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知識 08-19

天文學的珍寶

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導語——一個小小的奇蹟般的古老工具展現出天上的星座，這件工具既沒有屏幕，也沒有編碼程序。

載入參數後，一種古代的"計算機"復現了天象的運行,可能是世界上最古老的天文APP，它能精確地模擬太陽和群星的運行。

在高質量的鐘錶出現以前，它的主要作用是計時，如果已經知道了時間，又可利用它反推出太陽和群星的現在或未來的位置。它是船用六分儀和現代觀星者的攜帶型平面天球的鼻祖。人們曾依靠它來確定太陽所在的宮位和28個月站，幫助穆斯林教眾確定祈禱時間，並指出「不均等的小時」，這種計時方式將長度不斷變化的每個白晝和每個夜晚都完美地均分為12等份，每天的時刻都不一樣。（這是鐘錶發明前的標準做法，後來為了占星術和巫術之需要而延續。）它還能解決日常生活中的三角學問題，測量高度並輔助各種測量，並且因其設計之不同還能執行其它功能。

著名英國作家喬叟（Geoffrey Chaucer）在1391年感慨道：「對於塵世中任何凡人絕不可能解答的所有問題，在一具如星盤般尊貴的儀器上，都能夠或者有可能給出答案。」它就是星盤，具有多種用途，就好像我們現在的手機APP一樣。

如今，人們往往在博物館裡找到星盤，而不是在天文台或旅行者的行囊中。金色齒輪層層嵌套，安放在玻璃框架中，總是令人想起穿著祭袍，留著鬍鬚，正在查閱天宮星相圖的男人。在望遠鏡出現以前，星盤就是天文學的標誌：它們是王公大臣、醫生、地理學家，以及愛好占星的未來占星家們競相誇耀的珍藏，當然也是天文學家的寶貝，他們使用這種精巧的儀器在手掌中演示太陽的運行、夜空的變化和時間的更替。

如果我想要知道古希臘、阿拉伯、波斯或文藝復興時期歐洲的觀星者們對於天象運行的真實感受，就不得不鑽研星盤的奧秘。但是，從哪裡能得到一具星盤呢？

實際上，只要花費200美元左右，你就能從網站上購買到一架現代的銅製星盤，而塑料材質的模型只需75美元。只要花費1100美元，就能請一位德國工匠鑄造一架令人艷羨的複製黃銅星盤。那麼真正的古董星盤呢？一具品相完美的星盤，曾在索斯比拍賣行以156萬美元的高價成交，那是1505年至1506年間為奧斯曼土耳其蘇丹巴耶濟德二世製作的。

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觀看天象

就像今天的望遠鏡，古代和中世紀的星盤能夠彰顯你的天文學家的身份，它還要求專業的知識和良好的視力。這幅圖上就是正文中所描述的現代星盤。（作者的星盤，製作者是特拉華州的James E.Morrison）

星盤的歷史和基本結構

星盤系何人所發明已不得而知。一位可能的人選是古希臘天文學家依巴谷（Hipparchus），公元前157年前後，他在羅德島工作，但在此後的千百年中，星盤越來越複雜，越來越有用。英文中的「星盤」一詞（astrolabe）源於古希臘語，意為「星辰的拿取者」。大多數星盤的變種都有同樣的基本結構：一個目視裝置；一個可移動的星圖，其形式是一個金屬網路，其中包含帶有精細刻度的黃道環；一個立體天空對地平經緯坐標系的平面投影，範圍從地平線到天頂；以及一個外圍的帶有精細刻度的圓環狀時間標尺。

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拿取太陽

17世紀的探險家、新法蘭西和魁北克城的建立者 Samuel de Champlain 正在使用一架簡化的航海星盤。這座雕像刻於1915年，矗立在加拿大渥太華市的 Nepean Point 地區。這位探險家看起來有些笨拙，或許是因為沒有人告訴雕刻家，照準儀應當和觀測者的眼睛相準直。

在公元700年至1200年的伊斯蘭黃金時代，星盤製作達到了巔峰。跟隨著遠航西班牙的阿拉伯水手，它們令旅行家們愛不釋手，在公元1000年左右被旅行者們帶到了北歐。13世紀晚期，馬可·波羅在中國旅行期間曾看到過很多星盤。它們使天文學得以普及。中國的皇家天文學家們使用巨大的木製或銅製渾儀，可以更精確地追蹤太陽、行星和恆星，但是只需一具可以掛在腰帶上的銅製圓形星盤，業餘天文愛好者也能夠觀測日月星辰的運動。

