1、清朝前期观象台天文仪器的欧洲化提 要 1669-1674 年，耶稣会士南怀仁为北京观象台设计制造了六架欧洲式天文仪器，使中国天文仪器的精度达到了空前的水平。1713-1715 年，纪理安为观象台添造了一架欧洲风格的地平经纬仪。1745-1754 年，戴进贤、刘松龄和他们的中国合作者制造了一架玑衡抚辰仪。它遵循中国浑仪的结构旧制，采用了南怀仁用过的刻度制、零件结构和制造技术，本质上属于复古的设计。关键词 天文仪器 欧洲化 清朝观象台AbstractIn 1669, the Belgian missionary Ferdinand Verbiest (1623-1688) was in charg
2、e of guiding the design and manufacture of an ecliptic armillary sphere, an equatorial armillary sphere, an azimuthal instrument, a quadrant, a sextant, a stellar globe, which superseded such Chinese-styled instruments as the armillary sphere and the simplified instrument in the Observatory of Pekin
3、g in 1674. He published 16-volumed Xinzhi Lingtai Yixiang Zhi in 1674, which specialized in explaination of the design, manufacturing, installment and usage of his instruments. Verbiests work enabled the precision of Chinas instruments to come up to an unprecedented standard. It was obvious that Ver
4、biest consulted Tychos design in the book Astronomie Instauratae Mechania (1598), and absorbed the traditional Chinese plastic arts.In 1715, Bernard-Kilian Stumpf (1655-1720) equipped the Observatory with an azimuthal-quadrant again. According to the Qianlong Emperors desire, Ignatius Koegler (1680-
5、1746), Augustein de Hallerstein (1703-1774) and their Chinese co-workers made an equatorial armillary sphere for the Observatory from 1745 to 1754. The instrument followed the system of the traditional Chinese armillary sphere, and adopted 360sexagesimal, precise graduation, screws, spare parts and
6、manufacturing technology, which were used by Verbiest. Essentially, it restored ancient ways. Key words astronomical instruments, Europeanization, the Observatory of Peking during the Qing dynasty中外学者曾对明末和清朝前期传入中国的天文仪器技术做了很有价值的研究，但仍留下了不少有待澄清的问题。本文试图系统地描述清朝前期观象台的天文仪器的欧洲化过程，以及其中的某些特点。明末，利玛窦(Matthieu R
