2019-12-23 11:18:00 遊系人生

1 “冬至”引出的話題

昨天剛吃了冬至的熱餃子。

“冬至”，二十四節氣之一，在每年的12月21、22或23日，是我國古代先民通過天文觀測最早確定的一個節氣。從天文學角度看，冬至日這天，是北半球一年中白天時間最短的一天。因為太陽直射點在南迴歸線上（即南緯23°26′），北半球緯度越高的地方，白晝越短，黑夜越長，北極圈內出現極夜現象。過了冬至以後，太陽直射點逐漸向北移動，北半球的白天就逐漸變長，所以有俗話說：“吃了冬至面，一天長一線。”另外，“數九”從冬至開始，冬至日也就成了“數九”的第一天。

“冬至”，其實也是一個同天文觀測高度相關的概念。

有種說法，說是周武王的四弟周公姬旦，在東都洛邑的陽城（今登封市告成鎮）建立周公測景（通“影”）臺，立圭表測日影，首次測定出了冬至。按照此說，這個周公測景臺就是古人較早建成使用的天文臺，比建於公元前二世紀的希臘亞歷山大天文臺和羅得斯觀星臺還早八百餘年。不過，此說存疑。

接下來，我們就從告成觀星臺開始，逐一遊覽一下國內現存的3個古代天文觀測臺（遺址），瞭解一下同它們緊密相關的3位具有代表性的古代天文學家

，也順帶著約略普及一下我國的天文觀測史。這3個古代天文臺（遺址），可都是第一批或第二批的全國重點文物保護單位，其中兩個已成為了較為熱門的旅遊景點。

2 郭守敬與河南登封告成觀星臺

要談我國的古代天文臺，當然要從告成觀星臺說起，不僅僅因為它是我國現存的最為古老的天文臺，也不僅僅因為它是國務院1961年公佈的第一批全國重點文物保護單位，當然還不僅僅因為它於2007年初入選英國《新科學家》雜誌（當今世界上最有影響力的科普週刊之一）推選出的世界九大神秘古觀象臺並位居第二的榮耀，更不僅僅因為它是世界文化遺產和世界非物質文化遺產的“雙遺產”殊榮。

告成觀星臺清代照壁

我更看中的是，對於我們非天文專業甚至於非天文愛好者的普羅大眾而言，告成觀星臺事實上作為一個融歷史文化底蘊、科學研究價值、國寶級文物遺蹟等於一身的大型科普實物“教具”的身份。即便我們是“天文盲”，當對照眼前“教具”聽講解時，也好像約略能聽懂些東西，在對古人嘖嘖稱奇、連聲讚歎的同時，發自內心的中國人的自豪感也油然而生。

告成觀星臺坐落於河南省登封市東南15公里的告成鎮北，是中國現存最為古老的天文臺，由元代著名天文學家郭守敬創建於公元1276年，現保存有照壁、大門、周公測景臺、周公祠、古觀星臺和部分明清碑刻等文物遺蹟。告成觀星臺既是世界文化遺產——“天地之中”歷史建築群的核心建築，又是世界非物質文化遺產——“二十四節氣——中國人通過觀察太陽週年運動而形成的時間知識體系及其實踐”中“二十四節氣”的發源地。

照壁上的“千古中傳”題字

2019年10月1日午後，陽光明媚。時隔整整14年，我再次來到觀星臺遊覽。步行穿過登封市告成鎮碩大的廣場，繞過乾隆十三年（公元1748年）建的古觀星臺照壁，才發現觀星臺竟然免票開放了，這無疑是個驚喜。園內一撥撥一簇簇的遊人同我印象中2005年9月末的清冷氛圍形成了鮮明對比，這無疑是文物保護單位在保護、利用和管理的意識與能力方面與時俱進的體現。當然，為了拍這些沒有遊客出鏡的照片，可花了我不少時間哩。

周公測景臺紀念石表

進入大門後，迎面是唐開元十一年(公元723年)由天文官南宮說刻立的一座“周公測景臺”紀念石表，表南面刻“周公測景臺”五字。

表高196.5釐米，約為唐小尺8尺，表下石座上面北沿6.6～37釐米，切近唐小尺1.5尺，故知此表在規制上與《周禮》所載土圭測景之說相近。臺用青石製作，分臺座和石柱兩部分：臺座上大下小，呈梯形錐體，四邊稍有偏斜，各邊寬窄不等。石柱為表，臺座為圭。

