天文歷法

《五星占》

《五星占》是1973年底在湖南長沙馬王堆三號漢墓發掘出土的大批帛書中的一篇。

《五星占》約8000字，共分木星、金星、火星、上星、水星、五星總論、木星行度、土星行度和金星行度等九章，內含大量天文星占的文字，多是戰國時期甘德《天文星占》8卷和石申夫《天文》8卷中占文的遺存，其中以甘氏的占文最多。《五星占》載有自秦始皇元年（前246年）至漢文帝三年（前177年）間木星、土星和金星的位置，還記載了3顆行星的會合周期，分別是：金星：584.40日，該值與理論值之差為0.48日；木星：395.44日，該值與理論值之差為3.44日；土星；377日，該值與理論值之差為1.09日。這表明當時對行星運動的觀察已有相當高的水平。

《五星占》被認為是目前所知年代確切可考的中國星占文獻中最古老的。

石氏星表

石氏星表是世界最古老的星表。星表是把測量出的恒星的坐標，常常還連同其他特性加以匯編而成的。石氏星表是今人根據唐代的天文著作《開元占經》中記錄的《石氏星經》中的一些片段整理而成的，僅僅是《石氏星經》的一部分內容。《石氏星經》是中國戰國時代天文學家石申所編，它到宋代以后就失傳了，其中有二十八宿距星和115顆恒星的赤道坐標位置，這是世界上最古老的星表。

“石氏星表”是后世進行許多天體測量的基礎。諸如測量日、月、行星的位置和運動，都要用到其中二十八宿距星的數據，因此，它是我國天文歷法中重要的基本數據。希臘最早的星表要比“石氏星表”晚得多。

水運渾象水運儀象臺

水運渾象是世界上最早的自動天文儀器。漢代著名的天文學家張衡（78~139年）創制。

水運渾象的主體是一個大空心銅球，代表天球，上面布滿了星辰，球的一半隱沒在地平圈下面，另一半顯露在地平圈上面，就像人們看到的天穹一樣。水運渾象是以補償式漏壺的流水作為動力，通過在渾象內部設置的一套齒輪系機械傳動裝置，實現可自動和近似正確地演示天體的周日運動。此外，渾象還帶動著一個稱為“瑞輪冥莢”的機械日歷，可隨月亮的盈虧演示一個朔望月中日期的推移，是一種自動的機械日歷。

張衡首創的這一水運渾象，是現代天象儀的前身，這是古代天文儀器的重要創造。是后世進一步發展的機械天文鐘的先聲，歐洲到12世紀才有機械性計時器。水運渾象是有明確記載的世界上第一架用水力推動運轉的天文儀器。

水運儀象臺是北宋時代把渾儀、渾象（天球儀）和報時裝置結合在一起的大型天文儀器。公元1086~1092年由蘇頌、韓公廉等人創制。

水運儀象臺臺高約12米，寬約7米，呈上窄下寬的正方形木建筑。全臺分為3層，最上層放置渾儀和圭表，用來觀測天象；中層放置渾象，用以演示天象；最下一層放置報時儀器和全臺的動力機構等。

報時裝置在臺南部，有5層木閣，可以通過搖鈴、打鐘、敲鼓、擊鉦或出現木人等聲像形式，報告時、刻、更、籌的推移。下層后部是動力裝置，有一個直徑3米多的巨大樞輪。上面裝有36個水斗，樞輪邊上有一個漏水相當快的漏壺，壺水流入水斗，斗滿后，樞輪即往下轉，在樞輪頂部有一個擒縱裝置，它控制樞輪只能轉過一個水斗。樞輪轉動后，帶動一根貫通上、中、下3隔的轉動軸，并通過齒輪裝置帶動渾儀跟蹤天體，帶動天球儀按24小時一周轉動，帶動報時裝置準確報時。

