去年天氣舊亭臺

我國自古就是一個以農(nóng)業(yè)為主的國家，由于農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要，就使得人們非常重視時節(jié)，這樣就促使了天文歷法的逐步興起和發(fā)展。目前我國仍現(xiàn)存世界上最古老的觀測天象的天文建筑之一——觀星臺（圖1）。觀星臺位于河南登封市東南15公里告成鎮(zhèn)告成村，是我國現(xiàn)存唯一的元代天文臺，也是世界上最早的天文建筑之一。它和其旁的周公測景臺以及照壁、大門、戟門、周公祠、帝堯殿等明清建筑等組成了一座完整的院落（圖2、3）。南北長160米，東西寬37米，占地面積0.59公頃，建筑面積657.41平方米。觀星臺院內現(xiàn)存碑刻17通，還有復制的天文儀器文物，這里歷來都是中國的天文觀測中心。這些文物與觀星臺有著密切的關系，也是天文觀測有關的重要歷史遺存。

觀星臺創(chuàng)建于元至元十三年至十六年（1276—1279），其形狀如覆斗，體型高大，灰磚砌筑，細膩挺拔，是保存完好的元代天文建筑。觀星臺為磚石結構，由覆斗狀臺體和臺體北側的石圭兩部分組成。臺高9.46米，連同臺頂上增建的小室，通高12.62米。臺體平面近正方形，臺基底邊長16米余，向上有明顯的收分。臺頂每邊8米余。臺體東西兩邊設有對稱踏道，可由此盤旋登至臺頂（圖4），臺上是觀星和測景的工作臺面。踏道及頂部邊沿筑有1.05米高的短欄和短墻，可憑欄遙望長空。臺頂北沿處建有兩座小室（圖5）。臺體北壁正中有一凹槽，凹槽南壁上下垂直，東西兩壁有明顯收分。在臺體北壁凹槽下有一條由三十六方青石接連鋪設的石圭，石圭長31.196米，寬0.53米，南高0.53米，北高0.62米，圭面水平誤差甚微（圖6）。上刻兩條平行雙股流水渠，深2厘米，寬2.5厘米，兩槽相距15厘米。這兩條水渠為測石圭水平之用。渠南端有方形注水池（圖7），北端有長條狀泄水池（圖8）。石圭在臺體以北下部，南端伸入北壁的凹槽內，與直壁相距36厘米，是在臺體上架設橫梁垂懸球的地方，以校檢橫梁和石圭間的垂直關系及高差。在凹槽南壁上4尺架設水平橫梁，便可以進行正常的日景觀測了（圖9）。

元代為什么要設立觀星臺呢？這要從當時的歷史背景說起。元世祖忽必烈統(tǒng)一中國后，采用的是金代歷法《大明歷》，但是這個歷法在用了幾十年后，發(fā)現(xiàn)誤差積累已經(jīng)相當嚴重，發(fā)生了好幾次預推與實際現(xiàn)象不符的事。因此重新修訂歷法成為迫切需要的事情。至元十三年（1276），忽必烈采納了已故大臣劉秉忠的建議重新修訂歷法，于是布置人員，開始一個規(guī)模宏大的重新修訂歷法的活動。據(jù)《元史·郭守敬傳 》記載：“遂以守敬與王恂，率南北日官，分掌測驗推步于下，而命文謙與樞密張易為之主領，裁奏于上，左丞許衡參與其事。”

在這次重新制定歷法的工作中，所必須的天文觀測主要是兩類。一類是測定天體在天球上的位置，這需要重新制定新的天文儀器。另一類是重新測定二十四節(jié)氣，特別是冬至和夏至的確切時刻，為此需要進行全國范圍的天文測量。至元十六年（1279）朝廷選派十四名監(jiān)候官分幾路出發(fā)，在全國各地進行測量，其中在全國選擇有代表的地方建立了二十七所測驗站點，進行實測，由于規(guī)模宏大，歷史上把這項活動稱為“四海測驗”。其中最重要的南北一路由郭守敬親自領導的測驗，登封觀星臺就是在這個背景下修建起來的，并且是這二十七所觀測站的中心站。

郭守敬選擇在登封建立觀星臺，絕非是偶然，這要從登封特殊的地理位置和古老的歷史背景說起。觀星臺位于河南登封，這里坐北朝南，背倚嵩岳，面對箕山，西倚王嶺尖，東傍雙廟嶺，南臨潁水，又有石淙河、五渡河環(huán)繞，是一處環(huán)境清幽的勝地。登封古為禹都陽城。據(jù)《史記·夏本紀》記載：“帝舜薦禹于天下，為嗣。十七年而帝舜崩。三年喪畢，禹辭避舜之子商均于陽城。”史書上有“禹居陽城”或“禹都陽城”的記載。自夏至周，延至到唐，這里都是政治和文化的發(fā)達地區(qū)，春秋時期稱為鄭邑，秦置縣，武則天封禪嵩山之后改名為告成，一直沿用至今。這里不僅環(huán)境適宜，歷史悠久，更在古人的心目中是一個非常神圣的地理位置——天下之中，即古人認為這里就是天下的中心。最早對此記載的是《周禮》，據(jù)《周禮·司徒》上記載：周公營建東都，定鼎洛陽時，曾在陽城以土圭測日影，考定古陽城為大地中心。并“以土圭之法，測土深，正日景，以求地中。……日至之景，尺有五寸，謂之地中。”東漢鄭玄在注釋中引用鄭眾的一段話說：“土圭之長，尺有五寸，以夏至之日，立八尺之表，其景適與土圭等，謂之地中。今潁川陽城地為然。”而至今屹立在觀星臺旁的周公測景臺就是古人這種獨特宇宙觀的實物見證。