7、icci，1552-1610)、罗雅谷(Jacques Rho, 1590-1638)、汤若望(Johann Adam Schall von Bell, 1592-1666)等传教士向中国人介绍了 1619 年以前的绝大多数欧洲仪器，并与中国人合作试制了部分仪器。入清以后，南怀仁（Ferdinand Verbiest, 1623-1688）等传教士在欧洲式仪器的制造和使用方面走得更远。1南怀仁与成套欧洲式仪器南怀仁于 1623 年 10 月生于比利时布鲁日（Bruges）的皮特姆镇（Pittem） 。1640 年 10 月入鲁文（Louvain）大学艺术系学习，这里的学生在前两个学年要学习哲学
8、、自然科学和数学。当时多数鲁文大学的教授把托勒密、哥白尼和第谷的体系当作假说1。1641 年 9 月他离开这所大学，加入耶稣会。两年后他回到鲁文的耶稣会学院（Jesuit college） ，1645 年获得哲学学位。在耶稣会学院的科学训练对南怀仁来说非常重要。1652-1653 年在罗马学习了一年多的神学。1655 年在塞维利亚（Sevilla）获神学博士学位后，他要求去中国传教，获准。这可能是受到卫匡国（Martin Martini, 1614-1661）的影响2。在离开欧洲之前，南怀仁在葡萄牙教数学。1657 年 4 月，他随卫匡国的传教组扬帆启程，1658 年 7 月抵达澳门。1660
9、 年，皇帝批准汤若望的请求，召南怀仁来钦天监协助工作。大概汤若望比较看重南怀仁的数学家名声。1661 年顺治帝作古，朝政被保守辅臣把持。1664 年 9 月，杨光先（1597-1669）控告汤若望、南怀仁等传教士，汤、南等人遂遭审讯。次年 1 月，刑部拟定汤若望、南怀仁等传教士为死罪。至 4 月和 5 月，南怀仁、汤若望被赦出狱。1666 年 7 月汤若望故于寓所。1665-1668 年，杨光先、吴明烜等守旧人物把持钦天监的历法测算工作，而南怀仁则忙于制造日晷和其它装置，以及气象观测等。1668 年 12 月，南怀仁奏报吴明烜所推算的七政历、民历有严重错误。年轻的康熙帝令大臣会同杨光先、南怀仁
10、等共同以实测来验证历法。南怀仁在拉丁文的观测之书 （Compedium Liber Observatonum）中记述了他们的测验和所用的仪器，这些材料后来被他编入欧洲天文学（Astronomia Europaea）一书：1668 年 12 月 27-29 日，南怀仁以圭表观测证实了他的推算与太阳的实际位置一致。安文思（Gabriel de Magalhaes，1609-1677）善于制作精巧的机械仪器和各种灵巧的装置，受到皇帝的器重。他在一夜之间为南怀仁的第二次观测制作了一具带有调节螺钉的新圭表。1669 年 2 月 1 日，南怀仁到观象台，为火星和太阳位置推算的验证观测作准备。那里安置着一架
11、 “黄道春秋分浑仪” 、一架青铜象限仪、一架铁纪限仪。他调整了浑仪的环和照准器、象限仪的方向和照准仪。2 月 3 日，火星果然处于浑仪照准器对着的位置，太阳处于象限仪和纪限仪的照准器所对准的位置。1669 年 2 月 18 日，南怀仁再次用象限仪观测太阳纬度，又应验了推算的结果。当晚，他还用黄道春秋分浑仪观测了月亮的位置，结果与推算吻合。观测时间是靠事先计算的室女宫的角宿一与子午环之间的距离确定的，观测时用赤道浑仪找准这个位置。南怀仁还把一架直径差不多 2 尺的天球仪带到了观象台，以便向陪同的官员们讲解他的观测3。面对测验结果，杨光先仍为自己辩解，指责南怀仁“欲毁尧舜相传之仪器，以改西洋之仪器
12、”4。然而，这种说辞再不能打动皇帝了。南怀仁在观测之书和欧洲天文学中简要描述了他使用的仪器。青铜象限仪的半径为 2.6 中国尺，每度又分为 60，装在一个带三个调解螺钉的桌子上。铁纪限仪的半径为 5 或 6 几何尺，带有青铜支翼、照准器和中心管，弧刻度的每度分为 60。 “黄道春秋分浑仪”的直径 2.5尺（一中国尺约等于一古罗马尺）的。春分点和秋分点是黄道环与赤道环交点， “春秋分”暗示着赤道环的存在。由此推测，黄道春秋分浑仪就是明末崇祯历书中所说的“黄赤全仪” 。我们可以肯定，仪器是前人留下的！旧的圭表和赤道浑仪是明朝使用的中国式装置。黄道春秋分浑仪、青铜象限仪、铁纪限仪和天球仪等欧洲式仪器
13、应当是邓玉函（Jean Terrenz，1576-1630） 、汤若望和罗雅谷主持试制的，它们起初可能被安放在历局或传教士的住处，后来曾被移到观象台。黄道浑仪或许是明末制造的黄赤全仪。 不过，南怀仁所说的尺寸与徐光启（1562-1633）造仪计划所说的尺寸不同。或许徐光启的计划在执行时曾被修改，可能性更大的是南怀仁对仪器尺寸的描述有误，甚至把自己后来制造的的仪器误记为别人的作品。据考证，拉丁文的观测之书在 1671 年或稍晚时与测验纪略一起出版过5，那时南怀仁还没有制造完新仪器。我们再看一看南怀仁在 1674 年的一段说明：“康熙己酉八年正月初三日1669 年 2 月 3 日，是日立春” ，
