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你所不知道的:窥几

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窥几----元代科学家郭守敬制造的天文仪器。

窥几之制,长六尺,广二尺,高倍之。下为趺,广三寸,厚二寸,上跂广四寸,厚如趺。以板为面,厚及寸,四隅为足,撑以斜木,务取正方。面中开明窍,长四尺,广二寸。近窍两旁一寸分画为尺,内三寸刻为细分,下应圭面。几面上至梁心二十六尺,取以为准。窥限各各长二尺四寸,广二寸,脊厚五分,两刃斜閷,取其于几面相符,着限两端,厚广各存二寸,衔入几跂。俟星月正中,从几下仰望,视表梁南北以为识,折取分寸中数,用为直景。又于远方同日窥测取景数,以推星月高下也。

说起古代的四大发明,中国人无不眉飞色舞,那种感觉,是一种难以掩饰的民族骄傲。其实,除了四大发明,中国还有许多值得骄傲的历史。中国古代天文学的成就,就曾令世界一流的科技史专家为之倾倒。

中国古代天文学的发达,得益于许多杰出的天文学家,也得益于许多有创造性的仪器。窥几,就是一种特殊的天文仪器,不过大多数人对其不太熟悉。人们熟悉的,只不过是浑天仪与浑象等少数仪器而已。下面,就是我最近拍摄的窥几模型,它陈列于北京后海郭守敬纪念馆。让我们来看一看,这种和破桌子一般的几究竟有什么用。

几,就是一张桌子。不过这张桌子与众不同,它的桌面有一条长缝,古人称之为“明窍”。沿缝两侧桌面,各有两行平行的刻度,外疏内密。在桌面上,还放置有两把斜刃的铜尺,叫做“窥限”。窥,就是窥望的意思。运用这张桌子上的缝隙,来窥望天象,故名窥几。为什么要窥望天象,窥望天象有什么用处?怎么窥望?都令人充满兴趣。

原来,我们平日所用的时间,是由天文学家提供的,是他们告诉我们,什么时间立冬,什么时间夏至,什么时间过年。他们编制历书,发布时间。农民耕种,就要用到这些时间。我们过节,也要用到时间,有了历法,社会就会协调一致,人们对于事物的变化,就有了度量的标准。如,六岁可以上小学,十八岁可以参军,这其中的时间,就是一种时间度量。而对于未来的变化,也有了准备。到了十月,天快冷了,得准备冬装。那么,这里知道天快冷了,就是运用了时间,和对时间的推断。

在天文学上,人们决定一年的长短与起始,是通过太阳的变化来认识的。太阳有一个特点,就是回归运动。在中国的中原地区,冬天的太阳,升不高,中午也到不了头顶。但夏天则非常高,一年之中,太阳的高度不断变化,形成一种循环。根据这种变化,就可以知道当天处于一年中的什么位置。

测量太阳的天文仪器是圭表。表也就是一个直立的高杆,和杆下水平放置的尺子---圭。正当太阳到达正午时,观察太阳投在杆下圭尺上的景长,即知当天处于一年中什么位置。用这种方法测量计算出来的历法,是日历(阳历)。

但是,中国人也用月,也想知道现在是几月份,今天到十五还有几天。这样,天文学家也得测量月亮才能定出月亮的历法,就是定出月历(阴历)。测量月亮就难了,因为月亮的光太弱,在表杆下的影子太淡,很难看清。为了解决这一难题,经过许多天文学家苦思冥想,于是,这种桌子,即窥几就被发明出来了。

人们将此桌子安置到原先放置圭尺的地方。观测者在窥几下通过那条缝隙上望,调整自己的位置,让月亮与杆顶和眼睛处于一条直线上,这时,这条窥望线,就相当于太阳的投影线。为了记录其位置,用一把铜尺,用其边缘对准这条线,放到桌面上,此时,观察者从桌子下起来,读取尺子处于桌子面上缝隙两侧刻度的位置,就得到了测量数据。

那么,图中为什么有两把尺子呢?这是因为,月亮很大,观测时,移动尺子,用一把尺子定其上边,另一把尺子则定其下边。这样就得到两个数据,两个数据的间距,就是观测到的月亮视径。而两数据的中心点。则是对月亮中心的观测座标。一般记录天体的运行位置,都利用其中心点的位置。

这样,天文学家就运用这种工具,解决了测量月亮的问题。

中国人还对五星感兴趣,五星即金星木星水星火星土星。古人喜欢用五星的变化来预测吉凶。同时,五星也可以建立星历。测量五星,也不容易,五星更小,光线更暗。但运用这种窥几,也就解决了。当然,除了五星,其它天体也可以测量。用两把测尺,还可以测量两颗星星间或者天体间的纬距。

在这里特别需要说明的是,这些运用窥几测量的天体,运用另一种天文仪器“浑仪”都可以测量,而且更方便准确。那么古人为什么这么笨,不用先进的,却在桌子底下爬来爬去,进行测量,是否有些可笑?

这是因为,浑仪在古代算是精密复杂的仪器,很难制造。同时,在很多朝代,一般人也不许拥有这种高级仪器,只有国家天文台才能运用。所以,窥几也就成了代用品。特别是一般的研究者与观测单位。弄个这种仪器,也就很不错了。古代的一些州县,大约就是运用的此类天文仪器。

窥几也可能是早期的天文仪器,是浑仪没有发明之前的仪器。如果是这样的话,那它就是一种早期文明的科技成果。即便不早,元代的郭守敬能发明它,也很不简单了。我在另一篇[中国古代的牵星术]中,研究了古代用绳表测量天体的技术。这种窥几,测量原理与牵星术一样,不过,其更加方便,当是牵星术的一种发展。这里展出的模型,桌子其实短了一些,古书记载的是六尺,如果用高表,六尺也太短,我推测,真正的窥几,应当比此长一些。当然,圭尺的长与表高是有一定的比例的。