百篇文章，千年国史：30《浑天仪》

　　张衡（78—139），字平子，河南南阳西鄂（今南阳石桥镇）人，汉代著名科学家、文学家。少善属文，通五经，贯六艺。著有《周官训诂》《补东观汉记》及《二京》《南都》《周天大象》《思玄》《冡》《髑髅》《归田》等赋。又善机巧，精于天文术数，曾任太史令，造浑天仪、候风地动仪，并著《浑天仪注》《灵宪》《算罔论》等科学作品。

　　

　　背景

　　东汉安帝元初二年（115），张衡担任太史令。太史令的职责乃掌管天文历法、气象、地震等工作，由于张衡早年曾用心研读《太玄经》和《墨子》，这些书中都谈到自然科学的问题，所以对他来说，太史令之职可算是胜任愉快。

　　此时，学者于宇宙的构造和形状问题，有“盖天说”和“浑天说”之辩，彼此争论不休。前者谓天圆地方，天如斗盖，地即罩于其中。后者谓天圆如蛋壳，地即为包裹于其中之蛋黄。张衡据其观察所得，采信“浑天说”并于汉顺帝阳嘉元年（132），制作一架浑天仪，进一步发展浑天理论。

　　在张衡之前已有人造过浑天仪，如汉武帝时的落下闳、汉宣帝时的耿寿昌。但是张衡的浑天仪，比早期的制作进步。他们所造的浑天仪，其实是浑天象，即天球仪。其主要部分是一个大圆球，用铜铸成，上面刻有黄道、赤道、南北极、二十八宿和常见的恒星，乃象征天球。他同时设计了一套漏壶，与浑天仪一起使用。自漏壶流出的水，推动浑天仪的旋转，由于控制得十分精确，使得仪器与天球的转动一致。为了说明浑天仪的制造和结构，张衡又写了《灵宪》和《浑天仪注》两文。

　　

　　影响

　　《浑天仪注》一文，为浑天说的重要著作，实际上就是一篇浑天仪的构造说明书。由于这篇文章，使得浑天仪的结构和样式，可以代代相传，至今我们犹能见到汉代浑象的大体模样，这不得不归功于张衡。至于张衡以漏水转动仪器的科学原理，又启发了后人的思想，北宋苏颂制成世上最早的天文钟，成为现代机械钟表的鼻祖。

　　白话文

　　浑天好像一个鸡子，天体像弹丸一样圆，地像蛋的黄，独居在蛋里，天大而地小；天的里外都有水，天包裹地，好像蛋壳包裹蛋黄一样。天与地都是靠气而存在的，浮在盛着的水上。周天三百六十五又四分之一度；分成两半，一百八十二又八分之五度盖在地上，一百八十二又八分之五度绕在地下，所以二十八宿有一半可以看见，有一半看不见。天两边的极端称为南北极。北极是天的中心，在正北方，露出地面三十六度，因此北极上面经圈七十二度，没有看不见的时候。南极也是天的中心，在正南方，没入地下三十六度，因此南极下面经圈七十二度，常常隐伏而看不见。两极的距离约一百八十二度半多一点。天的转动好像车轴的回旋，找不到从哪一点开始。那形状是浑浊不清的，所以叫作浑天。

　　赤道像一条带子横束在天的腹部，离南北两极各九十一又十九分之五度。这横带从东向西围绕着，是天的半腰。然而北极小圈离赤道五十五度半，南极小圈也离赤道出地入地的度数，所以各为九十一度半多一点。

