首頁 古文典籍 夢溪筆談

極星測量

渾儀、渾象與極星
【原文】
天文家有渾儀①,測天之器,設于崇台②,以候③垂象④者,則古機衡⑤是也。渾象,象天⑥之器,以水激之,或以水銀轉之,置于密室,與天行相符,張衡⑦、陸績⑧所為,及開元中置于武成殿者,皆此器也。皇祐中,禮部試⑨《機衡正天文之器賦》,舉人皆雜用渾象事,試官亦自不曉,第⑩為高等。漢以前皆以北辰居天中,故謂之“極星”。自祖亙以機衡考驗天極不動處,乃在極星之末猶一度有餘。熙寧中,餘受詔典領歷官,雜考星歷,以機衡求極星。初夜在窺管中,少時復出,以此知窺管小,不能容極星遊轉,乃稍稍展窺管候之。凡歷三月,極星方遊于窺管之內,常見不隱,然後知天極不動處,遠極星猶三度有餘。每極星入窺管,別畫為一圖。圖為一圓規,乃畫極星于規中。具初夜、中夜、後夜所見各圖之,凡為二百餘圖,極星方常循圓規之內,夜夜不差。餘于《熙寧歷奏議》中敘之甚詳。

【注解】
①渾儀:也叫渾天儀。我國古代測定天體位置的一種儀器,在支架上固定著兩個互相垂直的圈,分別代表地平和子午圈;在其內還有若幹個能繞一條和地軸平行的軸轉動的圈,它們分別代表赤道、黃道、時圈、黃經圈等;在可轉動的圈上附有可繞中心旋轉的窺管,用以觀測天體。
②崇台:高台。崇:高。
③候:伺望,偵察,這裏是“觀測”的意思。
④垂象:(天空)顯現的星象。
⑤機衡:有的版本校作“璣衡”。璣衡,璇璣玉衡的簡稱。據胡道靜先生考證,東漢一部分人認為璇璣玉衡就是渾天儀,後人研究認為這是錯誤的。盡管文獻記載中渾天儀的歷史可追溯到唐堯時代(見《隋書·天文志》引《春秋文耀鉤》),但是都不可靠。李約瑟的《中國科學技術史》根據先秦時代“以管窺天”的成語推測,當時的觀測儀器僅是一個簡單的望筒,直到兩漢時代,它的規格才漸漸完備起來。另外,古代常將渾象和渾儀兩者總稱為渾天儀,直到隋唐以後才比較明顯地將它們加以區別。
⑥象天:模擬天象。象:象征,這裏有“模擬”、“演示”、“驗證”的意思。
⑦張衡:東漢科學家、文學家,字平子,河南南陽西鄂(今河南南陽石橋鎮)人。他精通天文歷算,創製了世界上最早用水力推動的渾象儀和測定地震的地動儀,並第一次正確地解釋了月食的成因。他在文學方面也是才華出眾的,所創作的賦和詩在文學史有一定的地位。
⑧陸績:字公紀,三國吳郡吳縣(今江蘇蘇州)人,精通天文、歷算,曾製造過渾象儀。
⑨禮部試:唐代的進士考試本由吏部員外郎主持,到開元二十四年(736年),改由尚書省的禮部侍郎主持,通稱省試。此後歷代沿襲,科舉遂為禮部專職,因此稱在京城舉行的會試為禮部試,亦稱禮闈。
⑩第:科舉考試的等第,這裏用為動詞,是“考官判定名次”的意思。
祖亙:即祖暅,祖沖之之子。
典領歷官:沈括于宋神宗熙寧五年(1072年)提舉司天監之職,“典領歷官”即指此事。
復出:指所觀測的北極星移動並離開了窺管的視野。
凡歷三月:一共經過了三個月時間。
別:另外。
圓規:這裏指圓圈。
循:這裏指極星按圓圈路線移動。
《熙寧歷奏議》:沈括于熙寧八年(1075年)上呈《奉元歷》時所寫的奏議。

