古代大型天文仪器

王福谆

（广东工业大学材料学院，广东 广州 511400）

1 我国古代的天文学和天文仪器

1.1 我国古代天文学的发展

我国是天文学发展最早的国家之一，古代人们通过观察和测定日、月、星辰等天体的位置，以及星辰到达某个位置的时间，发展了天文学，用以制订历法，促进农业生产，有利于人民的生活。我国是较早进入农牧业社会的国家，为了农业经济的发展，历来都很重视对天文的研究，为了判断气候的变化，预示春、夏、秋、冬各个季节和二十四节气的来临，古代中国很早就制订并不断改进了阴历和阴阳合历的农历，所以有人说，我国古代天文学史，在一定意义上来说，就是一部历法改革史。

我国古代学者在观测和研究天体运动中，曾有过3种不同的天文学说，一为“盖天说”，即“天圆地方说”；二为“浑天说”；三为“宣夜说”。其中，“浑天说”认为天是浑圆的，上面缀满星星，包着地球，并依南北极为轴而转动的说法，颇有见识，比较符合实际，故被朝野重视，并为历代天文学家采用，故以浑天说为理论基础制造的天文仪器，一直在使用，并获得发展，而且得到不断的改进，使我国古代天文学取得了巨大成就。

1.2 我国古代天文仪器的发明和发展

我国在汉代时，颇有见识的浑天说，就被越来越多的天文学者所赏识，并据此发明了不少天文仪器和计时仪器，这些仪器大多是用青铜铸造的，其中，浑仪就是以浑天说为理论基础制造的观测天象的天文仪器，浑象则是表演天体运动的天文仪器，圭表、日晷和漏刻是计时仪器。有了这些仪器，就能精确测量天体，制订历法，掌握季节和时间的变化。据史载，西汉武帝时（公元前140年—前87年），著名天文学家落下闳就用铜制浑仪，观测日、月、星辰，他是目前已知的最早的浑仪制造者，距今已2000多年[1]。汉宣帝时（公元前73年—前49年），大司农中丞耿寿昌创制了铸铜浑象，浑象是一种表演天体视运动的天文仪器，耿寿昌是我国古代第一架浑象的创制者。东汉中期的傅安和贾逵改进了浑仪，添加了黄道环，于东汉永元十五年（103年），制成了名为“太史黄道铜仪”的浑仪[2]。而东汉著名的科学家张衡，创制了“水运浑天仪”，其主体是浑象，增设了地平环和子午环，采用齿轮系统，把浑象和漏壶连接起来，利用漏水的力量使仪器均匀转动，把天空中日、月、星辰的周日运动演示出来。张衡还创制了世界上第一架测试地震的地动仪。张衡创制的浑天仪和地动仪，都是古代大型铜制科学仪器，据载：地动仪“以精铜铸成，圆径八尺，合盖隆起，形似酒尊”，仪器上的8条腾龙，口衔铜丸，与稳居八方灵台上的8只铜蟾蜍，张口对视。东汉永和三年（138年），安置于洛阳的地动仪，准确地测出数千里外的甘肃东南部发生的大地震[3]，可见，这架大型地动仪的确非常管用。可惜，这些古代仪器早已不存。唐代时，天文学家李淳风制造了一架更完善、更精密的浑天黄道仪，即附有三辰仪的浑仪，使浑仪的制作，达到较为完善的阶段。唐开元十一年（723年），著名天文学家僧一行和梁令赞合作，用铜、铁制成新的黄道游仪，这架“水运浑天”，比张衡的“水运浑天仪”又有了新的发展，“注水激轮，令其自转，一昼夜而天运周。外络二轮，缀以日、月，令得运行，每天西旋一周，日车行一度，月行十三度十九分度之七，二十九转有余而日月会，三百六十五转而日周天。”[4]到了宋代，浑仪和浑象获得进一步发展，宋代著名科学家沈括、苏颂等，都对浑仪作了改进，制作天文仪器的材料，也不只是青铜，不少仪器已从锡青铜改为黄铜制作，使仪器更加美观适用，并使宋代成为我国历史上制造浑仪最多的朝代。宋元祐元年（1086年），宋哲宗命苏颂制造浑仪。苏颂和韩公廉合作，于宋元祐七年（1092年），创制了“水运仪象台”，该仪器实为一小型天文台，全台分三层装置：下层是水轮和铜壶滴漏的机械，为报时系统；中层装设浑象；上层装设浑仪，且有可以开闭的屋顶。“其制造之精，远出前古”[5]。元代至元十三年到十七年（1726年—1730年）之间，著名天文学家郭守敬，主持设计、制造了简仪、高表、浑天象等12种天文仪器，其中，简仪是浑仪的革新产物，简化了机构，扩大了观测天空的视野和项目，是具有世界意义的发明创造[6]，比欧洲发明类似的天文仪器早了300多年。可惜这些大型实用的天文仪器，也都没有留存下来。明代则多是仿造宋代和元代的天文仪器，虽然，不少明代的大型天文仪器也已被损毁，但是，仿制宋代的一座浑仪和仿制元代的简仪，却留存至今。清代康熙八年（1669年），由南怀仁主持设计制造了赤道经纬仪、黄道经纬仪、天体仪等6件铜制天文仪器，康熙五十四年（1715年），由纪里安主持设计制造了地平经纬仪，这7件大型天文仪器，使我国古代天文仪的制作，又有了新的发展，也是我国古代中西结合的典型产物。清乾隆九年（1744年），又制造了“玑衡抚辰仪”，该仪器类似浑仪，但扩大了观测区域，提高了观测精度，是清代制造的最后一件大型天文仪。

