第三十五章、第四节 浑仪简仪
纪蒲泰：“要说我们古人经过长期实践摸索，发明的那些巧夺天工的浑仪和简仪，还得从浑仪和浑天说说起。” 喇嘛众臣：“你要想说，你就说仔细，因为那些仪器看可不简单的。” 喇嘛首相：“是呀，在座的，谁也不清楚你将要说的那些事。” 扎布：“总而言之，我的孩子。我们必须听你的，因为我们谁也不知道是怎么回事？” 喇嘛王：“我们都想听你所说的。我的心里的确有这个打算，想让你把这些仪器介绍完。” 纪蒲泰：“我完全尊重您的意见。或许你们不知道，南京紫金山天文台上，还有一架明代浑仪保存在那里。” 喇嘛众臣：“不知道，不知道？” 喇嘛王：“这话倒爽快，我们真不知道。不过，这事真好，总算有一架祖宗制造的仪器保存下来了。” 偌尔曼：“队长，你刚才告诉的这个消息，令我激动不已。这个消息真是妙不可言，我还是头一会听说哩。在座的人，一定很想看一看它的面貌。” 外交大臣：“确实的。真可惜，我们没机会，去不了。” 喇嘛近臣：“那我们就听他详细介绍。” 喇嘛王：“那就让他讲得明明白白。因为到南京，我的心里的确是有这个打算，可，也不知道那一天能实现。” 扎布：“去南京？那可不是闹着玩的。” 喇嘛王：“我知道，远隔千山万水，那将是一路难经的历程，也不知道我的身体行不行？” 喇嘛首相：“有心就行，大王不必远行。因为木里一可也离不开您，许多事都等您处理。” 喇嘛王：“你看我该怎样才好？” 喇嘛首相：“您该改变主张，听蒲泰讲一讲，就等于您去了南京一趟。” 喇嘛王：“还是你替我出了个主意，打消了我的念头。听他讲吧。” 纪蒲泰：“首相大人，说得有道理。我现在就介绍那架浑仪，它是我国唯一的一架古代浑仪了。我亲眼目睹过他的全貌。你们可能想象不到，它姿态雄伟，气势磅礴，世间无双。你们想，托起整个仪器的四条铜龙，生气勃勃，欲上九天，表现了我国古人高超的铸造技术，观测天象，日月星辰，可上九天揽月的英雄气概。” 喇嘛王：“这我听着倒心里痛快。可你只说了个大概，具体细部我们并不清楚？” 纪蒲泰：“仪器上部，圆环相套，浑厚纯朴，是我国古代天文学体系完整的象征。” 喇嘛王：“中，这就是古人的科学发明。由此可见，古人聪明，值得尊敬。哎，我有些激动，又打岔了。往下进行，进行。” 纪蒲泰：“从外形看，整个仪器结构牢固，工致华美，近看高大，远看玲珑，是我国古代科学技术，工艺美术，冶铸技巧，机械构造等方面，领先于西方高度发展的结晶。” 喇嘛王：“照你所说的，它真是巧夺天工的天文观测仪器，罕见的艺术珍品！” 纪蒲泰：“是的，是的。您可以这样想的。” 偌尔曼：“你说得对，西方也没有这样的制造水平。真是这么回事儿。” 纪蒲泰：“这架浑仪，是明正统二年（公元1437年）仿郭守敬的设计，用铜铸造成的。它是一台结构比较复杂、具有多种用途的天文观测仪器。它继承和发扬了我国古代浑仪制造的传统，并把它发展到新的高峰。” 喇嘛王：“这架浑仪为，什么命名为浑仪，你得讲明其中的道理？” 纪蒲泰：“当然的，您是抓住了问题的主题。这和我国古代流传的‘浑天说’有关。正因为这个高明的主意，古人才发明了这种仪器。” 喇嘛王：“对了，中国人这种发明是难能可贵的，人人都称赞这种事情。并且愿意这个事马上就成功，这正是我衷心所祝愿的。” 纪蒲泰：“是的，大王，我就让您称心如意吧。‘浑天说’是在长期观测日月星辰，在天空的运动后，我国古代人建立起来的一种宇宙理论。譬如早晨，太阳从东方冉冉升起，中午经过南方，到傍晚，落山的太阳染红了朵朵晚霞。天黑后，在东方看到的星象，第二天，天亮前，挂到了西边的树稍上。日、月、星辰就这样周而复始地运动着。” 喇嘛王：“对了。你是抓住了一个很重要的主题，来说明问题。它们日复一日地这样运动着。下面就看你怎么说？” 纪蒲泰：“古代人们把这种运动，叫做天体的周日运动。” 偌尔曼：“至少你们得记住，天体的周日视运动，是地球自转运动的反映。” 纪蒲泰：“关于这样一个问题，我国汉代的《汉书考灵曜》有出色的分析。它说：‘地恒动不止，而人不觉，譬如人在舟中，闭（？）而坐，舟行而人不觉也。’” 喇嘛众臣：“确实如此。地上的人们不觉得自己随地球在旋转，而是感到日、月、星辰在东升西落。不过，这种观念，我们都是跟大王学的。” 喇嘛王：“跟我学的？好，正如你们说的，就算是这样吧。它给人们一种表面的印象，就好象日、月、星辰都在一个球面上，围着地在旋转。这大概就是古人的观天印象，‘天圆地方’说最早就是，从这种直观感觉中产生出来的吧？” 扎布：“大王说的真对呀，我就是这样想象的。” 喇嘛王：“面对着天空的周日旋转现象，古人提出了许多问题。两千多年前，楚国的爱国诗人，还做诗发问。” 纪蒲泰：“不错，有人译文：‘这天盖的伞把子，到底插在什么地方？……太阳和月亮何以不坠，星宿何以嵌得很稳？’在那诗里，诗人不仅对修改了的‘天圆地方’说（修改了的‘天圆地方’说，把天看成一把大伞，而高高地悬在方形的大地上面）提出了怀疑，还提出了天轴在什么地方的问题。可那时，古人还没人能回答这样深刻的问题。” 喇嘛王：“有问题就要提，要探索就有收获。