古台仪象

肖军

約翰·汤姆逊摄于1871年，照片中可看到天体仪、玑衡抚辰仪和象限仪（右），汤姆逊感叹它们“在工艺和精确性上都达到了令人惊异的高度”。黄道经纬仪（左）主要用于测量天体的黄道经度和纬度并测定节气。这是中国第一架采用独立黄道坐标系统的观测仪器。

1900年，八国联军入侵北京，德法联军冲上皇家天文观测台，将造于明清两代的十架天文古仪尽数瓜分。法国人劫走的五架仪器于1902年归还。德国人则将其中的天体仪、地平经仪、纪限仪、玑衡抚辰仪和浑仪运到柏林，陈放于波茨坦离宫，直到1921年方才归还我国。今又逢庚子，距离这段历史已过去整整两个甲子。

位于今天北京建国门立交桥西南侧的北京古观象台建于明正统七年（1442年），至今已有578年的历史，经历了明清两个朝代。古台上的八架青铜天文仪器，铸造完成于清朝的康乾盛世：1673年完成的赤道经纬仪、黄道经纬仪、天体仪、纪限仪、地平经仪和象限仪六架，是由比利时传教士南怀仁监制的;1715年完成的地平经纬仪则是由德国传教士纪里安设计并监制的;1755年传教士戴进贤与刘松龄共同监制完成了玑衡抚辰仪。这些仪器皆以青铜铸造工艺完成，没有装配望远镜，是历史上最后一批古典大型天文仪器。

北京古观象台位于北京市东城区建国门立交桥西南侧，始建于明正统七年（1442年），是明清两代皇家天文台，主体建筑为明代砖结构高台，结构完好，台上陈列着八架大型青铜制天文仪器，造于康乾盛世，气势雄伟，铸造精湛。

它们与望远镜最大的区别，就是具有观测功能之外的礼器作用，在测天的同时具有象天的功能，设计时既考虑到科学的观测，亦重视艺术的表现，内外兼顾，藏礼于器。《灵台仪象志》中有言：“夫测天之仪贵恰肖乎本然之象，故其造法亦必以天象为准。”这些观天仪器正是效法天道制作而成，国之重器也。

就其观测功能而言，这些仪器是按照天文上的三套坐标系统分别设计铸造的：赤道坐标有赤道经纬仪，黄道坐标有黄道经纬仪，地平坐标有地平经仪和象限仪，之后的地平经纬仪又将这两架仪器的功能合二为一，最后完成制作的玑衡抚辰仪是赤道坐标的仪器。而天体仪在《灵台仪象志》中称之为“诸仪之统”，是一架用来标定星象的天球仪，天球上镶嵌着1888颗星，首次采用了星等划分，将星的大小对应于六个星等，表现星的亮暗。球面星象虽然保留了中国传统星象的《步天歌》系统，却也增加了南极附近的一些星座。球面上刻有赤道和黄道，并刻划了黄道经圈，天球外围有作为支架部分的地平圈和子午圈，属于地平坐标。

它们与望远镜最大的区别，就是在测天的同时具有象天的功能，藏礼于器。

这种按照三套坐标系统分别设计制作仪器的方法，16世纪时丹麦天文学家第谷就曾经做过。实际上，南怀仁在设计北京的新制仪象时，也确实参考了第谷的天文仪器。仪象的刻度划分部分都采用了第谷的横向划分法，提高了仪器的观测精度，可以达到15角秒。仪器的观测部件采用狭缝式游表，改变了中国传统浑仪以管窥天的方法。古台仪象接受了欧洲天文学的度制结构，首次采用了360度的圆周划分，而且将中国传统浑仪把三种坐标系统合于一仪的作法改为分别铸仪，在方便了观测的同时，减少了系统误差。天体仪上还刻上了一颗客星，那是1572年爆发的一颗超新星，在欧洲被第谷首先观测到，同时在中国和日本都有对这颗超新星的观测记录。

