觀星:失傳的渾天儀

原標題:觀星:失傳的渾天儀

在星象與人事關係密切這一點上,東西方古代文明的人類可謂一拍即合。因此,為了能更好、更深入(也可能更離譜)地發現兩者之間的聯繫,古代世界的人類就創造出眾多用以觀星的儀器。不僅用它來觀察星星,更用以思考那個可能會讓宇宙被更怪異、更難以說明的東西所取代的終極問題:宇宙為何存在。

金嵌珍珠天球儀,乾隆年間製作。

渾天儀

渾天儀這個名字,在中國,天然地會與張衡聯繫在一起。這位生活在公元二世紀的學者,不僅製造了中國歷史上最出名的渾天儀,更開動自己睿智的大腦,回答了宇宙為何存在這個問題——儘管他的答案與標準答案肯定有著巨大的出入。在他的著作《靈憲》中,他解釋說,在宇宙萬物誕生之前,乃是一種「幽清玄靜,寂漠冥默,不可為象,厥中惟虛,厥外惟無」,名曰「溟涬」的狀態。宇宙初始階段,則是「萌而未兆,並氣同色,渾沌不分」的「庬鴻」狀態。最後,「元氣剖判,剛柔始分,清濁異位。天成於外,地定於內」,這個階段的狀態,被稱為「太元」。由此「在天成象,在地成形」,人類由此誕生。其中,「人之精者」也就是那些被稱為「聖人」的傢伙,仰觀天文,俯察地理,作為綱紀,以經天緯地。

張衡自然不便自詡為聖人——畢竟那時孔子的「聖人」地位還未完全確定,可堪聖人之名的唯有五帝三王以及本朝的最高統治者——但張衡在《靈憲》中所描述的宇宙起源萬物生成的過程,卻毫無疑問是效法聖人口吻之作。他更細細敘述了天地日月星辰的運行規律,對今人來說,最值得關注的當屬他明確指出月亮與星星的光亮來自於反射的陽光。「月光生於日之所照,魄生於日之所蔽,當日則光盈,就日則光盡也。眾星被耀,因水轉光。當日之沖,光常不合者,蔽於他也,是謂暗虛。在星星微,月過則食。日之薄地,其明也。」他甚至還指出,星星在白天依然存在,只是因為陽光太強,猶如白晝中的火把,所以無法顯示出它的光亮。

在沒有望遠鏡的時代,張衡與他的同行是如何僅憑肉眼觀測就發現這些原理的,始終是個謎。而他所製造的渾天儀,則是按照他心中所思創造的宇宙模型。在張衡的時代,宇宙觀主要分為兩種理論:渾天說與蓋天說。蓋天說起源最早,理論也發生了兩次變化,從最早的「天圓如張蓋,地方如棋局」到戰國時代的「天似蓋笠,地法覆槃」,大地從棋局到倒扣的盤子,弧度越來越大,一直大到認為天穹與地拱的曲率基本一致。弧度之所以一再增加,其原因就是地平說越來越難以解釋理論與天文觀察之間出現的差異。於是,渾天說應運而生。在渾天說的理論中,大地不再糾結於弧度的大小,其外被球體的渾天包圍。儘管在今人看來,中國的渾天說與西方的地心說別無二致,都是古人錯謬的宇宙觀,但在當時,從天蓋地到天包地,就已邁出了質變的一步。

瓷青紙簡平星盤儀,康熙年間宮廷御制。

蓋天說與渾天說

張衡雖然被認為是渾天說在漢代的集大成者,但他身處之時,正是渾天說與蓋天說相行共存的時代,當時最重要的數理著作《周髀算經》即以蓋天說為基礎,即便是張衡,也不得不從中取法加以研習。因此,他在《靈憲》中對天地結構的描述含糊其辭,「天成於外,地定於內」「天圓以動」,這是渾天說的理論,但他又寫道,「地平以靜」「懸天之景,薄地之儀,皆移千里而差一寸」,這又是蓋天說的理論。