后来，古人逐渐发现了北天极附近的北极星——天枢星，它不随众星转动。因此，北认为是‘伞定’——天极。你的看法呢？” 纪蒲泰：“大王，看来您很有这方面的知识。关于这个问题，您又为什么还跟我讨主意呢？” 喇嘛王：“为的是，看看到底你是怎样看待这个问题？” 纪蒲泰：“是吗。这是古人已经定了的事。古人把一圆周分为三百六十五又四分之一度，半周就是一百八十二又八分之五度。从北天极到南天极共一百八十二又八分之五度，其中间就是天赤道，赤道附近的星周日运动的速度最大，变化最明显。如著名的二十八宿中的参宿三星，就在天赤道附近。于是，从‘浑天说’引伸出天体的赤道坐标系统，浑仪就是按这个坐标系统设计的观测仪器。这一点，在张衡的《浑天仪图注》中，有明显注释。” 喇嘛王：“这个张衡，有这样伟大的发明，他说的话就得实行。因此，他在我眼中，就是天子骄子……他是怎么说的？” 纪蒲泰：“他在所著的《浑天仪图注》中说：‘浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡子中黄，孤居于内。……犹壳之裹黄。’又说：‘周天三百六十五度又四分度之一；又中分之，则一百八十二度八分度之五复地上，一百八十二度八分度之五统地下。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。’他还把天体周日运动比喻为：‘天转如车榖之运也。’” 偌尔曼：“这是多么明确的‘天球’概念，在中国的古代，能产生这种概念，真不简单。我有个问题，是不是张衡的宇宙观，就是天是‘鸡蛋壳’，地是‘蛋中黄’呢？” 纪蒲泰：“张衡是宇宙无限论者，他认为天外仍然有天。关于这一点，他在《灵宪》中，说得很清楚：‘宇之表无极，宙之端无穷。’” 偌尔曼：“这说明，后汉天文学家张衡，懂宇宙在时间和空间上都是无限的。他这种思想很超前，西方人有些望尘莫及？了不起！” 喇嘛王：“为了对浑仪的构造有所了解，你们得从张衡的描述，将天体的坐标系统，做些简略介绍。” 纪蒲泰：“那好。我们暂且想象以地球为中心，做一个很大的天球，把地球自转轴延长，在天球上得到两个交点。在北边的是北天极，而相应于地球南半球的是南极。” 喇嘛众臣：“那你还得说出其中的道理？” 纪蒲泰：“你们不用着急，我来告诉你……把地球的赤道向外扩展，一直扩展到天球上，得到天赤道。一个天体和赤道的角距离叫赤纬，和天极的角距叫去极度（显然它是90度减去赤纬的数值）。在赤道上选一原点，天体和这一原点在赤道上的角距离叫赤经。” 喇嘛王：“你解释得还真行。我来一点补充，我国把某一颗星，与它所在宿的距星在赤道上的距离，用度来表示，叫入宿度。显然测量的是这些天体的赤经差。下面，还是你们说吧。” 纪蒲泰：“我国古代就是用去极度，和入宿度表示天体的位置。这个坐标系统类似于现代的赤道坐标系统，它正是‘浑天说’的系统，是制造浑仪的理论依据。” 喇嘛首相：“啊。这就是张衡的宇宙观，天外有天。那他可真是神仙，竟然把天外之事看穿！” 喇嘛众臣：“所以，他才能制造出举世无双的浑仪，领先世界第一！” 外交大臣：“可，我们却不知道天体是怎样运转的？” 偌尔曼：“我来告诉你们一个大致。太阳在天空一年位置的变动，也在天球上画出了一个大圆，叫做黄道。以黄道为基础，用黄经、黄纬表征天体的坐标叫黄道坐标系。它和天体周日运动的关系复杂，不如赤道坐标系来的方便。” 喇嘛众臣：“那古人是怎样观天？是观黄道，还是赤道？” 纪蒲泰：“不管赤道、黄道、以地平面和天顶（头顶上方）为基础建立的坐标，叫地平坐标系，它表示天体高度和方位的变化，很是直观。” 喇嘛王：“可惜，它不能象赤道坐标系统的数量，便于比较，便于长期使用。” 纪蒲泰：“因此，我国保存下来的著名古星图，都是赤道坐标系统。” 喇嘛王：“以上三种坐标体系，我国古代都曾采用过。” 纪蒲泰：“大王所说的不错。但是，赤道坐标系的采用，以我国为最早。” 喇嘛王：“这我也知道。这既是我国古代天文学的一的特点，又是一大优点。” 纪蒲泰：“既然说到这点，我也就再解释一点。黄道和赤道在天体上，也有两个交点，这就是二分点，即春分点和秋分点。” 喇嘛王：“我再补充一点，就全面了。黄道上离赤道最远的两点，是冬至点和夏至点，简称二至点。” 喇嘛众臣：“大王的天文知识，在木里没人能比，我们真服，真服。” 喇嘛王：“我只不过是看书多，随便说说而已。哪来的很多知识，关于天文学，我们还的跟二位学者学。你们说，你们说……” 纪蒲泰：“大王所说的，我们也喜欢听。因此，我要把在某个地方所观测到的天极的事谈一谈，因为，所观测到的天极出地平的高度是该地的地理纬度。东汉时建都洛阳，该地地理纬度约36度，故张衡说北极‘在正北出地上三十六度。’” 喇嘛王：“张衡的《浑天仪图注》，把浑仪的理论基础阐述的十分明白。” 纪蒲泰：“有一点，你们或许并不明白。但浑仪却不是汉代才出现的……” 喇嘛王：“这又怎么说？” 纪蒲泰：“根据研究，张衡的精辟论述，是对前人经验的宝贵总结。” 喇嘛王：“那么这事还肯前？这证明我们的前人更不简单，竟在汉代之前就发明创造过浑仪？