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中国通史-第727部分
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2。候极仪古人早就知道北极星不在正北极点上在周日运动中北极星绕不动的北极画出一个圆。在安装浑仪时应把浑仪的转动极轴对准这个北极星轨迹的圆心。郭守敬明了候极仪专门用来作这件事。这件仪器的主要功用是校正仪器极轴的安装位置。故在简仪中就包容了它。在简仪南北极轴的大小两圆环中都有斜置的正交十字铜条十字中心就是极轴中心。北极一端的十字上叉处又置一小圆环圆环中有正置的正十字铜条。十字中心离北极轴中心有个固定的距离甲。简仪南极轴处也有一组斜置的正交十字铜条。其上叉处置一方铜板板中心开一小圆孔。圆孔中心和南极轴中心的距离也正是甲。因此从南端的方铜板小孔中心到北端小十字中心的连线正与四游仪的转动轴中心线平行。通过南端小方铜板的中心向北观测应看到北极星在北端的小圆环内。当北极星的轨迹所画出的圆其圆心正好和小十字中心重合时简仪的极轴就被安装正确了。否则就应加以调整。
3。立运仪这是把浑仪中的地平环分离出来而构成的一个独立装置。一个地平环水平地卧在地上（仪器底座上）另一个可转动的环立在地平环的中心名为立运环。立运环的转动轴就是从天顶到地平环中心的铅垂线。立运环上也附有一条窥衡可以用它来观测天体的地平高度（或天顶距它与地平高度互为余角）。至于地平方位角的测定问题则因没有史料留存故只能推测：或许它是和简仪相仿有一条界衡它的两端用细线和立运环转动轴的上端相连。转动界衡让二线与所测天体重合就可从界衡所在读得天体的地平方位角。也可能不用界衡而是从立运环的所在估读出天体的地平方位角。一般而言古代对于地平方位角和地平高度这样的量的测量精度要求不高因此从立运环所在进行估读也不是件不可以的事。现今史料所传这件立运仪是安装在简仪北部的云柱架下的。实际上它是一件简仪的附属装置。虽然如此这件能同时读出地平高度和方位角的仪器在古代世界还是很有意思的。直到清初西方传教士南怀仁在北京制造的6件仪器中有2件是分别测读地平方位角的地平经仪和测读地平高度的地平纬仪。在中国把二者功能合在一起的地平经纬仪则是法国传教士纪里安在康熙五十三年（1714）所制造的。
4。仰仪这是一台铜制的、中空的半球面形仪器形状像口仰天放着的锅。半球的口上刻着东南西北四个方向。半球内面刻着与观测地纬度相应的赤道座标网。半球口上还用一横一竖两根十字交叉的竿子架着一块小板板心开一小孔孔的位置正在半球面的球心上。太阳光通过小孔在球面上投下一个圆形的像坐标网上立即可以读出太阳此时在天球上的位置。更妙的是当生日、月食时仰球上的日像或月像也相应地生亏缺现象。这时从仰仪上可以观测出日、月食生的方位亏缺部分（称为食分）的多少以及各种食相生的时刻等等。这件仪器后来传入了朝鲜朝鲜人民把带小板的十字竿改成一根尖顶的竿尖顶位置则正在半球面的中心。这件改造了的仰仪能更精确地测读地方真太阳时因而改名仰釜日晷。现今在汉城就还有这样的实物遗存。
5。浑象这是一台天球仪与现代常见的天球仪本质一致只是安放在一只方柜子中。方柜的面相当于地平面半个天球露在方柜之上。柜内有机轮系统可以用漏壶流水来推带使之与实际的天球作同步运转。这是对张衡所创的水运浑象传统的继承。
6。高表古代有一种测量二十四节气时刻的仪器叫做圭表。表是根垂直立在地上高八尺的竿子或铜柱。圭是从表足下往北延伸的一根平放的尺子大多为石刻。每天正午太阳投射出表影落在圭面上测量影子的长度可以推算出冬至和夏至的时刻等等。圭表是件简单而实用的仪器、但有个缺点主要由于空气中微粒尘埃的漫射使表影的顶端界线模糊不清这就影响了观测精度。
郭守敬将圭表加以改造使之成为原来表高的五倍故称高表。绝对数据增长到五倍同样的测量误差其影响就缩小了五分之四。关于这一点后世的天文学家也都认识到所以从阿拉伯世界到印度天文仪器巨型化的趋势是很明显的。这方面郭守敬是先行者。
郭守敬的高表还有一个特点。就是表顶不是完全的实体实体只有三十六尺。在其顶上升起二条龙抬着一根水平的、直径三寸的横梁。梁心到表顶为四尺梁心到圭面为四十尺。郭守敬这样设计的缘故下文自明。
7。景符这是一件与高表相配合使用的仪器。一个座架斜撑一块宽二寸、长四寸的小铜板。铜板中心开一小孔。利用针孔成像原理使太阳光在小铜板背后成一光亮的像。把景符放在圭面上合适的地位当太阳过子午线时太阳和表梁在圭面上投出清晰的影子：一个个米粒大小的光点中间有一条纤细的黑线。测量从表足到那根黑线的距离这就是高表的影长。由于使用了针孔成像原理景符到圭面的距离很短这样阳光漫射使表影模糊的问题就解决了。
古代测量影长的读数精度只能到寸以下的分。再往下因为影端模糊的问题就不再有意义而且在刻度上求分以下的单位也很困难。郭守敬由于使用了景符测量的读数精度就可以到分以下的厘；厘以下还可估计到五毫。至于他在量度实践中使用的是什么方法可达到厘和估到五毫的精度则史无明文无可猜测。