5層木閣里的木人能夠表演出這些精彩、準確的報時動作，是靠一套復雜的機械裝置“晝夜輪機”帶動的。而整個機械輪系的運轉依靠水的恒定流量，推動水輪做間歇運動，帶動儀器轉動，因而命名為“水運儀象臺”。

水運儀象臺是11世紀末我國杰出的天文儀器，也是世界上最古老的天文鐘。國際上對水運儀象臺的設計給予了高度的評價，認為水運儀象臺為了觀測上的方便，設計了活動的屋頂，這是今天天文臺活動圓頂的先聲；渾象一晝夜自轉一圈，不僅形象地演示了天象的變化，也是現代天文臺的跟蹤器械——轉儀鐘的雛形；水運儀象臺中首創的擒縱器機構是后世鐘表的關鍵部件，因此它又是鐘表擒縱機構的鼻祖。

我國古觀象臺

洛陽靈臺是東漢光武帝于中元元年（56年）在洛陽南郊（今河南偃師）建造的。

夏代的天文臺稱為清臺，商代的天文臺稱神臺，而周代則改稱為靈臺。洛陽靈臺占地44000平方米，東西各有墻垣，墻垣內的中心建筑是一座方形高臺，即靈臺，臺高約20米，臺基約50米見方。臺的四周有上下平臺兩層，平臺間有坡道相連接，兩層平臺內各建有10余間房間。靈臺頂部是觀測天象的場所，四周的建筑則是觀測人員處理觀測資料的辦公室。該靈臺規模龐大，項目齊全，為我國漢代天文學的發展做出了寶貴貢獻。著名天文學家張衡直接領導過靈臺的觀測工作，設計并制造了渾天儀和候風地動儀，并寫出了《渾天儀圖注》和《靈憲》等不朽的天文學著作。

據史料記載，洛陽靈臺在曹魏和兩晉時期還一直沿用，到北魏時才被廢棄不用。1974年冬季至1975年春，中國有關部門發掘時，發現了這個寶貴的天文古跡。

登封觀星臺是中國現存最古老的天文臺，也是世界上現存最早的觀測天象的天文科學建筑物之一。觀星臺始建于元代至元十三年（1276年），距今已有700余年歷史，登封古觀星臺坐落在洛陽東80多公里遠的登封縣告成鎮。

觀星臺由臺身與石圭、表槽組成。磚石結構的觀星臺由臺身和石圭兩部分組成。臺身上小下大，形似覆斗。臺面呈方形，用水磨磚砌造。聳立著的高臺和臺下的一條長堤恰好組成一具特殊的圭表。高臺即為立表，高9.46米；長堤相當于土圭，稱為量天尺，長31.19米，位于正南北向。

在中國乃至世界現存所有的天文建筑中，在登封觀星臺進行觀星、測影等天文活動的時問最長。從公元前1060年的西周初年。周公姬旦在這里“以土圭之法，測土深，正日影，求得地中”開始，一直到元代末年，時間長達2400多年。

作為中國現存最早的天文建筑，登封觀星臺是古代天文文物的典型代表，其經歷朝代之多，年代之久，在中國乃至世界天文科技發展史上都是極其罕見的。觀星臺在編制歷法方面做出了重要貢獻，對后代天文、歷法學的發展產生了極其深遠的影響。觀星臺在中國乃至世界天文科技發展史上具有承上啟下的重大作用。

北京古觀象臺，是世界上古老的天文臺之一，位干北京市建國門立交橋西南角，始建于明朝正統年間（約1442年）。它以建筑完整、儀器精美、歷史悠久和在東西方文化交流中的獨特地位而聞名于世。

北京古觀象臺在明朝時被稱為“觀星臺”，臺上陳設有簡儀、渾儀和渾象等大型天文儀器，臺下陳設有圭表和漏壺。清代時觀星臺改稱“觀象臺”，辛亥革命后改為“中央觀星臺”。清代康熙和乾隆年間，天文臺上先后增設了8件銅制的大型天文儀器，均采用歐洲天文學度量制和儀器結構。