只是在汉代浑仪的结构有了更高的发展。” 喇嘛众臣：“张衡，真英雄！” 外交大臣：“我们通过你的介绍，对天球坐标系有了初步的认识。你还是往下说下去，才能让我们获得更多的知识。” 纪蒲泰：“这样一来，你们对浑仪的结构就容易了解了。” 喇嘛首相：“那好，你往下介绍，也好让我们把那浑仪的摸样记牢。” 扎布：“他说什么，我都喜欢听。” 喇嘛众臣：“但愿真是如此，那末浑仪的事情可就了解得更清楚了。” 纪蒲泰：“我会说清楚的。仪器下方那栩栩如生的四条铜龙是基座，上半部由六合仪，三辰仪和四游仪三部分组成。六合仪是地平坐标和赤道坐标的框架，它由地平圈，赤道圈和通过天顶。天极的子午圈三个大圆环组成。” 喇嘛王：“这种复杂的仪器，我有些不明？那圆圈怎么转动？” 纪蒲泰：“这正是中国古人聪明之所在。张衡那些先人所设计仪器自有道理。天南极和天北极可以安轴，使仪器绕极轴旋转，以达到和天体周日运动同步的目的。” 喇嘛众臣：“那怎样让仪器保持水平？以达到观测的准确度？” 纪蒲泰：“地平圈上有水渠，水沿环流动用以取平，是早期的水准器。子午圈上从南天极开始，分成两个半圆周，分别刻画度数，北极处是182又八分之五度。整个圆周共计365又四分之一度。它可以测量位于子午圈上天体的去极度。” 偌尔曼：“我见到的那架仪器的北极出地平39度强，是北京地去的地理纬度。这说明，该仪器铸好后安置于北京。” 喇嘛王：“你还真行，能亲眼目睹该仪器，那是你的福气！不说题外话了，你们说下去。” 偌尔曼：“那我就班门弄斧了。” 喇嘛王：“只要你知道，没有什么不好。尽管说下去。” 偌尔曼：“那浑仪，我看得仔细。中间的一层叫三辰仪，是仪器绕极轴旋转的部分。它包括赤道环、黄道环、三辰仪双环和四象环。四象环上半周刻度为182又八分之五度。” 喇嘛众臣：“那你是否能说完，好让我们开开眼？” 偌尔曼：“最里面一层叫四游仪，是仪器的望筒部分。望筒以同心圆环的球心为心，可上下仰游，又可随三辰仪绕极轴旋转。因此，用望筒既可量去极度，又可量两星的赤经差。” 喇嘛王：“这仪器发明制造的可真好呀！可见，浑仪的用途主要是测量天体的赤道坐标。” 偌尔曼：“大王说的真好。又由于它兼有地平坐标，和赤道坐标的圆环，因而达到多用的目的。” 纪蒲泰：“明代的这台浑仪，高约2。75米，长约2。46米，宽约2。48米。由于用青铜铸就，故质地坚硬，稳固敦实。” 喇嘛王：“说到这里，引出了一个故事。我在书上看到，我国早在汉代，就有专门铸造浑仪的工人。他们世代相传，很有经验。史书上说，一个叫杨雄的人爱好天文，向黄门作浑天仪的老工人请教。老工人说：‘我年轻时作这一工作，只根据设计的尺寸做，但不知道其意何在。后来，越造越多，越懂越多。到现在，我已是七十岁的人了，已经搞清楚了他的道理。现在，我的儿子，也很喜欢制作这些仪器，不过，他现在还如同我年轻时一样，还没弄清楚其间的道理。’你说是么？蒲泰……” 外交大臣：“这段记载对我们了解古代浑仪的制造很有帮助。” 喇嘛首相：“我们赞颂制作精美的浑仪，自有道理，也正是在歌颂我国浑仪的杰出创造。” 纪蒲泰：“扬雄是公元前53——公元18时代的人。史料上有关浑仪的记载很多。现有可靠的文字资料都提到汉武帝时，民间天文学家落下闳曾制造了浑仪。” 喇嘛王：“这事儿，我也知道。但这架仪器的具体结构，可惜没流传下来。” 纪蒲泰：“根据有关史料推断，它可能只有赤道环、子午环和一个用于观测的望筒。” 喇嘛王：“西汉时代的天文工作者认为，太阳和月亮每天移动的赤道度数是相等的。” 纪蒲泰：“大王所说的不错。但是，到了公元前五二年，有人发现实际情况，并非如此。” 偌尔曼：“说到这里，我也补充一句，算是个提醒。人们在实践中逐渐认识到，太阳在黄道上运动，月亮也在黄道附近运动。” 喇嘛王：“你说的还真行。因此，东汉初念，人们就设法在黄道上量度太阳、月亮的运动。这种情况，史料上说得清，其是，我也并不真懂，只不过是照本念经，说给你们听。所以，还是得让蒲泰来谈一谈。” 纪蒲泰：“到了东汉和帝年间，贾逵制造了一个‘太史黄道铜仪’，并用它作有关测量。” 喇嘛王：“这个黄道铜仪，可能比以前的浑仪多增加一个黄道环。看，我有多加了一句，你说下去，我不再打断你。” 纪蒲泰：“这没啥关系，我们共同讨论问题，还真有趣，也能补充我所漏掉的东西。” 喇嘛王：“你这孩子，还真谦虚。” 喇嘛众臣：“大王一加入讨论，这事情可就更热闹了。” 扎布：“热闹好哇，看看大王有什么意见，并让我们知道知道。” 喇嘛众臣：“这种千载难逢的谈话，我们可以在旁听一听。” 喇嘛首相：“我们什么话，也插不进去。因为，我们几乎什么都不知道，若乱插嘴，那只会把事情弄糟。” 外交大臣：“所以，我什么话也不乱说，省得出错。” 喇嘛王：“这也不是光我们在密谈。不过，你们不乱插言，也倒省得不必要的纠缠。” 喇嘛近臣：“所以，我们只有听你们宣传，不敢接言。” 喇嘛王：“那么我在这方面，说话还有点效验。” 喇嘛近臣：“我们当然不知道，大王您心里存着什么语言。” 喇嘛王：“你记下就好，我说出来，你们不就知道了。” 