garden: 渾天說

渾天說
    中國古代對於宇宙結構的認識，曾提出三種曾較為流行的說法：蓋天說、渾天說與宣夜說。
    蓋天說是較古老的說法，《晉書》認為：始自伏羲，傳於周公。此說認為天圓地方，假想天是個半球形的蓋子蓋住地面，人住在地上，星星在天上，二者相距約八萬里。
    渾天說則傳說至少始自西元前四世紀戰國中期的天文學家石申，最早有詳細的說明則是在張衡所著《靈憲》一書，而渾天儀以此為理論基礎製作。此說認為天似雞蛋，地則像是蛋黃包在其中，天由氣支持，水位於天的底部，地則浮於水上。
    宣夜說的發展較晚，又稱「太空說」，應該是張衡之後，東漢時提出，認為天是空而無質，無窮無極，日、月、星辰浮於其中，或靜或動，積氣而成。

渾天儀

台北市立天文教育館複製1673年製作，現放置於北京古觀象台的渾象

    許多人常常把「渾天儀」與「渾儀」混淆，但二者是截然不同的儀器。渾天儀又稱「渾象」，是模擬天體運行的儀器，用於演示與教學，相當於現在的天球儀；而渾儀是用於觀測的儀器，功能相當於現代的望遠鏡，不過沒有用鏡片，以中空的窺管替代。
    最早製作渾象的，一說是周朝戰國時的石申、甘德，較可考的則是西漢宣帝甘露二年 (公元前52年)，大司農（相當農業部長）耿壽昌「鑄銅為象，以測天文」。張衡考據前人留下的資料，製作第一架由水力推動齒輪運轉的渾象，能自動演示星體的升起、落下，並配有漏壺做為計時器。
    唐玄宗開元十三年（西元725年）一行和尚（張遂）和梁令瓚改良張衡的渾天儀，增加報時裝置：利用齒輪帶動兩個木人，可以自動地每刻擊鼓、每辰敲鐘。

國立自然科學博物館複製之水運儀象台

宋哲宗元祐四年（西元1089年），由蘇頌、韓公廉等人，總結歷代名家的優點，製作水運儀象台，如圖所示，外觀為一正方形高臺，高約十二公尺，約有四層樓高，底寬約七公尺，共有上、中、下三層。
    上層是平台，安置觀測星象的「渾儀」，以齒輪傳動，能與星象同步旋轉，進行測量，屋頂由九塊活動板組成，是現代天文台圓頂的最早雛形。
    中層是一間密閉室，放置一臺「渾象」，圓球形的的主體上標誌有全天星星，類似今日之「天球儀」；整個渾象放在地櫃裡，一半露在外面，表示可見部分。渾象又和下面的機輪連在一起，藉助水力和漏壺的控制，使齒輪保持同天球轉動速度一致，定速旋轉，渾象可見部分與當時的星象一致。
    下層是「晝夜機輪」，又分五層，每層均有小木人或搖鈴、或擊鼓、或扣鐘，發出聲音、手持木牌報時，是最古老的鐘錶。
    最早製作渾儀的，據說是西漢落下閎（西元前104年），歷代均有改進，到後來卻越變越複雜。元代郭守敬(1231~1316)鑑於舊有遺棄陳舊、無法達到準確的標準，將舊有的渾儀重新設計，構造變得簡單，精確度卻大大提高，稱為「簡儀」，比丹麥天文學家第谷(Tycho)發明類似的裝置，要早了三百多年。
    除了簡儀，郭守敬還發明了十二項天文儀器，包括：高表、候極儀、渾天象、玲瓏儀、仰儀、立運儀、證理儀、景符、窺幾、日月食儀、星晷、定時儀等，製作之精巧，不但遠遠超越前人之成就，也領先當時世界上所有國家。


國立自然科學博物館複製之簡儀	台北市立天文教育館複製1673年製作，現放置於北京古觀象台的赤道經緯儀	台北市立天文教育館複製1673年製作，現放置於北京古觀象台的黃道經緯儀

地動儀
在其他民族、國家還在用神話傳說解釋地震時，張衡已經設計出全世界最早的地震儀-地動儀。
根據記載，西元92年後，當時中國發生三十多次大地震，嚴重造成人民生命財產的損失，也因此許多迷信、謠言開始盛行。張衡為破除讖諱(迷信)，掌握自然規律，於西元132年，設計了一架儀器以觀測地震。

地動儀外觀如圖所示，《後漢書》記載：「以精銅鑄成，圓徑八尺，合蓋隆起，形似酒樽。」周圍八個方位分別有八隻龍盤據，龍口中含有銅珠，龍嘴正下方有張嘴的蟾蜍。國立自然科學博物館複製之地動儀。
地動儀的內部結構已經失傳，筆者找到的資料至少有二種後人推測之示意圖。據記載，儀器「中有都柱」，柱旁有八條通道連接發動機關。當地震波傳到時，都柱傾斜，觸動發生地震方向的龍首張嘴，龍珠就會落下，「噹啷」一聲掉到下方的蟾蜍嘴裡，其他龍珠會被咬住固定。原意是全國只要放置三架這樣的儀器，就可定出震央。地動儀龍首與蟾蜍。
地動儀做成後，並沒啥反應，眾人都懷疑這東西能用？直到西元138年，西方龍珠落下，顯示洛陽以西發生地震，但在洛陽沒人感覺到地震，眾人議論紛紛，認為儀器不準。數日後，有快馬入京報告，甘肅一帶發生強烈地震，大家不得不佩服張衡的巧妙設計。國立自然科學博物館之地動儀內部構造示意圖。