【譯文】
天文學家有渾天儀,是觀測天文現象的儀器,設定于高台上以觀察天象,即古代所稱的璣衡。又有渾象,是模擬天球的儀器,用水沖擊,或用水銀泄漏作動力,使它轉動,設定于密室之中,以與天球的運行相符合,張衡、陸績所造及唐開元中置于武成殿的天文儀器都是這種器物。本朝皇祐年間,禮部舉行貢舉的省試,用了《璣衡正天文之器賦》的考題,舉人們都雜用渾儀、渾象的典故,主持考試的官員自己也不明白二者的區別,遂將這類答卷列入高等名次的評定範圍。漢代以前,人們都以為北辰星處在北天的正中位置,所以稱之為“極星”。自從祖暅用璣衡加以觀測驗證,才發現北天極點不動的位置,實在北極星所在天區的盡頭,其視覺定位距北極星還有一度多。熙寧年間,我受命提舉司天監,掌領歷法官的職事,曾雜考星象歷法,用渾天儀觀測考求北極星的位置。夜初時分,北極星在窺管中,不多時候就遊出于窺管之外了。以此知道窺管太小,不能容納北極星遊動轉行的範圍,于是漸漸擴展窺管來觀測它。如此歷時共三個月,才使得北極星完全在窺管中遊動,始終看得見而不會再隱去。然後知道北天極點不動的位置,距離北極星最遠還有三度多。當時每當北極星進入窺管,就另外畫一張圖。圖為一正圓形,于是畫北極星的運動位置于圓形中。凡是初夜、中夜、後夜所見的位置都具備,分別畫在圖上。這樣共製出二百多張圖,北極星才一直在設定的圓形內迴圈運動,運行軌跡夜夜不差。我在《熙寧歷奏議》中,對此有詳細的敘述。

二十八宿
【原文】
予編校昭文書時,預①詳定渾天儀。官長問予:“二十八宿,多者三十三度,少者止一度。如此不均,何也?”予對曰:天事本無度,推歷者無以寓其數,乃以日所行分天為三百六十五度有奇②。(日平行三百六十五日有餘而一期③,天故以一日為一度也。)既分之,必有物記之,然後可窺而數,于是以當度之星記之。循黃道④日之所行一期,當者止二十八宿星而已,(度如傘橑⑤,當度謂正當傘橑上者。故車蓋二十八弓,以象二十八宿。則予《渾儀奏議》所謂“度不可見,可見者星也”。日月五星之所由⑥有星焉,當度之畫⑦者凡二十有八,謂之舍⑧,舍所以挈度、所以生數也。)今所謂距度星⑨者是也。非不欲均也,黃道所由,當度之星止有此而已。

【注解】
①預:參與。
②奇(jī):零頭,餘數。
③一期:一個周期。
④黃道:古代天文學上指太陽視運動在天球上的軌跡。
⑤橑(lǎo):通“轑”,撐起傘或車蓋的弓形木架。俗稱傘弓、車蓋弓等。
⑥由:經由,經過之處。
⑦畫:劃分,界限。
⑧舍:二十八宿又稱二十八舍。“宿”、“舍”同義,蓋取義于日月五星舍止之處。
⑨距度星:二十八宿的每一宿實際上都表示一個星空區域,其中被選為測量標志的一顆星即被稱距度星,也稱距星。距星的距度(與相鄰距星的度數之差)代表各宿星區的廣度。

【譯文】
我在編校昭文館書籍時,曾參與詳細審定渾天儀的工作。官長問我:“二十八宿之間的距離,多的有三十三度,少的隻有一度。如此不均勻,為什麽呢?”我回答說:天體運行本無所謂“度”,是推算歷法者無從運用他們的推算資料,才按太陽每年所行經的軌道,劃分周天為三百六十五度多一點。(太陽運行平均三百六十五天多一點為一個周期,所以周天也以太陽每天所行的距離為一度。)既要劃分周天,必然要有參照物作標記,然後才可以測量和運算,于是便以正好在黃道附近可以作為分度界點的星體為標志。太陽沿著黃道運行一周,可以當做分度界點的星體也不過二十八宿的代表星官而已,(分度的界線就像撐傘的弓形架條,“當度”指正好處在傘弓上。所以車蓋有二十八條弓架,用以象征二十八宿。這也就是我在《渾儀奏議》中所說的“度是不可見的,可見的是星”。日、月、五星所經之處都有許多可見的星,而正好可以作為分度界點的大概有二十八宿的星官,且稱之為“舍”,“舍”就是用來提領分度和產生度數的。)現在所稱的距度星就是這種代表星。並非是天文學家不想均勻劃分,而是在太陽所行經的黃道上,可以作為分度標志的星體隻有這些罷了。

日月之形
【原文】
又問予以“日月之形,如丸①邪?如扇②也?若如丸,則其相遇豈不相礙③?”餘對曰:“日月之形如丸。何以知之?以月盈虧④可驗也。月本無光,猶銀丸,日耀⑤之乃光⑥耳。光之初生⑦,日在其傍⑧,故光側⑨而所見才如鉤;日漸遠,則斜照,而光稍滿⑩。如一彈丸,以粉塗其半,側視之則粉處如鉤,對視之則正圜。此有以知其如丸也。日、月,氣也,有形而無質,故相值而無礙。”

