出地鐵一號(hào)線建國(guó)門站C口，向南走不多遠(yuǎn)，就是著名的北京古觀象臺(tái)。
這是一座高約十四米的磚砌平臺(tái)，東西長(zhǎng)約二十四米，南北寬約二十米，氣勢(shì)古樸、恢宏。
臺(tái)下南北方向開(kāi)設(shè)一道拱券門，南側(cè)門洞上方的石額中，刻有“觀象臺(tái)”三字，應(yīng)是當(dāng)年出入用的正門。1979年，觀象臺(tái)的東半邊發(fā)生塌方，1980年重修，將其內(nèi)部改為上下兩層，并在正門東側(cè)開(kāi)了一扇旁門。
沿觀象臺(tái)西側(cè)的臺(tái)階登上臺(tái)頂，迎面是一座面闊三間、懸山卷棚頂?shù)男》孔?，這里是古代天文學(xué)家的辦公室。身后北、西、南三面，一共擺放了八件青銅制成的天文儀器。
面對(duì)這八件古老的儀器，相信大部分人的感受就是“不明覺(jué)厲”。即使每一件都有說(shuō)明牌，看了卻不知所云。
今天，咱就跟您聊聊這些古老的儀器是怎么玩兒的。開(kāi)始之前，得先說(shuō)說(shuō)古人觀星，到底是“觀”啥。
一、古人觀星的奧秘
古代天文觀測(cè)，簡(jiǎn)單說(shuō)，就是測(cè)量太陽(yáng)、月亮、五大行星和恒星在天空中的位置和運(yùn)行規(guī)律，進(jìn)一步用來(lái)繪制星圖、確定時(shí)辰、制定歷法和二十四節(jié)氣等，還是很有實(shí)用價(jià)值的。
既然是研究天體運(yùn)行規(guī)律，就需要知道每個(gè)天體在天空中的位置，具體該怎么做呢？
我們上地理課的時(shí)候，老師就講過(guò)，地球上任何一個(gè)位置都可以用一組經(jīng)緯度來(lái)表示：
以赤道平面為零度，向北為北緯，向南為南緯，在地球儀上看，就是一個(gè)個(gè)平行于赤道的圓圈，一直延伸到南北極，兩個(gè)極點(diǎn)的緯度分別為北緯九十度和南緯九十度。
東西方向呢？則是一個(gè)個(gè)貫穿南北兩極的經(jīng)度圈，人為規(guī)定一條本初子午線作為起點(diǎn)后，向東是東經(jīng)，向西是西經(jīng)。
這樣，地球上任何一個(gè)地點(diǎn)，就是一條經(jīng)線和一條緯線的交叉點(diǎn)。舉個(gè)例子，北緯四十度線和東經(jīng)一百一十六度線的交叉點(diǎn)上，就是咱北京城了。
接下來(lái)需要一點(diǎn)想象力，請(qǐng)您閉上眼，想象自己來(lái)到地球儀內(nèi)部的中心點(diǎn)上，頭頂是北極，腳下是南極，一條條經(jīng)緯線在您的四周交織成明亮的網(wǎng)絡(luò)。
突然，地球消失了，四周是漆黑的夜空，那些交織在一起、明亮的經(jīng)線和緯線還在，投射在繁星點(diǎn)點(diǎn)的夜空里。您會(huì)發(fā)現(xiàn)，天空中每一顆星星，都落在這張經(jīng)緯線交織而成的網(wǎng)格中，并且具備一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的經(jīng)緯坐標(biāo)，每顆星星的位置就這樣確定下來(lái)了！
這就現(xiàn)代天文觀測(cè)最常用的赤道坐標(biāo)系，其實(shí)是很簡(jiǎn)單的：將地球的經(jīng)緯坐標(biāo)投影到天上就完事兒了。
接下來(lái)，您可以走到古觀象臺(tái)東南角的位置上，這里擺放的第一件天文儀器，就叫“赤道經(jīng)緯儀”。
二、赤道經(jīng)緯儀
