古臺儀象

肖軍

約翰·湯姆遜攝于1871年，照片中可看到天體儀、璣衡撫辰儀和象限儀（右），湯姆遜感嘆它們“在工藝和精確性上都達到了令人驚異的高度”。黃道經緯儀（左）主要用于測量天體的黃道經度和緯度并測定節氣。這是中國第一架采用獨立黃道坐標系統的觀測儀器。

1900年，八國聯軍入侵北京，德法聯軍沖上皇家天文觀測臺，將造于明清兩代的十架天文古儀盡數瓜分。法國人劫走的五架儀器于1902年歸還。德國人則將其中的天體儀、地平經儀、紀限儀、璣衡撫辰儀和渾儀運到柏林，陳放于波茨坦離宮，直到1921年方才歸還我國。今又逢庚子，距離這段歷史已過去整整兩個甲子。

位于今天北京建國門立交橋西南側的北京古觀象臺建于明正統七年（1442年），至今已有578年的歷史，經歷了明清兩個朝代。古臺上的八架青銅天文儀器，鑄造完成于清朝的康乾盛世：1673年完成的赤道經緯儀、黃道經緯儀、天體儀、紀限儀、地平經儀和象限儀六架，是由比利時傳教士南懷仁監制的;1715年完成的地平經緯儀則是由德國傳教士紀里安設計并監制的;1755年傳教士戴進賢與劉松齡共同監制完成了璣衡撫辰儀。這些儀器皆以青銅鑄造工藝完成，沒有裝配望遠鏡，是歷史上最后一批古典大型天文儀器。

北京古觀象臺位于北京市東城區建國門立交橋西南側，始建于明正統七年（1442年），是明清兩代皇家天文臺，主體建筑為明代磚結構高臺，結構完好，臺上陳列著八架大型青銅制天文儀器，造于康乾盛世，氣勢雄偉，鑄造精湛。

它們與望遠鏡最大的區別，就是具有觀測功能之外的禮器作用，在測天的同時具有象天的功能，設計時既考慮到科學的觀測，亦重視藝術的表現，內外兼顧，藏禮于器?！鹅`臺儀象志》中有言：“夫測天之儀貴恰肖乎本然之象，故其造法亦必以天象為準。”這些觀天儀器正是效法天道制作而成，國之重器也。

就其觀測功能而言，這些儀器是按照天文上的三套坐標系統分別設計鑄造的：赤道坐標有赤道經緯儀，黃道坐標有黃道經緯儀，地平坐標有地平經儀和象限儀，之后的地平經緯儀又將這兩架儀器的功能合二為一，最后完成制作的璣衡撫辰儀是赤道坐標的儀器。而天體儀在《靈臺儀象志》中稱之為“諸儀之統”，是一架用來標定星象的天球儀，天球上鑲嵌著1888顆星，首次采用了星等劃分，將星的大小對應于六個星等，表現星的亮暗。球面星象雖然保留了中國傳統星象的《步天歌》系統，卻也增加了南極附近的一些星座。球面上刻有赤道和黃道，并刻劃了黃道經圈，天球外圍有作為支架部分的地平圈和子午圈，屬于地平坐標。

它們與望遠鏡最大的區別，就是在測天的同時具有象天的功能，藏禮于器。

這種按照三套坐標系統分別設計制作儀器的方法，16世紀時丹麥天文學家第谷就曾經做過。實際上，南懷仁在設計北京的新制儀象時，也確實參考了第谷的天文儀器。儀象的刻度劃分部分都采用了第谷的橫向劃分法，提高了儀器的觀測精度，可以達到15角秒。儀器的觀測部件采用狹縫式游表，改變了中國傳統渾儀以管窺天的方法。古臺儀象接受了歐洲天文學的度制結構，首次采用了360度的圓周劃分，而且將中國傳統渾儀把三種坐標系統合于一儀的作法改為分別鑄儀，在方便了觀測的同時，減少了系統誤差。天體儀上還刻上了一顆客星，那是1572年爆發的一顆超新星，在歐洲被第谷首先觀測到，同時在中國和日本都有對這顆超新星的觀測記錄。

