天文儀器作為觀測天象不可或缺的工具，在節(jié)氣歷法推算上起著重要作用?？墒?，當時測定天體位置的渾儀和簡儀，以及測量日影長度的圭表，都是明朝正統(tǒng)年間制造的，因年代長久多有損壞，需要修理校驗。如何處置觀象臺上原有的儀器，成了南懷仁掌管欽天監(jiān)之后面臨的第一個問題。
湯若望在編制歷法時，采用了360度制和60進位制，將一天的時間分為96刻度，替代了以往一天分為100刻度的做法，舊的天文儀器差錯率高已經(jīng)不再適用。康熙八年（1669），南懷仁向朝廷提出制造新天文儀器的計劃，不久得到了準許，新儀器制造工作迅速展開。他指導(dǎo)工匠先用木頭按每一種儀器的實際尺寸制出模型，在確認準確無誤后，再用青銅澆鑄。澆鑄的零部件還需經(jīng)過切削加工、校正等多道工序，最后才能配裝。新儀器的制造和安裝，耗時4年?？滴跏辏?673），隨著赤道經(jīng)緯儀、黃道經(jīng)緯儀、地平經(jīng)儀、地平緯儀（象限儀）、紀限儀和天體儀6件儀器在觀象臺上安放完畢，整體工程順利竣工。
為了幫助中國官員熟悉使用這些儀器，在制造和安裝觀象臺新儀器的同時，南懷仁還將各種儀器的制造原理、安裝和使用方法等，詳細記述，繪圖立說，并于康熙十三年（1674）將16卷《靈臺儀象志》進呈康熙皇帝。該書除了記錄星象和天文儀器的制造方法，還記載了許多新奇的物理知識和儀器。例如，現(xiàn)在中學(xué)物理課本中提到的比重、單擺和自由落體運動，還有溫度計、濕度計、光的折射和色散現(xiàn)象等方面的知識。
為表彰南懷仁制造天文儀器方面的貢獻，康熙皇帝授予他太常寺卿職銜，贊他勤勞可嘉，所制造的儀器對天文歷法大有裨益，可傳永久。
南懷仁制造的儀器與16世紀末丹麥天文學(xué)家第谷所使用的觀測儀器極為相似，裝飾方面則具有中西文化交融的特色。盡管當時還未引進歐洲的望遠鏡技術(shù)，但是較傳統(tǒng)的天文儀器在制造和精度上都有很大提升。利用這些儀器，中國天文學(xué)家進行了長達200 年的觀測工作。
北京古觀象臺黃道經(jīng)緯儀（王韌潔 攝）
1900年八國聯(lián)軍入侵北京，德法兩國侵略者曾把這6 件儀器連同地平經(jīng)緯儀、璣衡撫辰儀以及臺下的渾儀、簡儀平分，各劫走5 件。法國將儀器運至法國駐華大使館，1902年歸還中國。而德國則將儀器運至波茨坦離宮展出，在第一次世界大戰(zhàn)后，根據(jù)《凡爾賽和約》規(guī)定，1921年被德國掠走的這些儀器才歸還中國。今天，這6件儀器仍然陳列在北京古觀象臺上，成為東西方科技文化交流的歷史見證。
康熙十二年（1673），為維護國家統(tǒng)一加強中央集權(quán)，康熙皇帝下令撤藩。同年十一月，鎮(zhèn)守云南的平西王吳三桂舉兵叛亂。不久，靖南王耿精忠和平南王尚可喜之子尚之信起兵響應(yīng)，“三藩之亂”爆發(fā)。在這種嚴峻形勢下，康熙皇帝決定用武力平叛?？紤]到吳三桂在云南經(jīng)營多年，實力強大，加之叛軍盤踞湖廣、江西等地，易守難攻，平定叛亂必須要改進武器裝備，特別要制造輕便火炮，以便清軍在跋山涉水時使用。
康熙十三年（1674），南懷仁接到康熙皇帝的任命，令他盡心竭力制作一批輕型火炮。不久，南懷仁就制造出“輕巧木炮”樣式進呈。為了盡可能減輕重量，除了炮筒等必要部件外，炮身多用木頭制成。康熙十四年（1675），他與內(nèi)大臣等人奉命到盧溝橋炮場測驗，用木炮樣品連放100彈，結(jié)果有90發(fā)命中靶心。鐵彈穿透4寸（約13厘米）厚的木板，射入地下數(shù)尺深，而炮身堅固無損。康熙皇帝得知這一消息后，傳旨按此樣式制造。由于戰(zhàn)事緊張，在南懷仁的指導(dǎo)下，朝廷派了大批工匠日夜趕制這種威力大又輕巧的火炮。
陜西提督王輔臣叛亂后，陜西戰(zhàn)場急需當時威力最大的火炮——紅衣大炮 。南懷仁帶領(lǐng)工匠，只用了不到1個月的時間，便造出20門紅衣大炮送往陜西。當月，清軍準備進攻湖南，此時吳三桂的部將夏國相固守萍鄉(xiāng)，十分難攻。在清軍上疏請求增援后，南懷仁的大炮立即被運往平叛前線。這些大炮威力畢現(xiàn)，萍鄉(xiāng)很快被攻克。吳三桂叛軍的領(lǐng)地被分隔成兩半，優(yōu)勢不再。不久，捷報從各地傳至京師，紅衣大炮的神威也傳遍中國。
康熙十八年（1679）初，清軍收復(fù)岳州，湖南大局已定。八月，康熙皇帝開始為進攻臺灣做準備，令湖廣運送20門西洋炮至福建。康熙二十年（1681），南懷仁又督造了240門“神威將軍”炮。觀看試放后，康熙皇帝大加夸贊：“爾向年制造各炮，陜西、湖廣、江西等省已有功效。見今所制新炮，從未有如此之準者?！贝文辏谟枘蠎讶使げ坑沂汤陕氥?。
《清文獻通考》和《大清會典事例》中有這樣的描述，自康熙十四年至六十年（1675—1721），清政府共制造各類火炮905門，其中南懷仁參與制造566門，超過了總數(shù)的一半。如今中國國家博物館收藏的一門“武成永固大將軍”炮就是南懷仁制造的，歐洲各大博物館中也藏有他制造的大炮17 門，不過這些大炮都是1900年八國聯(lián)軍從中國掠走的。
康熙二十七年（1688），南懷仁因病逝世?？滴趸实凵罡型聪?，特頒上諭一道，稱他奉職勤勞始終不渝，賜謚號“勤敏”，以褒獎其功績。這是在明清兩代眾多來華傳教士中，南懷仁獨享的殊榮。
編審：黃一曼
核審：王 璐 章亦民
