梦溪笔谈·极星测量

浑仪、浑象与极星
【原文】
天文家有浑仪①，测天之器，设于崇台②，以候③垂象④者，则古机衡⑤是也。浑象，象天⑥之器，以水激之，或以水银转之，置于密室，与天行相符，张衡⑦、陆绩⑧所为，及开元中置于武成殿者，皆此器也。皇祐中，礼部试⑨《机衡正天文之器赋》，举人皆杂用浑象事，试官亦自不晓，第⑩为高等。汉以前皆以北辰居天中，故谓之“极星”。自祖亘以机衡考验天极不动处，乃在极星之末犹一度有余。熙宁中，余受诏典领历官，杂考星历，以机衡求极星。初夜在窥管中，少时复出，以此知窥管小，不能容极星游转，乃稍稍展窥管候之。凡历三月，极星方游于窥管之内，常见不隐，然后知天极不动处，远极星犹三度有余。每极星入窥管，别画为一图。图为一圆规，乃画极星于规中。具初夜、中夜、后夜所见各图之，凡为二百余图，极星方常循圆规之内，夜夜不差。余于《熙宁历奏议》中叙之甚详。

【注释】
①浑仪：也叫浑天仪。我国古代测定天体位置的一种仪器，在支架上固定着两个互相垂直的圈，分别代表地平和子午圈；在其内还有若干个能绕一条和地轴平行的轴转动的圈，它们分别代表赤道、黄道、时圈、黄经圈等；在可转动的圈上附有可绕中心旋转的窥管，用以观测天体。
②崇台：高台。崇：高。
③候：伺望，侦察，这里是“观测”的意思。
④垂象：（天空）显现的星象。
⑤机衡：有的版本校作“玑衡”。玑衡，璇玑玉衡的简称。据胡道静先生考证，东汉一部分人认为璇玑玉衡就是浑天仪，后人研究认为这是错误的。尽管文献记载中浑天仪的历史可追溯到唐尧时代（见《隋书·天文志》引《春秋文耀钩》），但是都不可靠。李约瑟的《中国科学技术史》根据先秦时代“以管窥天”的成语推测，当时的观测仪器仅是一个简单的望筒，直到两汉时代，它的规格才渐渐完备起来。另外，古代常将浑象和浑仪两者总称为浑天仪，直到隋唐以后才比较明显地将它们加以区别。
⑥象天：模拟天象。象：象征，这里有“模拟”、“演示”、“验证”的意思。
⑦张衡：东汉科学家、文学家，字平子，河南南阳西鄂（今河南南阳石桥镇）人。他精通天文历算，创制了世界上最早用水力推动的浑象仪和测定地震的地动仪，并第一次正确地解释了月食的成因。他在文学方面也是才华出众的，所创作的赋和在文学史有一定的地位。
⑧陆绩：字公纪，三国吴郡吴县（今江苏苏州）人，精通天文、历算，曾制造过浑象仪。
⑨礼部试：唐代的进士考试本由吏部员外郎主持，到开元二十四年（736年），改由尚书省的礼部侍郎主持，通称省试。此后历代沿袭，科举遂为礼部专职，因此称在京城举行的会试为礼部试，亦称礼闱。
⑩第：科举考试的等第，这里用为动词，是“考官判定名次”的意思。
祖亘：即祖暅，祖冲之之子。
典领历官：沈括于宋神宗熙宁五年（1072年）提举司天监之职，“典领历官”即指此事。
复出：指所观测的北极星移动并离开了窥管的视野。
凡历三月：一共经过了三个月时间。
别：另外。
圆规：这里指圆圈。
循：这里指极星按圆圈路线移动。
《熙宁历奏议》：沈括于熙宁八年（1075年）上呈《奉元历》时所写的奏议。

【译文】
天文学家有浑天仪，是观测天文现象的仪器，设置于高台上以观察天象，即古代所称的玑衡。又有浑象，是模拟天球的仪器，用水冲击，或用水银泄漏作动力，使它转动，设置于密室之中，以与天球的运行相符合，张衡、陆绩所造及唐开元中置于武成殿的天文仪器都是这种器物。本朝皇祐年间，礼部举行贡举的省试，用了《玑衡正天文之器赋》的考题，举人们都杂用浑仪、浑象的典故，主持考试的官员自己也不明白二者的区别，遂将这类答卷列入高等名次的评定范围。汉代以前，人们都以为北辰星处在北天的正中位置，所以称之为“极星”。自从祖暅用玑衡加以观测验证，才发现北天极点不动的位置，实在北极星所在天区的尽头，其视觉定位距北极星还有一度多。熙宁年间，我受命提举司天监，掌领历法官的职事，曾杂考星象历法，用浑天仪观测考求北极星的位置。夜初时分，北极星在窥管中，不多时候就游出于窥管之外了。以此知道窥管太小，不能容纳北极星游动转行的范围，于是渐渐扩展窥管来观测它。如此历时共三个月，才使得北极星完全在窥管中游动，始终看得见而不会再隐去。然后知道北天极点不动的位置，距离北极星最远还有三度多。当时每当北极星进入窥管，就另外画一张图。图为一正圆形，于是画北极星的运动位置于圆形中。凡是初夜、中夜、后夜所见的位置都具备，分别画在图上。这样共制出二百多张图，北极星才一直在设定的圆形内循环运动，运行轨迹夜夜不差。我在《熙宁历奏议》中，对此有详细的叙述。

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