古人用什么看星星
发稿时间:2022-07-25 11:07:00 来源: 解放日报
月亮在北京古观象台浑天仪中落下。视觉中国供图
近日,NASA(美国国家航空航天局)公布了一组由韦伯空间望远镜拍摄的全彩深空图像及光谱。这是迄今为止,人类所能观测到的宇宙最深、最清晰的红外图像。
人类仰望星空的历史十分悠久,但使用天文望远镜的历史并不长。那么,你知道中国第一台望远镜从何而来?历史上,我国的天文观测工具又经历了怎样的变化?
星汉灿烂,双眼可探
中国人对宇宙的观测和记录可追溯到几千年前。传说中,羲和是古代掌管天文历法的官员,在《史记·历书》中有:“黄帝使羲和占日,常仪占月。”
早在夏朝时,中国就有了专门观测天象的场所,叫作清台,后也被称为神台、灵台或观台。
我国古代的天文台,既是天文观测基地,也是奉神占星的场所,历代均有不同的称呼方式。在《诗经·大雅·灵台》中有:“天子有灵台者,所以观祲象察气之妖祥也。”
西汉时期,在长安城城郊筑有“候景之台”,高15仞,台上放着观测天象所要使用的仪器,其中包括浑仪、相风乌和铜表等。宋朝十分重视天文观测,在当时的北宋都城汴京设有4个观星台。元代时,著名天文学家郭守敬在河南登封城东南处设观星台,这是中国现存最古老的天文观测建筑。
早期,人类的天文观测以肉眼为主,辅之天文测景器,如圭表、日晷等。
春秋以前,“圭表”被普遍用来测量日影长度。表为立竿,圭为卧尺,测日影长度,定冬至和夏至的日期以及回归年的长度。依靠竖立的长竿,唐代最早实测了子午线的长度。日晷则主要用于天文计时。
发现于河南的周公测景台,高3.91米,由石圭和石表两部分组成,俗称“无影台”,是中国古代立八尺圭测量日影、验证时令、计年的仪器,相传为东周所建。这比公元前3世纪至公元前2世纪的亚历山大天文台和罗德斯观星台都要早。
另外,文学作品中常出现的“璇玑玉衡”或许也是一种天文观测工具。在《尚书·舜典》中有:“在璇玑玉衡,以齐七政。”李约瑟曾为此注解:“舜检查璇玑仪器和玉衡,以便使七种标准的不同周期相一致。”
据推测,璇玑玉衡很可能是一种窥管,古人能借此直接观测天象的仪器。《周髀算经》中有用窥管测量太阳直径的记载,宋代沈括也记载了使用窥管观测到真天极及附近恒星的圆周运动。
浑仪的“进化史”
在天文望远镜被发明之前,浑仪是我国古代天文观测最主要的仪器。相比于西方的黄道坐标系统,我国的浑仪用的是赤道坐标系统,更有利于测定恒星位置。
浑仪也叫浑天仪,它的出现与“浑天说”密不可分。公元前4世纪左右,民间天文学家落下闳提出了浑天说,东汉天文学家张衡对其作出了系统性阐述,他在《浑天仪图注》中这样描述:“浑天如鸡子,天体圆如弹丸,地如鸡中黄,孤居于内,天大而地小。”
到张衡的时代,古代浑仪的基本结构已经形成,一般为支架上固定着两个互相垂直的圈,分别代表地平线和子午圈;在其内还有若干个能转动的圆圈,其上附有可绕中心旋转的窥管,用以观测天体。
唐代时,随着生产力和科技水平的显著提升,贞观七年(633年),天文学家李淳风制造出了更加精密的浑天黄道仪,这台浑仪主要增加了三辰仪和白道环,使得天文观测变得更为简便。此时,浑仪在结构上的精妙程度到达了高峰。
北宋时期,浑仪变得更加简便,精度也更高。人们还把浑仪、浑象和报时装置结合起来,形成了大型天文仪器——水运仪象台。《中国天文学史》作者陈遵妫认为,它已经具备了近代赤道仪的雏形,可以被看作早期的天文台。
公元1092年,宋代天文学家苏颂制造出了“水运仪象台”。这是一座大型天文钟台,台分三层:上层是浑仪,用来观测日月星辰的位置;中层是浑象,旋转并显示天象;下层设木阁,木阁又分五层,每层有门,每到一定时刻,门中有木人出来报时。木阁后有漏壶和机械系统,驱动整个仪器。
可惜的是,靖康之乱后,宋朝所有的仪象都被金人所夺。宋高宗南渡之后,曾想复建,却已没有专家。后来,苏颂的儿子将记录了其父之法的书籍献上,也无人能了解其中的方法进而仿制。
到了元代,郭守敬彻底改造了浑仪,去掉了一些不必要的规环,把地平环放到下座,制成了简仪。在这之后,望远镜登上了历史舞台,浑仪和简仪在结构上的变化就不多了。
从望远镜到“深空之眼”
望远镜与中国的渊源,可追溯到约400年前。
明朝天启二年(1622年),望远镜由德国传教士自广东携入中国。时任广州十三行总商的潘有度有诗云:“万顷琉璃玉宇宽,镜澄千里幻中看。”
在《明史》中也有对望远镜的记载:“若夫望远镜,亦名窥筒,其制虚管层叠相套,使可伸缩,两端俱用玻璃,随所视物之远近以为长短。不但可以窥天象,且能摄数里外物如在目前,可以望敌施砲,有大用焉。”可见,当时的人们已经想到可将其运用在军事领域。
崇祯二年(1629年),徐光启上书建议朝廷自制望远镜,但囿于技术原因,直到崇祯末年,中国才终于能够制作望远镜。在这之后,机械制造家薄珏还将“千里镜”应用到铜炮上,提高了武器的射击精度。
民间较早独立制造望远镜的人叫孙云球,他还写成了《镜史》,记载并制作了多种光学设备。据康熙《吴县志》载,登上虎丘用孙云球的“千里镜”试看,“远见城中楼台、塔院,若接几席,天平、灵岩、穹窿诸峰,崚嶒苍翠,万象毕见”。
可惜的是,尽管中国人较早地掌握了望远镜的制作技术,但它没有被应用于天文观测。
在北京建国门古观象台上,有六座保存完好的大型皇家天文仪器,这是1637年传教士南怀仁奉康熙之命建造的,然而它们全都未曾装置望远镜。直到1932年,南京紫金山天文台创立,其台上装备的望远镜也还是从国外进口的。
经过了近百年的发展,中国的天文观测有了长足的进步。中国“天眼”即FAST射电望远镜建成,作为世界上最大的单口径射电望远镜,实现了我国射电望远镜从追赶世界到领先世界的跨越。而中国的巡天空间望远镜预计将在2024年前后科学运行,我们将拥有属于自己的“深空之眼”。
这样看来,中国人对宇宙的新探索,或许才刚刚开始。(本报记者 肖雅文)