《崇祯历书》中引进的西方天文仪器及伽利略观测成果

（选自天文爱好者1996年第一期。作者崔石竹）

英国著名科学家李约瑟先生在《中国科学技术史》中指出：当耶稣会传教士在中国开始进行活动时，欧洲天文学有两项极其重要的特点：（1）发明并且使用了望远镜；（2）接受了哥白尼的日心说。十七世纪，欧洲发明了望远镜，这是世界科技史上一件划时代的大事，罗雅谷在《崇祯历书》之《五纬历指》卷中积极评价了望远镜的诞生对天文学发展的重要意义：望远镜打破肉眼的界限，扩大了人类的能力，它的出现给天文学带来了新的发现，并取得了很大的进展。还写道“自古以来，测候所急，追天为本。……今测较古，其精十倍，又用远镜为准，其精百倍。……”当望远镜刚刚诞生时，西方称其为“远镜”。当汤若望知道伽利略使用望远镜并获得重大天文发现时，评价为“发千古星学之所未发”。由此看出，望远镜的诞生，使欧洲天文学取得了急剧的进展。当时西方传教士入华时，确实携带了望远镜，利玛窦带来的望远镜最初叫做千里镜。继利玛窦之后，入华传播西学的另一位重要人物汤若望，在参与修历的五年之前，用中文编纂了讲述望远镜的功能与制法的专著《远镜说》，并于1629年刊印，书中详尽介绍了望远镜的功能、光学结构、制造原理、使用说明及保养维修等。据《帝京景物略》介绍“远镜，状如尺许竹笋，抽而出，出五尺许，节节玻璃，眼光过此，则视小大，视远近。”徐光启在“急用仪象十事”的计划中列有望远镜。于公元1631年10月25日，徐光启首次用望远镜观测日食，并说：若不用此法，只凭目力，则眩耀不真。1634年2月2日，汤若望与罗雅谷向皇帝进献了一架望远镜。后来崇祯皇帝还用这架望远镜观测过日食和月食，编纂《崇祯历书》时，将汤若望的《远镜说》收入历书中，在历书的有关章节中也说到望远镜。望远镜的制作原理易于被人接受，当时有一位叫薄珏的人，于1631年首次做成了一架简单的望远镜。然而，望远镜在中国被大明朝廷应用于战争，装备到一门大炮上。据《启祯野乘》记载，1631年“流寇”范安庆、薄珏被御史张国维请去造炮，每置一炮，即设千里镜，以侦贼之远近。十分遗憾的是，望远镜在明清之际没有得到迅速发展，这是中国天文学史在明清之际停滞的一个不可忽视的重要原因。大清康熙、乾隆年间仍先后在北京古观象台铸造出仿古的八台铜制巨型天文仪器，其中黄道经纬仪、象限仪是西方传统天文仪器。纪限仪是第谷自制的常用仪器之一，《崇祯历书》之《恒星历指》卷一中记载，公元1582年2月26日，第谷用纪限大仪对太阳、金星和金牛座X星进行观测。但这三种西方传统仪器在操作方法上，类似于我国浑仪的目视观测方法，其精度远比不上当时欧洲已经盛行的光学望远镜。据考证，黄道经纬仪立于古观象台上，从始至终只是个摆设，没发挥过什么作用。在欧洲的天文学史上，天文仪器备受天文学界的重视，《崇祯历书》之《西法历传》卷中在记述第谷历时四十年的辛勤的天文观测时，十分强调了第谷观测用的仪器“备诸巧器，以测天度，不爽分秒”。天文学离不开天文仪器，因此，徐光启决定修历时，十分重视天文仪器的创制，认为要修订历法，首要的是紧急配备天文仪器，提出“急用仪象十事”，具体内容如下：

（1）七政象限大仪（大型四分仪）六座

（2）列宿纪限大仪（大型六分仪）三座

（3）平浑悬仪三架

（4）交食仪一具

（5）列宿经纬天球仪一架

（6）万国经纬地球仪一架

（7）节气时刻平面日晷三具

（8）节气时刻转盘星晷三具

（9）候时钟三架

（10）测候七政交食远镜（望远镜）三架

在上述仪器中，最后一项是望远镜。徐光启提出仪器十项，曾想方设法仿造西方天文仪器，一直成效不大，直到1634年才向皇帝进献三架，其中有日晷、星晷（用于夜间观测恒星，以确定时刻的授时仪器），还有一架是罗雅谷带来的小型望远镜。

《崇祯历书》中记载了当时欧洲新诞生的望远镜，也记载了西方传统天文仪器。在《测量全义》卷十中，用图文并茂的方式，列举出：（1）新法测高仪，六式，一式曰象限悬仪，二式曰平面悬仪，三式曰象限立运仪，四式曰象限座正仪，五式曰象限大仪，六式曰三直游仪，象限仪直到十八世纪，在欧洲还被视为很重要的天文仪器，北京古观象台上有一架象限仪的仿制品；（2）新法地平经纬仪；其图示与现存于北京古观象台的地平经纬仪类同；（3）新法距度仪，三式，一式曰弧矢新仪，二式曰弩仪，三式曰纪限仪。在《五纬历指》卷中也提到此仪。并在《恒星历提》卷中，还画出了使用纪限仪测量恒星距离的图形。北京古观象台上还陈列着一架欧洲式的纪限仪。（4）新法赤道经纬仪，二式。其中一式称为赤道经纬仪简仪，该仪器应当是相当于现存古观象台上的赤道经纬仪内部的四游仪部分。（5）新法黄道经纬仪，在历书的其他有关卷里，还记载了上述各种仪器。历书中还记载了圭表仪，浑球大仪等等，关于欧洲天文仪器的测量精度问题，在《测量全义》卷中也做了介绍。记述了第谷的刻度法和第谷自制的在刻度板上滑动的窥表。

