中国古人是怎么进行天文测量的？

最近几天在鼓捣我的天文望远镜，一架102毫米的折射镜，配套赤道仪、导星和拍摄系统、控制电脑和支持软件。与这架如今入门级别的望远镜相比，中国古人几乎是两手空空。那他们是如何实现观星，并且做出精确的记录的呢？咱们中国古人观星的辅助性仪器有圭表、日晷、浑仪、简仪、漏壶等。

1、圭表

圭表是由直立的表和沿子午线水平放置的圭两部分组成。它除了能测定太阳过中天的时刻（正午）、夏至、冬至和回归年的长度外，还可以测定黄、赤交角和地理纬度。

中国现存最早的圭表在河南登封的周公测景台。《周礼》中记载：垒土为圭，立木为表，测日影，正地中、定四时。相传3000年前，周文王的第四子在阳城，今天河南登封告成镇一带设立了测景台，现仍存唐代“周公测景台”石碑一块。

河南登封周公观景台遗址

所谓的“正地中”是指古人认为，如果某地表高8尺夏至影长1尺5寸，则在大地的中央，登封正好能满足这一条件。

周公测景台遗址的主要建筑是元朝郭守敬（1231-1361）所建的圭表。表身似一城楼，上置一横木，高9.75米，相当于仪器指针；圭身由青石平铺而成，长31.19米，上有通长水沟一条，注满水后可以检验圭面水平度。

郭守敬

为了提高表影的清晰度，郭守敬发明了一种叫“景符”的装置。这是一个可以移动的铜片，中间有小孔，至于表端横木在圭面上的投影前面。利用小孔成像原理，同时获得横木和太阳的像。测量的时候通过调整景符的位置，让横木的像平分太阳像，就可以准确测定影子的长度，可以精确到2毫米以内。

郭守敬的圭表还可以观测一般天体过中天时的天顶角，这时候需要利用叫做“窥几”的附属设备，用人眼对天体直接观测，当天体、横木、人眼成一直线时测量“投影”的长度。

日晷

2、日晷

日晷与圭表类似，也是在太阳照射下观测标杆（晷针）影子的仪器，不同的是它的晷面有两维刻度，可以读出一天之内的时间。日晷按晷针方向的不同可以分为地平式和赤道式两种。另外一种为球面日晷，其晷面为一凹球面，其上刻有赤道或地平坐标网。河南登封的周公测景台博物馆中有一台“仰仪”，就是一种球面日晷。

明代浑仪

3、浑仪

浑仪在汉朝就出现了，随着时间的发展也越来越复杂，到了唐代，浑仪有多重轴系，包括子午环、地平环、赤道环和白道环等。

浑仪相当于多轴望远镜，是中国古代重要的天体测量仪器。由于当时还没有望远镜，因此是通过“窥管”的细长管子直接瞄准天上的星。窥管两端可沿外围环圈滑动使其绕环圈中心转动（类似现代望远镜经纬仪或者赤道仪的第二转轴），这样就构成了一个坐标系的自由度。

这个圈的外面还有更大的两个环圈，环圈之间都用一个对外伸小轴连接。如果将里面两轴固定，则窥管可以沿第二个坐标系转动。

郭守敬简仪

4、简仪

由于浑仪轴系特别复杂，环圈特别多，挡光多，并且操作不便，观测受到比较大的限制。郭守敬将其简化，保留了赤道环和地平环，并将其拆分为两个独立的部分，称为“简仪”。

中国天眼

结语

中国古代天文学在16世纪前取得了辉煌的成就，不但发明出来上面那些精妙的天文仪器，更借助它们对很多天体和天文现象做出了精确的记录，更在编订历法方面取得了辉煌的成就。但令我们遗憾的是，中国古代在天体物理等理论方面没有任何贡献。如今，我们正走在实现中国梦的伟大征途中，中国人有能力在新时代为天文学贡献自己的智慧，期待隔着屏幕的你，传来好消息。