紫金山天文台的建立和它的古天文仪器

                      王思潮   施善平

   闻名遐迩的紫金山天文台，位于南京太平门外东郊钟山第三峰、海拔267米高的天堡峰处。由太平门出去，沿明代古城墙至地堡城再沿山路攀登，上山需1小时；若乘车沿盘山公路行驶约需15分钟。紫金山索道天文台站早已开通，在山脚下地堡城乘坐缆车，15分钟到站，穿过林间小路即可到达天文台参观。

   紫金山天文台主要参观项目有古代天文仪器、天文望远镜、天文历史博物馆、天文科普展览等。紫金山天文台最富魅力的，是那一座座似蒙古包的银色圆顶。晴空下，它们像一顶顶刚刚飘落在林海中的降落伞。傍晚，夕阳则给它们抹上一层金色，显得分外瑰丽。过去，每当神秘的夜幕降临，观测室那银色圆顶上的天窗便徐徐打开，里面的望远镜睁大炯炯有神的慧眼，注视亿万光年之外，不懈地探索着千百年来尚未揭开的宇宙奥秘。可惜，近些年来，由于城市灯光污染日渐严重，主要的夜间观测已转到紫金山天文台的外地观测站。   http://s10/mw690/002KtGpfgy6LjXb7L0B39&690
紫金山天文台  陈向阳摄

  这座融合东西方色彩的现代天文台，筹建于1929年。遵照孙中山先生科学建设中华的意愿，在时任国立中央研究院天文研究所所长余青松先生的主持下，经过五年时间的苦心经营，终于在1934年9月建成。从此中国有了第一座自己建立的现代天文台。它继承了几千年来中国古代天文学辉煌的业绩，又标志着中国现代天文科学新的起步。刚建成的紫金山天文台，建筑美轮美奂，仪器名贵，图书资料丰富，曾有“东亚第一”的美称。尤其是德国制造的一架60厘米口径的反光望远镜曾称雄于亚洲。紫金山天文台落成之日，当时的政府要员林森、蔡元培、于右任、汪精卫、戴季陶等纷纷题词并刻碑志庆。天台牌坊“天文台”横额即为国民政府主席林森题书，至今完好无损。可惜好景不常，日本侵略者的铁蹄踏碎了老一辈天文学家的梦想，天文台被迫内迁昆明东郊凤凰山上，留在南京的天文仪器遭到严重破坏。新中国成立后，紫金山天文台在中国科学院的领导下，迅速修复并增置了不少新的天文仪器，科研的中坚力量茁壮成长，开拓了一个又一个新的研究领域，并成为中国现代天文学的摇篮，为我国新建的其他天文台站输送了骨干人才。

   紫金山天文台不仅是我国现代天文学的摇篮，而且还浓缩了中国古代天文学的辉煌。这里完好地保存了明清两代天文学家实测所用的五件古代仪器。其中明代正统年间铸造的浑仪、简仪和圭表最为珍贵，它们是现存的国内外绝无仅有的最大的古代青铜天文仪器。现将三件明制天文仪器分别简要介绍如下：

   “浑仪”，是测量星体在天空中的位置和运动的仪器，是我国传统的测天仪器。据研究，在战国初年，就已经有了原始的浑仪。西汉洛下闳曾制作过浑仪。随着时代的推移，浑仪的制作越来越精密，结构越来越合理、适用。唐代天文学家李淳风创造了由三层同心圆环组成的浑仪，使浑仪结构臻于完善。此后历代所造的浑仪都保持着这种科学结构。现存明制浑仪，主体由三层同心圆环组成，外层为三道固定不动的圆环，称为“六合仪”，它是用来确定浑仪的安装方位，提供地平坐标系统。中层为四道圆环组成的一个整体，称为“三辰仪”，可在六合仪内绕轴转动，它实际上是一个赤道坐标系统，用来标明星辰在赤道坐标系统中的位置。后期又增加有黄道坐标系统。内层是一平行双环，中间夹装一个方形窥管，可绕双环圆心任意转动，称为“四游仪”。此窥管相当于现代的天文望远镜，人们通过窥管圆孔可以瞄准天上的星辰，窥管所指的方位则可以通过四游、三辰两仪圆环上的刻度测定。我国古代传统标志星体天文坐标的两个基本数据——入宿度和去极度，就是用浑仪测定出来的，刊载于历朝正史天文志和律历志中，成为研究我国古代天文学发展历史的珍贵资料。明制浑仪不仅是一架古老精密的科学仪器，而且也是一件精美绝伦的艺术珍品。它由四龙柱、一云柱支撑，四角台则以四云山装饰，造型紧凑谐调，浑然天成。龙柱强健雄伟，盘旋上腾，振鬈欲飞；云山耸起，两相呼应，相得益彰。基座四侧刻铸奇花异兽，线条流畅，技法超群。