纪蒲泰：“前赵光初六年（公元323年），孔挺制造了浑天铜仪。公元一二年后魏人晁崇、斛兰又制造了铁浑仪，这两架观测仪器都取消了黄道环，构造分内外两层。外层有四个固定不动的规，内层有一个长八尺的望筒，可以东西旋转，也可以南北仰抑。” 偌尔曼：“因此，这仪器可以指向天空的任何位置进行观测。这说明，这两架浑仪扩大了观测范围，有了显著进步。” 喇嘛王：“我在史料上看到，后魏的铁浑仪的底架上，还增添了十字水平，用来调整水平，这也是以前的浑仪所没有的。” 纪蒲泰：“唐初，由于科学技术和工艺水平的进步。因而，唐太宗贞观初年（约公元630年），天文学家李淳风，在前人的基础上，创造了一架更为完善、更为精密的浑天黄道仪。” 喇嘛王：“这可是一件了不起的事情，那你可得说得更清？” 纪蒲泰：“整个仪器分内、中、外三层。外面一层固定不动，叫六合仪。里面一层是夹着窥管（即观测筒）的可以旋转的赤道环。” 偌尔曼：“只可惜，这种仪器，没得以流传。所以，我们没能亲眼所见。” 纪蒲泰：“不错，由此看来，李淳风的浑仪，和后魏的铁仪比较，是增加了中层的三辰仪，作成了可以转动的黄道和月道。” 偌尔曼：“这样，就可以直接量度太阳和月亮，分别在黄道和白道上的视运动了。” 喇嘛众臣：“嘿。你这洋小子，还懂得真不少！，那么，我且问你，什么是白道。我们可是头一会听说……” 偌尔曼：“你们真的不知道？白道——是月球绕地球运转时在天球上的运动轨迹。” 喇嘛众臣：“我们算是服气了你。经你一说，我们总算是明白黄道和白道了。” 喇嘛王：“你们就别争执了。不过，我也很高兴…。。往下进行。” 纪蒲泰：“唐玄宗开元九年（公元721年）卓越的天文学家一行，修订大衍历时，根据需要重新制造了一架黄道游仪，其特点是考虑了黄道与白道交点的长周期变化。” 喇嘛王：“那长周期变化是什么呀？你得说明白呀。” 纪蒲泰：“可以，可以呀。黄白交点长周期变化——是由于太阳对月亮的引力作用，黄道和白道的交点不停地沿黄道从东向西移动，每年约移动20度，经过18年7个月，交点旋转了一周。” 喇嘛王：“无疑，它们是还要继续移动下去。一切都是上天的旨意，那些天文变化，你还是说个明白吧，我并不仔细去研究，因为，我们并没有这个能力。研究这些问题，还得靠你们这些年轻的学者，去解决问题。” 纪蒲泰：“我还是接着上面的那句话。它在赤道环和黄道环上，每隔一度打一个洞，而且黄道环可以沿着赤道环移动。” 喇嘛王：“这个一行和尚还真行。竟能干成这样令人崇敬的事情！那么就让他在这条道路上苦修行下去吧。这样，也许会对中国的天文观测事业，会有更大更广阔的发展，为人类作出贡献。” 纪蒲泰：“一行还用这架仪器观测了月亮的运动，又观测了许多星官的黄赤道度数和去极度。根据实测数据，不仅制定了较精密的‘大衍历’，而且发现了恒星位置的变化。” 偌尔曼：“呀，他对天文事业的贡献也很大呀！我原来并不知道一行是个和尚，认为他只会吃斋念佛，谁知，他还有这样巨大的发明，怎不令人尊重！” 纪蒲泰：“至此，我国的浑仪成为比较完善的，而且，在一个时期内是世界上最先进的天文仪器。这还不算，到北宋时期，科学技术水平也达到了一个新高度。” 偌尔曼：“那你说说，都达到了什么程度？” 纪蒲泰：“那个时期，制造了不少浑仪，而且有许多新特点。比较有名的有，至道元年（公元995年）韩显符领导制造了至道铜候仪。皇祐三年（公元1051年）舒易领导制造了皇祐新浑仪。熙宁年间，学问渊博的科学家沈括，在实践中发现了旧有浑仪，漏刻，圭表等仪象的许多缺点。” 偌尔曼：“沈括是个大科学家，早已名扬天下。可，我并不清楚他都发明了什么？” 纪蒲泰：“他对旧浑仪作了改革。第一，简化了结构。旧浑仪设有白道环，但月亮的运动轨道经常变化，所以，按照白道测出的数值，往往误差很大。” 喇嘛王：“那可怎么办呀？” 纪蒲泰：“沈括十分聪明，又有很多办法。在制造仪器时，省去了白道环，而是用计算方法确定月亮位置。另外，还把黄道环和赤道环固定了。” 偌尔曼：“这个办法好。据我理解，这样不仅使用简便，精度也有一定提高。” 喇嘛众臣：“啊！这个沈括真有高招。值得后人学习了……” 扎布：“他还有什么奇招呀？” 纪蒲泰：“第二，改造了望筒。旧浑仪的望筒，观望时有些毛病。因为，上下口径相同，观测时由于口径较大，人的眼睛容易摇动。因此，不容易瞄准。” 喇嘛王：“那可难为了观测人。那沈括怎样动脑筋，解决这棘手的问题？” 纪蒲泰：“他把望筒的下口径缩小为三分（相当于人眼的大小），这样观测时，人的眼睛就不至于摇动了。” 偌尔曼：“这种设计，很有超前意识。我想，它比西方的望远镜，要发明得早。也可以说是望远镜的鼻祖。” 喇嘛王：“照道理，在过去，你是连想也不敢想的事。可，中国的先人，就能想到，并且发明出来了。” 偌尔曼：“在科学的道路上，中国人比西方人进步。所以，西方人得努力赶超……” 喇嘛众臣：“这种事情，又何必要你来cao心？” 喇嘛王：“可别扯得太远了。此话说一句就得了。” 偌尔曼：“我不会顾慮无足轻重的揣测之词。了解我的人决不会有这种想法。我不怪你们，因为他们不想让西方人超过中国人。” 