1.3 现存的古代十大天文仪器

古代制造的很多天文仪器，现在大多数已不存在了，现存的古代大型天文仪器还有10件，都是明清时期的，此外，还有一些中小型天文仪器，现将这十大天文仪器的名称、年代和尺寸列于下：

1）明正统二年到七年（1437年—1442年）的浑仪，长2.45m，宽2.45m，高3.09m.

2）明正统二年到七年（1437年—1442年）的简仪，长4.4m，宽2.98m，高3.4m.

3）清康熙八年到十二年（1669年—1673年）的天体仪，长2.66m，宽2.66m，高2.63m.

4）清康熙八年到十二年（1669年—1673年）的赤道经纬仪，长2.3m，宽1.78m，高3.2m.

5）清康熙八年到十二年（1669年—1673年）的黄道经纬仪，长2.3m，宽1.77m，高3.34m.

6）清康熙八年到十二年（1669年—1673年）的地平经仪，长2.57m，宽2.57m，高3.18m.

7）清康熙八年到十二年（1669年—1673年）的象限仪，长2.2m，宽4.63m，高3.63m.

8）清康熙八年到十二年（1669年—1673年）的纪限仪，长2.0m，宽2.0m，高3.34m.

9）清康熙五十二年到五十四年（1713年—1715年）的地平经纬仪，长1.84m，宽4.67m，高4.12m.

10）清乾隆九年到十九年（1744年—1754年）的玑衡抚辰仪，长2.16m，宽3.69m，高3.36m.

上述古代十大天文仪器，制造精良，外观又像优美的大型工艺品，曾为明清两代的天体观测和天文学的发展，作出了巨大贡献，都是国家一级文物。可是在清光绪二十六年(1900年)，八国联军入侵北京，将北京古观象台保存的大型天文仪器洗劫一空。其中，明代制造的简仪和清代制造的赤道经纬仪、黄道经纬仪、地平经纬仪、象限仪等5件大型天文仪器，被法国侵略军抢到法国驻华使馆，后迫于舆论压力，于1902年归还我国。而明代制造的浑仪和清代制造的天体仪、玑衡抚辰仪、地平经仪和纪限仪，则被德国侵略军抢走，并运回德国，陈列在柏林波茨坦离宫。一直到德国在第一次世界大战被打败后，根据凡尔赛和约，才在1920年，将5件大型天文仪归还我国[2]，但当德国将仪器装上海轮，在运回我国的途中，因要在日本转口，日本政府竟妄想扣压仪器，以威胁我国，其阴谋被揭露后，才未得逞，终于在1921年4月7日，将我国5件古代大型天文仪器运回北京。这真是一段让我们每一个中国人都刻骨铭心的历史，我们一定要以史为鉴，发奋图强，振兴中华。现在，清代制造的8大天文仪器，仍安置在北京古观象台内，而明代制造的简仪和浑仪，则因1931年“九一八事变”后，日本军国主义妄图侵略华北，为保护文物，而于1933年移置到南京紫金山天文台内。这10件大型铜制天文仪器，铸造得非常精细、美观，其经历又是如此艰险，实在是非常珍贵的大型国宝级文物。