　　黄道也像一条带子斜束在天的腹部，出赤道里外各二十四度，是太阳经行的轨道。太阳和五行星走在黄道上，是没有盈亏的。月亮的经行有九条轨道：春季走东方的两条青道，夏季走南方的两条赤道，秋季走西方的两条白道，冬季走北方的两条黑道，四季回转来的时候走黄道，所以月亮的运行有盈亏，是东西随着八节的缘故。白天最短的时候，太阳走在黄道的南面，在赤道外二十四度，是它的表面。白天最长的时候，太阳走在黄道的北面，在赤道内二十四度，是它的里面，所以夏至离北极六十七度多，冬至离北极一百一十五度多。冬至太阳南行到斗宿二十一度，离北极一百一十五度略多，所以白天最短，夜晚最长。阴影极长的时候，太阳辰时出来，申时落下，白天在地上走一百四十六度略多一点，夜晚在地下走二百一十九度略多一点。夏至太阳在井宿二十五度，离北极六十七度略多一点，所以白天最长，夜晚最短，阴影极短的时候，太阳寅时出来，戌时落下，白天在地上走二百一十九度略多一点，夜晚在地下走一百四十六度略多一点。然而黄道斜截赤道的时候，就是春分、秋分太阳距离北极的地方，斜截赤道就是东西的交叉。然而春分太阳在奎宿十四度略多一点，就西面和奎宿相交。秋分太阳在角宿五度弱，就东面和角宿相交。这是黄道、赤道的两个中交点，都离北极九十一度略多一点，所以在冬至、夏至长短之间的时候，太阳走在奎宿十四度、角宿五度，卯时出来，酉时落下，白天走在地上，夜晚走在地下，都是一百八十二度半多，所以白天和夜晚长短相同。现在我们定为春分离北极九十一度略多一点，秋分离北极九十一度略多一点，是用夏历测影方法定出的标准。

　　上头横行第一行的，是黄道进退的度数，本来用铜仪实测太阳和月亮，就可以知道。但是因为仪器的实测要一年才完成，而一年之中，有时天阴，有时下雨，不容易测量。所以只能作小浑，尽赤道、黄道的两端，记出三百六十五又四分之一度，从冬至所在点开始，作为相当的值。取北极和冲，各用针穿之成轴，取薄竹篾穿那两端，使两穿的中心和浑的半径相等，贯在轴上，使考察起来和浑相切摩。然后从针半起，作为一百八十二又八分之五度，尽冲针的一半。又中分竹篾，折去篾的一半，使其一半的那面正直和两端针的一半相直，使篾的一半那面，从冬至起一度移动一次，看篾的半际比赤道相差多少。那相差的度数，就是进退的度数。从北极来数，就是离极的度数。把赤道、黄道各分为二十四气，每气距离十五又十六分之七度，每一气就是黄道进退一度。原因是黄道直的时候，离南北极都近，在那里地小而横行，和赤道约略相等，所以用篾量起来在赤道要多。假定每一气作为十六天，通常的规律是四天差小半。假定一气作为十五天，就不到一半，所以使中道三天里面差小半。三气作为一节，因四十六天差三度。到了差三度的时候，五天同率一次，事实上一节中间不到四十六天。使残余的日数居其中央，所以是五天同率。率虽相同，前面的都多一点，后面的都少一点，是无法计算清楚的。到了三度还有进退，是因为黄道略微倾斜，横行时不合度的缘故。春分、秋分的所以退，是因为黄道开始更斜了，横行时不合度的缘故，但也是每一气一度，所以三气一节也差三度。到三气后，略微远而直，所以横行合度，并且稍进。立春、立秋横行略微退了，度却仍然在进，因为把所退减去所进，还有盈余未尽的缘故。立夏、立冬横行略微进行，度却仍然在退，因为把所进增加所退，还有不足未尽的缘故。这样说来，太阳的运行并没有进退，是由于用赤道去测量黄道，才成为这样的。本来二十八宿相去的度数，用赤道作为相距点，所以黄道也有进退。冬至在斗宿二十一度小半，是最远的时候，这经历斗宿二十度、二十一度，就都有一百一十五度多，冬至应当与它同率。夏至在井宿二十一度半多，是最近时候，这经历井宿二十三度、二十四度，就都有六十七度多，夏至应当与它同率。

　　