喇嘛王：“有情可原，往下谈，你不必跟他们为难？” 偌尔曼：“我懂大王的意思。” 纪蒲泰：“那不更好吗。你们听我说的吧。第三，旧浑仪的黄道环和赤道环都是平置的，观测时常相互遮挡。对此，沈括也进行了改造，提高了观测的准确度。” 喇嘛王：“通过这些事，我们才知道，沈括愿意尽十二分的力量去发明创造，尽一切力量把旧仪器改造好。” 偌尔曼：“这说明，后来者居上，他不亏为是个大科学家！” 纪蒲泰：“沈括既改造了旧有浑仪，还重新设计并领导制造了新的浑仪——熙宁仪。” 喇嘛首相：“你说说其中的道理？” 纪蒲泰：“这有书为证。他写了著名的《浑仪》、《浮漏》、《圭表》三仪，对我国仪器制造的发展，起到了无可估量的促进作用。” 喇嘛王：“那他可为中国人增光，来替人们造福。” 偌尔曼：“这样的功绩值得歌颂。” 纪蒲泰：“还有科学家怀着巨大的热情，投身于这种事情中。元祐年间，博学的科学家苏颂（公元1020—1101年）和韩公廉等人，在仪器结构上总结了历代名家的优点，在机械制造上，又吸取了劳动人们使用水车、简车。凸轮等机械的丰富经验，创造了观测、表演和报时综合使用的‘水运仪象台。” 喇嘛王：“那它是什么样子？” 纪蒲泰：“要说那‘水运仪象台’，它高十二米，共分三层。上层设置浑仪，进行测量。中层是浑象，用来表演天象。下层设木阁，是报时系统。” 喇嘛众臣：“那古人再聪明，再能，没有机械传动，岂能造出报时系统？” 外交大臣：“是呀，那是怎样报时的呢？” 纪蒲泰：“你们的意见，都是很好的意见。我非常重视，我给你们说出其中的道理。古人只所以聪明，是因为他们造的木阁又分五层，层层有门，每到一定时刻，木人出来报时。” 喇嘛首相：“我真不知道该说什么才好。原先，他们不信你说的话，是因你还未说透其中的道理。现在，我们只所以将信将疑，是那自动出来的木人，没有机械动力，怎会出来报时。” 喇嘛王：“蒲泰，明摆着今天的事，你得有说服力，他们才能相信你。” 纪蒲泰：“大王的意见，我绝不敢不采纳。我现在就揭秘。水力发动的机械系统，设在木阁后边，使浑仪、浑象、报时系统协调一致，动作有条不紊。” 偌尔曼：“若照你所说，这件仪器在世界天文学发展史，和钟表进化史上都占有重要地位。了不起，中国人的发明创造，在世界上处于领先地位。” 纪蒲泰：“据现代研究，如它的屋顶是活动的，这可以说是现代天文台圆顶的最早雏形。” 扎布：“活动的圆屋顶，可以观察天空！这么说，还是中国的古人最能！” 纪蒲泰：“总之，你们基本已知道是怎么回事了。” 偌尔曼：“如果你所说的话是确有其事，我再一次对中国古人的发明创造，表是钦佩！” 纪蒲泰：“是的。这个设备中的擒纵器（卡子）是近代钟表的关键部件，因此，又可以说它是钟表的‘鼻祖’，是没任何疑问的。” 喇嘛王：“这台仪器现在哪里？” 纪蒲泰：“可惜，这台珍贵的文物早已被毁。” 众人齐叹：“可惜，可惜……这么好的仪器竟没保留下来，实在是一大损失。” 纪蒲泰：“你们莫叹惜。十分可喜的是，苏颂等人撰写的《新仪象法要》一书，至今保存完好。” 喇嘛王：“我祖圣明，保留传统，这样就好，还能让后人看到。” 偌尔曼：“那可是难易寻觅的资料。那书怎样介绍？” 喇嘛众臣：“怎么回事？我们也想知道。” 纪蒲泰：“这本书，真好。把仪器讲得十分头彻，并附有插图六十余幅。提到的机械零件一千五百多个，是我国历史上流传下来的最早的机械设计史料。” 喇嘛王：“这可是难得一见的天书，不知我是否有没有福，能亲眼目睹？” 纪蒲泰：“苏颂《水运仪象台》的出现，是我国古代浑仪、浑象、滴漏多种仪器结合合发展的标志。” 喇嘛王：“据我读书所知，到了元代，就出现浑仪革新和发展的产物——简仪。” 喇嘛众臣：“大王，识深似海，简仪又是个啥东西？” 外交大臣：“它是个天文仪器吗？” 喇嘛王：“我只知道，简仪是对浑仪革新和发展的产物。可具体构造我并不清楚。” 扎布：“看样子，还得让蒲泰说个清清楚楚？” 纪蒲泰：“那我就说……自从汉代以后，虽然历代的浑仪都有改进，但结构仍然十分复杂，规和圈交错，常因相互遮挡而影响测量。” 喇嘛众臣：“那怎么办？难道古人就停止不前？” 扎布：“唉，天呀，你们就不用cao心了。听他讲吧。” 纪蒲泰：“北宋以后，开始了对浑仪的改革，但大规模的改革，是元代天文学家郭守敬、王恂等人进行的。所以说，简仪是这一改革的典型代表。” 喇嘛众臣：“你说得真好。刚才以上你所说的郭守敬，已牢记我们心中，他是个大英雄。” 喇嘛王：“长话短说。但说郭守敬创造的简仪，它简到哪里？” 纪蒲泰：“简仪从浑仪的复杂的环圈中解放出来，分解为互相独立的赤道装置和地平装置，每个装置结构都十分简单。” 喇嘛王：“是呀，世间的任何发明，都是从简单到复杂，可若从复杂到简单，就难多啦！” 纪蒲泰：“大王的话，一点也不差，是那样的。从总的环圈看，简仪只保留了浑仪中的四游、百刻、赤道、地平四个环，增加一个立运环。” 偌尔曼：“从你的介绍来看，这个装置不仅避免了环圈的相互遮挡，而且能作多种工作，大大提高了观测的精确度。” 纪蒲泰：“是啊。这种简仪，被后人誉为‘卓有绝识’的新创造。” 