在外觀設計上，除地平經緯儀，其他七架儀象都采用了中國傳統的龍云裝飾，鑄造工藝也是傳統的青銅鑄造。在中國古代，龍是護法，保護國家，維護正法。這些雕鑄于觀天儀器上的龍，形態迥異，設計精巧各有不同：作為赤道經緯儀支架部分的蒼龍，仰首修尾;黃道經緯儀上兩條龍相背而立，首尾呼應;象限儀上是三條龍，立柱上的兩條龍曲線對稱而優美，中間立面上的龍裝飾的同時又有平衡的作用;紀限儀基座上一條盤龍團踞;而地平經儀上足有五條龍之眾;天體儀的四個龍首在地平圈的乾、坤、艮、巽四個方位，龍首噴水形成天體儀圓座面上的海水，如此整個天球仿若浮于海上……諸多細節令人驚嘆，這些古儀將天文學上的中西交流和東方傳統內涵完美融合。

作為北京天文館一部分，昔日皇家天文臺已變身為對大眾開放的博物館。近幾年，工作人員為深入對古臺歷史的研究與展示，搜集大量相關老照片和明信片，2017年還申請資金設立信息化采集項目，采集了以古臺儀器為主的40多件文物的三維、二維信息，立體掃描、專業文物攝影與金石傳拓同時進行，全方位記錄收集。時至今日，歷經時間的包漿，古儀風采更加豐富，禁得住現代技術的精細觀察。在專業的文物攝影中，我們可以看到其從宏大到精微的考究，一絲不茍，嚴謹細膩，美到每一個角落。明年將是古臺儀象歸還回國一百周年，這些古代的天文儀器歷經滄桑，依然屹立在古觀象臺上，詮釋著天文與歷史。

赤道經緯儀

赤道經緯儀主要用于測量天體的赤道經度和緯度，由子午圈、赤經圈、赤道圈等部分組成，整體結構由一條南北拱立、昂首修尾的蒼龍托起，龍爪牢牢固定在十字交梁上，從力學角度來說是非常穩定的設計，同時也體現了中國古代的裝飾風格。

天體儀

中國傳統天文儀器中有一類專用于演示渾天宇宙和日月星辰東升西落的裝置，通稱“渾象”，漢代張衡制造的“渾天儀”就是最早的渾象之一。清代新制六儀中的渾象稱“天體儀”，因其重要的象征作用被譽為“諸儀之統”，是中國歷朝唯一存世的渾象。直徑六尺的銅球上鑲嵌著 1888 顆鍍金銅星，以星之大小表示恒星的亮度強弱。球面上刻有黃道圈、赤道圈和銀河，黃道與赤道的交角使用了第谷的數據：23°31′30″。天體儀的用法與現代的天球儀相同，可以演示星體在任一時刻的位置。

地平經儀

主體為一銅制地平圈，內設東西向通徑，中間為一圓盤。用于測量的橫表長和圈外徑相齊，可繞中心在圈面上移動。頂端火珠與地平圈中心之間設中空的立表，直對地心。立表之間連一直線，上端引兩條線斜貫于橫表兩端。測星時，移動橫表，使三條線與待測天體同一水平，橫表所指地平圈上的度數就是待測天體的地平經度。

紀限儀

在清朝以前，中國沒有制造過這種測量任意兩星之間角距離的儀器。其主體是裝在主干上的一段60度的弧和可以繞弧圓心轉動的窺衡，為保證該結構能在底座支點上水平面360度轉動、垂直平面180度轉動，設計師在干兩側沿弧做了繁復的卷草紋，通過精密的計算正好將重心集中在底座支點上，也增加了這個弧結構的穩定性。

象限儀和地平經緯儀

象限儀用以測量天體的地平高度（右）。其主體部件為全圓四分之一的扇形（即一個象限，稱象限環），在象限環的中間鑄有一騰云戲珠的蒼龍，造型優雅同時又具有平衡重心的妙用，使整個象限環的重心落在中心的立軸上，立軸可以使象限環垂直于地面自由旋轉。同樣設計巧妙的是兩側立柱上飛奔的蒼龍，龍爪不容易和立柱的弧面貼合，置于龍爪與立柱中的云氣既有裝飾性，又起到連接固定的作用（上）。

地平經緯儀建成于1715年，將地平經儀和象限儀的功能合于一體，承托地平系統和象限觀測系統的底座由四根花瓶樣式的立柱支撐，花瓶上各伸出一卷曲的茛苕葉形支架，承托中央的地平圈，調節儀器水平的螺栓即作用其上。這是觀象臺上唯一沒有裝飾中國傳統的龍云圖案，而采用法國文藝復興風格紋樣的儀器。

觀象臺上的天文儀器大都圍有石臺，既可保護儀器，也可充當墊腳石梯。其上多刻有傳統紋飾，如赤道經緯儀的石臺，海水江崖，白馬奔騰。