微速訊：「趣讀華夏科技故事」第23期：通往星空的橋梁——簡儀（香港志愿者特輯）

大家好，我是中國科技館“華夏之光”展廳的香港大學生志愿者周杏芝，今天我為大家講述的是《通往星空的橋梁——簡儀》。

(資料圖片)

周杏芝 （中國科技館“華夏之光”展廳2022級香港大學生志愿者）

政治因素決定天文學發展，歷法的修訂離不開天文觀測儀器的革新。

公元1276年，元世祖忽必烈想起劉秉忠提過，現行的遼歷并不準確，又未實行司天臺改制的新歷。此時適逢新君即位，可借機改元頒歷，讓各地百姓知曉精準的時歷。于是元世祖組織太史局（后改名太史院）修訂新歷法，即后來的《授時歷》，并由王恂、郭守敬等人主持相關工作。

“歷之本在于測驗，而測驗之器莫先于儀表?！毙抻喰職v法前，需要對天象進行大規模觀測，從而獲取最新數據。然而舊渾儀因運輸及存放不當，早已無法進行精準的天文觀測，而且受限于渾儀多環圈的結構缺點，使用者容易被環道遮擋視野，于是郭守敬通過簡化沈括改良過的渾儀，創制出了新的天文觀測儀器——“簡儀”。

簡儀主要由兩組互相垂直的大圓環組成，直指北天極的是四游環，與之垂直的是平行于天體赤道的赤道環，以及平鋪在地的陰緯環和垂直于此的立運環。簡儀的底座是個長方形框架，由龍柱和云柱支撐四游環、赤道環和百刻環。百刻環被固定在外，赤道環在百刻環內游動，四游環則架設在南北極軸間旋轉。同時，百刻環與赤道環的咬合面上有4個小圓柱體，用以減少兩環間的摩擦，是世界上最早使用的柱式滾動軸承。

簡儀，圖片拍攝于中國科學院紫金山天文臺

此外，與渾儀的多重圓環結構相比，簡儀取消了黃道環及非必要的支架環圈，只保留赤道經緯度和地平經緯度的測量環件，即赤道裝置（赤道經緯儀）和地平裝置（立運儀）。赤道裝置中的四游環和赤道環裝在上部，地平裝置中的立運環和陰緯環則另設于北端，以此解決多環掩映問題。

簡儀，圖片來源于中國科學技術館

另一方面，簡儀的百刻環提高了刻度分劃的精細程度。百刻環上每刻被等分為36份，提高了時間觀測的精度。

百刻環刻度，圖片拍攝于中國科學院紫金山天文臺

一般而言，古代天文觀測儀器的作用是測量天體坐標，簡儀也不例外。它的作用有三種：測量天體的地平坐標、赤道坐標以及真太陽時。

簡儀測量地平坐標，圖片來源于中國科學技術館

第一，用地平裝置，測量天體的地平坐標。在地平系統中，立運環被設置于云柱下垂直轉動，陰緯環則垂直于立運環平放在基座上。兩環均有刻度，以窺衡對準目標天體，即可讀出天體的地平方位角與天體高度。

第二，用赤道裝置，測量天體的赤道坐標。赤道環和四游環上都有周天度數，且四游環還安裝了內藏十字絲的窺衡，類似單鏡筒望遠鏡。轉動四游環并移動窺衡觀測天體，以此獲取被測天體與北天極之間的角距離——去極度；轉動赤道環與界衡，以此獲取被測天體與它所在宿的距星在赤道上的角距離——入宿度，最后得知赤道坐標。

第三，用界衡、赤道環和百刻環，測真太陽時。真太陽時又名視太陽時，顧名思義，是以太陽位置作為實時標準的時間系統。當太陽視圓面中心連續兩次升至正空走過的時間，即為1真太陽日（分為12時辰）。

簡儀的設計獨特、工藝精美、實用性強，是中國天文儀器發展史上的一次重要革新。但遺憾的是郭守敬當年制作的簡儀未能留存下來。它原本置于大都司天臺，曾被搬遷至雞鳴山觀測臺，后于1668年遷回北京，卻在1715年被供職欽天監的法國傳教士紀理安以鑄造地平經緯儀為借口，當作廢銅熔掉。郭守敬版本的簡儀自此失傳。現存最古老的簡儀則是1437年制作的仿制品，為明清兩代欽天監所用。

然而，明代復制版簡儀也經受過不少磨難。1900年八國聯軍侵華，簡儀被拆卸運往東交民巷的法國外交使館，至1902年才歸還清政府。1933年6月，為了躲避戰火，簡儀被匆忙遷至南京，于1934年2月安頓在紫金山天文臺。其后因保存不當，它在上個世紀80年代初就近乎損毀。因此，南京市政府在1988年時對簡儀進行修復，后將它放置在南京紫金山天文臺露天陳列展覽，是現今其他簡儀復制品的藍本。

毋庸置疑，簡儀是中國天文學的重要發明之一，代表了中國古代科技的高超水平。作為中國科技史的見證，簡儀也是后世天文儀器類似裝置的先導。它的赤道裝置和地平裝置分別是近代大型望遠鏡赤道裝置和地平經緯儀的原型，窺衡中的十字絲則堪稱天文望遠鏡十字絲的先驅。因此，簡儀不僅反映中國古代工藝的偉大成就，也推進了中國天文學的發展，兼具實用價值與歷史意義。

好了，這就是本期“趣讀華夏科技故事”的內容，云端攬勝，樂享科學，敬請大家繼續關注中國科技館“云享科學”活動。

參考資料

1.伊世同.簡儀[J].機械工人,1984（06）：2,65,1.

2.趙洋.簡儀[J].自然科學博物館研究,2018（02）：2.

3.潘鼐.南京的兩臺古代測天儀器——明制渾儀和簡儀[J].文物,1975（07）：84-89,103.

4.樊善國.科學巨人郭守敬[J].中國典籍與文化, 1996（02）：21-29.

5.中國哲學書電子化計劃：《元史》，載自https://ctext.org/wiki.pl?if=gb&chapter=634468

策劃：周杏芝、戴逸華、葉雅玲、王美鈴

制作：周杏芝、陳磊

審核：崔希棟、王紫色、王學志、李廣進、

戴天心、葉雅玲、戴逸華

中國科技館古代科技展覽部（籌）供稿

（本文轉載須經中國科技館古代科技展覽部（籌）許可）

標簽： 中國科技館 赤道裝置 真太陽時 地平裝置 地平坐標