在外观设计上，除地平经纬仪，其他七架仪象都采用了中国传统的龙云装饰，铸造工艺也是传统的青铜铸造。在中国古代，龙是护法，保护国家，维护正法。这些雕铸于观天仪器上的龙，形态迥异，设计精巧各有不同：作为赤道经纬仪支架部分的苍龙，仰首修尾;黄道经纬仪上两条龙相背而立，首尾呼应;象限仪上是三条龙，立柱上的两条龙曲线对称而优美，中间立面上的龙装饰的同时又有平衡的作用;纪限仪基座上一条盘龙团踞;而地平经仪上足有五条龙之众;天体仪的四个龙首在地平圈的乾、坤、艮、巽四个方位，龙首喷水形成天体仪圆座面上的海水，如此整个天球仿若浮于海上……诸多细节令人惊叹，这些古仪将天文学上的中西交流和东方传统内涵完美融合。

作为北京天文馆一部分，昔日皇家天文台已变身为对大众开放的博物馆。近几年，工作人员为深入对古台历史的研究与展示，搜集大量相关老照片和明信片，2017年还申请资金设立信息化采集项目，采集了以古台仪器为主的40多件文物的三维、二维信息，立体扫描、专业文物摄影与金石传拓同时进行，全方位记录收集。时至今日，历经时间的包浆，古仪风采更加丰富，禁得住现代技术的精细观察。在专业的文物摄影中，我们可以看到其从宏大到精微的考究，一丝不苟，严谨细腻，美到每一个角落。明年将是古台仪象归还回国一百周年，这些古代的天文仪器历经沧桑，依然屹立在古观象台上，诠释着天文与历史。

赤道经纬仪

赤道经纬仪主要用于测量天体的赤道经度和纬度，由子午圈、赤经圈、赤道圈等部分组成，整体结构由一条南北拱立、昂首修尾的苍龙托起，龙爪牢牢固定在十字交梁上，从力学角度来说是非常稳定的设计，同时也体现了中国古代的装饰风格。

天体仪

中国传统天文仪器中有一类专用于演示浑天宇宙和日月星辰东升西落的装置，通称“浑象”，汉代张衡制造的“浑天仪”就是最早的浑象之一。清代新制六仪中的浑象称“天体仪”，因其重要的象征作用被誉为“诸仪之统”，是中国历朝唯一存世的浑象。直径六尺的铜球上镶嵌着 1888 颗镀金铜星，以星之大小表示恒星的亮度强弱。球面上刻有黄道圈、赤道圈和银河，黄道与赤道的交角使用了第谷的数据：23°31′30″。天体仪的用法与现代的天球仪相同，可以演示星体在任一时刻的位置。

地平经仪

主体为一铜制地平圈，内设东西向通径，中间为一圆盘。用于测量的横表长和圈外径相齐，可绕中心在圈面上移动。顶端火珠与地平圈中心之间设中空的立表，直对地心。立表之间连一直线，上端引两條线斜贯于横表两端。测星时，移动横表，使三条线与待测天体同一水平，横表所指地平圈上的度数就是待测天体的地平经度。

纪限仪

在清朝以前，中国没有制造过这种测量任意两星之间角距离的仪器。其主体是装在主干上的一段60度的弧和可以绕弧圆心转动的窥衡，为保证该结构能在底座支点上水平面360度转动、垂直平面180度转动，设计师在干两侧沿弧做了繁复的卷草纹，通过精密的计算正好将重心集中在底座支点上，也增加了这个弧结构的稳定性。

象限仪和地平经纬仪

象限仪用以测量天体的地平高度（右）。其主体部件为全圆四分之一的扇形（即一个象限，称象限环），在象限环的中间铸有一腾云戏珠的苍龙，造型优雅同时又具有平衡重心的妙用，使整个象限环的重心落在中心的立轴上，立轴可以使象限环垂直于地面自由旋转。同样设计巧妙的是两侧立柱上飞奔的苍龙，龙爪不容易和立柱的弧面贴合，置于龙爪与立柱中的云气既有装饰性，又起到连接固定的作用（上）。

地平经纬仪建成于1715年，将地平经仪和象限仪的功能合于一体，承托地平系统和象限观测系统的底座由四根花瓶样式的立柱支撑，花瓶上各伸出一卷曲的茛苕叶形支架，承托中央的地平圈，调节仪器水平的螺栓即作用其上。这是观象台上唯一没有装饰中国传统的龙云图案，而采用法国文艺复兴风格纹样的仪器。

观象台上的天文仪器大都围有石台，既可保护仪器，也可充当垫脚石梯。其上多刻有传统纹饰，如赤道经纬仪的石台，海水江崖，白马奔腾。