條件歸還古天文儀器。豈料這一正當(dāng)權(quán)益未得到應(yīng)有的回應(yīng)，歸還之事懸置。直到1920年6月，德方歸還的5件儀器踏上歸途，不料船經(jīng)日本又遭扣押。后經(jīng)多方斡旋，直到1921年1月，儀器才終于回到祖國(guó)。同年4月14日，幾經(jīng)顛沛的古儀器回到古觀象臺(tái)，依照原來(lái)布局安放。1931年九一八事變發(fā)生后，考慮到文物安全，國(guó)民政府將明代制成的渾天儀、簡(jiǎn)儀、漏壺（2件）、圭表和清代制成的小地平經(jīng)緯儀，以及折半天體儀（兩件儀器大小均為原件的1/2，故稱(chēng)“折半”）計(jì)7件儀器運(yùn)往南京的紫金山天文臺(tái)，留存至今。而清制八儀因不便拆卸，一直留在北京。世事滄桑，古儀的聚散折射了中華民族的那段悲愴歷史。
辛亥革命后，北洋政府接管古觀象臺(tái)，將其更名為中央觀象臺(tái)，直屬于教育部。1915年，中央觀象臺(tái)首任臺(tái)長(zhǎng)高魯在觀象臺(tái)創(chuàng)辦科學(xué)期刊《觀象叢報(bào)》。1922年，中國(guó)天文學(xué)會(huì)在觀象臺(tái)宣告成立，標(biāo)志著中國(guó)天文學(xué)進(jìn)入了新時(shí)代。隨著佘山天文臺(tái)和南京紫金山天文臺(tái)等現(xiàn)代天文臺(tái)的相繼修建，中央觀象臺(tái)將其近代科學(xué)觀測(cè)儀器盡數(shù)移交給了位于南京的中央研究院天文研究所。至此，觀象臺(tái)觀測(cè)天文的歷史使命畫(huà)上了句號(hào)。
被劫后放置在德國(guó)波茨坦離宮的璣衡撫辰儀（前）、地平經(jīng)儀（左后方）、天體儀（右后方）。北京古觀象臺(tái)存。
1929年古觀象臺(tái)改名為國(guó)立天文陳列館，成為中國(guó)第一座天文博物館。中華人民共和國(guó)成立后，古觀象臺(tái)逐步向公眾開(kāi)放。
走進(jìn)古觀象臺(tái)的院落
北京古觀象臺(tái)東側(cè)原與北京古城墻相連，城墻在20世紀(jì)50年代被拆除，后沿原城墻走向修建了東二環(huán)路。如今這一帶高樓林立，立交橋上車(chē)流不息，地下深處地鐵隆隆。古觀象臺(tái)位置緊鄰建國(guó)門(mén)地鐵站西南出口。放慢腳步，走進(jìn)古觀象臺(tái)的院落，一個(gè)古樸、厚重的世界就此呈現(xiàn)在來(lái)訪者的面前。
古觀象臺(tái)高約14米，臺(tái)頂東西長(zhǎng)23.9米，南北寬20.4米。臺(tái)基比臺(tái)頂寬，最初臺(tái)基用黃土夯筑，后來(lái)四周砌磚。
歲月侵蝕的磚砌臺(tái)階，幾百年間，不知有多少學(xué)者從這里走過(guò)。
拾級(jí)而上，只見(jiàn)高臺(tái)上安放著8件大型銅制天文儀器，造型各異，透著歷史的厚重。為保護(hù)文物，古儀前都加了鐵欄。但有說(shuō)明標(biāo)牌在，游人便能對(duì)各件古儀的功能清晰明了。
紫微殿乾隆手書(shū)“觀象授時(shí)”匾額。戴吾三 攝
高臺(tái)北望，左斜對(duì)面建國(guó)門(mén)內(nèi)大街北邊的高樓是中國(guó)社會(huì)科學(xué)院，再往左是北京國(guó)際飯店，相機(jī)取景框里古今建筑交相輝映，構(gòu)成別樣的時(shí)空。
走下高臺(tái)，進(jìn)入主院。這里曾是古代天文官員的辦公區(qū)，如今，作為正殿的紫微殿已被開(kāi)辟為第一展廳，展示中國(guó)歷史上的天文學(xué)成就和重要天文儀器的復(fù)制品。紫微殿中，懸掛著乾隆皇帝手書(shū)“觀象授時(shí)”匾額。另外還有第二、第三展廳，分別介紹古觀象臺(tái)的歷史和有關(guān)近代天文學(xué)在中國(guó)的傳播歷程。