下面将其中的7件古代大型天文仪器的有关情况，即名称、尺寸、重量、制造年代，以及仪器的组成、运作原理、功用、一些构件的铸造工艺等情况，进行介绍。

2 明代浑仪

浑仪是我国古代测量天体的仪器，其理论基础是古代“浑天说”原理。西汉开始用浑仪测日、月、星辰的位置，并制定历法。经东汉到唐、宋，浑仪一直是测量天体的主要仪器，但在不断地改进和完善。明代的浑仪，则主要是仿制宋代浑仪。现存藏于江苏南京紫金山天文台内的明代浑仪，见图1所示。浑仪的长、宽各为2.45m，高3.09m，于明代正统二年（1437年）开始铸造，到正统七年（1442年）制成。明代浑仪由六合仪、三辰仪、四游仪和窥管等部件，以及升龙、鳌云、水趺等支承附件组合而成。整个仪器分为内、中、外三层，外面的一层，叫六合仪，包括地平圈、子午圈和赤道圈，和支承附件整接在一起，固定不动。中间一层叫三辰仪，由赤道环和黄道环等组成，可绕着极轴在六合仪里面旋转。最里面一层，就是观测用的四游仪，其上有窥管，也叫望筒，可在三辰仪里面旋转，以观测天体的位置。

图1 明代浑仪

浑仪可测量天体的参数比较多，利用赤道环，可测量天体的入宿度（赤径差）和去极度（赤纬），定真太阳时。利用以地平圈为基准的地平坐标，也可测天体升没时的地平方位，以及中天高度。如利用黄道环，则可测定天体的黄道宿度。由于浑仪上有三重圆环，外层的六合仪，虽然是固定不动的，但里面的三辰仪、四游仪都可旋转，只有保证仪器各构件的铸造和加工精度，才能保证仪器的转动灵活自如，从而保证测量的精确度，因而，对仪器各构件的铸造、加工和装配，都提出非常高的要求，而且，这些构件都是大件，所以，其铸造的难度是很大的。加上浑仪不光是一件非常实用的大型天文仪，而且，还是一件精美绝伦的大型工艺美术品，其上的升龙、鳌云等附件，既复杂，又美观，雕塑艺术水平很高，因而，铸造难度同样很高，所以，明代浑仪能因件而异，采用泥型铸造和失蜡法铸造等不同方法，成功地铸造出各个高质量大型铸件，说明了当时我国铸造工艺水平的高超。而且，浑仪还是一件艺术水平很高的大型文物，是古代大型艺术铸造的珍品。

这样一件精美绝伦的大型仪器，又是非常地实用，于明代正统七年（1442年）制成后，曾在北京古观象台内，被用来观察、测量天体，连续工作了几百年，为我国和世界天文学的发展作出了贡献。但命运又使得这件精美的大型仪器遭到巨大的劫难，1900年，八国联军侵占北京，明代浑仪和清代制造的天体仪等5件大型天文仪器，都被德国侵略军抢掠到德国柏林波茨坦离宫，直到1921年，才归还我国，重新安置在北京古观象台内。但到了1933年，又因日本侵略军进逼华北，迫不得已，又将明代浑仪等7件仪器运到南京，安置在紫金山天文台内。终于在新中国成立后，得到了国家的重点保护。

3 明代简仪

简仪是元代著名天文学家郭守敬，在元朝至元十三年（1276年）创制的。简仪是对浑仪革新和发展的产物，是我国仪器制造史上一次大飞跃，被誉为世界近代天文仪器中赤道装置的先导，欧洲直到1598年，才由丹麦天文学家第谷发明了与之相类似的天文装置，比我国晚了300多年。明代的简仪，就是仿制元代郭守敬的简仪，现存放在南京市紫金山天文台。明代简仪见图2所示，是明代正统二年（1437年）钦天监监正皇甫正和仿制的，仪器的长度4.4m，宽2.98m，通高3.4m，重约16t，是我国现存最大的古代天文仪器。仪器由立运仪、四游仪、赤道仪、龙柱、云架、框形基座等部分组合而成，共有34个构件，采用榫卯结构，把构件组合成一体。