從明朝正統年間起，到1929年止，北京古觀象臺連續從事天文觀測達500年，在世界上現存的古觀象臺中，保持著連續觀測最久的歷史記錄，而且，它還以建筑完整和儀器配套齊全而在國際上久負盛名。清代制造的8件大型銅制天文儀器體形巨大，造型美觀，雕刻精湛，除了造型、花飾、工藝等方面具有中國的傳統特色外，在刻度、游表和結構方面還反映了西歐文藝復興以后大型天文儀器的進展和成就，成為東西方文化交流的歷史見證。這8件銅制天文儀器不僅是實用的天文觀測工具，還是珍貴的歷史文物。

圭表

圭表是我國古代度量日影長度的一種天文儀器，由“圭”和“表”兩個部件組成。

很早以前，人們發現房屋、樹木等物體在陽光照射下會投出影子，這些影子的變化有一定的規律。于是便在平地上豎立一根竿子或石柱來觀察影子的變化，這根立竿或立柱就叫做“表”，用一把尺子測量表影的長度和方向，則可知道時辰。后來，人們發現正午時的表影總是投向正北方向，就把石板制成的尺子平放在地面上，與立表垂直，尺子的一頭連著表基，另一頭則伸向正北方向，這把用石板制成的尺子叫“圭”。正午時表影投在石板上，古人就能直接讀出表影的長度值。

經過長期觀測，古人不僅了解到一天中表影在正午最短。而且得出一年內夏至日的正午，烈日高照，表影最短，冬至日的正午，煦陽斜射，表影則最長。于是，古人就以正午時的表影長度來確定節氣和一年的長度。譬如，連續兩次測得表影的最長值，這兩次最長值相隔的天數，就是一年的時間長度。難怪我國古人早就知道一年等于365天多的數值。

渾儀

渾儀是我國古代的一種天文觀測儀器。在古代，“渾”字含有圓球的意思。古人認為天是圓的，形狀像蛋殼，出現在天上的星星是鑲嵌在蛋殼上的彈丸，地球則是蛋黃，人們在這個蛋黃上測量日月星辰的位置，因此，把這種觀測天體位置的儀器叫做渾儀。

最初，渾儀的結構很簡單，只有三個圓環和一根金屬軸。最外面的那個圓環固定在正南北方向上，叫做“子午環”；中間固定著的圓環平行于地球赤道面，叫做“赤道環”；最里面的圓環可以繞金屬軸旋轉，叫做“赤經環”，赤經環與金屬軸相交于兩點，一點指向北天極，另一點指向南天極。在赤經環面上裝著一根望筒，稱為窺管。窺管可以繞赤經環中心轉動，用窺管對準某顆星星，然后。根據赤道環和赤經環上的刻度來確定該星在天空中的位置。

后來，古人為了便于觀測太陽、行星和月球等天體，在渾儀內又添置了兒個圓環，也就是說環內再套環，使渾儀成為多種用途的天文觀測儀器。

西漢落下閎、東漢賈逵、唐李淳風等都設計制造過渾儀，陳列于南京紫金山天文臺的渾儀是明正統年間所造的。

簡儀

簡儀是我國古代的一種天文觀測儀器，元初天文學家郭守敬創制。因是將結構繁復的唐宋渾儀加以革新簡化而成，故稱簡儀。

簡儀與渾儀一樣也用于測量天體的位置，但是，渾儀的結構比較繁雜，觀測時經常發生環與環相互交錯阻擋視線的現象，使用極不方便。郭守敬將渾儀簡化為兩個獨立的觀測裝置，安裝在一個底座上，每個裝置都十分簡單實用，而且除北極星附近以外，整個天空一覽無余。