前面說(shuō)過(guò)，把地球的赤道經(jīng)緯坐標(biāo)投射到天上，就構(gòu)成了天上的赤道坐標(biāo)系。赤道經(jīng)緯儀，就是用來(lái)測(cè)量每顆星星的赤道坐標(biāo)的。
整座儀器由青銅制成，高三米多，重約三噸。底部是一條昂首擺尾的青龍，四只龍爪牢牢抓住下方的十字橫梁，橫梁四腳裝有可升降的螺柱，以確保儀器保持水平放置，以免影響測(cè)量精度。
青龍背部托起的圓環(huán)名叫子午圈，子午圈中部與之垂直環(huán)帶叫赤道圈。
此外還有第三個(gè)圓環(huán)名叫赤經(jīng)圈，當(dāng)中有一根傾斜的銅柱，頂端指向北天極，南端指向南天極。
不難發(fā)現(xiàn)，赤道經(jīng)緯儀和我們上學(xué)時(shí)見(jiàn)過(guò)的地球儀很像。
您再仔細(xì)看，赤經(jīng)圈和赤道圈上有刻度標(biāo)識(shí)，此外還曾有可以滑動(dòng)的游表，古代天文學(xué)家在觀測(cè)時(shí)，先轉(zhuǎn)動(dòng)赤經(jīng)圈，再調(diào)整游表的高低，對(duì)準(zhǔn)需要觀測(cè)的星星后，讀取相應(yīng)的刻度，就知道這顆星星的經(jīng)度和緯度來(lái)了（天文學(xué)術(shù)語(yǔ)叫做“赤經(jīng)”和“赤緯”）。
按此方法，到1744年為止，清代天文學(xué)家一共測(cè)量了3,083顆恒星的赤道坐標(biāo)，編纂成書(shū)，名叫《儀象考成》。一百年后，又發(fā)表了《儀象考成續(xù)編》，記載的星球數(shù)量增加到了3,240顆。
您可能會(huì)問(wèn)，測(cè)量這些天體的坐標(biāo)有什么用呢？其實(shí)和手機(jī)GPS導(dǎo)航類似，只要在任何一件天文儀器上，調(diào)整到相應(yīng)坐標(biāo)，就一定會(huì)看到對(duì)應(yīng)的天體，而不用滿天到處尋找了。
如今大部分天文望遠(yuǎn)鏡，都采用赤道坐標(biāo)同步跟蹤系統(tǒng)，望遠(yuǎn)鏡跟著天體一起旋轉(zhuǎn)，才能在長(zhǎng)時(shí)間曝光的底片上清晰地顯影，否則就是一條長(zhǎng)長(zhǎng)的星軌，沒(méi)有實(shí)用價(jià)值了。
接下來(lái)，請(qǐng)您將目光轉(zhuǎn)向赤道經(jīng)緯儀西側(cè)的第二件古代天文儀器 —— 紀(jì)限儀。
三、紀(jì)限儀
紀(jì)限儀，是古觀象臺(tái)上最小巧的一座，高三米多，重約八百公斤，與赤道經(jīng)緯儀一樣，鑄造于清康熙十二年，也就是1673年。
紀(jì)限儀的主要用途，是測(cè)量?jī)蓚€(gè)天體之間的張角，最大量程為六十度。儀器的主體部分是一段圓弧，安裝在盤龍浮雕裝飾的底座上，圓弧的半徑約兩米，與精美對(duì)稱的裝飾性花紋共同組成一個(gè)弧形的平面。
測(cè)量?jī)深w天體之間的張角時(shí)，先旋轉(zhuǎn)圓弧平面，使之與待測(cè)量的兩顆星處于同一平面上。然后將圓弧中部長(zhǎng)長(zhǎng)的窺尺對(duì)準(zhǔn)一顆星，此外還有一根游桿，一頭固定在窺尺遠(yuǎn)端，另一頭可以在圓弧上滑動(dòng)，將游桿對(duì)準(zhǔn)另外一顆星星，然后讀取圓弧上游桿和窺尺之間的夾角度數(shù)就可以了。
（待續(xù)）
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