喇嘛王：“说得好，元代郭守敬、王恂等人创制的简仪，是我国仪器制造史上的一次大飞跃。我想，在当时的天文仪器制造上，无人超越。” 纪蒲泰：“大王总结得真好。它是那个时代一项先进的技术，若与现代有关观测仪器先比较，原理是一致的。” 喇嘛王：“那你还得说出其中的原理，以便我们了解得更仔细？“ 纪蒲泰：“例如，简仪的赤道装置，与现代天文台内大型望远镜的赤道装置，特别是英国式的类型相比，其结构原理完全一样。所不同的是与四游、赤道、百刻等环相当的刻度盘位置不大显眼罢了。” 偌尔曼：“看来，后者是从简仪脱胎而来。” 喇嘛王：“你说的后者，指的是谁？” 偌尔曼：“当然是英国人制造的天文仪器。” 喇嘛王：“这么说，英国还是学习了中国的先进技术，才造出英国式的天文装置？” 偌尔曼：“这是必要的。没有学习，就没有进步。” 喇嘛众臣：“谢天谢地。我们的老祖宗制造的仪器，还是先进的。” 外交大臣：“直到现在，我紧张得才喘过气来。” 喇嘛首相：“中国人能制造出简仪，这才是圆满的结局。” 喇嘛王：“制造简仪，观测天象，不可想象。在此以前，谁能想得到简仪会这么好啊！” 纪蒲泰：“此外，郭守敬在赤道装置上，还安装了一个候极仪。” 喇嘛王：“那他为什么要安装这样一个候极仪？这其中难道还有什么更深刻的原理？” 纪蒲泰：“自从唐代制造的黄道游仪开始，安装时就注意到用观测北极星的方法，校正仪器极轴的正确方向。但由于当时的科学技术水平的限制，始终没有得到很好的解决。所以，郭守敬创造了用候极仪巧妙的校正仪器极轴的正确方向，大大提高了观测的准确度。” 喇嘛王：“那你还得总结一下简仪的具体用意。以便提高我们这方面的知识。” 纪蒲泰：“那我就更进一步地解释。简仪的地平装置，叫做立运仪。它包括一个固定的地平环（也叫阴纬环），和一个直立的可以旋转的立运环，以及一个窥衡（即望筒）。这个装置可以同时测量天体的地平方位，和地平高度。这在我国天文仪器中还是首创。” 偌尔曼：“这都是郭守敬的功劳，后人决不能忘！在我看来，近代工程测量、地形测量及实用天文测量用的经纬仪，航空导航用的天文罗盘，其结构与立运仪，实际上属于同一类型。因此，简仪可算为所有这些近代仪器最早的型式。” 喇嘛王：“简仪的改革创造，看似简单，实际上并不简单啊！它凝聚着古人的心血，为后人开创了无限的想象空间。才使后人制造的仪器有今天。” 纪蒲泰：“所以说，简仪的底座上安装着正方案，这是郭守敬对圭表测日影方法的发展，是又一项重大革新。” 喇嘛王：“什么是正方案？它简单吗？” 纪蒲泰：“与圭表比较，正方案不仅能测影定向，而且不论平置或倒立，都可以当测角器使用，这是圭表所做不到的。” 喇嘛王：“那么说，这个正方案真好。可它轻巧灵便，便于携带吗？” 喇嘛众臣：“是呀。它是什么样子呢？” 纪蒲泰：“不错，这正是众人所关心的问题。这个正方案不仅可以随身携带，而且还可以随时使用。更为重要的是，正方案上刻有同心圆十几个，测量时可以同时使用许多圆，因而测量误差显著减少。” 喇嘛王：“这个正方案不简单，使用就是挺方便。” 偌尔曼：“这简仪的设计真超前！” 纪蒲泰：“简仪独立的赤道装置，为郭守敬于公元1276年创造和使用，而欧洲的第谷采用类似的赤道装置，是在相去三百多年的1598年。” 偌尔曼：“看样子，欧洲远远落后于中国的科学技术。难怪，李约瑟在《中国科学技术史》中，引用根舍赞谈中国古仪的话说，欧洲人看作是文艺复兴后，天文学主要进步之一的赤道仪，中国人在三个世纪以前就已经使用了。” 纪蒲泰：“不错。这让我想起，著名的《新总星表》（即n、g、c星表）的作者，英人德耶尔在评价简仪的历史重要性时指出，不少伟大的发明，中国人常常在西方国家，享有它们以前的许多世纪就已作出了。” 偌尔曼：“说的好。这个历史的见证有力的证明，中华民族不仅有自立于世界民族之林的能力，而且还以勤劳、智慧、富于发明创造而闻明于全世界。” 喇嘛王：“当然，这是不争的事实。所以，元大都有个郭守敬，发明出天文仪器，这是中国人的无尚光荣。” 喇嘛众臣：“他发明的仪器，都放在哪里？” 纪蒲泰：“郭守敬创制的简仪等，元代都放在首都——大都（北京）的天文台上。” 喇嘛首相：“那郭守敬怎么用？” 纪蒲泰：“郭守敬用它对二十八宿作重新测定。” 外交大臣：“那仪器测的准确吗？” 纪蒲泰：“你还用说，其精度是史无前例的。” 喇嘛王：“你说的具体些。” 纪蒲泰：“郭守敬带领一班人，在大量实测数据的基础上，编制了‘授时历’，在我国一直沿用了三百六十多年之久，是我国历史上其他历法所不能拟的。” 偌尔曼：“那我有一个问题，需要你解释。现存在南京紫金山天文台上的简仪，是不是郭守敬亲自参与制造的？” 纪蒲泰：“那台简仪吗，我告诉你。是明代按照郭守敬的制度仿制的。” 喇嘛王：“啊。还不是郭守敬亲手制造的？” 喇嘛众臣：“那仪器的具体尺寸，你知道吗？” 纪蒲泰：“我去过南京紫金山天文台，亲眼见过那简仪。仪器通高约2。5米，长约4。4米，宽约2。9米。” 喇嘛王：“那可是我国珍贵的文化遗产，可得好好保全。” 纪蒲泰：“当然。这事得更加重视，文物的保护决不能忽视。” 