中國古代的天文望遠鏡

王學志

簡儀的歷史

簡儀是元代天文學家郭守敬于1276—1279年創制的測量天體位置的儀器，它是在中國傳統的測天儀器——渾儀基礎上簡化革新而成的，故稱作簡儀。它包括相互獨立的赤道裝置和地平裝置，用于測量天體的赤道坐標和地平坐標。

郭守敬創制的渾儀在清康熙五十四年（公元1715年）被傳教士紀理安當作廢銅給熔化了。現存的簡儀是明代正統二至七年（公元1437—1422年）間按照原器仿制的。這件復制品也是飽經風霜。清光緒二十六年（公元1900年）八國聯軍侵入北京，法軍把簡儀搶去，運進法國大使館，過了幾年才歸還。1931年發生了“九·一八”事變，國民政府又把簡儀南遷至南京。1937年12月南京淪陷，日本侵略軍到了紫金山，又把儀身損壞，龍爪砍斷，把許多附屬儀表和零件弄得蕩然無存。中華人民共和國成立后，黨和政府在積極發展現代科學的同時，也高度重視保護古代文物，曾于1988年對簡儀進行過全面的檢修，才使簡儀恢復原貌。

簡儀的結構

簡儀由赤道經緯儀、地平經緯儀和日晷三大測量裝置組成。這些裝置各自獨立，互不干擾，極大地降低了觀測者的操作難度，方便觀測與記錄。

赤道經緯儀由北高南低的“A”形架、“X”形架兩個支架支撐指向北極方向的極軸。四游環架設在南北極軸之間旋轉。四游環安裝窺衡用于觀測。赤道環套裝在百刻環內，在極軸的南端繞南北極軸旋轉，且赤道環的環面上刻有二十八宿的度數，在赤道環的中心軸上裝有兩根可繞中心沿環面轉動的“界衡”。其結構與現代望遠鏡中廣泛應用的天圖式赤道裝置的基本結構相同。

地平經緯儀由一對互相垂直的圓環組成，一個是“陰緯環”，環面上刻著方位，另一個是垂直立于陰緯環上的“立運雙環”代表地平經圈，可以繞其軸轉動，且雙環之間夾有窺管，窺管可以繞立運環的中心旋轉。其結構與近代工程測量、地形測量及實用天文測量所用的地平經緯儀、航空導航用的天文羅盤基本相 似。

日晷位于赤道經緯儀南面立柱下方，是一種利用日影以定時刻的裝置。

簡儀的觀測方法

1.赤道坐標測量

去極度是通過四游雙環和窺衡來測量的。觀測時，先將四游雙環繞極軸旋轉到適當角度，再南北方向轉動窺衡，對準星體。窺衡耳中有直徑六分的圓孔，孔中央各裝一根細線。觀測時使兩條細線與星重合，此時可依據衡尖在四游雙環環面所指讀出去極度。

入宿度是通過赤道環和界衡來測量的。每根界衡的兩端都有穿線孔，分別用細銅線和北極軸中心相連接，從而形成兩個三角形，觀測時，先將赤道環旋轉到與各宿距星相當的位置，隨即轉動界衡，將其中一個三角形平面對轉距星，另一個三角形平面對準待測星體，兩個界衡尖端所指之間的赤道度數，就是被測星體的入宿度。

2.地平坐標的測量

地平坐標的位置是通過立運環、陰緯環和窺衡來測量的。

觀測時，首先東西向轉動立運環，再南北向轉動窺衡，觀測者從窺衡瞄準被測星體后，即可從衡尖所指立運環上的刻度讀出該星體的地平高度，立運環下端伸出的一個扁平銅條指向陰緯環上的刻度就是該星體的地平方位，也就是地平經度。

3.真太陽時的測量

真太陽時是通過界衡、赤道環和百刻環來測量的。

觀測者移動界衡，使兩根線影子重合，即兩線與太陽參直，衡端所指就是太陽所在方位。從赤道環得知太陽位置，由百刻環確定時刻。

簡儀的創制，是我國天文儀器制造史上的一大飛躍，它設計精密，觀測結果精確，是當時具有世界領先水平的天文儀器，也是近代許多儀器的濫觴。歐洲直到300多年之后的1598年才有丹麥天文學家第谷發明與之類似的裝置。李約瑟在《中國科學技術史》中引用根舍（R.T.Gunther）贊嘆中國古儀的話說：“歐洲人看作是文藝復興后天文學主要進步之一的赤道儀，而中國人卻在三個世紀以前已經使用了。”