展示中國(guó)古代天文學(xué)的成就，前面是登封觀星臺(tái)縮微模型，后面是水運(yùn)儀象臺(tái)縮微模型。戴吾三 攝
主院落不大，古槐蔭濃。在第二、第三展廳前分別立有耶穌會(huì)士南懷仁和湯若望的半身塑像。他們300多年前跨洋來(lái)華，面臨的種種困難可想而知。
再按指引，到觀象臺(tái)正南邊。松柏環(huán)繞著一片開(kāi)闊的草坪，中間安放有按原尺寸復(fù)制的青銅簡(jiǎn)儀、渾儀，草坪南邊安放同樣按原尺寸復(fù)制的玲瓏儀。草坪北面立有古代科學(xué)家沈括的塑像，南面立有元代科學(xué)家郭守敬的塑像，令人肅然起敬。
南懷仁，1659年來(lái)華，精研天文歷法，康熙親政后任命他為“治理歷法臣”，執(zhí)掌欽天監(jiān)。戴吾三 攝
飽含前人的科技智慧
古觀象臺(tái)的最大亮點(diǎn)是高臺(tái)上的8件天文儀器，如今，它們依然按清代時(shí)的格局安放，分別是赤道經(jīng)緯儀、黃道經(jīng)緯儀、地平經(jīng)儀、地平緯儀、紀(jì)限儀、地平經(jīng)緯儀、璣衡撫辰儀和天體儀。其中最具代表性的黃道經(jīng)緯儀、天體儀和璣衡撫辰儀，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作精巧，飽含前人的科技智慧。
黃道經(jīng)緯儀
該儀由南懷仁監(jiān)制，主要用來(lái)測(cè)量天體的黃道經(jīng)度和緯度以及測(cè)定二十四節(jié)氣。
黃道經(jīng)緯儀由三層、四圈構(gòu)成。最外層是子午圈，子午圈內(nèi)有一個(gè)通過(guò)兩極的極至圈，極至圈與黃道圈連接，交點(diǎn)為夏至、冬至二至點(diǎn)。黃道的南北極由一根鋼軸貫穿，最內(nèi)層的黃道經(jīng)圈可繞軸旋轉(zhuǎn)，各圈上均設(shè)有觀測(cè)用的游表。整個(gè)儀器由兩根龍柱托起，并以?xún)筛徊媪褐?，四角均安置有螺栓，可以調(diào)節(jié)水平和升降。
如果測(cè)量黃經(jīng)，需要先通過(guò)游表對(duì)準(zhǔn)一顆距星，并將黃道圈固定，再用另一個(gè)游表對(duì)準(zhǔn)被測(cè)量目標(biāo)，讀出兩者之間的距度。測(cè)量黃緯，則需轉(zhuǎn)動(dòng)黃道經(jīng)圈，調(diào)節(jié)經(jīng)圈上的游表來(lái)讀取數(shù)值。
黃道經(jīng)緯儀。戴吾三 攝
南懷仁在設(shè)計(jì)時(shí)將刻度劃分為360度，每度6格，每格對(duì)應(yīng)讀數(shù)為10分。為了讀取更加精確的數(shù)值，他在1度空間內(nèi)劃出一條對(duì)角線，通過(guò)將斜線均分為10等分，解決了一度內(nèi)刻度劃分不均、讀數(shù)困難的問(wèn)題，并將刻度精確到了1分。這種截線分割法是對(duì)歐洲第谷儀器虛線截線法的改進(jìn)，在南懷仁制造的其他儀器中也可以看到。
天體儀
該儀又稱(chēng)天球儀，是南懷仁于康熙年間設(shè)計(jì)制造的6件儀器之一，脫胎于中國(guó)傳統(tǒng)用于展演天象的渾象。該儀不僅可以用來(lái)演示周天恒星的運(yùn)動(dòng)，查驗(yàn)星宿中天位置時(shí)的時(shí)刻，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)黃道、赤道、地平三種坐標(biāo)系的模擬轉(zhuǎn)換。
