古人是怎么夜观天象的呢?古观象台:星空解密500年

你有没有仰望过星空,想探索神秘的宇宙?

早在500多年前,北京古观象台已经是天文学的前沿阵地。它是古人探索宇宙的“实验室”,现在成了我们窥探古代科技智慧的窗口。

作为明清两代皇家天文观测中心,它连续487年观测星空变化。

远看,它像一座被现代高楼包围的古老城堡。台体高十四米,台顶四面无遮拦,提供了360度的开阔视野,确保观测精度。

走近,台顶安放着八台青铜铸造的天文仪器,每架都有两三吨重,是当时最尖端的科技设备。你看,大多仪器都由圆、弧形线段和直线线段构成,简洁又精妙。这些基本几何元素背后,藏着古代天文学的智慧,我们来一一揭秘。

1.天体仪是个圆球,它直观地展示了星星的分布,仿佛古代的“宇宙全景模型”,可以用来检索星象、换算球面坐标。直径两米多的球体上,镶嵌着1888颗星星,还根据亮度等级分成了6种不同大小。

2.赤道经纬仪由几个圆圈构成,分别是子午圈、赤经圈、赤道圈,赤经圈可以旋转,一条昂首的苍龙托起了它们。它用于测量天体的赤道经纬度,类似于古代的“天文地图”,帮助古人找到星星在天上的哪个位置,主要用来观测太阳以外的恒星,那些比较远的天体。

至于太阳,专门有一架仪器来观测它——

3.黄道经纬仪由子午圈、黄道圈、黄道经圈、极至圈构成,两条背对的龙托起了它。

黄道是太阳一年中在天空中运行的路线。它就像是太阳的“专属轨道记录仪”,主要测量太阳和行星的运动情况。

它能够帮助古人掌握太阳一年中在天空中的变化,确定二十四节气。

4.地平经仪,主体是直径两米多的地平圈,两条龙沿着柱子盘旋而上,伸出爪子捧着火珠,像是二龙戏珠。使用的时候,从立表(立着的铜柱)的上端引两条线到横表的两端。测星的时候,移动横表,让三条线和星星位于同一平面,这样就能读取测量值了。

它测量的是天体的地平经度,也就是它在地平线上的方向,帮人们了解太阳和星星在哪个方向升起和落下。

5.地平经纬仪,不仅测方位角,还能测高度角,通过它可以知道星星的水平高度和垂直高度。不仅能告诉你天体在地平线上的位置,还能告诉你它看起来离地面有多高。在刻度上面,你可以发现它已经在使用阿拉伯数字了。

6.纪限仪又叫距度仪,核心技术是可三维运动的机械装置,它的弧形有60度,上面的花纹不仅有装饰效果,还可以调节平衡,让重心正好在立轴上,可以围绕立轴任意旋转,并且用手轮、齿轮、滑车来带动仪器自由移动。这个原理类似于现代天文望远镜底座结构,使观测更灵活精确。这台仪器可以测量任意两颗星之间六十度以内的角距离,帮助天文学家精确绘制星空图,在当时可谓相当先进了。

7.象限仪,主要测量天体地平纬度(高度),也就是天体相对于地平面的垂直高度角。它帮助天文学家确定天体在天空中的高度,像是一把测量天体高度的“尺子”,可以告诉你星星离地面有多高,常用于测量日月星辰的升降高度。

8.玑衡抚辰仪,是最年轻的一台,也是最华丽的一台,毕竟是乾隆年间铸造的。它能测量方位角、高度角,帮助预测日月星辰的运行轨迹。

再看楼下的圭表。古人发现初冬开始,影子会一天比一天长,影子最长那天就是白天最短、夜晚最长的一天,也就是“冬至”。每天在正午同一时刻测量影子长度,假设第一天的影子有5米长,第二天的影子有6米长,第三天的影子又变成5米长。那么第二天就是冬至。

有了这些精密仪器,就能精确观测天体,制订历法,掌握季节和时间的变化。为了安放这些仪器,古人专门建了这座观象台,承载这满满的科技元素。

作者:希卡石板修复组

审核:北京交通大学建筑与艺术学院 副教授 刘捷

出品:中国科协科普部

监制:中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司

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