古代天文学已经很发达了,不信你看登封告成古观星台

告成古观星台是我国古代著名的天文观测中心,也是保存至今的最早的天文台。

河南省登封县,古称阳城,古代被认为是大地的最中心,据传夏代曾在这里建都,称为禹都阳城,周公也曾在这里测量天文。到了汉武帝时期,武帝游嵩山,在这里设立了崇高县,隋朝改为崇阳县。到了唐代武周时期,武则天在公元696年登嵩山,封中岳,大功告成,因此又将这里改名为登封县,改阳城县为告成县。后来两县合一为登封县,并一直延续至今。

天文遗迹——古观星台

元朝初年,元世祖忽必烈诏令天文学家郭守敬、王询等改革历法,在全国设立了27处观测台,其中一处就设立在登封告成,作为中心观测台。郭守敬在这里建造了他设计的高表景符,因而形成了一个完整的天文台。

在观星台院墙内,主建筑就是郭守敬督建的高表石圭。高表置于观星台上,台身建筑面积约300平方米,呈覆斗状,四面有石阶盘旋而上,台面高9.46米,边长8米,台上有两间小屋。算上小屋通高12.62米,台底边长16米,台北侧中间为一上下相连,自台面至地平的凹槽。在凹槽南面,即台子北壁门顶至底竖交底面,相应于表身。

古观星台,图片来源:wiki

自槽底部,由南向北为一条由36块方石拼接成的石圭,全长31.2米,圭的东西两侧各开有一条平行的水槽,供平定圭面之用。水槽中间为刻有尺度划分线的圭面。圭的南端与竖直凹槽底部并不相连,而是相距36厘米,自圭面至台面,高度差为8.9米。最初,在台面上左右(东西两侧)各有一条龙,托住一根长6尺,直径3寸的东西向横梁,自圭面到横梁中心高为40元尺,即表高。现在台面上已无龙形及横梁,两间小屋的窗沿,距离圭面为9.76米,合39.8元尺。所以推断当时可能在小屋处为擎梁的龙,也可能在台面砌女墙来支撑横梁。

观星台日影长度,图片来源:《告成观星台天文测量与探究》

台上这两间小屋为明嘉靖七年(1528)修理时所建,《登封县志》和《嵩高志》均载“嘉靖九年,巡按河南何天衢言,登封旧有测景,观星二台,周公遗迹也。土圭表漏俱存,乞敕委官考正制度,刻之史册。从之”。再据明万历十年(1582)孙承基撰写的《重修元圣周公祠记》碑载“砖崇台以观星。台上故有滴漏壶,滴下注水,流以尺天”,可知在明代,这个观星台是受到关注的。

元代所建的高表,原是铜制,《元史 世祖本纪》载“至元十六年春二月癸未,太史令王恂等言……宜增铜表高至四十尺……又请上都,洛阳等五处分置仪表……从之”,如今这个40尺的铜表已无法可考,而观星台和石圭却依然保留在那里,为我们提供了元代天文仪器的实物。

古观星台里的重要天文仪器——周公测景台

观星台里还有其他一些天文仪器,其中最有名的应该是周公测景台了。

周公测景台,图片来源:《告成观星台天文测量与探究》

传说中周公在阳城测影,但由于年代久远,已无法考证。有明确记载在阳城进行日影测量的是唐代在此处放置的八尺圭表,《唐书 地理志》记载“有测景台,开元十一年诏太史监南宫说刻石举焉。”此台为石制,分上下两部分,下边为方形石座,高1.93米。座上为直立的长方形石表,顶部有帽,高1.916米,正面刻有“周公测景台”五个大字。

南宫说的八尺圭表位于观星台内,至今保存完好,可见在郭守敬建造观星台前,此处作为历代圭表测景处是给予了保护的,只是在此之前的建筑情况已经无法考证了。按照乾隆时期《登封县志》卷十九记载“《杜氏通典》》:仪凤四年(679)正月,命太长博士姚元,于阳城测景台立表”,根据这个记载,在南宫说之前40多年已在这里立表,那么可能就是姚元立表,后南宫说题刻。

测景台历代通称为“无影塔”或“没影台”,但是实际上只有在北纬23度26分的地方,在夏至那天中午才会出现圭表无影的情况,而阳城的所处纬度是34度24分,夏因此是不可能无影的,而且古代记载中也是有“夏至影长一尺五寸”的描述。

测景台原理,图片来源:《告成观星台天文测量与探究》

事实上,由于测景台的结构和角度的原因,圭表的影子刚好落在台座上方,高出人们的视线,所以看起来也就像没有影子一样。

唐代之后,圭表测日的工作一直在阳城进行,因此该表一直保留在那里,至今已有近1300年历史。

郭守敬在修建观星台的同时,重新设计和制造了十多种天文仪器。包括由浑天仪改造出的简仪、用于观测日影方位的正方案、观测月亮和天体高度的窥几、观测太阳在天球上运动轨迹的仰仪等等。

可惜的是除了观星台和测景台,其他仪器的原物今天已经都不存在了。但是,这些天文建筑和仪器在历史上对历法编制所起到的作用是毋庸置疑的,同时也证明了我国古代天文学的成就和水平。