【注解】
①丸:彈丸,圓球形。
②扇:團扇,圓形。
③礙:阻礙。限于科學認知能力,宋代人普遍認為太陽、月亮都在天上,它們到地面的距離是相同的,所以才會有當它們碰到一起時會不會互相阻礙的疑問。
④盈虧:指月盈、月虧,即月亮的圓缺。
⑤耀:照耀,照射。
⑥光:文中用作動詞,是“發光”的意思。
⑦光之初生:月光初現時,這裏是指陰歷每月初隻能看到一道月牙。
⑧傍:通“旁”。
⑨光側:指陽光從側面照射月球。
⑩稍滿:指隨著太陽的移動,人們可以見到月球被陽光照亮的地方逐漸增大、變圓。
正圜:正圓。圜:同“圓”。
氣:氣體。古人誤認為日、月都是由氣體組成的。
質:實體。
相值:相遇。值:遇到。

【譯文】
官長又問我以這一問題:“太陽和月亮的形狀是像個圓球呢,還是像把扇子呢?如果像個圓球,那麽它們相遇,又怎會不互相妨礙?”我回答說:“太陽和月亮的形狀像個圓球。何以知道它們是這樣子?以月亮的盈虧就可以驗證。月亮本來不發光,譬如一個銀球,太陽照耀它,它才發光。月光初生的時候,是太陽在它旁邊照射,所以光在它的側面,人們能夠看到的月光面就僅僅像個彎鉤;太陽漸漸遠離月亮,則斜照過來,月光就逐漸變得圓滿。猶如一顆彈丸,用白粉把它的表面塗抹一半,從旁邊看去則塗了粉的地方如同彎鉤,對著塗粉的一半正面看去則還是正圓。由此可見太陽和月亮都像個圓球。太陽和月亮都是由氣凝結而成的,有形狀而無質體,所以相遇也沒有妨礙。”

古之繇辭
【原文】
古之卜者,皆有繇辭①。《周禮》三兆②“其頌皆千有二百”。如“鳳凰于飛,和鳴鏘鏘”;“間于兩社,為公室輔”;“專之渝,攘公之羭,一薰一蕕,十年尚猶有臭”;“如魚竀尾,衡流而方羊,裔焉,大國滅之,將亡,闔門塞竇,乃自後逾”;“大橫庚庚,餘為天王,夏啓以光”之類是也。今此書亡矣。漢人尚視其體,今人雖視其體③,而專以五行為主,三代④舊術,莫有傳者。

【注解】
①繇(zhòu)辭:據龜甲上的裂紋來判斷吉凶的語詞。
②三兆:指玉兆、瓦兆、原兆,一般認為它們指三部上古佔卜的書。
③體:兆象。
④三代:夏、商、周。

【譯文】
古代用龜甲佔卜的人都有繇辭。《周禮》三兆中“其頌都有一千二百條繇辭”。如“鳳凰于飛,和鳴鏘鏘”;“間于兩社,為公室輔”;“專之渝,攘公之羭,一薰一蕕,十年尚猶有臭”;“如魚竀尾,衡流而方羊,裔焉,大國滅之,將亡,闔門塞竇,乃自後逾”;“大橫庚庚,餘為天王,夏啓以光”這類都是繇辭(沈括所引五段繇辭,前四段出自《左傳》,最後一段出自《史記》)。現今這一類的書都失傳了。漢代人還是存有這種看龜甲上的裂紋下繇辭的舊製,現今的人雖然也觀察龜甲上的裂紋,卻全用五行學說來進行闡釋,夏、商、周的舊術沒人能傳承。

張子信觀天象
【原文】
北齊張子信候天文,凡月前有星,則行速,星多則尤速。月行自有遲速定數,然遇行疾者,其前必有星,如子信說,亦陰陽相感自相契耳。

【譯文】
北齊時的張子信觀測天象,發現凡是月亮的前面有行星時,月亮就運行迅速,行星多時就尤其迅速。月亮運行的快慢自有定數,然而運行迅速的時候其前方必定有行星,就像張子信所說,這也是因為陰陽互相感應而自相契合。

捕鼠木鍾馗
【原文】
慶歷①中,有一術士②姓李,多巧思。嘗木刻一“舞鍾馗③”,高二三尺,右手持鐵簡④,以香餌置鍾馗左手中。鼠緣手取食,則左手扼鼠,右手運簡斃之。以獻荊王⑤,王館于門下。會太史言月當蝕于昏時,李自雲:“有術可禳⑥。”荊王試使為之,是夜月果不蝕。王大神之,即日表聞,詔付內侍省問狀。李雲:“本善歷術,知《崇天歷》⑦蝕限⑧太弱,此月所蝕,當在濁中。以微賤不能自通,始以機巧幹荊邸⑨,今又假禳以動朝廷耳。”詔送司天監考驗。李與判監楚衍⑩推步日月蝕,遂加蝕限二刻;李補司天學生。至熙寧元年七月,日辰蝕東方,不效。卻是蝕限太強,歷官皆坐謫。令監官周琮重修,復減去慶歷所加二刻。苟欲求熙寧日蝕,而慶歷之蝕復失之,議久紛紛,卒無巧算,遂廢《明天》,復行《崇天》。至熙寧五年,衛樸造《奉元歷》,始知舊蝕法止用日平度,故在疾者過之,在遲者不及。《崇》《明》二歷加減,皆不曾求其所因,至是方究其失。