天體儀的主體部分是一個(gè)直徑6尺、重達(dá)4噸的空心銅球。銅球上鑲嵌有1888顆鎏金銅星，銅星大小對(duì)應(yīng)了1~6級(jí)星等的差異。銅球上刻有赤道環(huán)和黃道環(huán)。自黃赤升交點(diǎn)始，每隔30度標(biāo)明黃道十二宮的節(jié)點(diǎn)與宮名，每隔15度標(biāo)明二十四節(jié)氣名。銅球兩極安置于子午圈的南北極上，兩極之間貫穿一根鋼軸，銅球可以繞軸旋轉(zhuǎn)。北極位置鑲嵌一個(gè)圓形的時(shí)盤(pán)，時(shí)盤(pán)可以隨銅球旋轉(zhuǎn)，以指示時(shí)刻。子午圈下方則有齒輪帶動(dòng)齒弧來(lái)調(diào)節(jié)緯度，黃道、赤道、地平三種坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換由一根1/4圓周的銅弧板完成，上面對(duì)應(yīng)有游表和刻度。
天體儀的制作與裝配工藝繁瑣而復(fù)雜，既涉及1888顆星體鑲嵌投影的精確性，需要在碩大的銅球上找尋形心和平衡，又涉及金屬球面的鏇削工藝、零部件的加工精度以及運(yùn)輸和安裝時(shí)要使用滑輪和絞車(chē)等?？梢哉f(shuō)，中國(guó)傳統(tǒng)的鑄造工藝與西方的冷加工工藝，在這件天體儀上都得到了充分體現(xiàn)。
若利用黃道經(jīng)緯儀、赤道經(jīng)緯儀和地平經(jīng)緯儀分別測(cè)量，那么天體儀就如同一臺(tái)計(jì)算機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)三種儀器所得坐標(biāo)值的轉(zhuǎn)換，互相驗(yàn)證。這大概就是當(dāng)時(shí)南懷仁設(shè)計(jì)該儀的初衷。但如果只借助一件儀器測(cè)量，那么天體儀的轉(zhuǎn)換則可能會(huì)將測(cè)量誤差放大。不過(guò)，多少有些尷尬的是，后人研究發(fā)現(xiàn)，因當(dāng)年工匠的安裝失誤，天體儀一直都無(wú)法測(cè)定黃緯。
璣衡撫辰儀
該儀作為古觀象臺(tái)清制儀器中唯一一件中國(guó)傳統(tǒng)的渾儀，擁有多重標(biāo)志性意義。該儀整體高度在八件儀器中最高（3.36米），設(shè)計(jì)制作時(shí)間最長(zhǎng)（10年），裝飾造型最華麗，造價(jià)最昂貴。
天體儀。戴吾三 攝
璣衡撫辰儀的用法與傳統(tǒng)渾儀相同，核心功能就是測(cè)定天體的赤緯、赤經(jīng)差。而它與傳統(tǒng)渾儀的最大區(qū)別在于將圓周分為了360度，而非中國(guó)傳統(tǒng)的365?度。
璣衡撫辰儀脫胎于傳統(tǒng)渾儀，分內(nèi)外中三層：最外層在傳統(tǒng)渾儀中被稱(chēng)為六合儀，為正立雙環(huán)子午圈和天常赤道圈，但沒(méi)有傳統(tǒng)渾儀中的地平圈；中間一層相當(dāng)于三辰儀，分別由赤道經(jīng)圈、游旋赤道圈構(gòu)成，省去了傳統(tǒng)渾儀中的黃道圈；內(nèi)層為四游儀，是夾著窺衡的南北雙環(huán)。璣衡撫辰儀的使用方法與赤道經(jīng)緯儀一樣，可以測(cè)定天體的赤經(jīng)和赤緯。然而因相較于傳統(tǒng)渾儀省去了黃道圈和地平圈，故不能直接讀取地平經(jīng)緯和黃道經(jīng)緯度數(shù)。璣衡撫辰儀的刻度精確到1分，且通過(guò)在窺衡中增設(shè)十字線，并配備時(shí)度表、借弧指時(shí)度表、指緯度表、立表、平行立表等輔助照準(zhǔn)配件，照準(zhǔn)誤差大大減小。
從鑄造工藝上看，璣衡撫辰儀采取了范鑄法和失蠟法工藝。合金成分明確要求銅鋅合金比例，純銅約占60%，鋅（倭鉛）約占40%?？上?shí)際鑄造中并未嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)規(guī)定，其鑄造工藝甚至不及明代儀器。