簡儀的主要裝置是由兩個互相垂直的大圓環組成，其中的一個環面平行于地球赤道面，叫做“赤道環”；另一個是直立在赤道環中心的雙環，能繞一根金屬軸轉動，叫做“赤經雙環”。雙環中間夾著一根裝有十字絲裝置的窺管，相當于單鏡筒望遠鏡，能繞赤經雙環的中心轉動。觀測時，只要將窺管對準某顆待測星，就可以在赤道環和赤經雙環的刻度盤上直接讀出這顆星的位置值。有兩個支架托著正南北方向的金屬軸，支撐著整個觀測裝置，使這個裝置保持著北高南低的形狀。簡儀是我國首先發明的赤道裝置，要比歐洲人使用赤道裝置早500年左右。

簡儀的結構，不僅在當時居于世界領先地位，而且也是現代赤道式天文望遠鏡的鼻祖，這是我們的先人對世界天文學的一個重大貢獻。非常可惜的是，郭守敬創制的簡儀，1715年（清康熙十四年），竟被在欽天監任職的法國傳教士紀理安當作廢銅熔化了。簡儀比西方丹麥天文學家第谷（Tycho Brahe）的同類儀器早300多年。

最早的天象記錄

古代中國的天象記錄，堪稱世界一絕，擁有一系列堪稱世界之最的獨家文獻。天象，泛指各種天文現象，如太陽出沒、行星運動、月相變化、彗星、流星、流星雨、隕星、日食、月食、極光、新星、超新星、月掩星、太陽黑子等。中國早在4000年前就注意觀測和記錄天象，此后歷代的天文官和民間的天文學家也都始終注重觀測天象。中國古代的天象記錄內容豐富、資料翔實，在世界上是獨一無二的。

日食是人們最為關注的異常天象。夏代，我國已經很重視天象的觀察，“觀象授時”成為一種國政。據《尚書·夏書》記載，夏代仲康時期，負責觀測天象的官員羲和失職，沒能及時預告日食，以致當這次日食現象出現時，人們不知發生了什么怪異的事變，驚慌失措，亂成一團。這次日食約發生在公元前2137年10月22日，是天文學家公認的世界上最早的日食記載。

彗星是繞太陽運行的云霧狀的小天體，有很長的尾巴，俗稱掃帚星。中國古代還有孛里、妖星等幾十種稱謂。西漢的馬王堆彗星圖說明，2000多年前中國已有了認真的觀測記錄。約公元前700年，中國甲骨文（河南安陽出土）上已有彗星觀察的記載。在周期彗星中有顆很明亮的慧星，叫“哈雷彗星”，每75年就出現一次，因17世紀英國天文學家哈雷發現它的運行軌道而得名。實際在我國早就發現了這顆星。據《春秋》一書記載，“魯文公十四年秋七月，有星孛人于北斗”。魯文公十四年是公元前613年。距今已有2600年，這是世界上關于哈雷彗星的最早記錄。西方對這顆彗星的記錄最早是公元66年，比我國要晚670余年。

流星群是一群小行星的散體，它沿一定軌道繞太陽轉動。當地球接近它們的軌道時，地球四周的空氣對這些散體產生摩擦，致使其生熱發光，在地面上看起來就是流星群（又叫流星雨）。《竹書紀年》中載有夏桀十年（約前1580年）“夜中星隕如雨”，這是世界上最早的關于流星雨的記載。據《春秋·莊公七年》記載：“魯莊公七年，夏四月辛卯夜，恒星不見，夜中星隕如雨。”魯莊公七年是公元前687年，距今已有2600多年。這是世界上關于天琴座流星雨的最早記錄，而且它還開啟了中國古代對流星雨觀測與記錄的先河。

太陽黑子是太陽光球上經常出沒的暗黑斑點，是最先觀測到的日面現象之一，是太陽活動的最基本標志。《漢書·五行志下之下》記載，西漢“河平元年（前28年），三月己未，日出黃，有黑氣，大如錢，居日中央”。它對黑子出現的時間、形狀、大小、位置都做了說明，距今已有2000余年。這次太陽黑子的記錄，是世界公認的最早的明確的太陽黑子記錄。歐洲最早的太陽黑子記錄是公元807年，當時還誤認為是水星凌日。