图2 明代简仪

由于天文学的发展需要，观测项目越来越多，因此，浑仪的结构，也随之愈加复杂，环圈也越来越多，从而，造成环圈相互交错，遮掩了很大一部份天区。为了克服浑仪的缺点，郭守敬对浑仪大加简化，不仅取消了白道环和黄道环，并将仪器分解为互相独立的赤道装置和地平装置，每个装置的结构都很简单，这样，观察时不再被遮挡视线，除了北天极附近外，整个天空可一览无余。因为是对浑仪的简化，故得名为简仪。简仪的赤道装置，只保留了浑仪中的四游、赤道、百刻3个环，并把赤道环和百刻环移到了四游环的南端，使围绕极轴旋转的四游环，以及可绕四游环中心旋转的窥管，可以无遮拦地观测天体。所以，这赤道装置也就相当一架赤道经纬仪，可用来测量天体的入宿度和去极度，定真太阳时。而简仪的地平装置，叫做立运仪，由一个固定的地平环和一个直立的可以旋转的立运环组成，可同时测量天体的地平方位和地平高度，也就是测定天体的地平经纬度。

明代简仪重达16t，其大多数青铜铸造的构件，尺寸大，要求高，而且，简仪不但是高度实用的大型天文仪器，也是一件艺术水平高超的精美绝伦的工艺美术品，其龙柱、支架等都很美观，所以，其构件的铸造难度都很大，能成功铸造出来，充分说明了当时铸造工艺水平的高超。而这一件精美的大型天文仪器，于明代正统七年（1442年）制成后，一直在北京古观象台内，为观察、测量天体工作了几百年，但命运也和明代浑仪一样，多灾多难。清康熙五十四年（1715年），法国传教士纪理安在监制地平经纬仪时，竟将观象台内遗存的不少元、明古仪，当作废铜使用，幸被发现，才使明代浑仪和简仪保留了下来。1900年，八国联军入侵北京，明代简仪和清代赤道经纬仪等5件大型天文仪器，被法国侵略军抢掠到法国驻华使馆，只是迫于舆论压力，才于1902年归还我国，重新安置在北京古观象台内。但到了1933年，又因日本侵略军进逼华北，不得已，又将明代简仪等仪器运到南京，安置在紫金山天文台内，终算安定下来。

4 清代天体仪

明代后期，政治腐败，科学技术停滞不前，而西方国家，随着资本主义经济的发展，科学技术进步很快，不仅赶上而且超过了我国。所以，在清朝初期的康熙年间，清廷任用比利时传教士南怀仁，作钦天监监正，采用西洋方法观测天象，在康熙八年（1669年），南怀仁用了4年时间，设计并督造了天体仪，赤道经纬仪、黄道经纬仪、地平经仪、象限仪和纪限仪等6件大型天文仪器，这是我国古代首批中西结合的天文仪器。

图3 清代天体仪

天体仪，通常也叫天球仪，是由我国古代的浑象发展而来，是一种表演天体运动的天文仪器。浑象是把太阳、月亮、二十八宿等天体以及赤道和黄道都绘制在一个圆球面上，人们可不受时间限制，随时了解当时的天象，可惜汉代到明代的天体仪（浑象），都没能保留下来。北京古现象台现存的天体仪，则是清康熙八年到十二年（1669年—1673年）制造的，仪器的长、宽各为2.66m，高为2.63m，重为3.85t，是一架大型天体仪，见图3所示。它主要由一个直径2m的空心铜球以及子午圈、地平圈等组成，地平圈和于其垂直相交的子午圈，使用时是固定不动的，铜球可在内转动，而子午圈最高点的铜制火球，代表天顶。铜球上刻有赤道圈和黄道圈，两圈的交角为23°31＇30＂，球上还布列1870余颗星，分为282个星宫。铜球的轴线方向，即地球自转轴的方向，北端指向北天极，南端指向南天极，用球体转动表示天球的周日视运动，它转动一周，就是一昼夜，在北天极上装有固定在子午圈上的时盘，而其指针，则随天球转动，以指示时刻。天体仪的使用方法，有60项之多，但主要用于黄道、赤道和地平3个坐标系统的相互换算，以及演示日、月、星辰在天球上的视位置。例如：既可求某时刻某星体的地平高度和方位角，也可求某节气太阳出没的时刻和方位，等等。

清代天体仪虽然由我国古代浑象发展而来，但也吸收了西洋天文学的成就，采用了西方通用的360。制，而舍弃了我国传统的三百六十五又四分之一度制，还首次标出了南天极附近的星座，是中西文化结合的佐证。