古代星盤的設計依賴於對人們對黃道帶的認知，但是我購買的星盤則是經過現代化改造的，徹底摒棄了占星術。星盤邊緣使用阿拉伯數字，而非羅馬數字。它的黃道環也不採用黃道十二宮的度數，而是以曆法月和曆法日來標記。不過，星盤的層疊式結構倒是符合經典的形制。

星盤的基座又名母盤，其中圍著一個圓盤，即「襯墊」（tympan）或「基圍」（climate），其中有偏心的網格線。網格中的圓環按照其阿拉伯語術語被稱作almucantar（地平緯圈），表示高出你的當地地平圈的度數。從地平緯圈到天頂縱貫這些緯圈的弧線表示方位角，或者說羅盤方位（現代是從正北方開始，順時針以度數計量）。傳統上，一具優質的星盤應配有一整套可替換的襯墊，以供在不同緯度處使用。在我的星盤上，按照我家所處的地理緯度，母盤和襯墊被印製在同一層上。

星盤的核心是其星圖，又名為「網」，拉丁語是rete。典型的網是一個可旋轉的金屬製品，其中包括黃道環，還標有表示代表亮星位置的金屬點：參宿七、天狼星、五車二、織女星等。

轉動「網」，恆星穿過襯墊上嵌套的環，就代表了星辰的升起下落。恆星背景中的黃道環也會隨之運動。黃道是太陽在星空中運動的周年路徑，因此，當環上的日期標記升起下落時，就代表了太陽的升起下落。

最後，星盤上通常還有兩個可轉動的標尺，兩側各有一個。背面的標尺是「照準儀」，是一種目視裝置。它有時會翹起，上面有小孔或照準缺口，以提高精度。正面的就叫做「標尺」，用於使盤面上某部分的讀數和另一部分上的指示刻度對準，尤其是要對準外層的時刻環。

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逆轉之作

布拉格老城鐘樓上的著名天文鐘，安裝於1410年，它是一個由鐘錶驅動的星盤，可以展示日月方位。它還能報告三種時間系統的時刻：現代時間（羅馬數字）、距日落時間（外圈金色數字）、古老的不均小時（黑色數字）。在此圖上，太陽正接近日落（occasus）時的地平線和太陽下方的晨暮光（crepusculum）區域。在鐘面上方的兩個角落裡，死神每個小時都會搖響鈴鐺，而驕傲、貪婪和慾望之魔則會搖頭回應：「不，時候還未到。」

觀測星空

為了檢視夜晚的天象變化，我首先轉動「網」，使黃道環邊緣上的當日日期接觸地平弧線的西側，標尺從那裡指向星盤邊緣，就能告訴我日落時刻。

據我所知，星盤其實還能讀出過去和未來。將黃道環上的不同日期對準地平圈，我就能讀出一年中任意一天的日出日落時間。或者，我可以選擇一顆恆星，例如大角星，將環圈轉到其它日期和時刻，就能讀出它在地平線以上或以下多少度。當我在那個寒冷的11月冬夜去戶外觀測時，我就成了21世紀的依巴谷，做好了「摘星」的準備。

用星盤讀取時間似乎要做很多工作，但請想像一下如下情景：假如它是你唯一的計時途徑；或者你想要知道，在一場戰役即將開始的日期，太陽將在何時升起；又或者，在你的顧客出生時，恆星的位置如何。早期的水手利用星盤導航，尤其是按現代航海的要求對其改造，使之更易於「對準太陽」和北極星。六分儀（最近美國海軍又重新引入了六分儀，作為遭受網路攻擊時的備用導航手段）其實只是星盤的高級改良品。

古代的星盤至今仍在創造更多奇蹟。有人曾在其背面加上一個方形陰影區，這樣就能計算距離和高度。星盤邊緣的角度標尺曾被當作勘測員的量角器，阿拉伯人曾用星盤找到麥加的方位，而我們的現代星盤似乎也仍舊地足夠神奇。

文／BruceWatson 譯／吳蘊豪

編輯/羅一

（原文精選自2016年1期）

ChineseNationalAstronomy

中國國家天文

（微信號：chineseastronomy）

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