14、“于本日午正，仁测得太阳，依象限仪，在地平上三十三度四十二分；依纪限仪，离天顶正南五十六度十八分；依黄道经纬仪，在黄道线正中，在冬至后四十五度零六分，在春分前四十四度五十四分；依赤道经纬仪，在冬至后四十七度三十四分，在春分前四十二度二十六分，在赤道南十六度二十一分；依天体仪，于立春度分所立置表，则表对太阳而全无影；依地平所立八尺零五寸表，则太阳之影长一丈三尺七寸四分五厘。六仪并用而恭互之，而立春一节皆合于预推定各仪之度分如此；则历凡所推之节气，其合于天行无疑矣。然非籍有合法之仪，又何从测而得之？”6如果南怀仁没有记错日期的话，上述引文所说的仪器肯定是汤若望时期留下的仪器。在六架仪器中，有圭表，
15、无地平经仪。黄道春秋分浑仪被写为“黄道经纬仪” ，赤道浑仪改称“赤道经纬仪” ，天球仪得名“天体仪” ，而“表”则是中国传统的圭表。有学者认为，2 月 3 日南怀仁所用观测工具是预先制造的木模7。这种猜测缺乏足够的依据，并且与南怀仁自己的描述相左。1668 年底和 1669 年 2 月的观测使传教士命运有了转机。由于杨、吴等所做推算与实测不符，而南怀仁据圭表观测和西法所做的推算皆与观象台的实测一致，1669 年 3 月 11 日礼部建议授南怀仁钦天监监正，但南怀仁推辞不就。4 月 1 日康熙帝下旨任命南怀仁负责“治理历法” 。欧洲人编算历书时采用 60 进位制，分周天为 360，引入黄道坐标等
16、。若继续使用中国传统仪器的刻度，就要做繁复的换算。南怀仁决定把 360又 1/4 度和百刻制改为便于划分刻度的 360制和 60 进位制。观象台的明朝圭表、简仪和赤道浑仪年久失修，零部件形状有所变化，因而精度会降低。早在康熙七年（1668 年）七月，南怀仁的对手、钦天监监副吴明烜就指出：“推历以黄道为验，黄道以浑仪为准。今观象台浑仪损坏，亟宜修整”8。因此，他曾提议为观象台添造一件“滚球铜盘” 。尽管南怀仁夸赞 1668 年底和 1669 年 2 月所用的黄道浑仪、赤道浑仪、象限仪、纪限仪等“尺寸合适，完全适合于精确的观测”9，但还是计划另造新仪器。康熙八年（1669 年）五月，他在奏章中说：
17、“恭遇我皇上面询臣艺业，如测量奇器等制。臣少时涉猎系所长，容臣按图规制各样测天仪器，节次殚心料理，以备皇上采择省览。 ”10近来有人发现了南怀仁作于 1664 年的仪象图序言，文中提到他为观象台绘制一系列欧洲式仪器图11。在南怀仁的仪象图的拉丁文本Liber Organicus（仪器之书）中，标题页写的是 1668 年。这可能说明那一年南怀仁正在设计天文仪器。1687 年来华的法国传教士李明（Louis Le Comte，1655-1728）在 1696 年的著作中称，南怀仁劝说皇帝制造新仪器的12。而南怀仁对欧洲的耶稣会士们却说，到过观象台的最重要的高级官员们应当是礼部的上奏皇帝，建议由他负
18、责制造新式仪器，取代观象台的旧仪器13。此前，他已经为礼部官员和皇帝准备了设计“式样” 。南怀仁的说法较李明的更为可信。他可能认为旧仪器构造和功能不够理想。1669 年 8 月底，礼部获旨同意换下旧仪。9 月 10 日，康熙帝批准礼部“照南怀仁所指式样速造”新仪的建议：“因康熙八年七月二十七日题，八月初一日奉旨，这观象台不必开展建造，旧有简仪、浑仪仍着收存，毋致损坏。其新制仪器作何安设，礼部祥看议奏。钦此。钦遵于八月初三日到部。臣等随到观象台，有得台基长十庹一庹约合五尺二尺八寸，阔十庹二尺五寸；简仪长二庹三尺八寸，阔一庹四尺三寸五分，高一庹三尺一寸；浑仪长一庹二尺六寸，阔一庹一尺六寸，高一庹四
19、尺；星球天球仪长一庹六寸，阔一庹六寸，高一庹二尺八寸。随问南怀仁：新造仪器共几件，大小式样若何？据称，台上新安仪器共六件，东南角黄道经纬仪，西南角地平经仪，当中赤道经纬仪，正东象限仪，正西纪限仪，正北星球天体仪。每件仪器约高一丈，圈径约六尺。俱用砖台基，约高四尺，宽长约一丈二尺。台上板房一间。因遮仪器不便测星，应将板房移在临城东墙。风杆原在东南角，今有碍测验，应移在北方等语。该臣等议得见，在观象台旧简仪等三件仪器若仍存在台，则南怀仁新造六件仪器难以安设。俟南怀仁所造新仪器告成时，将简仪等旧仪器应移于台下厢房收存，令当值满汉官员看守，挨班交付当值官员。既称台上板房一间遮蔽仪器，应移在台东靠台，将