　　文言文

　　浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡中黄，孤居于内，天大而地小；天表里有水，天之包地，犹壳之裹黄。天地各乘气而立，载水而浮。周天三百六十五度四分度之一，又中分之，则一百八十二度八分之五覆地上，一百八十二度八分之五绕地下，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，然则北极上规经七十二度，常见不隐。南极天之中也，在正南，入地三十六度，南极下规七十二度，常伏不见。两极相去一百八十二度半强。天转如车毂之运也，周旋无端。其形浑浑，故曰浑天也。

　　赤道横带天之腹，去南北二极各九十一度十九分度之五。横带者，东西围天之中腰也。然则北极小规去赤道五十五度半，南极小规亦去赤道出地入地之数，是故各九十一度半强也。

　　黄道斜带其腹，出赤道表里各二十四度，日之所行也。日与五星行黄道无亏盈。月行九道：春行东方青道二，夏行南方赤道二，秋行西方白道二，冬行北方黑道二，四季还行黄道，故月行有亏盈，东西随八节也。日最短，经黄道南，在赤道外二十四度，是其表也。日最长，经黄道北，在赤道内二十四度，是其里也。故夏至去极六十七度而强，冬至去极百一十五度亦强也。冬至日行南至斗二十一度，则去极一百一十五度少强，是故日最短，夜最长。景极长，日出辰，日入申，昼行地上一百四十六度少强，夜行地下二百一十九度少强。夏至日在井二十五度，去极六十七度少强，是故日最长，夜最短。日出寅，日入戌，昼行地上二百一十九度少强，夜行地下一百四十六度少强。然则黄道斜截赤道者，即春、秋分之去极也；斜截赤道者，东西交也。然则春分日在奎十四度少强，西交于奎也。秋分日在角五度弱，东交于角也。此黄、赤道二之交中，去极俱九十一度少强，故景居二至长短之中，奎十四、角五，出卯入酉，日行地上，夜行地下，俱一百八十二度半强，故昼夜同也。今此春分去极九十一度少强，秋分去极九十一度少强者，就夏历晷景之法以为率也。

　　上头横行第一行者，黄道进退之数也，本当以铜仪日月度之，则可知也。以仪一岁乃竟，而中间又有阴雨，难卒成也。是以作小浑，尽赤道、黄道，乃调赋三百六十五度四分之一，从冬至所在始起，令之相当直也。取北极及冲各针穿之为轴，取薄竹篾穿其两端，令两穿中间与浑半等以贯之，令察之与浑相切摩也。乃从针半起，以为百八十二度八分之五，尽冲针之半焉。又中分其竹篾，拗去其半，令其半之际正直与两端针半相直，令篾半之际，从冬至起一度一移之，视篾之半际少多赤道几何也。其所多少，则进退之数也。从北极数之，则去极之度也。各分赤道、黄道为二十四气，一气相去十五度十六之七，每一气者，黄道进退一度焉。所以然者，黄道直时，去南北极近，其处地小而横行与赤道且等，故以篾度之，于赤道多也。设一气令十六日者，皆常率四日差少半也。令一气十五日不能半耳，故使中道三日之中差少半。三气一节，故四十六日而差令三度也。至于差三之时，而五日同率者一，其实一节之间不能四十六日也。令残日居其策，故五日同率也。其率虽同，先之皆强，后之皆弱，不可胜计耳。至于三而复有进退者，黄道稍斜，于横行得度故也。春分、秋分所以退者，黄道始起更斜矣，于横行不得度故也，亦每一气一度焉，故三气一节亦差三度也。至三气之后，稍远而直，故横行得度而稍进也。立春、立秋，横行稍退矣，而度犹云进者，以其所退减其所进，犹有盈余未尽故也。立夏、立冬，横行稍进，而度犹云退者，以其所进增其所退，犹有不足，未毕故也。以此论之，日行非有进退也，以赤道量度黄道使之然也。本二十八宿相去度数，以赤道为距耳，故黄道亦有进退也。冬至在斗二十一度少半，最远时也，而此历斗二十度、二十一，俱一百一十五度强矣，冬至宜与之同率焉。夏至在井二十一度半强，最近时也；而此历井二十三度、一十四，俱六十七度强矣，夏至宜与之同率焉。