8。闚几这件仪器也是配合高表使用的。古代圭表技术只能用于测量太阳影长月亮和星星的光太暗弱没有人想过用圭表来对它们进行测量。于是郭守敬明了闚几来从事这件古人所没有想到的事。
闚几是一张长六尺、宽二尺、高四尺的桌子。桌面上开一道长四尺、宽二寸的缝。缝两旁刻上尺、寸、分的刻度。把闚几放在圭面上人蹲在几下进行观测。几面上横放着二根长二尺四寸、宽二寸、厚五分的木条称为闚限。它们的两头各比闚几长出的二寸处又各往下增厚二寸。这样它们就可卡紧在闚几边上。观测时用于挪动南闚限使其北边沿和高表横梁的下边沿及待测天体的下边相重然后再挪动北闚限使其南边沿和横梁上边沿及天体的上边重合。折取二闚限位置的中线所在就可得到天体的表影数。不过要注意这里的表高就只有三十六尺。如果要求四十尺表的“影长”当然还要经过一定的折算。
重要的是据《元史·天文志》记载表明当时曾提到过用远隔两地的高表、闚几同日观测由此可以推算星、月离地面的距离。这样的测定在过去是从来没有过的。只可惜当时的推算方法和实测事例都没有留传下来否则将为中国天文学展史提供许多重要的信息。
9。正方案这是一件所谓供行测即可以携带到野外用的仪器。是一块四尺见方厚达一寸的板。板四周开水沟放水可以调整仪器的水平位置。从板中心画一个十字直达边缘。以十字中心为心作十九个同心圆圆的半径从一寸起一寸一寸增加。最外第十九个圆则画成双重的以便中间画上刻度线。最内层的半径一寸的圆上做成一个高二寸的圆台。中心打洞洞内立表。表高一尺五寸冬至时则改为一尺高表；夏至时则改成三尺。改变表高的目的是使一年四季里中午表影一定会落在最内圆之外、最外圆之内。每天从日出开始监视正方案上表影的移动情况。每当表影正落到一个圆上时就记下记号。表影从西方进来到中午时影最短下午则影从东方出去。一般来说在一个圆上有二个记号。将这二个记号折取其中中点和圆心相连就得南北线。如果每个圆上都得到相同的南北线则这条线就是正确的南北线。当然做这种观测应当在太阳赤纬变化很小时效果较好。这主要是在夏至或冬至前后的若干天内若在春分或秋分日附近则太阳赤纬的变化较大此时只能使用正午前后少数几个圆上的观测结果。
有意思的是正方案也可以用来测定北极方向。把正方案侧立在已确定了的正南北线上。用某种方法测定当地的北极出地高度（也即地理纬度）。然后从十字中心斜引一线与水平横线所成角度和地理纬度相等则斜线所指即为北极。以后在安装其他仪器时极轴所指即以此正方案上的斜线所指为准。
以上九件在《元史·天文志》中有介绍的仪器研究的人较多大体对其结构、功能和使用方法都已有比较清楚的了解1。其他七件中有二件可从朝鲜《李朝实录》中找到一些史料。这二件中的一件是固定安装在天文台上用的叫星晷定时仪；另一件是所谓可携式的“行测之器”叫悬正仪。
1o。星晷定时仪根据齐履谦记述和赞语有人判断所描述的是具赤道式日晷。故提出星晷和定时仪是两件仪器1；其实齐履谦的记述有脱文失落了赤道式日晷的名称和星晷定时仪的赞语2。但从《李朝实录》卷七十七《世宗实录》十九年丁巳四月甲戌日条记载这些猜测都错了。星晷定时仪应是一件仪器《李朝实录》称之为日星定时仪。星晷定时仪中的“星晷”二字应理解作星和晷这个晷字作日影解而不作测日影定时刻的仪器器物解否则将和定时仪中的仪字意义重复。但星晷二字合在一起确实有这么一种器物。例如《明史·天文志一》中就几次提到星晷这种仪器。所以星晷定时仪一词确实容易引起误会。朝鲜学者改称为日星定时仪是很合理的。关于这件仪器的具体情况齐履谦留下的四句赞语：天有赤道轮以当之；两极低昂标以指之。
此外则无考。但在《李朝实录》中却有对日星定时仪结构的详细介绍此段文字转录于下：（日星定时仪）其制用铜为之。先作轮势准赤道有柄。轮经（径）3二尺厚四分广三寸。中有十字距广一寸五分厚如轮。十字之中有轴长五分半经二寸。北面剡掘中心存一厘以为厚中为圜穴如芥。轴以贯界衡穴以候星也。下有蟠龙含轮柄。柄厚一寸八分入龙口一尺一寸出外三寸六分。龙下有台广二尺长三尺二寸有渠有池所以取平也。轮之上面置三环。曰周天度分环曰日晷百刻环曰星晷百刻环。其周天度分环居外运转外有两耳经二尺厚三分广八分。日晷百刻环居中不转经一尺八寸四分广、厚与外环同。星晷百刻环居内运转内有两耳经一尺六寸八分广、厚与中、外环同。有耳所以运也。
三环之上有界衡长二尺一寸广三寸厚五分。两头中虚长二寸二分广一寸八分所以不蔽三环之画也。
腰中左右各有一龙长一尺共捧定极环。环有二。外环、内环之间勾陈大星见；内环之内天枢星见。所以正南北赤道也。外环经二寸三分广三分。内环经一寸四分半广四厘。厚皆二分。些少相接如十字。界衡两端虚处内外各有。定极外环两边亦有。以细绳通贯六穴而结于界衡之两端所以上候日星而下考时刻者也。
周天环刻周天度每度作四分。日晷环刻百刻每刻作六分。星晷环亦刻如日晷。但子正过晨前子正如周天过一度为异耳。
1参见潘鼐、向英著《郭守�
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