從使用磨損情況看，這樣一架精美儀器在清代的使用率并不高。17—18世紀(jì)，歐洲的天文儀器制造技術(shù)和工藝水平有長(zhǎng)足的進(jìn)步，相比之下璣衡撫辰儀盡管擁有華麗的外表和昂貴的造價(jià)，在科學(xué)上卻失去了先機(jī)。
古觀象臺(tái)得以原地保護(hù)
明末清初，天文望遠(yuǎn)鏡和近代天文學(xué)傳入中國(guó)。到晚清時(shí)，直接沖擊了古觀象臺(tái)，傳統(tǒng)天文學(xué)研究的價(jià)值被弱化，而其歷史文化價(jià)值卻逐漸顯現(xiàn)。作為歷史長(zhǎng)河中的重要物質(zhì)遺存，古觀象臺(tái)及其擁有的天文儀器受到學(xué)術(shù)界新的關(guān)注。
1912年后，北洋政府教育部選址北京古觀象臺(tái)建立中央觀象臺(tái)，聘有留學(xué)背景的高魯擔(dān)任臺(tái)長(zhǎng)。1915年，高魯出版《中央觀象臺(tái)之過(guò)去與未來(lái)》一書(shū)，對(duì)古觀象臺(tái)的歷史沿革做了梳理。1921年，德、法列強(qiáng)劫掠走的天文儀器終回歸祖國(guó)，為示慶賀，中央觀象臺(tái)決定將古天文儀器開(kāi)放給大眾參觀。
中華人民共和國(guó)成立后，北京古觀象臺(tái)移交給北京天文館管理，8件天文儀器被全面檢修，并補(bǔ)配了一些殘損的零部件和紋飾。1956年，陳遵媯先生著《清朝天文儀器解說(shuō)》，詳細(xì)介紹了古觀象臺(tái)天文儀器的基本構(gòu)造和使用方法。
1961年夏，國(guó)家制訂京津引水工程規(guī)劃，古觀象臺(tái)一度被考慮搬遷。為妥善保護(hù)，有關(guān)部門(mén)組織對(duì)古觀象臺(tái)做了一次詳細(xì)測(cè)繪，發(fā)出了中華人民共和國(guó)成立以來(lái)對(duì)古觀象臺(tái)的研究先聲。
1962年，天文史家薄樹(shù)人撰寫(xiě)《北京古觀象臺(tái)介紹》一文，對(duì)古觀象臺(tái)的歷史進(jìn)行了梳理，并介紹了古天文儀器的形制和使用方法。
1967年，為修建北京地鐵，建設(shè)部門(mén)計(jì)劃搬遷古觀象臺(tái)。文物專(zhuān)家羅哲文聞?dòng)?，隨即聯(lián)系其他專(zhuān)家同事，趕到古觀象臺(tái)實(shí)地考察，很快起草了《關(guān)于保護(hù)古觀象臺(tái)的報(bào)告》，上書(shū)周恩來(lái)總理。報(bào)告引起重視，周總理親自找到相關(guān)部門(mén)協(xié)調(diào)處理。最終，古觀象臺(tái)得以原地保護(hù)，地鐵工程改道繞行。此外，國(guó)家再追加經(jīng)費(fèi)，用以加固古觀象臺(tái)的基礎(chǔ)。
1975年，北京古觀象臺(tái)聯(lián)合調(diào)查研究小組成立。工作過(guò)程中，天文學(xué)家伊世同等人結(jié)合南京所藏古觀象臺(tái)銅圭表，發(fā)現(xiàn)了明初量天尺的殘存刻度。據(jù)此，仰儀、正方案等元代天文儀器、沈括《浮漏議》中的宋代漏壺都以此基準(zhǔn)刻度得以復(fù)原，學(xué)術(shù)界評(píng)價(jià)贊其是重要的發(fā)現(xiàn)和研究。
1979年8月17日凌晨，古觀象臺(tái)東北角突然坍塌，幸搶救及時(shí)，赤道經(jīng)緯儀和紀(jì)限儀得以保全。此次坍塌事故也成為契機(jī)，進(jìn)一步推動(dòng)了古觀象臺(tái)的全面調(diào)查、研究和修護(hù)。對(duì)原址的考察，更清晰地梳理了古觀象臺(tái)與元、明、清三朝的古臺(tái)規(guī)模與位置。