但在題名張衡所撰的《渾天儀圖注》中,張衡卻又似乎是個徹底的渾天說派,他寫道「渾天如雞子,天體圓如彈丸,地如雞中黃,孤居於內,天大而地小……天轉如車轂之運也,周旋無端,其形渾渾,故曰渾天也」。然而這段記述,出自晉代葛洪的引文,考慮到這位著名道士偽託名人造作偽書的前科不少,所以《渾天儀圖注》是否真為張衡所撰,不得不令人疑竇叢生。

然而,渾天說與蓋天說之間最大的區別,不在於地的形狀,而在於天的運行。蓋天說認為日月星辰是在大地上空圍繞一個中心旋轉;而渾天說則認為天球包裹著大地,日月星辰附在天球之上運轉,天體是會隨著天球到大地的下面或是背面去的。至於大地是平的還是圓的,至少在張衡的時代,並不是爭論的焦點。

渾天儀,顧名思義,是按照渾天說所構建的宇宙模型。今天,我們見到的渾天儀,是許多圓環套在一起,組成一個中空的球體,模仿天球,雕刻著細密的紋飾,其外觀形式,只要去南京紫金山天文台參觀就可以看到。儘管這台製造於明代的渾天儀,在理論上是張衡原版渾天儀的徒子徒孫,但兩者之間卻存在著不小的差異。明代的渾天儀需要用人力運轉,但張衡製造的渾天儀卻以水力推動運轉。而最大的不同點是,如今我們認識的渾天儀是觀測天象的儀器,而張衡製造的渾天儀卻更像是一個模仿宇宙運行的玄妙機器。《晉書》如此記載張衡的渾天儀:

「張衡又制渾象,具內外規,南北極,黃赤道。列二十四氣,二十八宿,中外星官及日月五緯,以漏水轉之於殿上室內。星中、出、沒與天相應。」

廣州渾天儀。

失傳後的復原

由於張衡渾天儀的圖紙和記錄皆已失傳,所謂的《渾天儀圖注》又來源不明,所以這台宇宙儀器究竟是以何種原理進行運作,成為一個謎題。我們只知道張衡製造的渾天儀並非中國的第一架渾天儀,《晉書》中提到「古舊渾象以二分為一度,凡周七尺三寸半分也。張衡更制,以四分為一度,凡周一丈四尺六寸一分」。可見張衡的渾天儀是在更古老的原型基礎上進行改造的成果。最古老的渾天儀可能只有兩個圓環:固定與赤道平行的赤道環和可以繞著極軸旋轉的赤極環(也被稱為「四游環」),兩者上都刻有周天度數。但張衡的渾天儀上,卻除了赤道與赤極外,還有黃道、「列二十四氣,二十八宿,中外星官及日月五緯」,林林總總繁複的圖文,要想全部體現出來,需要一個巨大的天球——張衡的渾天儀難道是一個帶好幾個圓環的巨大天球嗎?

後世歷代學者一直想仿造張衡能自行運轉的渾天儀,但最終的結果卻只是在一個又一個不能自行運轉的儀器上增補改造。北魏的斛蘭在底座上添置了十字水趺,用以校正儀器的水準。唐代的李淳風將張衡渾天儀外的地平、子午和赤道三圈固定在一起,合稱「六合儀」,將裏面可以旋轉觀測的四游環和上面窺看星象的窺管,合為「四游儀」。在這兩層之間,加上了黃道環、白道環(「白道」即月球運行的軌道)和赤道環,合為「三辰儀」。這最終成為了如今我們所見到的渾天儀的範本。南京紫金山天文台的渾天儀,雖然是張衡渾天儀的徒子徒孫,但卻是李淳風改進渾天儀的嫡傳。

今天去那裡的參觀者,大可以想像在浩瀚的星空下,古代的司天監官員,費力地轉動著那幾個巨大的圓環,透過窺管觀測浩瀚的星空。

作者|李夏恩

編輯|宮子

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