字載匠心｜渾天儀：凝聚古人探索宇宙的智慧

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“渾天如雞子，天體圓如彈丸，地如雞子中黃，孤居于內。”東漢科學家張衡曾以如此生動的比喻來描述宇宙，并制作了一臺渾天儀來演示“渾天說”。由“渾天說”衍生出來的古代天文儀器可分為兩種——渾儀和渾象，渾儀是測量星體坐標的儀器，渾象則用來演示星體運行。

清康熙銀鍍金渾儀。故宮博物院供圖

在故宮博物院“百年守護——從紫禁城到故宮博物院”展覽第三單元，一件精致的銀鍍金渾儀引人注目。這件渾儀為清康熙年間欽天監官員、比利時人南懷仁制作，其3層環架組合、上圓下方的造型，為中國傳統渾儀的形式，而刻度和設計原理則采用了西方法度和托勒密的地心說，是中西科技融合的產物。

從張衡制作的渾天儀，到北京古觀象臺上的清代天體儀、璣衡撫辰儀等，中國古代渾天儀的創制、發展凝聚了古人探索宇宙的智慧，展現了中華文明的宏闊氣派與探索創新的精神。

以儀器演示“渾天說”

“渾天說”是中國古代的一種宇宙模型，認為天是一個圓球，像雞蛋殼一樣包裹著大地，大地就像蛋黃，居于其中，日月星辰附在“天殼”上，“天殼”一晝夜繞地轉一圈，日月星辰隨之東升西落。

早在西漢學者揚雄的《法言》里，就記載了關于渾天說的儀器：“或問渾天，曰：落下閎營之，鮮于妄人度之，耿中丞象之”。北京天文館古觀象臺研究員王玉民告訴記者，此句大意是，有人問渾天是怎么回事，回答說：落下閎（漢武帝時期天文學家）營造了儀器，鮮于妄人（漢昭帝時期主歷使者）進行測量，耿壽昌（漢宣帝時期大司農中丞）用儀器形象地表現了“渾天說”。

東漢時期，張衡制作了一臺渾天儀，并著有注文傳世。據記載，渾天儀的主體是直徑四尺六寸的銅球，球面標出星官、黃道、赤道等，利用穩定的漏壺流水，通過齒輪傳動裝置推動銅球均勻繞極軸旋轉，來模擬星體東升西落。因為它是靠漏壺的水推動運轉的，后世也稱它為“漏水轉渾天儀”。

“這是有明確記載的世界上第一臺自動演示日月星辰運行的儀器，也是‘渾天儀’這個名詞第一次正式出現。”王玉民說。

《晉書·天文志》將張衡制作的渾天儀稱為“渾象”，并記載了東漢末年陸績所造的渾象。后世學者制作了不少類似的儀器，現代的天文學史研究者將它們統稱為渾象。

領先時代的科技創造

《春秋文耀鉤》云：“唐堯即位，羲和立渾儀。”可見這種儀器有著悠久的歷史。

史書中最早有具體結構記載的渾儀是由東晉十六國時期前趙史官丞孔挺制造的。據《隋書·天文志》記載，它有兩層環圈，外層環包括地平環、赤道環和子午雙環，內層包括可繞南北軸轉動的赤經雙環及里面可照準星體的“衡”。

唐初，天文學家李淳風創制了一臺新式渾儀，在原來的兩層環圈之間增加了一層，包括赤道環、黃道環、白道環，史書稱之為“渾天黃道儀”。后世所制渾儀結構多與之相仿，根據觀測需求增添或減少環圈。

北宋元祐年間，天文學家蘇頌、韓公廉等人在汴京（今河南開封）制作出水運儀象臺。它是一座上窄下寬、底座為方形的木結構高臺建筑，高約12米，上下分3層。上層置有渾儀，中層有渾象，下層有報時裝置和動力機械，由水力驅動，集天體觀測、天象演示和報時功能于一體。水運儀象臺反映了11世紀中國天文學和機械制造的先進水平，其傳動系統中的裝置與近代機械鐘表的關鍵部件擒縱器相似，英國學者李約瑟認為它可能是歐洲中世紀天文鐘的祖先。

可惜的是，這臺杰出的科學儀器毀于戰火。所幸蘇頌編撰了《新儀象法要》一書，記述了水運儀象臺的工作原理、詳細尺寸與構造。國內外學者曾依照此書，對宋代水運儀象臺進行仿制。經過多年研究，開封市博物館仿制出1∶1、完全靠水運行的水運儀象臺，再現了這臺宏偉的機械裝置。