20、门向台造作。风杆因碍测验，将风杆亦应移在北方。其新造仪器并安设仪器台基，应听工部俱照南怀仁所指式样速造可也。康熙八年八月十四日题。本月十六日奉旨依议。 ”14设计制造工作由南怀仁主持。参加此项工作的还有工部官员郎翁英、图哈齐，钦天监官员刘蕴德、孙有本和天文生等 30 人。在 1670 年 8 月 20日的一封信中，南怀仁说仪器已经完成了一半：“我寄给您工部以我提出的原型为基础负责制造的最佳黄铜天文仪器的设计或草图，目的是一旦将旧仪器迁走，就把它们放入数学塔观象台。我称之为草图是因为这些设计与已经完成一半的那些仪器并不完全一致，在上帝的帮助下，那些仪器肯定要在今年内完成。 ”151673 年 3
21、 月以后，工部没有再为造仪器支付物料和工价。按南怀仁的记述，他用了四年时间才造完六架仪器16，仪器的弧背或立柱上刻有“康熙癸丑岁日躔寿星之次治理历法臣南怀仁立法”字样。1674 年 1 月25 日以前，工部已经验明了制成的仪器，准备交与钦天监17。这就是说，黄道经纬仪（黄道浑仪） 、赤道经纬仪（赤道浑仪） 、地平经仪、地平纬仪、纪限仪和天体仪制成于 1674 年 1 月 25 日以前或 1673 年下半年。 大清会典图说康熙十二年制六仪，这是有根据的。1674 年 3 月 6 日，吏部奏报， “钦造之仪象告成” ，另有供皇帝御览的书表18。 “书表”指的是灵台仪象志 ，其中收入了技术图，以及南
22、怀仁在制造仪器或其它公共事物中用过的几条力学“定理”19。康熙帝看到这些书，很高兴。康熙十三年（1674 年）三月，皇帝加封南怀仁为太常寺卿职衔20。1678 年，南怀仁将 32 卷康熙永年表呈现给皇帝，得通政使职衔。1682 年又加工部右侍郎衔。1674 年新制六仪被安装在观象台上，但具体位置与事先的计划有出入。天体仪象征着天，被看作最重要的仪器。大概是受中国人敬天传统的影响，天体仪被安置在南侧的中间 21。从东南角向西、向北、向东依次为赤道经纬仪、天体仪、黄道经纬仪、地平经仪、象限仪、纪限仪、风向器，东侧中部台基上有一座方塔，塔的中间设一个取暖炉。观测者在方塔上观测天象、大气现象。台上东北
23、角的房子用于避雨或其它不良天气。台下的建筑里安装着漏刻，院内有青铜圭表。原有的其它中国式仪器不再用作正式观测工具，简仪、浑仪等被移到台下。这标志着以中国传统仪器为主要皇家观测工具的时代结束了。为了解释仪器的构造原理，以及制造、安装和使用方法，南怀仁撰写了新制灵台仪象志 ，前 14 卷是仪象志 ，后两卷是仪象图 。书中明确指出：将它们“公诸天下，而垂永久之意” ， “要使肄业之官生服习心喻，不致扌干格而难操。传之后世亦得凭是而有所考究焉”22。 1674 年 3 月 6 日奏请刊行新制灵台仪象志 。康熙帝甚为满意，次年下诏准行。 灵台仪象志刊刻之后发挥了重要作用。至 1744 年，它仍是钦天监天
24、文科推测星象的常用书籍23。1714 年，该书在朝鲜再版24。南怀仁还用拉丁文把他们的活动介绍给欧洲的教士们， “以便类似的事件再发生时他们能预备要做的工作”25。附有仪象志序文的 Liber Organicus（仪器之书）可能是从 1668 年开始编写，到 1674 年或此后才写完26。南怀仁把它献给了罗马教皇27。1675 或 1676 年，他写出Astronomiae apud Sinas restitutae mechanica centum et sex figuris adumbrata （简称 Mechanica） ，描述了仪象图的 106 个图版。在中文记述、Liber Org
25、anicus 和 Mechanica 等论著的基础上，南怀仁在 1678 年至 1680 年初之间完成了欧洲天文学的拉丁文书稿28。1683 年，书稿随柏应理（Ph. Couplet，1624-1692）到达欧洲，1687 年在德国迪林根（Dillingen）出版。书中记述了 1668 年 12 月至 1669 年4 月欧洲天文学在中国的恢复，以及此后耶稣会士在天文仪器、日晷、机械学、数学、弹道学、水力学、静力学、光学、透视画法、蒸气动力、计时技术、气象学和音乐学等 14 个领域的活动与成就。作者介绍这些科技成就的目的是：第一，他想让每位读者都清楚，耶稣会为获得皇帝和王爷们的仁慈付出了巨大的努力，以便打开传教的通道；第二，他想鼓励未来可能继承中国教区的人以极大的细心、尊敬和爱来拥护最美的数学之神，因为她们将帮助传教士接近皇帝和王爷们，从而保护宗教事业；第三，他在 Liber Organicus 中已经描绘了天文仪器和其它有关的仪器29。