周公祠

“周公測景臺”石表後三五步就是面闊三間的周公祠，該祠正是為紀念在此地建土圭測日影的西周大政治家周公旦。我們前文已說過，周公在此測影一說存疑。

《周禮·地官·司徒》載：“以土圭之法，測土深，正日景(古“影字”，下同)，以求地中……日至之景，尺有五寸，謂之地中。”東漢鄭玄在註釋中引用鄭眾的話說：“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。”

古觀象臺側面

周公祠北側就是古觀星臺。觀星臺由臺身與石圭、表槽組成，其作用是 “晝參日影，夜觀極星，以正朝夕”。臺身上小下大，形似覆鬥。檯面呈方形，用水磨磚砌造。臺高9.46米，連臺頂小屋通高12.62米。臺下邊寬16米多，上邊約為下邊之半。在臺身北面，設有兩個對稱的樓梯狀道口，築有60級磚石踏道和梯欄，盤旋簇擁臺體，可登臨臺頂。臺頂各邊有明顯收縮，並砌有矮牆（女兒牆），臺頂兩端小屋中間，由臺底到臺頂，有一個凹槽形狀的“高表”，表槽上部有一條橫杆。在表槽正北是三十六塊青石平鋪的石圭（俗稱量天尺）。石圭通長31.19米，其上有兩道平行的水槽。

這個觀星臺是元初科學家郭守敬主持建造的。

郭守敬像

郭守敬可是個牛人，河北邢臺人，身為天文學家、數學家、水利工程專家，一生成就卓著，著作等身，為我們留下了不少文化遺產。除了告成觀星臺外，北京的漕運運河——通惠河也是他主持修建的。他主持制定的《授時歷》通行了360多年，是當時世界上最先進的一種曆法。

他還主持了天文觀測史上著名的“四海測驗”，首創了地理學上的“海拔”概念，研製了一批天文儀器。毫不誇張地說，“郭守敬是十三世紀末、十四世紀初最偉大的科學家”！元世祖忽必烈之孫、元朝第二位皇帝鐵穆耳對他欽佩不已，連呼：“郭太史神人也！”明朝萬曆年間來華傳教的著名傳教士利瑪竇也是他的粉絲，稱讚郭守敬的天文儀器“規模和設計的精美遠遠超過我曾在歐洲所曾看到和知道的任何這類東西。這些儀器雖經受了二百五十年的雨、雪和天氣變化的考驗，卻絲毫無損於它原有的光榮。”

郭守敬塑像

郭守敬在元初對古代的圭表進行了改革，新創了比傳統“八尺之表”高出五倍的高表，告成觀星臺的直壁和石圭正是郭守敬所創高表制度的僅有的實物例證。郭守敬主持進行“四海測驗”時，在告成觀星臺觀測北極星的記錄，已載入《元史·天文志》中：“河南府陽城，北極出地三十四度太弱”(“太弱”為古代一度的十二分之八)。又據明萬曆十年(公元1582年)孫承基撰《重修元聖周公祠記》碑載：“磚崇臺以觀星。臺上故有滴漏壺，滴下注水，流以尺天。”由此可知觀星臺當是一座具有測影﹑觀星和記時等多種功能的天文臺。

告成觀星臺正面

據說，郭守敬等古代天文學家們就是利用三角形測量原理，通過告成觀星臺來進行天文觀測和計算的。觀星臺的“高表”及其上的橫杆、石圭及其上注入清水的水槽都是觀測時的重要“用具”，通過它們就能夠利用三角形方法進行測量，且結果相當準確，誤差極小。

石圭側面用紅色油漆標示的“冬至”兩字

石圭側面至今仍有紅色油漆標示的“冬至”兩字，就是工作人員通過觀星臺模擬觀測到的冬至日的日影位置，也是日影在石圭上投影最長的位置。

臺體東側下部的彈著點痕跡

明清時曾對觀星臺加以重修。抗日戰爭時期，觀象臺遭到日軍炮火的破壞，現在臺體上還留有彈著點痕跡。

【Tips】免門票，適合自駕遊，停車很方便。

開放時間：夏季8:30—17:00，冬季8:30—16:30。

3 張衡與河南偃師東漢靈臺遺址

元初建成使用的告成觀星臺是我國現存最為古老的一座天文臺，但絕不是說在此臺之前我國就沒有觀星臺。事實上，我們現在找到並能夠確定的年代最早的觀星臺在河南洛陽的偃師市，可惜只剩遺蹟供人憑弔，那就是東漢靈臺遺址。