关于望远镜的发明权问题至今仍悬而未决，然而，望远镜在当时之所以能够成为轰动欧洲的新型天文仪器，主要是因为伽利略创制出的望远镜，并把它指向天空去观测宇宙天体，获得了一系列的天文新发现，使望远镜成为研究星空的新仪器，这个功劳应该归属于伽利略。1609年的一个夜晚，伽利略用望远镜窥视月亮，他发现月亮上面有山谷和平原，还有无数大大小小的环形山，他极为兴奋地绘制出第一幅月面图。《崇祯历书》中收录了伽利略绘制的其中两幅月面图，《历书》之《远镜说》中这样写道：“用以观太阴，则见本体有凸而明者，有凹而暗者，盖如山之高处，先得日光明也，……”1610年1月期间，伽利略把望远镜指向木星，发现了木星附近有四个绕其旋转的“光点”，他断定这就是木星的四个“小月亮”为此，伽利略写了《星际使者》一书，成了当时欧洲的畅销书。书中公布了木星的卫星以及其他的新发现。《历书》之《五纬历指》卷《新星解》中画出了伽利略观测木星时的记录情况，文中写道：“木星目见一星，今用远镜，见五星，木星为中心，别有四小星，常环行其上下左右，时而相近，时而相远，四星皆在一方时，一或二或三或在一方，余在他方时，一或二不见，皆用远镜可测之，初测者作此直线图共九测。”在《历书》之《远镜说》中也概述了伽利略观测到的四颗卫星，并且明确指出木星有四颗卫星：“用以观木星，则见有四小星左右随从，护卫木君者，四星随木有规则，有定期，又有食时，则非宿天之星明矣。”伽利略观测土星时，并发现土星旁边也有两个光点，后来继续观测，光点消失，伽利略困惑不解，他无法解释这种现象，其实这就是土星光环造成的。这个谜团在半个世纪后被荷兰天文学家惠更斯揭开。《崇祯历书》也记载了这段史实：“土星之体两边，各有一个小星，系新星，如图，两新星环行于土星之上下左右，有时不见，与土星体相食，或曰土星。非浑圆体，两旁有附体，如鼻以本轴运旋，故时而见圆，时而见长，……”《远镜说》中也十分简单地叙述了观测土星的结果。“用以观土星，则见两旁有两小星，经久渐益，近土星合而为一，如卵两头有两耳焉。”伽利略于1610年十月，用望远镜观察金星，竟看到一个闪光的“娥眉月”，经过几个月的连续观测，他终于确定，金星像月亮一样，有周期性的位相变化，在《历书》之《新星解》中这样写道：“试测金星，于西将伏，东初见时，用望远镜窥之，必见其体其光皆如新月之象，或西或东，光恒向日。又于西初见，东将伏时，如前法窥之，则见其光体全圆。若于其留际观之，见其体又非全圆，而有光有魄，因金星不旋地球，如月体乃得齐见其光之盈缩，故曰金星以太阳为心。……”后面还叙述了金星位相的原理，与月球位相成因基本相同，《历书》中也画出了金星形成位相的原理图。关于金星的位相问题在《五纬历指》卷《周天各曜序说》中阐述第谷宇宙模式时，还特别指出，用以支持第谷的宇宙模式，说明金星只有绕太阳运行，才可能形成位相。在《远镜说》里，作者专门制图，解释了金星位相的成因。在历书的其他章节中，还有关于金星的介绍，历书中多处出现伽利略观测金星的新成果。究其原因，我们认为，伽利略的这一成果是当时支持第谷学说的最有力的证据。《崇祯历书》之《远镜说》中还介绍了伽利略观测到太阳黑子：“日面有浮游黑点点，大小多寡不一”。在《远镜说》中介绍了伽利略观测到银河与星团，指明了天上星星的数目比目视观测到的要多得多，列举了“昴宿数不止于七，而有三十多”，“天河中诸小星，皆难见者，用镜则瞭然矣。尾宿中距星及神宫北斗中开阳及辅星，皆难分者，用镜则见，相去甚远焉。”关于伽利略观测银河和恒星的观测结果在《崇祯历书》之《恒星天数》和《天汉》中，进行了更为详尽的叙述。尤其是对银河，给予了更为准确的定义：“问天汉何物也，曰古人以天汉非星，不置诸列宿，天之上也，意其光与映日之轻云相类，谓在空中。月天之下为恒清气而已；今则不然，远镜既出，用以仰窥，明见为无数小星……”。

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