周公測景臺，因周公營建洛邑選址時，曾在此建臺觀測日影而得名，即測影臺因古代“景”和“影”相通假，所以稱為測景臺，這是我國古代遺留下來的八尺之表土圭測量日影，驗證時令的儀器。周公測景臺分為上下兩部分，下部是方形石基座，上小下大，成15度方向錐體，被稱之為“圭”。上部為長方形石柱，名之曰“表”，高約1.96米，合唐開元尺八尺，因此又稱為“八尺之表”。表上端覆以石雕頂脊（圖10）。可以說周公測景臺是以圭表之法進行天文測量的。石表正面刻有“周公測景臺”5字，石座背面有后人題詩“道通天地有形外，石蘊陰陽無影中”。每年的夏至正午之日，影長一尺五寸，正好與石座上沿的長度吻合。石座下部四周看不到影子，好像這一天無影，因此當?shù)孛癖娨卜Q之為“無影臺”。唐代時僧一行修訂《大衍歷》時進行全國范圍的測量時，派天文官南宮說將周公土圭木表換成石圭石表。這座石制圭表至今保存完好（圖11）。

雖然周公測景臺以圭表之法進行天文測量實用、簡單、方便， 但在數(shù)據(jù)的精確上卻有不足之處。如太陽照射在物體上所造成的陰影，越近邊緣越淡，影子的盡頭很難劃分一道明顯的界限，投影的長度難以做到精確。如測量冬至的影長，如果誤差幾毫米，推算出來的冬至時刻就出入1—2個小時，所以利用圭表測影，有待改進。因此，元代郭守敬在修建觀星臺的時候，雖參照周公測景臺的原理，但在其基礎不斷改進，也使測量得到的數(shù)據(jù)更為精確。

在修建觀星臺的過程中，郭守敬等人首先把舊式的“八尺之表”加高5倍，即我們前面所述觀星臺上北壁凹槽內的上下垂直的南壁，比周公測景臺的“八尺之表”加高5倍，稱之為“高表”。與此相應，投射在石圭上的表影也就加長了5倍，這樣按照比例推算出來的各個節(jié)氣的時刻誤差也就大大縮小了。其次，他把高表的頂端安裝一根橫梁，日光通過橫梁的投影細而實，要比舊圭表的整個表的投影易于測量。再次，他還在石圭面上附加上叫做“景符”的儀器，用銅片制成，中間有一個小孔，斜放在圭面上，可以移動，日光照射橫梁的陰影，通過小孔投射到圭面形成一點，陰影的邊緣就顯得更加清楚，可以精確地測量出影的長度，從而量出太陽光在每一個節(jié)氣投射到石圭面上的刻度。因梁影投在圭上，圭就像一把長尺，可以量出表影的長度，故石圭又被稱成為“量天尺”。郭守敬在觀星臺上所做的這些改進和新儀器的使用使得測驗結果更為精準，也是我國天文史上一個很大的進步。考古工作者按照元代規(guī)定的尺度、形制，制造了橫梁、影符，在觀星臺進行了幾次測影實驗，結果證明這種測影的方法切實可行，而且相當精確。

目前我們一般認為登封觀星臺的主要作用是測量太陽的影長，以掌握與農(nóng)業(yè)有關的四時節(jié)氣變化。但是陳宣的《周公祠堂記》和孫城基的《重修周公祠記》把這座臺叫做“觀星臺”。《周禮·考工記》上載：“晝參諸日終之景，夜考之極星，以正朝夕。”因此這座臺應是兼有“測影”與“觀星”的雙重作用，可見在古代，觀星和測影常常是相互配合的。

經(jīng)郭守敬、王恂、許衡等人的觀測與推算，終于在至元十八年（1281）實行了當時世界上最先進的歷法《授時歷》，此歷求得的回歸年周期為365.2425日，合365日5時49分12秒，與世界上許多國家使用的陽歷（格雷果里歷）一秒不差，但是陽歷比《授時歷》晚了300年，與現(xiàn)代科學推算的回歸年周期（365天5時48分46秒）相比，僅差26秒。《授時歷》不僅是在我國施行時間最長的歷法（長達364年），而且還傳播到朝鮮、日本等國，被直接或間接地長期使用。

觀星臺，從建造至今已有700多年，歷經(jīng)滄桑，屢有損壞，又幾經(jīng)修葺，明代初期，在觀星臺前建立周公祠，嘉靖年間對臺體及石圭進行了較大規(guī)模的整修，縣令厚胎仿照舊制整修了坍塌的臺體，同時又在臺頂建造了北沿小室。清代又對周公祠等建筑進行了修葺，1944年侵華日軍炮擊觀星臺，臺上小室倒塌過半，臺體多處裂崩，滿壁彈洞槍痕。新中國成立后，國家進行了保護和修正。

2010年8月1日，登封觀星臺和周公測景臺以及嵩山上的其他建筑群如嵩岳寺塔、太室闕、中岳廟、少室闕、啟母闕、嵩陽書院、會善寺、少林寺等8處11項歷史建筑，以登封“天地之中”歷史建筑群項目已成功列入《世界文化遺產(chǎn)名錄》。