喇嘛王：“我也有一个问题。我只听说过浑象，但却不知它的真象，你能说说它的来龙去脉吗？” 纪蒲泰：“浑仪创造后不久，我国还创造了表演天体视运动的仪器。” 喇嘛众臣：“那仪器叫什么名字？” 纪蒲泰：“古代称为浑象或浑天象。” 喇嘛首相：“那是什么意思？” 纪蒲泰：“后来人们叫它天体仪，实际上就是今天所用的天球仪。” 偌尔曼：“可以说，中国古代的浑象，是当代天球仪的祖先。” 喇嘛王：“那浑象到底什么样？” 纪蒲泰：“浑象是把太阳、月亮、二十八宿等天体，以及黄道和赤道都绘制在一个圆球面上。” 喇嘛众臣：“绘制在圆球面上，是在上面观天象吗？” 纪蒲泰：“它能使人不受时间的限制，随时了解当时的天象，白天可以看到当时在天上看不到的星星和月亮，而且位置不差。” 喇嘛首相：“那可真神奇呀！那夜晚能看到什么？” 纪蒲泰：“不但晚上，就是阴天也能看到太阳所在的位置。” 外交大臣：“那这浑象可是万能的呀？” 纪蒲泰：“我一说，你们就明白了。用它能表演太阳、月亮、以及其他重要星象东升西落的时刻、方位。还能形象地说明夏天白昼长，冬天黑夜长的道理等等。” 喇嘛王：“经你一讲，我们也能想象那浑象的摸样。这样，不仅填补了观测的空白，而且能帮助人们直观、形象地理解太阳、月亮以及满天星斗运动的规律。” 偌尔曼：“我在此不得不说一句。因此，它是有很大实用价值的仪器。这种直观观测天象的仪器，很值得西方人学习。” 纪蒲泰：“我国历代十分重视浑象的制造。而且，我国创造浑象也有悠久历史。我现在再告诉你。第一架浑象大约是公元前70~50年间，耿寿昌制造的。这架仪器是圆周7。35尺的球体（一汉尺大约相当于24厘米）。球面上绘制有表示赤道的大圆圈，并把赤道分为365又四分之一度，同时按照实际观测的结果，把天空的星体标在球面对应的位置上。” 喇嘛王：“我看书上说道，后汉的天文学家张衡，我们刚才也讨论过了，他非常著名。他在总结了前人在天文仪器制造方面的经验，创制了有名的‘水运浑天仪’，其主体是浑象，可我们并不清楚它的具体尺寸摸样？” 纪蒲泰：“要谈到具体的浑象，它直径不到五尺，球面上画有二十八宿，和其他星星以及黄道和赤道（两道交角24度）等。它的转动轴北出地平三十六度，南入地平三十六度，这相当於当时首都洛阳的地理纬度。” 喇嘛众臣：“这些你虽说得很清楚，但浑象究竟怎样运行的，我们可不知道其中的原理？” 纪蒲泰：“你们听着。浑象上安装了一套齿轮系统，利用漏壶流水的稳定性，推动浑象均匀地绕着极轴转动。” 喇嘛王：“这样，你们想想，浑象的动力与真实的黑夜白天的交替（周日运动）就一模一样了。” 喇嘛众臣：“那么说，只要看浑象转动，就可知道天象的变化。这个发明可真伟大呀！” 纪蒲泰：“由此看见，你们的想象力一点也不差。据文献记载，浑象造成后，一个人在屋子里看浑象转动，一个人在外边观看实际星空的变化，看守浑象的人报告星星的东升、正南和西落，和真正的星星升落完全一样。” 喇嘛王：“我好象听说，浑象中还带动着一个机械日历，可以表示日期的变化。” 外交大臣：“这可得让他们说清楚呀？因为我们都不懂呀。” 纪蒲泰：“那我还得说说，唐代开元十一年（公元723年），梁令瓒等人设计制造了一架‘水运浑天’，既能表演各种天象，还能起到报时的作用。” 喇嘛王：“这架仪器与张衡制造的‘水运浑天仪’相比，又有新的发展。” 偌尔曼：“长江后浪推前浪。这个进展真好，已是现代时钟的雏形了。” 外交大臣：“喂，我说你们这年轻学者，除此之外，还有什么发现？” 偌尔曼：“那还是让蒲泰谈谈，算了，我什么也不多说了。因为，我对这方面的知识了解的很肤浅。” 纪蒲泰；“北宋太平兴同四年（公元979年），民间天文学家张思训取其汉、唐‘水运浑天’的精华，以敢于革新的精神，创造了一架大型的‘水运浑天’……” 喇嘛众臣：“那它有多大呀？” 纪蒲泰：“那架水运浑天，高一丈多，外形如同一座小小楼阁。新仪器不仅浑象有所改进，而且进一步完善了报时设备。同时用水银代替水，作为推动仪器转动的原动力。” 喇嘛王：“啊，你说到这里，使我终于明白了。用水银代替水，克服了由于水在夏天流动快，冬季流动慢，从而造成仪器旋转不稳定的缺点。” 喇嘛众臣：“大王真是高见！我们怎么就不能理解呢？” 喇嘛王：“用不着跟我多说什么啦。还是听他们说吧。” 纪蒲泰：“我可以肯定地说，这使我国传统制造的‘水运浑天’，又提高到了一个新的水平。此后，元祐年间（公元1086年），又出现了苏颂等人制造的测量、表演、报时三用的‘水运仪象台’。” 喇嘛王：“是这样的。那是古人特意制造的。他们在继承古人的基础上，都会照着创造做出新的仪器来。我想，当时人们观看天象表演时，往往会问起天象仪的制造年代。” 纪蒲泰：“这个问题好说，只要查阅一下我国古代天文史料，就不难发现，天象仪并吧是近代才发现的。它只不过是古代浑象的一种类型。” 喇嘛王：“哈，哈。这话说到我心窝里啦。若说天文史料，我也看过不少。我国早在三国时代，吴国的天文学家，葛衡就制造过一种浑象，（古代把人在天球里边看天象变化的浑象，称作浑天象，它类似于现代的天象仪。）