天体仪各构件由黄铜铸成，整台仪器精致、美观，自清康熙十二年（1673年）制成后，曾长期安置在北京古观象台内，但在1900年时，亦曾被德国侵略军抢掠到德国柏林波茨坦离宫，直到1921年，才归还我国，虽然仪器基本完好，至今仍能运转，但天体仪上，还是残留了当年侵略军留下的几个弹痕。所以，这架天体仪不仅对学术研究和普及天文知识有用，也是对全国人民和青少年进行爱国主义教育不可多得的实物资料，是很珍贵的大型金属文物。

至于保存在南京紫金山天文台内的一件天体仪，则是因康熙时造的天体仪被德国侵略军抢走后，北京古观象台于清末光绪三十一年（905年）制造的，尺寸和重量都要比康熙天体仪小，球上只布列1449颗星，属中型天文仪器。

5 清代赤道经纬仪

北京古观象台上的赤道经纬仪和黄道经纬仪，是清代8大铜仪中最主要的两台天文观测仪器，都是清康熙八年到十二年（1669年—1673年）期间制成的大型天文仪器，其外形和大小也很相似，放置在北京古观象台顶南侧的东、西两端。中国自古以来，天文观测仪器都是以赤道坐标为基本坐标系统，故作为主要天文仪的赤道经纬仪，是放置在观测天体的最佳位置处，并与最西头的黄道经纬仪遥相呼应。

图4 清代赤道经纬仪

赤道经纬仪，见图4所示，长为2.3m，宽1.78m，高3.2m，重为2.72t，仪器的测量部分，由子午圈、赤道圈、赤经圈和象限弧组成，坐在一个半圆的云座中，由一条昂首翘尾的苍龙托起，而苍龙的4个龙爪，分别连结在十字形底座的一端，每端各有螺栓，用以调整仪器的水平。子午圈镶于云座内，在子午圈、赤道圈里面的赤经圈，可以绕极轴作360°转动。赤道经纬仪有14种用途，但主要是通过赤道圈和赤经圈上的游表，来测量天体的赤道经度和纬度，以及真太阳时等天文数据。

赤道经纬仪除极轴是钢轴外，其它所有的构件，都是由黄铜铸造而成，其中作为仪器支承部分的“苍龙”，其雕塑工艺和铸造工艺水平非常出色，“苍龙”昂首张口，躬身翘尾，十分对称地稳稳托住整个测量仪器，4个龙爪又牢牢地和基座相连，既稳固实用，又非常美观，艺术高超，造型设计实属一流水平，而“苍龙”和“云座”，这两件大型艺术铸件，使整座仪器成为一件优美、华丽的工艺美术品。

6 清代黄道经纬仪

黄道经纬仪，长2.3m，宽1.77m，高3.34m，重2.75t，于清康熙八年到十二年（1669年—1673年）制成。图5为黄道经纬仪的图片。仪器的测量部份由子午圈、黄道圈、黄道经圈和极至圈等组成，坐于半圆的“云座”之中，而承托“云座”的支座，则是两条背向而立的“苍龙”，其两条龙尾，则对称地翘起在两侧，而龙爪亦同样和十字形基座牢牢相连。黄道经纬仪是我国第一架独立的黄道坐标系统观测仪器。所谓“黄道”，就是太阳在天空中一年位置的变动，在天球上画出的大圆，叫黄道。以黄道为基础，用黄经、黄纬表征天体位置的，叫黄道坐标系。用黄道坐标系来测量太阳、月亮的位置，比用赤道坐标系方便。所以，黄道经纬仪主要用来测量太阳、月亮等天体的黄道经度和纬度，测定节气等。

图5 清代黄道经纬仪

图6 黄道经纬仪局部

赤道经纬仪和黄道经纬仪是两台比较相似的天文仪器，在保证非常实用的前提下，又非常注意其艺术装饰，除云座外表雕铸出美丽的云纹外，更采用中国传统的“龙”作装饰，而龙的造型又别出心裁，赤道经纬仪只用一条昂首、躬身、翘尾的苍龙，来承托“云座”和仪器的整个测量部分。而黄道经纬仪则采用两条背向而立的苍龙来承托“云座”及其上的测量部分，其中每一条苍龙，都雕铸得生动活泼，栩栩如生，可参见图6所示。从图中可看出，这条腾飞在云雾之中的苍龙，既起到支承“云座”的实际作用，又有非常优美的艺术形象。张口的龙头几乎和翘起的龙尾相对，造型设计别具匠心，看起来非常美观，具有很高的艺术水平。而苍龙、云朵、“云座”和各个测量圈的成功铸造，都具有很高的难度，所以，这些优美的大型艺术铸件，体现了我国古代艺术铸造的高超水平。

