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清乾隆金嵌珍珠天球仪。故宫博物院供图

清代天体仪。北京天文馆供图

清代汪承霈《九州如意图轴》（局部）。故宫博物院供图

“浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡子中黄，孤居于内。”东汉科学家张衡曾以如此生动的比喻来描述宇宙，并制作了一台浑天仪来演示“浑天说”。由“浑天说”衍生出来的古代天文仪器可分为两种——浑仪和浑象，浑仪是测量星体坐标的仪器，浑象则用来演示星体运行。

在故宫博物院“百年守护——从紫禁城到故宫博物院”展览第三单元，一件精致的银镀金浑仪引人注目。这件浑仪为清康熙年间钦天监官员、比利时人南怀仁制作，其3层环架组合、上圆下方的造型，为中国传统浑仪的形式，而刻度和设计原理则采用了西方法度和托勒密的地心说，是中西科技融合的产物。

从张衡制作的浑天仪，到北京古观象台上的清代天体仪、玑衡抚辰仪等，中国古代浑天仪的创制、发展凝聚了古人探索宇宙的智慧，展现了中华文明的宏阔气派与探索创新的精神。

以仪器演示“浑天说”

“浑天说”是中国古代的一种宇宙模型，认为天是一个圆球，像鸡蛋壳一样包裹着大地，大地就像蛋黄，居于其中，日月星辰附在“天壳”上，“天壳”一昼夜绕地转一圈，日月星辰随之东升西落。

早在西汉学者扬雄的《法言》里，就记载了关于浑天说的仪器：“或问浑天，曰：落下闳营之，鲜于妄人度之，耿中丞象之”。北京天文馆古观象台研究员王玉民告诉记者，此句大意是，有人问浑天是怎么回事，回答说：落下闳（汉武帝时期天文学家）营造了仪器，鲜于妄人（汉昭帝时期主历使者）进行测量，耿寿昌（汉宣帝时期大司农中丞）用仪器形象地表现了“浑天说”。

东汉时期，张衡制作了一台浑天仪，并著有注文传世。据记载，浑天仪的主体是直径四尺六寸的铜球，球面标出星官、黄道、赤道等，利用稳定的漏壶流水，通过齿轮传动装置推动铜球均匀绕极轴旋转，来模拟星体东升西落。因为它是靠漏壶的水推动运转的，后世也称它为“漏水转浑天仪”。

“这是有明确记载的世界上第一台自动演示日月星辰运行的仪器，也是‘浑天仪’这个名词第一次正式出现。”王玉民说。

《晋书·天文志》将张衡制作的浑天仪称为“浑象”，并记载了东汉末年陆绩所造的浑象。后世学者制作了不少类似的仪器，现代的天文学史研究者将它们统称为浑象。

领先时代的科技创造

《春秋文耀钩》云：“唐尧即位，羲和立浑仪。”可见这种仪器有着悠久的历史。

史书中最早有具体结构记载的浑仪是由东晋十六国时期前赵史官丞孔挺制造的。据《隋书·天文志》记载，它有两层环圈，外层环包括地平环、赤道环和子午双环，内层包括可绕南北轴转动的赤经双环及里面可照准星体的“衡”。

唐初，天文学家李淳风创制了一台新式浑仪，在原来的两层环圈之间增加了一层，包括赤道环、黄道环、白道环，史书称之为“浑天黄道仪”。后世所制浑仪结构多与之相仿，根据观测需求增添或减少环圈。

北宋元祐年间，天文学家苏颂、韩公廉等人在汴京（今河南开封）制作出水运仪象台。它是一座上窄下宽、底座为方形的木结构高台建筑，高约12米，上下分3层。上层置有浑仪，中层有浑象，下层有报时装置和动力机械，由水力驱动，集天体观测、天象演示和报时功能于一体。水运仪象台反映了11世纪中国天文学和机械制造的先进水平，其传动系统中的装置与近代机械钟表的关键部件擒纵器相似，英国学者李约瑟认为它可能是欧洲中世纪天文钟的祖先。

可惜的是，这台杰出的科学仪器毁于战火。所幸苏颂编撰了《新仪象法要》一书，记述了水运仪象台的工作原理、详细尺寸与构造。国内外学者曾依照此书，对宋代水运仪象台进行仿制。经过多年研究，开封市博物馆仿制出1∶1、完全靠水运行的水运仪象台，再现了这台宏伟的机械装置。