天文儀器的研製和革新

　　據今所知，三國時期，蜀、魏都沒有製作天文儀器的記錄，而孫吳則在製作儀象方面很有成就，如王蕃依據張衡舊制製成一台小型渾象，葛衡也製造一台渾象，其特點為「使地居於中，以機動之，天轉而地止，以上應晷度」①。天文學家陸績還製造了一台卵形渾象。　　西晉末年，中原匈奴族政權前趙製成測量用渾儀。此儀由史官丞南陽孔挺設計製作，成於劉曜光初六年（323）。這台儀器是很重要的，因為對於在此以前使用過的渾儀，僅有片言隻語的記載，而孔挺渾儀則是第一台留下詳細資料的儀器，通過它可以進一步了解漢代渾儀的基本結構。據《隋書·天文志》所載，孔挺渾儀系銅製、由內外兩重組成，外重由三個相交的大圓環構成渾儀的骨架，並由四柱支撐著外重骨架；內重是用軸固定在骨架上的可轉動的雙環，雙環直徑八尺，雙環之間夾置一具可以俯仰的望筒①，也長八尺。由於年重的轉動軸一為天北極，另一為天南極，所以這架儀器可以方便地測量天體的赤道坐標。在孔挺以前時間最近的同類儀器當屬東漢永元十五年（103）左中郎將賈逵的黃道銅議，由於該儀加有黃道，所以必為三重結構，比較繁雜，且不易使用②。孔挺顯然注意到這個問題，於是將自己的儀器改為兩重結構，去掉了黃道環。　　東晉義熙十四年（418），宋高祖劉裕於咸陽之戰後，得到孔挺所制渾儀，並在稱帝後，將其運至首都建康（今南京）。劉宋元嘉年間，社會穩定，經濟發展，頗好曆數的宋太祖劉義隆認為這台渾儀雖然很好，但在儀器上著不到日月五星和恆星星象③，是個缺欠，因而詔令太史令錢樂之製作新儀。錢樂之於元嘉十三年（436）鑄成有別於渾儀的渾象。他的新渾象繼承和發展了東吳的渾象製作技術，特別是受到葛衡儀器的影響，其結構與張衡的儀器有所不同。新渾象將地平置於球內，地平面將大圓球一分為二，半覆地上，半沒地下。在球上綴以星象，在黃道上布以日月五星①，以水力推動，昏明中星與天相應。為了與地平放在球外的渾象區別，按宋代蘇頌等人的稱呼可稱之為渾天象②。元嘉十七年（440），錢樂之又製成一台小型的渾天象，直徑只有二尺二寸，便於搬動，使用起來更加方便。渾天象與渾象功能相同，本質上是一回事，但由於結構變化，工藝要求更高一些。球內地平表示人居住的大地，如果要在球外能看到球內的大地和大地上的裝飾，這就要求球必須有相當的透明度。其具體製作方法，現在已難於查考，可能在鑄好的骨架上蒙上細銅絲編成的銅網，做成透明網球；也可能蒙上紡成的細紗，再綴以星體。總之製作難度較大，這也反映了當時工藝水平的提高。

　　渾天象在當時發揮了很好的作用，因為天包著地，所以它比渾象更形象地演示出渾天說的精髓，更符合渾天說者的原話。據《隋書·天文志》載，劉宋天文學家何承天論渾天象體就說過「詳尋前說，因觀渾儀，研求其意，有悟天形正圓，而水居其半，地中高外卑，水周其下」。何承天觀察了儀器演示後對天體渾圓，有了新的領悟，但他仍相信蓋天說的觀點，把地說成中間高四周低的弧面。渾天象實際上並不是單純的演示儀器，它也是研究日月五星運動規律的有力工具。根據實際觀測得到的七曜相對於周圍恆星的位置，可以較準確地將其分別安置在黃道的不同部位，然後通過不斷觀測，可以了解它們相對於恆星的運動規律，從而測算出行星的會合周期。錢樂之的儀器還有一個十分突出的特點。據《宋書·天文志》說，那台小渾天象「安二十八宿中外官，以白黑珠及黃三色為三家星」；而大渾天象，則用朱、白、黑三種顏色分別表示甘、石、巫咸三家星。顯然，他將陳卓的星官體系固化到了儀器上，儘管後來陳卓的圖錄失佚，但錢樂之的儀器卻歷經宋、齊、梁、陳、隋五個朝代，為陳卓星官體系的保存和傳播，起了重要的作用。劉宋以後梁代也製作過渾象，《隋書·天文志》載「梁秘府有，以木為之。其圓如丸，其大數圍。南北兩頭有軸，遍體布二十八宿、三家星、黃赤二道及天漢等。別為橫規環，以匡其外。」這是一台大型渾象。在大木球外匡以地平圓環，所以它與錢樂之的渾天象地平在內結構不同。這一變化也在一定程度上反映了人們天文知識的進步。　　在南朝熱衷於製造各種渾象的時候，與南朝對峙的北魏卻對製造渾儀極為熱心。北魏天興初年（398）太祖拓跋珪命太史令晁崇製作渾儀。儀器完成後晁崇升遷為中書侍郎令，可惜後來又為拓跋珪所殺害。永興四年（412）明元帝拓跋嗣又詔造太史候部鐵儀，由鮮卑族天文學家都匠斛蘭鑄成鐵渾儀，這是我國歷史上唯一的一台欽制渾儀。《隋書·天文志》說它分內外兩重，「用合八尺之管，以窺星度」。永興鐵渾儀的基本結構與前趙孔挺渾儀大致相同，但又有新創造。如在底座上鑄有十字形水槽，以便注水校準水平，這是在儀器設備上利用水準器的開端。後魏鐵制渾儀是一台質量很高的儀器，北魏滅亡後，歷經北齊、後周、隋、唐幾個朝代一直使用了二百多年，直到唐睿宗景雲二年（711），天文學家瞿曇悉達還奉敕修葺此儀，可見其使用壽命之長。

　　除渾儀和渾象的研究和改進外，公元5世紀北魏道士李蘭還發明了秤漏，在改革計時裝置方面作出了新的貢獻。秤漏的原理是用渴烏（虹吸管）將漏壺中的水引入權器，然後稱量水的重量以確定時間，「漏水一升，秤重一斤，時經一刻」①。秤漏簡易、靈敏，可測量很短的時間間隔，並且可隨時開始和結束，測量任意的時間區間，因此在隋唐時曾風行一時。

　　① 見《隋書·天文志》。　　① 《隋書·天文志》：「其雙軸之間，則置衡長八尺，通中有孔，圓徑一寸，……衡既隨天象東西轉運，又自於雙軸得南北低仰。……其儀至梁尚存，華林重雲殿前所置銅儀是也。」　　② 《後漢書·律曆志》：「黃道與度數轉運，難以候，是以少循其事。」　　③ 《宋書·天文志》：「高祖平長安，得衡舊器，儀狀雖舉，不綴經星七曜。」　　① 《宋書·天文志》：「詔樂之更鑄渾儀……地在天內……規二十八宿……置日月五星於黃道之上，以水轉儀。」　　② 見蘇頌《進儀象狀》。　　① 見《初學記》。

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