7 清代地平经仪

北京古观象台的地平经仪，见图7所示，仪器的长、宽各为2.57m，高3.18m，重为1.81t，亦制于清康熙八年到十二年（1669年—1673年）。相对来说，该仪器比较简单，其测量部份是一个直径2.07m的铜铸地平圈，一个平躺在圈内的横表，以及一个与横表垂直的立表，通过旋转横表，来测量天体的地平经度（地平方位角）。所以，地平圈是地平经仪的主体。

图7 清代地平经仪

但是，地平经仪的支承部分，则装饰得非常华丽，共塑有5条美丽的铜龙。在十字形底座的四端，南、北、西三端，各竖立一根屈身直立的龙柱，东端为一般纹饰的铜柱，由这4根柱子共同支承该仪器的主体部分——地平圈。地平圈按装成水平位置，其内圈，按装一个可在圈内旋转360度的横表。地平圈的东、西两端，又向上各竖一根铜柱，由两条升龙盘延而上，在1.5m处，转成相向伸延，快到中心附近时，2条铜龙各伸出一爪，合捧一个火球，球心称作天顶，天顶和地平圈中心的联线，正好是铅垂线方向，此处按装一个立表，正好和横表相垂直，立表下端插在地平圈中心的固定立柱上，亦可作360°旋转。所以，整台仪器共有5根铜铸龙柱，铜龙的造型非常优美，特别是仪器上部2条铜龙的造型，非常类似于我国传统的二龙戏珠图案，可谓该天文仪器的一大创造，这些铜铸龙柱，都是非常优美的大型艺术铸件，使得地平经仪不仅是一件实用的天文仪器，更是一件优美、华丽的工艺美术品。

8 清代玑衡抚辰仪

北京古观象台上的玑衡抚辰仪，见图8所示，是我国古代最后制成的一台大型天文仪器。仪器的长度为2.16m，宽为3.69m，高度为3.36m，重达5.35t.从清乾隆九年（1744年）开始，钦天监参照明代的浑仪，重新设计制造一台大型天文仪器，先设计了叫“三辰公晷仪”的初始模式，几经修改，前后长达10年，直到清乾隆十九年（1754年），才把仪器设计、制造完成，并定名为“玑衡抚辰仪”，交付使用。这是清代8大铜制天文仪中，唯一由中国人自己设计制造的一台大型天文仪器。该仪器兼收中、西方天文仪之精华，是“仿浑仪之旧，取西洋之精，用铜鼓铸而成”的大型天文仪。玑衡抚辰仪类似于汉、唐以来历代制造的浑仪，用途亦相同，但简化了古代浑仪的结构。玑衡抚辰仪虽然仍和浑仪一样，由3重部件组成，但外层的六合仪，取消了浑仪的地平圈，中间一层的三辰仪，则取消了浑仪的黄道圈，内层为双层的赤径圈，相当于浑仪内层的四游仪，这样一来，的确比古代浑仪的结构简化多了，而且，扩大了观测区域，提高了观测精度。同时，在测量参数方面，采用西洋的360°制和96刻，来取代我国古代传统的360°又1/4制和100刻，提高了测量精度，体现了中西文化的结合。所以，在我国古代浑仪的发展史上，玑衡抚辰仪亦占有重要的地位。而且，仪器支承部分的装饰也极为精致、华丽，除中间的立柱，作为仪器的支承外，外圈还有东、西两根龙柱相托，而3根立柱上的浮雕，非常漂亮，特别是游龙的雕铸、楼刻极其精致，云纹采用剔透形式，气魄宏伟，非一般仪器的外部装饰可比拟。仪器的构件主要由黄铜铸造而成，立柱则是珍贵的大型艺术铸件。总之，玑衡抚辰仪的设计巧妙，制造精美、细腻，而一些构件的雕铸，极为精致，其艺术水平和铸造工艺水平，非常高超，而仪器又是古代浑仪发展史上一个新的高点，在清代的天文观测中起了不少作用，所以，该仪器亦是我国古代大型天文仪中的瑰宝。