1982年，北京古觀象臺(tái)被公布為第二批全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位。1983年，經(jīng)全面修葺的北京古觀象臺(tái)重新對(duì)外開(kāi)放。
20世紀(jì)80年代起，白尚恕、李迪等老一輩科技史學(xué)家分別對(duì)古觀象臺(tái)的儀器進(jìn)行專(zhuān)門(mén)研究。比利時(shí)學(xué)者何思柏（Nicole Halsberghe）出版《南懷仁的〈新制靈臺(tái)儀象志〉》。此后，張柏春以博士論文為基礎(chǔ)出版《明清測(cè)天儀器之歐化》，利用第一手中文與西文資料，細(xì)致地討論了歐洲天文儀器技術(shù)的傳入與古觀象臺(tái)天文儀器的技術(shù)特征。
璣衡撫辰儀。該儀器極盡奢華，2個(gè)立柱上各有5條雕龍裝飾。戴吾三 攝
2005年，潘鼐先生主編出版《中國(guó)古天文儀器史（彩圖本）》，對(duì)古觀象臺(tái)的明清天文儀器做了詳細(xì)的介紹。2008年，陳久金等人出版新著《北京古觀象臺(tái)》。
近幾十年來(lái)，學(xué)界圍繞古觀象臺(tái)的歷史，舉辦了若干學(xué)術(shù)研討和紀(jì)念活動(dòng)。尤值一提的是，2023年10月，適逢南懷仁誕辰400周年，比利時(shí)駐華大使館等機(jī)構(gòu)聯(lián)合在古觀象臺(tái)舉辦系列紀(jì)念活動(dòng)，以緬懷南懷仁這位曾為中西科技文化交流作出過(guò)重要貢獻(xiàn)的比利時(shí)學(xué)者。
在近500年的觀測(cè)歷史中，北京古觀象臺(tái)在中國(guó)乃至世界天文學(xué)史上發(fā)揮了重要作用，體現(xiàn)出重要的科學(xué)價(jià)值。明隆慶六年（1572年）11月8日，司天監(jiān)的官員在這里最早觀測(cè)到了東北方閣道星附近的一顆客星；三天后，這顆仙后座超新星又被丹麥天文學(xué)家第谷發(fā)現(xiàn)，并被西方天文學(xué)者稱(chēng)為“第谷超新星”。同樣，萬(wàn)歷三十二年（1604年）10月10日司天監(jiān)的官員也在古觀象臺(tái)上對(duì)“開(kāi)普勒超新星”進(jìn)行了持續(xù)近一年的觀測(cè)。利用古觀象臺(tái)的儀器，清代的天文官員完成了兩次大規(guī)模的恒星觀測(cè)，并編成了以乾隆九年（1744年）為歷元的《儀象考成》星表，以及以道光二十四年（1844年）為歷元的《儀象考成續(xù)編》星表。前者包括3083顆星的星等、赤道坐標(biāo)值和黃道坐標(biāo)值，后者又增加到3240顆星。直到今天，我們使用的恒星的中文名稱(chēng)仍然依據(jù)這兩部星表來(lái)命名。
北京古觀象臺(tái)是世界上使用時(shí)間最長(zhǎng)的天文臺(tái)，它比1667年建立的法國(guó)巴黎天文臺(tái)早225年，比建于1675年的英國(guó)格林尼治天文臺(tái)早233年，體現(xiàn)了中國(guó)古代人民在天文科學(xué)、冶鑄技術(shù)和工藝美術(shù)等方面的杰出成就，也是近代東西方科技與文化交流的見(jiàn)證，因而具有重要的歷史價(jià)值、文化價(jià)值和藝術(shù)價(jià)值。
本文選自《中國(guó)古代科技遺產(chǎn)》，文中所用插圖均來(lái)自該書(shū)。已獲得出版社授權(quán)刊發(fā)。
原文作者/王吉辰
摘編/何也
編輯/張進(jìn)
導(dǎo)語(yǔ)校對(duì)/趙琳
