你有沒(méi)有仰望過(guò)星空，想探索神秘的宇宙？

早在500多年前，北京古觀象臺(tái)已經(jīng)是天文學(xué)的前沿陣地。它是古人探索宇宙的“實(shí)驗(yàn)室”，現(xiàn)在成了我們窺探古代科技智慧的窗口。

作為明清兩代皇家天文觀測(cè)中心，它連續(xù)487年觀測(cè)星空變化。

遠(yuǎn)看，它像一座被現(xiàn)代高樓包圍的古老城堡。臺(tái)體高十四米，臺(tái)頂四面無(wú)遮攔，提供了360度的開(kāi)闊視野，確保觀測(cè)精度。

走近，臺(tái)頂安放著八臺(tái)青銅鑄造的天文儀器，每架都有兩三噸重，是當(dāng)時(shí)最尖端的科技設(shè)備。你看，大多儀器都由圓、弧形線段和直線線段構(gòu)成，簡(jiǎn)潔又精妙。這些基本幾何元素背后，藏著古代天文學(xué)的智慧，我們來(lái)一一揭秘。

1.天體儀是個(gè)圓球，它直觀地展示了星星的分布，仿佛古代的“宇宙全景模型”，可以用來(lái)檢索星象、換算球面坐標(biāo)。直徑兩米多的球體上，鑲嵌著1888顆星星，還根據(jù)亮度等級(jí)分成了6種不同大小。

2.赤道經(jīng)緯儀由幾個(gè)圓圈構(gòu)成，分別是子午圈、赤經(jīng)圈、赤道圈，赤經(jīng)圈可以旋轉(zhuǎn)，一條昂首的蒼龍托起了它們。它用于測(cè)量天體的赤道經(jīng)緯度，類似于古代的“天文地圖”，幫助古人找到星星在天上的哪個(gè)位置，主要用來(lái)觀測(cè)太陽(yáng)以外的恒星，那些比較遠(yuǎn)的天體。

至于太陽(yáng)，專門有一架儀器來(lái)觀測(cè)它——

3.黃道經(jīng)緯儀由子午圈、黃道圈、黃道經(jīng)圈、極至圈構(gòu)成，兩條背對(duì)的龍托起了它。

黃道是太陽(yáng)一年中在天空中運(yùn)行的路線。它就像是太陽(yáng)的“專屬軌道記錄儀”，主要測(cè)量太陽(yáng)和行星的運(yùn)動(dòng)情況。

它能夠幫助古人掌握太陽(yáng)一年中在天空中的變化，確定二十四節(jié)氣。

4.地平經(jīng)儀，主體是直徑兩米多的地平圈，兩條龍沿著柱子盤旋而上，伸出爪子捧著火珠，像是二龍戲珠。使用的時(shí)候，從立表（立著的銅柱）的上端引兩條線到橫表的兩端。測(cè)星的時(shí)候，移動(dòng)橫表，讓三條線和星星位于同一平面，這樣就能讀取測(cè)量值了。

它測(cè)量的是天體的地平經(jīng)度，也就是它在地平線上的方向，幫人們了解太陽(yáng)和星星在哪個(gè)方向升起和落下。

5.地平經(jīng)緯儀，不僅測(cè)方位角，還能測(cè)高度角，通過(guò)它可以知道星星的水平高度和垂直高度。不僅能告訴你天體在地平線上的位置，還能告訴你它看起來(lái)離地面有多高。在刻度上面，你可以發(fā)現(xiàn)它已經(jīng)在使用阿拉伯?dāng)?shù)字了。

6.紀(jì)限儀又叫距度儀，核心技術(shù)是可三維運(yùn)動(dòng)的機(jī)械裝置，它的弧形有60度，上面的花紋不僅有裝飾效果，還可以調(diào)節(jié)平衡，讓重心正好在立軸上，可以圍繞立軸任意旋轉(zhuǎn)，并且用手輪、齒輪、滑車來(lái)帶動(dòng)儀器自由移動(dòng)。這個(gè)原理類似于現(xiàn)代天文望遠(yuǎn)鏡底座結(jié)構(gòu)，使觀測(cè)更靈活精確。這臺(tái)儀器可以測(cè)量任意兩顆星之間六十度以內(nèi)的角距離，幫助天文學(xué)家精確繪制星空?qǐng)D，在當(dāng)時(shí)可謂相當(dāng)先進(jìn)了。

7.象限儀，主要測(cè)量天體地平緯度（高度），也就是天體相對(duì)于地平面的垂直高度角。它幫助天文學(xué)家確定天體在天空中的高度，像是一把測(cè)量天體高度的“尺子”，可以告訴你星星離地面有多高，常用于測(cè)量日月星辰的升降高度。

8.璣衡撫辰儀，是最年輕的一臺(tái)，也是最華麗的一臺(tái)，畢竟是乾隆年間鑄造的。它能測(cè)量方位角、高度角，幫助預(yù)測(cè)日月星辰的運(yùn)行軌跡。

再看樓下的圭表。古人發(fā)現(xiàn)初冬開(kāi)始，影子會(huì)一天比一天長(zhǎng)，影子最長(zhǎng)那天就是白天最短、夜晚最長(zhǎng)的一天，也就是“冬至”。每天在正午同一時(shí)刻測(cè)量影子長(zhǎng)度，假設(shè)第一天的影子有5米長(zhǎng)，第二天的影子有6米長(zhǎng)，第三天的影子又變成5米長(zhǎng)。那么第二天就是冬至。

有了這些精密儀器，就能精確觀測(cè)天體，制訂歷法，掌握季節(jié)和時(shí)間的變化。為了安放這些儀器，古人專門建了這座觀象臺(tái)，承載這滿滿的科技元素。

作者：?？ㄊ逍迯?fù)組

審核：北京交通大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院 副教授 劉捷

出品：中國(guó)科協(xié)科普部

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