東漢洛陽城平面示意圖（靈臺在圖中最下邊）

東漢靈臺遺址作為漢魏洛陽故城遺址的一部分於1961年入列第一批全國重點文物保護單位。它坐落於東漢都城洛陽城的南郊（現洛陽偃師市佃莊鎮大郊寨村東里許），是東漢時的國家天文觀測臺，始建於東漢光武帝建武中元元年(公元56年)，後來的曹魏和西晉也都沿用了此臺，前後共經歷3朝250多年，為我國古代天文學的發展作出了巨大貢獻。惜毀於西晉末年的戰亂，後於北魏年間改建為了佛寺。

靈臺遺址（圖中最下邊）的位置示意圖

靈臺遺址距洛陽白馬寺很近，我前陣子去白馬寺時專程去了漢魏洛陽故城閶闔門遺址，可惜不對普通遊人開放。那時，我還沒有關注到靈臺遺址，同它失之交臂。

遠望靈臺遺址

近2000年的風雨剝蝕，靈臺現僅留下一片殘跡，遠望似墓冢，但仍依稀可見當時的規模。

靈臺佔地面積達44000平方米，於1974年開始考古發掘。中心為一方形夯土高臺，其基址南北長約41米，東西寬約31米，高約8米。夯土臺四周各有上下兩層平臺。下層平臺築有迴廊，其北面正中有坡道上通二層平臺。上層平臺四方，原各有五間建築，每間面闊5.5米。遺留下來的西面建築的牆壁塗以白粉，東面塗以青粉；南面建築的鋪地磚上有硃紅色粉的痕跡。這種依方位的施粉方法，與崇拜四靈（東青龍、西白虎、南朱雀、北玄武）的習俗有關。其頂部原來置放儀器，是觀測天象的露天觀測臺。

據史書記載，東漢時的靈臺有工作人員40多人，他們分工明確，分別觀測日月星辰、大氣、風等，其中“候星”崗位14個。據說當時晚上觀星時，每班次5人，其中居中仰視中天者1人，環據四面觀測東西南北四方天空者各1人。

《續漢書・百官志二》雲：太史令一人,六百石。本注曰:掌天時、星曆。凡歲將終,奏新年曆。凡國祭祀、喪、娶之事,掌奏良日及時節禁忌。凡國有瑞應、災異,掌記之。丞一人。明堂及靈臺丞一人,二百石。本注曰:二丞,掌守明堂、靈臺。靈臺掌候日月星氣,皆屬太史。

我不知道他們是坐著觀還是躺著看，不知道他們多久換一班，反正目不轉睛地盯著星空是極累的一個差事。我小時候曾多有於夏夜躺在涼蓆上，邊聽大人講故事邊肉眼“觀測”星空的經歷。那時候空氣質量好，沒有霧霾，真的是繁星滿天，認識了北極星、北斗七星、牛郎和織女星等，銀河更是歷歷在目啊！當不眨眼睛死盯著一個星的時候，往往會看到周邊更多的略暗的星星，此時總會有莫名的恐懼感襲來……扯遠了。

靈臺遺址

在靈臺建成後約四五十年光景，我們熟知的發明“候風地動儀”的大科學家張衡兩度出任太史令一職，親自參與、主持和領導靈臺的天象觀測和天文研究前後達14年之久。他發明的地動儀和渾象儀等就安放在靈臺上。

張衡就更牛了！他根據觀測記錄繪製的《靈憲圖》是我國最早的星相圖，觀測結果與現代觀察的星體數基本相同；他發明的候風儀（又名相風銅烏）是世界上第一個測定風向的儀器，比歐洲的候風鳥早1000餘年。關鍵是，他還文理兼通！不僅是偉大的天文學家、數學家和發明家，被後人譽為“科聖”；還是著名的文學家，與司馬相如、揚雄、班固等並稱“漢賦四大家”，代表作有《二京賦》《歸田賦》《思玄賦》，對漢賦的發展有著巨大貢獻。嗯，對了，張衡是河南南陽人，河南人的驕傲呦！

