首都機場的「渾天儀」,到底是個啥?

去過首都國際機場T3航站樓的朋友，對其中矗立的這架碩大的天文儀器雕塑一定不陌生。

圖：作者拍攝

這個雕塑名叫「紫微辰恆」，應為雕塑作者自行取的名字，古代可沒有這個叫法。看介紹其創意來源古代的天文儀器「渾天儀」。雕塑下方的介紹如下：

圖：作者拍攝

「紫微辰恆」的原型為我國古代發明渾天儀造型，公元117年張衡根據渾天學說理論對天象的實際觀察，創造出了利用漏壺滴水推動的大型「漏水轉渾天儀」，這是世界上第一臺自動演示恆星和太陽周日運行的儀器，該儀器靠漏壺流出水的力量推動齒輪，齒輪帶動渾象，一晝夜轉動一周，儀器上星宿出沒與天象完全吻合，形象而生動地揭示了日、月、星、辰的周日運行，渾天儀製造的成功和精確演示，轟動了整個世界，對以後天文學的研究起到了啟發和借鑑作用。

看過介紹，再對照雕塑本身就能發現，這個儀器並沒有安裝漏壺動力的位置，也沒有哪裡看到有需要推動的齒輪。而且上面也明顯沒有刻畫日、月、星、辰，更加無從演示它所介紹的功能——簡單來說，這篇介紹，完全搞錯了。

渾天說有兩個著名的儀器，一個叫渾儀，一個叫渾象。而渾天儀這個稱呼在古代就比較混亂了——有時候是指渾儀，有時候是指渾象。渾儀和渾象的區別一目了然：

網圖，攝於紫金山天文臺和北京古觀象臺

一個大球的是渾象，多個環互相嵌套的是渾儀。前者通常是自帶動力，自己能轉動，球面標註天體名稱和位置，是用來演示天象用的；而後者則中間有一「窺筒」是用來觀測、測量天體坐標的。使用時用窺筒對準天空，儀器本身並沒有標註星空。

在歷史記載中，張衡發明了一種叫做「渾天儀」的儀器，但是這裡的渾天儀是渾象（大球）還是渾儀（多重環）呢？答案是前者。

在《晉書·天文一》中記載：

張平子既作銅渾天儀，於密室中以漏水轉之，令伺之者閉戶而唱之。其伺之者以告靈臺之觀天者曰：「璇璣所加，某星始見，某星已中，某星今沒」，皆如合符也。

張衡製作了一個銅質渾天儀，其具體的使用方法是，在密閉的屋子自行轉動，大球上面的星辰出沒和真實天空一一符合。這明顯是演示用的渾象，上面也需要標註星辰位置。史稱漏水轉渾天儀就是指它「以漏水轉之」。

從這點看來，首都機場的雕塑在介紹張衡漏水轉渾天儀的部分，沒有太大問題——其中一點不足是，限於技術水平，張衡的漏水轉渾天儀並不能標註日月和五大行星的位置。

這段介紹最大的問題是，張衡的發明是渾象，雕塑本身分明是個渾儀啊。

渾儀是中國古代測量天體位置的主要測量儀器，根據渾天說宇宙論原理設計，由多個相應於天球上坐標圓圈的環套疊構成。使用時用窺管對準目標天體，即可在坐標圓環上讀取坐標。現在對渾儀由何人發明有兩種說法，一種認為在秦漢以前，另一種則認為是西漢落下閎所發明的，具體如何目前尚無定論。

歷史上明確記載了結構的渾儀是前趙史官孔挺於光初六年（323年）造的銅渾儀。孔挺的渾儀由兩層主要部分構成，其中外層有子午雙環、赤道單環、地平單環構成，固定不動。內層由赤經雙環和窺管構成。隨著天文學的發展，對於天體測量儀器的要求不斷提高，各代天文學家在實踐中不斷改進渾儀的設計。

一臺典型的渾儀一般有三組部件，層疊環套。最外層與基座相連，不可移動，裡面兩層皆可繞軸而動。自唐代李淳風開始，三層由外而內命名分別為六合儀、三辰儀、四遊儀。

六合儀是渾儀的最外一層環圈，也兼做支架，由水平放置的地平環、垂直放置的子午雙環和傾斜放置的赤道環組成，諸環皆不可轉動。

圖：《中國古代天體測量學及天文儀器》

三辰儀是渾儀中間一層的環組，由赤道環、通過二分二至點的兩個赤經環和一個黃道雙環組成。幾個環之間是固定的，無法移動，但是三辰儀整體嵌在六合儀之中，可以繞軸旋轉。因為地球自轉，春分點每日同樣東升西落，在使用渾儀時，應當將三辰儀同步轉動，一恆星日轉一圈。

圖：《中國古代天體測量學及天文儀器》

四遊儀是渾儀最內一層環圈。它由一對靠近的赤經雙環和一個瞄準器構成。雙環外徑略小於三辰儀內徑，嵌套在三辰儀中旋轉。赤經雙環可以繞天軸運動，窺管可以在赤經雙環內轉動——這樣窺管就可以指向幾乎任何方位了。使用渾儀時，將窺管指向目標天體，可以讀取對應各個環上的讀數。

參考

[1] 吳守賢, & 全和鈞 (Eds.). (2013). 中國古代天體測量學及天文儀器. 中國科學技術出版社.