图8 清代玑衡抚辰仪

9 天文仪构件的铸造情况

我国古代大型天文仪器的设计和制造，不断取得成功，无疑是我国古代天文学能取得伟大成就的重要基础，而这些大型天文仪器的零件和部件，则大多是铸铜件，其有关铸造情况值得一提，现以明代浑仪和简仪的构件为例来进行说明。

明代浑仪上的三重圆环，外圈的六合仪是固定不动的，而内圈的三辰仪、四游仪都可旋转，测量天体的入宿度和去极度时，一定要保证仪器的转动，灵活自如。而且，为了保证测量的精确度，对仪器各构件的铸造和加工精度，都要提出非常高的要求。所以，其铸造方法也要因件而异，大圆环没有采用失蜡法铸造，因大圆环的蜡模易于变形，而且，大圆环铸造后还要精加工，故采用传统的泥型铸造较为合适；但4条升龙和鳌云等构件，纹饰的复杂程度较高，故用失蜡法铸造，可不须机加工，就能保证其造型优美，外表光洁，纹饰清晰[7]。当将上述主要部件和附件装成一体后，既实用又美观，使浑仪不仅是一架先进实用的天文仪器，而且，还是一件艺术水平很高的大型文物，也可以说，是古代大型艺术铸造的珍品。浑仪各零件的材质，据测定，其很多零部件，都由铅锡青铜铸造而成，其中，各支承件的化学成分为：w（Pb）：7.83%～24.35%，w（Sn）：1.8%～10.517%，w（Cu）：65.44%～88.09%.所以采用铅高锡低的铅锡青铜，而不是常用的锡铅青铜，是因为铅高，流动性好，有利于复杂的支承件的浇铸；而六合仪、三辰仪的阳经圈、阳纬圈、赤道圈等测量构件，则采用铅锌黄铜，其化学成分为w（Pb）：6.61%～19.64%，w（Zn）：1.66%～11.93%，w（Cu）：74.0%～85.78%.因黄铜比青铜熔点低，而组织致密，黄铜中加入铅，有利于打磨，使测量件表面光洁[7]。

明代简仪的大多数构件，也都采用铅锡青铜铸造而成，据测定，简仪的23块样品中，有22块为铅锡青铜，其化学成分为：w（Pb）：10.16%～28.59%，w（Sn）：6.01%～12.48%，w（Cu）：62.25%～84.21%[8].而其铸造方法也和浑仪相似，圆环等采用泥型铸造，而龙柱、云架等，则采用失蜡法铸造。不过，因为构件比浑仪的构件更大些，故难度亦更大。例如：立运仪的支架（云架），是云纹环绕的圆柱体支架，高3.07m，直径12.5cm，重约1.1t，以倾斜角51°30′斜置，支架呈半圆“A”字形，半圆弧长约6.73m，对这种件大而要求高的铸件，铸造时难度很大。但在明代，就是用我国传统的失蜡法将其铸造成功，在古代实为罕见。同时，长2.67m的赤道圈支架，以及4根龙柱，也都采用失蜡法整铸而成。而框架形的基座（水趺），长4.4m，宽2.98m，高0.17m，重达3t以上，上有水准槽，四周及内壁还雕铸有龙纹、云纹，这样大尺寸的构件，表面质量要求又高，竟也能整体铸就，真不简单。这些大的高难度铸件，既美观、实用，艺术水平又高，所以，简仪几乎成了高难度大型艺术铸件的组合体了[9]。

[1]林剑鸣.秦汉史（下册）[M］.上海：上海人民出版社，1989.

[2]北京天文馆.中国古代天文学成就[M］.北京：北京科学技术出版社，1987.

[3]白寿彝.中国通史（第6 册）[M］.上海：上海人民出版社，1995.

[4]王仲荦.隋唐五代史（下册）[M］.上海：上海人民出版社，1990.

[5]周宝珠，陈振.简明宋史[M］.北京：人民出版社，1985.

[6]伊世同.北京古观象台的考察与研究[J］.文物,1983（8）.

[7]凌业勤.中国古代传统铸造技术[M］.北京：科学技术文献出版社，1987.

[8]李秀辉，昊坤仪.北京科技大学冶金史室.浑仪、简仪合金成分及材质的研究[J］.文物，1994（10）：76-83.

[9]谭德睿，陈美怡.艺术铸造[M］.上海：上海交通大学出版社，1996.