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紫金山天文台的浑仪  陈向阳摄

  “简仪”，它与浑仪同属测量天体的仪器。它从浑仪中脱胎出来，又是浑仪的发展。它解脱了浑仪的复杂圈环，各环组分别架立，在观测时既避免了圈环互掩，又能作多种观测。简仪原由元代天文学家郭守敬创制。重造的该仪，操作简便，测量精度却空前提高，故称“简仪”，实为我国天文仪器制造史上的一次飞跃。现存简仪为明代仿制品，主要由两部分组成：一部分为斜向安置的一组环圈，称为“赤道坐标系”。上面的一个平行双环能绕轴左右旋转，相当于浑仪中的四游仪。用这组环圈可以测定星体在天空中的赤道坐标值。另一部分为直立安置的一组环圈，称为“地平坐标系”。用这部分可测定星体的地平坐标值。这两部分可以同时进行观测，互不干扰，非常有效。另外，基座前方还设一日晷，可以由日影测出时刻，实际上是一架古代太阳钟。简仪造型疏朗开阔，全仪由四龙柱、四云柱连接支撑，舒展而华贵，与浑仪可谓环肥燕瘦，竞相生辉。简仪通高2.65米。

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紫金山天文台古天文仪器——简仪  陈向阳摄（图的文字说明）

   “圭表”由一卧圭、一立表组成，是我国最古老的传统测天仪，早在3000多年前就创制出来了。南北向水平摆置，面上有“尺”“寸”刻度(现已模糊)的称“圭”，垂直竖立于南端的铜柱则称为“表”。圭表一端有后人另加上去的用铜皮做成的立圭。表的上端有一圆孔，每当晴天正午，日光通过此孔，投影在圭面中央，其表度可由圭上刻度量出。圭表的作用，就在于测量日影长度的变化，藉以确定一年四季二十四节气的准确日期，从而制定出合乎天时并能指导农业生产的历法。此外，由日影长度变化的周期还可定出一年含有的天数(365.25天)。现存圭表初制时，原表高八尺，清朝时改为一丈。圭原长一丈六尺二寸，宽二尺七寸。因冬至时影长超过圭长，故于北端又添立圭高三尺五寸。原立圭为铜铸，今不存，用铜片仿造替之。

   紫金山天文台除保存着明代天文仪器外，还有两件清代的天文仪器——天球仪，地平经纬仪。

   “天球仪”，古称浑象，现代称天球仪。东汉张衡、三国王蕃、刘宋钱乐之都曾造过这种仪器。它的主体为一铜球，上面嵌满铜钉，用以表现恒星和星座的位置，并能演示天体的周日运动。现存该仪为清朝1903年的复制品，球径三尺，嵌有1449颗铜钉，代表人类肉眼所能看见的1449颗较为明亮的星星。上面还刻有赤道、黄道以及用小点点表示的茫茫银河。铜球安装在轴上，可以旋转；轴的两端分别代表南北天极。它沿袭了中国古代的星名和星座划分，整个仪体安装在由子午圈和地平圈组成的框架中，两圈分别刻以度分和12时32方位。天球仪用来演示天体的东升、西落，以及一年四季的昼夜长度变化，使观者如临其境，亲自感受到地球自转的基本原理。

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天球仪  陈向阳摄（图的文字说明）

   “地平经纬仪”，它是用来测定天体地平坐标的仪器，此仪与天球仪一起，都是清政府于20世纪初年复制的。

   这些古代天文仪器凝聚着中华民族在古代天文学领域的智慧和创造力，是中国古代科技领先于世界的证明。但是，在旧中国处于极度衰弱、落后的时期，这些古代瑰宝也与中华民族一道遭受了厄运。明代三件天文仪器，自1442年铸成后，就架设在北京古观象台使用。1900年八国联军入侵北京，古观象台被劫掠殆尽。简仪被法军掠至法国驻华使馆，1905年归还我国。浑仪被德军掠至德国柏林，1920年才根据凡尔赛和约规定归还我国。圭表因德法军队未能将圭身锯断，因而仍留在原观象台内。1934年，这批古天文仪器从北平运来南京。然而1937年12月，日军侵占南京，这些国宝仍未逃脱厄运，落入日军魔掌之中，浑仪、简仪的龙角、龙爪多处破损，许多零部件损失殆尽。三件明仪上所留下的伤痕，记录着帝国主义侵略者的暴行和中华民族落后挨打的屈辱史。  

   南京解放后，党和政府极其重视这些珍贵文物的保护。20世纪50年代，专门请来古铜制作老艺人修复浑仪、简仪的龙角、龙爪；1984年，国家文物局又拨专款，全面修复这几件仪器的内外损坏部分，同时改铺大理石座基，使这些古代仪器重放光辉。