渾儀的環圈相互交錯，會導致部分天區被遮擋而觀測不到，元代科學家郭守敬將渾儀分解為相互獨立的赤道和地平裝置，并去掉黃道坐標環及有關部件，制成“簡儀”。簡儀結構簡單，更方便觀測，其采用的赤道裝置是中國古代天文儀器的一大發明，比丹麥天文學家第谷發明的功能相似的儀器早了近300年。簡儀中還使用了滾柱軸承，據天文學家李鑒澄考證，這是世界上最早在天文儀器中使用滾柱軸承的實例。

體現文明賡續與交流互鑒

中國農耕文明源遠流長，天文歷法是農業社會生產生活的重要依據，歷朝歷代都十分重視仰觀天象、治歷明時。古代天文臺上陳列的渾儀、渾象等儀器，體量巨大，制作考究，堪稱國之重器。

現存最古老的渾儀位于江蘇南京紫金山天文臺上，為明正統年間制作，距今有500多年歷史。與之并列的簡儀亦是正統年間所制，為郭守敬簡儀的仿制品。它們造型莊重，紋飾精美，采用龍柱與云柱支撐，氣勢雄偉。這兩架儀器原列于北京古觀象臺，抗戰時期，為防日軍劫掠，將它們運至南京。

北京古觀象臺上現存8架清代大型青銅天文儀器，包括天體儀、赤道經緯儀、黃道經緯儀、地平經儀、象限儀、紀限儀、璣衡撫辰儀、地平經緯儀。

天體儀為清康熙年間新制六儀中的渾象，因其重要的象征作用，被譽為“諸儀之統”。這架天體儀是中國古代唯一存世的大型渾象，由南懷仁于1673年設計制造。

清代天體儀。北京天文館供圖

璣衡撫辰儀是乾隆命欽天監按照渾儀的形制、西法的刻度鑄造的一架新儀器，重5145千克，高3.379米。這也是中國古代最后一架大型青銅儀器。

故宮博物院研究館員徐婉玲介紹，清宮將天文儀器視作禮器，一些小型天文儀器陳設于室內或宮殿外，體現敬天法祖的理念。乾隆二十四年（1759年）編纂的《皇朝禮器圖式卷三·儀器類》收錄了幾十件天文儀器，其中既有古觀象臺上陳列的天體儀、璣衡撫辰儀等，也有藏于清宮的渾天合七政儀、三辰儀等。

乾隆九年（1744年）制作的銅鍍金三辰儀是璣衡撫辰儀的五分之一模型。它通過測日、月、星的運動變化而求得時刻，還可以測量天體的赤道經緯度。三辰儀做工精美，配備了用于校準水平與垂直方位的水槽與墜子，下方的盒中還存有清代科學家何國宗寫的使用說明書——《三辰儀說》。

乾隆年間造辦處所制的金嵌珍珠天球儀是一件華美絕倫的藝術珍品。天球表面鑲嵌了數千顆珍珠，代表天上的繁星。天空中肉眼可見越亮的星，鑲嵌的珍珠越大。九龍環繞的純金支架支撐著球體，下置四獸足基座，座上有東、南、西、北四字，并在座心安裝了羅盤。天球儀內部還有機械裝置，轉動鑰匙后可以演示天象運行。此器是流傳至今唯一以黃金制成的天球儀模型，其禮制意義大于實用功能。

“‘百年守護’展中精選了幾件清代天文儀器，如渾儀、簡平星盤儀、新法地平日晷等。它們不僅體現了中華文明的賡續，也反映了中西方文化的交流。”徐婉玲說。清康熙銀鍍金渾儀的中心嵌一個小地球，上刻有“亞細亞”“歐羅巴”等大洲的名稱。這件渾儀可以演示日月交食之成因，推動了西方天文知識在中國的傳播。

與銀鍍金渾儀并列展示的《九州如意圖軸》為清代畫家汪承霈所繪，取意乾隆詩句“九州萬物同如意”“四極元功播瑞符”，以象征宇宙四極的渾儀為中心，還繪有花瓶、九朵菊花、如意、銅盂、萬字符、撥浪鼓等。“器物與圖像相互呼應，共同表達了‘太和充滿’的主題。中華文明海納百川、生生不息，在與其他文明的交流互鑒中呈現出新活力、新氣象。”徐婉玲說。

今天，當我們觀賞這些古代天文儀器，看到的不僅是精湛的工藝，更是一代代“張衡”的探索精神。這份探索精神在當代煥發出新的生命力：“天問”探測器攜帶著古人對行星的遐想穿越星際，“嫦娥”在月球背面首次留下人類探索的足跡，“中國天眼”（FAST）捕捉著百億光年外的宇宙信號……從肉眼觀測到深空探測，變的是工具與尺度，不變的是中國人“究天人之際”的執著追求。

策劃：張意軒 鐘金葉

動畫設計制作：李 棟

學術支持：吳蘊豪