【注解】
①慶歷:宋仁宗趙禎年號(1041—1048年)。
②術士:古代有時指儒生,有時指道術之士,文中指懂得天文、歷法、卜算與某方面技藝的人。
③鍾馗:傳說中的一個專門打鬼的判官。
④鐵簡:文中指狹長的鐵板子。
⑤荊王:宋神宗的弟弟趙頵。
⑥禳(ránɡ):迷信的人用祈禱的辦法消除災難。
⑦《崇天歷》:宋代所用歷法之一,分別用于1024—1064年和1068—1074年。
⑧蝕限:即食限,指日食限和月食限。《辭海》:“在朔日,月球中心離白道和黃道的交點使日食成為可能的極限角距離叫‘日食限’。距離在15°21′(下限)以內必發生日食,在18°31′(上限)以外無日食。在望日,地影中心離白道和黃道的交點使月食成為可能的極限角距離叫做‘月食限’。月食的上限為12°15′,下限為9°30′。在上下限之間可能發生日偏食或月偏食。”
⑨荊邸:文中指荊王府邸。
⑩楚衍:宋代開封阼城人,精于天文歷法,曾補司天監學生,進司天監丞,是《崇天歷》的參與編製者。
司天學生:司天監的下級官員。
辰:辰時,指上午7時至9時。
不效:沒有應驗,與推算的時間不符。
坐:因某事受牽連而受處罰或被定罪。
謫:貶官,文中指受降職處罰。
周琮:宋英宗時任殿中丞判司天監,曾主持編製《明天歷》。
《明天》:即《明天歷》,宋英宗治平元年(1064年)由周琮等編製而成,套用于1065—1067年。
熙寧五年:1072年。熙寧:宋神宗趙頊年號(1068—1077年)。
衛樸:宋代人,平民出身,為沈括舉薦,編製了《奉元歷》。
《奉元歷》:宋代歷法之一,為平民衛樸編製,套用于1075—1093年。

【譯文】
宋仁宗慶歷年間,有一個姓李的術士,多有奇思妙想。他曾經刻製了一個能動的木頭人叫“舞鍾馗”,(木頭人)有二三尺高,右手拿著一根鐵板條,左手裏放著噴香的誘餌。當老鼠順著木頭人的手爬上去吃誘餌的時候,它的左手就會緊緊抓住老鼠,右手會揮動鐵板條將老鼠打死。姓李的術士把這個木頭人送給了荊王,荊王就把他留下來做了門客。(後來有一次)恰巧碰到太史說黃昏時刻會發生月食,姓李的術士自己(出來)說:“我有辦法使月食消除。”荊王就試著讓他去消除月食,那天月食果然沒有發生。荊王感到非常神奇,當天就將此事上奏朝廷,皇帝便下令由內侍省來詢問這件事的具體情況。姓李的術士說:“我本來就善于歷法,知道《崇天歷》對食限的角度定得過小了,這次月食的位置應該在地平線以下。因為自己出身寒微,不能自己將此事上報官府,所以才做了一個設定了機關的木頭人借機進了荊王府,現在又假借能夠消除月食來引起朝廷註意罷了。”皇帝于是下令將姓李的術士送到司天監,對他的說法進行檢驗。姓李的術士同司天監長官楚衍一道推算日食、月食,于是把食限增加了兩刻,姓李的術士也因此而得以補司天學生的職務。(但是)到了宋神宗熙寧元年七月的一天,按推算當天早上要發生日食,卻沒有應驗,恰恰是食限增大了的緣故。于是歷法官們都因此而被降職。皇帝下令司天監官周琮重新修正歷法,他又減去了慶歷年間所加的二刻食限。(這樣一來)如果算準了熙寧年間的這次日食,慶歷年間的那次月食就又算不準了。(如此這般)爭論了很久,始終沒有一個巧妙的演算法,于是廢掉了《明天歷》,又重新採用《崇天歷》。直到熙寧五年,衛樸編製了《奉天歷》後,才知道過去推算日月食時隻用了太陽運行的平均速度,所以當太陽運行速度較快時就超過了,當太陽運行速度較慢時又會達不到。《崇天歷》和《明天歷》兩種歷法對食限的加減,都沒有探究尋找到產生偏差的真正原因,直到這次才弄清了產生偏差的原因所在。

返回頂部