中國古代特殊的天文儀器：元代的窺幾

中國古代特殊的天文儀器----窺幾

說起古代的四大發明，中國人無不眉飛色舞，那種感覺，是一種難以掩飾的民族驕傲。其實，除了四大發明，中國還有許多值得驕傲的歷史。中國古代天文學的成就，就曾令世界一流的科技史專家為之傾倒。

中國古代天文學的發達，得益於許多傑出的天文學家，也得益於許多有創造性的儀器。窺幾，就是一種特殊的天文儀器，不過大多數人對其不太熟悉。人們熟悉的，只不過是渾天儀與渾象等少數儀器而已。下面，就是我最近拍攝的窺幾模型，它陳列於北京後海郭守敬紀念館。讓我們來看一看，這種和破桌子一般的幾究竟有什麼用。

幾，就是一張桌子。不過這張桌子與眾不同，它的桌面有一條長縫，古人稱之為「明竅」。沿縫兩側桌面，各有兩行平行的刻度，外疏內密。在桌面上，還放置有兩把斜刃的銅尺，叫做「窺限」。窺，就是窺望的意思。運用這張桌子上的縫隙，來窺望天象，故名窺幾。為什麼要窺望天象，窺望天象有什麼用處？怎麼窺望？都令人充滿興趣。

原來，我們平日所用的時間，是由天文學家提供的，是他們告訴我們，什麼時間立冬，什麼時間夏至，什麼時間過年。他們編製曆書，發布時間。農民耕種，就要用到這些時間。我們過節，也要用到時間，有了曆法，社會就會協調一致，人們對於事物的變化，就有了度量的標準。如，六歲可以上小學，十八歲可以參軍，三天以後我回答你，這其中的時間，就是一種時間度量。而對於未來的變化，也有了準備。到了十月，天快冷了，得準備冬裝。那麼，這裡知道天快冷了，就是運用了時間，和對時間的推斷。

在天文學上，人們決定一年的長短與起始，是通過太陽的變化來認識的。太陽有一個特點，就是回歸運動。在中國的中原地區，冬天的太陽，升不高，中午也到不了頭頂。但夏天則非常高，一年之中，太陽的高度不斷變化，形成一種循環。根據這種變化，就可以知道當天處於一年中的什麼位置。

測量太陽的天文儀器是圭表。表也就是一個直立的高桿，和桿下水平放置的尺子---圭。正當太陽到達正午時，觀察太陽投在桿下圭尺上的景長，即知當天處於一年中什麼位置。用這種方法測量計算出來的曆法，是日曆（陽曆）。

但是，中國人也用月，也想知道現在是幾月份，今天到十五還有幾天。這樣，天文學家也得測量月亮才能定出月亮的曆法，就是定出月曆（陰曆）。測量月亮就難了，因為月亮的光太弱，在表桿下的影子太淡，很難看清。為了解決這一難題，經過許多天文學家苦思冥想，於是，這種桌子，即窺幾就被發明出來了。

人們將此桌子安置到原先放置圭尺的地方。觀測者在窺幾下通過那條縫隙上望，調整自己的位置，讓月亮與桿頂和眼睛處於一條直線上，這時，這條窺望線，就相當於太陽的投影線。為了記錄其位置，用一把銅尺，用其邊緣對準這條線，放到桌面上，此時，觀察者從桌子下起來，讀取尺子處於桌子面上縫隙兩側刻度的位置，就得到了測量數據。

那麼，圖中為什麼有兩把尺子呢？這是因為，月亮很大，觀測時，移動尺子，用一把尺子定其上邊，另一把尺子則定其下邊。這樣就得到兩個數據，兩個數據的間距，就是觀測到的月亮視徑。而兩數據的中心點。則是對月亮中心的觀測座標。一般記錄天體的運行位置，都利用其中心點的位置。

這樣，天文學家就運用這種工具，解決了測量月亮的問題。

中國人還對五星感興趣，五星即金星木星水星火星土星。古人喜歡用五星的變化來預測吉凶。同時，五星也可以建立星曆。測量五星，也不容易，五星更小，光線更暗。但運用這種窺幾，也就解決了。當然，除了五星，其它天體也可以測量。用兩把測尺，還可以測量兩顆星星間或者天體間的緯距。

我在這裡特別需要說明的是，這些運用窺幾測量的天體，運用另一種天文儀器「渾儀」都可以測量，而且更方便準確。那麼古人為什麼這麼笨，不用先進的，卻在桌子底下爬來爬去，進行測量，是否有些可笑？

這是因為，渾儀在古代算是精密複雜的儀器，很難製造。同時，在很多朝代，一般人也不許擁有這種高級儀器，只有國家天文台才能運用。所以，窺幾也就成了代用品。特別是一般的研究者與觀測單位。弄個這種儀器，也就很不錯了。古代的一些州縣，大約就是運用的此類天文儀器。

窺幾也可能是早期的天文儀器，是渾儀沒有發明之前的儀器。如果是這樣的話，那它就是一種早期文明的科技成果。即便不早，元代的郭守敬能發明它，也很不簡單了。我在另一篇[中國古代的牽星術]中，研究了古代用繩表測量天體的技術。這種窺幾，測量原理與牽星術一樣，不過，其更加方便，當是牽星術的一種發展。這裡展出的模型，桌子其實短了一些，古書記載的是六尺，如果用高表，六尺也太短，我推測，真正的窺幾，應當比此長一些。當然，圭尺的長與表高是有一定的比例的。

是誰，能將小小一張破桌子，弄成了測量天文的儀器？答案是---郭守敬，一位傑出的中國元代科學家。

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