天文学著作。东汉张衡撰。成书于东汉,详年无考。(撰者事迹参见“《张河间集》”条)
原书已失,《晋书·天文志》部份引用了该书的内容,其全文被唐瞿县悉达收入《开元占经》,从而保留下来。
该书第一段讲天与地的关系,是被历代学者引用最多的一段。其文说:“浑天如鸡子,天体圆如弹丸,地如鸡子中黄,孤居于内,天大而地小。天表里有水,天之包地犹壳之裹黄。天地各乘气而立,载水而浮。”
这段话作为中国古代浑天说论最权威最形象的说明为历代浑天家所推崇。据史料记载,后汉末吴人陆绩因循:“天地之体,状如鸟卵,天包地外,犹壳之裹黄;周旋无端,其形浑浑然,故曰浑天也。”而制作了一台鸟卵状浑象的仪器。这就过份机械地照搬原话而歪曲了原意,把一句譬喻理解为实体了。
作为一种宇宙图景,浑天说自然是不成功的。它不能说明日月星与壳质的天及有水的天究竟是怎样的结构,只是笼统地说日月星附着在天上,随天可转入地下。这就不可避免地遇到了天和附着在天上的天体转入水中的难题,张衡自己在《灵宪》中就说过:“日譬犹火”,“火则外光”。既然太阳是能发光的大火球,如何能出入水中而不失其光辉?他又说:“月光生于日之所照”,当满月之时,处于水中(地下)的太阳又何以能将月亮照亮?
吴国浑天说家葛衡为了消除他人对浑天说的怀疑,作了如下答复:“天在地外,水在天外,水浮天而载地者也……天,阳物也,又出入水中,与龙相似,故以龙比也。圣人仰观俯察,审其如此,故晋卦坤下离上,以证日出于地也。又明夷之卦离下坤上,以证日入于地也。需卦乾下坎上,此亦天入水中之象也。天为金,金水相生之物也。天出入水中,当有何损,而谓为不可乎?”这套空洞的答复不能自圆其说。尽管《浑天仪注》的第一段集浑天说之大成,我们依然能看到以张衡为代表的浑天说派只对天地结构有个模糊的推测,并没有清晰的认识,也找不出充分的理由回答他人的怀疑。
第二段原文为:“周天三百六十五度四分度之一,又中分之,则一百八十二度八分之五覆地上;一百八十二度八分之五绕地下,故二十八宿半见半隐。其两端谓之南北极。北极乃天之中也,在正北出地上三十六度,然则北极上规径七十二度常见不隐;南极天之中也,在南入地三十六度,南极下规七十二度常伏不见,两极相去一百八十二度半强。天转如东毂之运也,周旋无端,其形浑浑,故曰浑天也。”
参照下页左栏图,联系到第一段,则整个意思可解释为:天像一个圆球,如图中打着横线的地包在天内,好像蛋壳裹黄。整个圆周是365 1/4度(中国古度,相当于今日360°),地平将天球分成地上地下两半,在地上的半圆周为182 5/8度,另一半绕地下也是182 5/8度。天球不停地旋转,像车轮绕着轴转,轴的两个端点一个叫北极,另一个叫南极,两极联线就是旋转的轴。既是中轴,所以两极都是天的中心。在首都长安看,北极在地平以上36°,南极在地平以下36°,即PN=P′S=36°。二十八宿在赤道附近,由图可见,赤道半覆地平以上,半绕在地平以下,人们只能看见地平以上的那些星宿,所以二十八宿半见半隐。在小圆NPM到北极P的星,在天球旋转时永远不会落到地平以下,这就是上规径2×36°=72°内天体常见不隐的道理。反之,在小圆SP′.T到南极P′的星,在天球绕轴旋转时永远不会升到地平以上,这就是下规径72°内天体常伏不见的原因。从北极到南极正好是半个圆,所以两极之距也是182 5/8度。
天球图
据现所知,天球旋转是地球自转的反映。用现代天球论来看《浑天仪注》,除去不成功的宇宙图景外,作为一种描述天球周日视运动的数学方法是极为成功的。与今日的差别仅仅是度的单位不相等。将《浑天仪注》看作中国最早的天球理论而给予应有的评价才是公允的,因为正是在这一理论指导下,张衡才创制成世界上第一座水力推动自动跟踪的天球仪——水运浑象。
右栏图是没有动力装置的浑象,箭头所指就是北极。对照前面的天球图可以看出,四龙托起的圆就是地平,靠近天极的正是上规内常见不隐的星。可见正是在天球理论的指导下制成了浑天仪——浑象。
吴国葛衡说张衡“既作铜浑天仪,于密室中以漏水转之,令伺之者闭户而唱之。其伺之者以告灵台之观天者曰,“璇玑所加,某星始见,某星已中,某星今没,皆如合符也。”说明仪器铜球旋转速度与实际星空东升西落的速度一致,以致在密室内看着仪器说出的天象与天文台上观测的天象完全相符。事实胜于雄辩,建立在《浑天仪注》论述基础上的仪器获得了极大的成功,从而为中国古代天文仪器的制造奠定了理论基础,也使《浑天仪注》成为不朽的科学名著。
再往下《浑天仪注》进一步论述了天球理论。在讲述了地平将天球平分为地平上地平下两个半球后,又讲述了赤道将天球平分为赤道北、赤道南两个半球,即“横带者东西围,天之中腰也。”赤道去两极都是四分之一圆周,为“九十一度十九分度之五。”然后讲黄道,它“斜带其腹,出赤道表面各二十四度”,即与赤道斜交,交角为24度。特别是指出黄道与赤道的两个交点就是春分点和秋分点。
浑象
中国早在战国时期,就开始建立和使用天球赤道坐标体系,这比欧洲人早了一千多年。然而第一个全面系统地论述赤道坐标体系的,当推张衡的《浑天仪注》,第一个根据天球旋转的模式,模拟天球并以水钟控制其转动与天球同步旋转的,又是张衡。所以《浑天仪注》又是实践经验总结而上升到理论的天文学著作。虽有对天地结构认识不正确的瑕疵,但瑕不掩玉,《浑天仪注》仍是一部世界水平的古代天文巨著。
《浑天仪注》全文载《唐开元占经》之中(中国书店一九八九年影印本)。
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