用机器转动天球，而地静止不动，人就在里边观看天球上星球的运动。” 纪蒲泰：“大王用不着跟我多说什么啦，你的天文知识值得我们敬重。” 喇嘛王：“我从来没有遇见过一个象你这样的学者，要想遇见你这么一个天文学者，真是打着灯笼也难找呀。可是，我已经用我的眼睛看清了，耳朵也听你说明白了。” 纪蒲泰：“我已从您的眼神里得到了夸奖，这让我心情十分舒畅。” 喇嘛王：“既然你心情舒畅，那就往下讲。” 纪蒲泰：“那更好，我就把我知道的都说出来。刘宋元嘉十三年（公元436年），钱乐之也造过这种浑象。这个特殊的浑象，地在他球之内，球面上刻有二十八宿，北极星、南极、北极、赤道。太阳、月亮以及五大行星都在黄道上。” 喇嘛众臣：“那古人怎样看星象和天象的变化呢？” 纪蒲泰：“钱乐之造的那种浑象，一般人不可想象。他用漏水转动天球，人在里边所看到的星象变化，与实际的天象变化完全一样。” 扎布：“呀！人在里面看天象，这浑象可太大了。” 喇嘛首相：“不可想象。说实话，在当时的世界上，谁也做不出比这更好的了。” 偌尔曼：“了不起，了不起。我对这创造喜欢极了。那浑象可以说是近代天文台的鼻祖，这实在是太超前了。” 纪蒲泰：“在中国古代，还不光是这一种浑象。此后，梁、隋、北宋等都造过类似的浑象。” 喇嘛王：“我再问一一个问题，古代造的那些浑象，与近代的天文仪器相比，有什么差距？” 纪蒲泰：“我来告诉您。我国古代制造的那些浑象，可非同凡响，与近代的天象仪相比，其原理大体相同，只不过浑象的光源在天球的外边，而天象仪的光源是在球内。” 喇嘛王：“啊呀，我明白啦。一个光是在外边，一个光是在里面。看样子，中国古人真不简单，经能在浑象里看天！” 偌尔曼：“您的话叫我吃惊，这实在是让我太震惊了。我从来没想到过，中国古人竟会制造出那么多的天文仪器。可，谁也说不出那些古人制造的天象仪，在哪儿呢？” 纪蒲泰：“我国古代创制的浑象，实物虽然没有了。但清代的天体仪，可算是古代浑象的仿制。因此，它也反映着我国古代天文学发达的历史。” 偌尔曼：“是这样的，这实在是太好了。我是一窥班豹，了解得少，必须去看看，再开开眼界。” 纪蒲泰：“从众多的天文古迹中，我们已知，在近代欧洲自然科学的兴起。十六世纪以前，我国有世界上最完善的天文仪器，有数量丰富、历史悠久的天象记录，有精确的天文数据，有数目达一百多种的名家历法。” 喇嘛众臣：“那些天文数据，历法有什么重要的意义？让古人费那么大力气，去研究制造天文仪器。” 纪蒲泰：“天文学科，在中国的高度迅速发展，是由我国古代政治、经济各方面因素所决定的。” 喇嘛王：“农业生产发展，需要知道天气变化。人类生存，离不开游牧和粮食。而这一切既对天文制历提出要求，又为天文发展提供基础物质条件。再说，历代皇帝都很重视天象的发生。为维护他们政权的稳固，这一切都离不开占卜、占星……” 偌尔曼：“纵观这种现象，观天就是考察宇宙星体，会对人类产生什么样的影响。所以，古人都很重视天象的变化，以便掌握农牧业生产和预防灾害的发生。” 喇嘛王：“从信仰角度说，古人只所以注重星象，认为年月日时都是星星变换所形成的，不可避免地会对地球和人类发生作用。” 纪蒲泰：“在古人看来，正因为有万物自然才会有人类社会。所以，人类应该尊重自然，恭敬自然，顺从自然，与大自然和谐相处，把自然之道，当成人类生存之道的准则，永远与自然融合，才能自然发展人类的历史进步。” 喇嘛王：“这可以说是一种不可逾越的自然法则，谁也不能逾越，谁过界破坏自然，谁就会遭灾受难。而中国，自古人类就追求与自然的融合，就把天人合一当成人生的至高无上的境界，并称达到这一境界的人为‘圣人’。现在，你们可以说说，都是那些人？” 纪蒲泰：“我国历史上许多学者，注重实践，对我国天文学的发展，一直起着重大影响。如天文学家下闳、张衡、祖冲之、一行、沈括、郭守敬等等，都为我国古代天文学的发展，作出了不可磨灭的贡献。” 喇嘛王：“那当然。这些天文学家研究天文仪器，是为了知道天象变化。因为，远古神话，明确地暗示，远古太阳曾长期消失不见，还有多日并出和洪水泛滥，给人类造成了无数灾难。” 纪蒲泰：“这些残酷的环境，给人类敲响了警钟。在原始先民的脑海里引起了无数疑问，激发了无限的想象力，所以，在人的身上，由于自然环境的磨砺，让人产生了自我意识，努力去观察世界，消除疑虑。正是这种不懈的探索，才产生了解除疑虑的答案。这就是神话与传说的来历。” 偌尔曼：“即然大自然创造了人类，就是让他们认识自然界本身。” 纪蒲泰：“从人类脱离动物，独立学会思维的第一天起，就如饥似渴地探索宇宙万物的奥秘，寻求各种自然现象的答案。” 喇嘛王：“我知道，在中国的神话里，曾有过不少动人的故事。据传说，太阳是由御者羲和驾龙车奔驰，月亮是由御者望舒驾天车飞跑，雷霆是天神在擂鼓，或天神的肚皮在轰鸣。至于开天辟地，原始初民的神话传说，就更多了。我也就不必一一细说了。还是让二位学者发挥吧？” 喇嘛众臣：“既然大王发话。那我们就听听，他们二位能说些啥？” 喇嘛们顿时来了兴趣，都想听听人类是如何观天察地，开天辟地，创造世界的。