【Tips】外觀就是一土堆，如感興趣可在去白馬寺遊玩時順道一觀，當然自駕遊最好。

4 南懷仁與北京建國門古觀象臺

北京古觀象臺位於北京市東城區建國門立交橋西南角的東裱褙衚衕，始建於明朝正統七年（公元1442年），是明、清和民國初年的國家天文臺，1929年改為國立天文陳列館，不再作觀測研究，連續從事天文觀測487年，是世界上保存至今的古觀象臺中保持連續觀測時間最悠久的天文臺，沒有之一！它以建築完整、儀器精美、歷史悠久和在東西方文化交流中的獨特地位而聞名於世,1982年被列為第二批全國重點文物保護單位。

北京建國門古觀象臺

今年5月底的一天傍晚，我趕在古觀象臺停止售票前買票入內匆匆一觀。

入門左手就是古觀象臺。

北京建國門古觀象臺的臺階

臺體高約14米，站在臺下仰望，顯得非常高大。信步拾階而上。臺頂南北長20.4米，東西長23.9米，因擺滿了8件清代的銅質天文儀器而顯得有些侷促。儀器均用欄杆圍擋，每架儀器前的欄杆上均有銘牌簡介。夕陽斜射，儀器表面像鍍了一層金。拍照逆光。在周圍高樓的襯托下，觀象臺越發顯得古樸厚重。

南懷仁設計製造的黃道經緯儀與紀限儀

臺上的天文儀器原為元、明時期製造，是清代逐步更新的。朱元璋建立明朝定都南京後,將原有的宋元天文儀器全部運至南京，明成祖朱棣徙都北京後卻沒有把這批天文儀器回遷。明英宗即位後下令仿製南京舊儀，並於正統七年(公元1442年)在元大都城牆東南角樓舊址上修建“觀星臺”（就是今天的建國門古觀象臺），將仿製的渾儀、簡儀等天文儀器安裝就位,結束了明初京城司天人員目視觀測天象的歷史。

臺上的天文儀器全景照

1644年清政權建立後，將觀星臺改名為“觀象臺”，並逐漸用清制儀器替代了元明時期的儀器。

康熙年間,南京所存的元代天文儀器被運回北京安放在觀象臺上,與明代正統年間製造的儀器共同使用。康熙十二年（公元1673年）,南懷仁指導製成了天體儀、黃道經緯儀、赤道經緯儀、地平經儀、象限儀、紀限儀等6件新儀,並用它們更換了觀象臺上的這些元明古儀。康熙五十四年（公元1715年）,德國傳教士紀理安以銷燬大部分元明古天文儀器為代價設計製造了地平經緯儀,並將拓寬臺頂東側予以安置。乾隆九年（公元1744年）製成璣衡撫辰儀並安裝到臺上,同時將明制的渾儀、簡儀和渾象三器移置臺下的紫微殿前,於是臺上的8件儀器全部更新為清制，並形成了今天古觀象臺的面貌。

德國傳教士紀理安設計製造的地平經儀

臺上放置的這8件清制儀器連同臺下的明制渾儀和簡儀，曾於1900年八國聯軍侵入北京時被德、法兩國侵略者平分。法國將儀器運至法國駐華大使館，後在1902年歸還；德國則將儀器運至波茨坦離宮展出，在其一戰失敗後於1921年歸還我國。渾儀、簡儀等三件明制儀器在1933年轉移至南京,至今仍安放在紫金山天文臺。

南懷仁像

這裡必須重點說一下南懷仁。

他是比利時人，35歲時來華，曾任職欽天監副監（相當於國家天文臺的業務負責人），官至工部侍郎（正二品），是清初的天文學家、科學家和最有影響的來華傳教士，還是康熙皇帝的科學啟蒙老師，精通天文曆法，擅長機械製造，懂兵器，會造炮。此外，他還當翻譯、搞測量、教數學，為近代西方科學知識在中國的傳播做出了重要貢獻。

南懷仁供職欽天監後做的一件大事是改造觀象臺，重造適用於西洋新法的6件大型天文儀器。他主要參考第谷的設計，將歐洲的機械加工工藝和中國的鑄造工藝結合起來，經過四年多努力造出了典雅精美、中西合璧的先進儀器。

院內的南懷仁塑像

此外，南懷仁還奉旨設計監造火炮至少566門，他設計的“神威將軍”炮、“武成永固大將軍”炮和“神功軍”炮被選入清代國家典籍《欽定大清會典》，而我們因影視作品而熟悉的“紅衣大炮”並不是他最出色的設計作品。中國國家博物館至今還藏有一門他設計監造的武成永固大將軍炮。同時，南懷仁還對地理知識和科學知識在我國的傳播，以及中俄《尼布楚條約》的簽訂做出了重要貢獻。