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人文学院教学走出课堂:北京古观象台教学记

  • 创建于 2016-10-30

    2016年10月30日星期日上午9时,深秋的北京寒意逼人。但是位于建国门地铁站附近的北京古观象台,迎来了20多位兴致勃勃的年轻人,他们是国科大的研究生,选修人文学院孙小淳教授主讲的《中国古代科技史》,今天从国科大雁栖湖校区赶来听孙老师为他们现场讲解中国古代天文学。孙老师告诉他们,要想了解中国古代天文学史,最好的去处就是北京古观象台。

北京古观象台。台顶是清制仪器,花园中间是复制明代浑仪

    北京古观象台具有悠久的历史。现在的主体建筑建于明朝正统七年(1442年),此后一直是明清两代的皇家天文台。它的前身,可以上推至元初建立的“太史院”,甚至可能追溯到辽、金时期的天文台,距今有800多年。从明正统初年一直到1929年,古观象台持续天文观测近五百年,在世界天文学史上是绝无仅有的。

同学们刚到古观象台,孙老师已经在门口等待他们。大家仰面看到就是古观象台的主体结构,高30多米,台顶隐约可见几件古天文仪器。孙老师首先给大家介绍了一下古代天文台的延革、意义和功能,说到中国古代自古重视天文学,天文台是最重要的官方天文机构,古代又叫“清台”、“灵台”等。《诗经》中就有周公带领民众建造“灵台”的诗句:“经始灵台、经之营之。庶民攻之,不日成之”。孙老师说,北京古观象台,可以说是中国古代天文学发展历史活生生的见证。

孙老师的开场讲解引起了同学们的浓厚兴趣,大家跟随孙老师走进了古观象台的庭院。庭院的东北角就是古观象台的台体,看起来像是古城墙的把角。西侧是一个大四合院,砖木结构建筑,飞檐彩拱,明代风格,有几个古天文展览室。台体的南侧,是一个大的花园。孙老师带着大家径直来到花园,向他们讲解那里陈列的各式古天文仪器的复制品。

同学们在古观象台花园合影

在浑仪前面,孙老师向同学们介绍了浑仪发明的历史及其演变。浑仪是汉代天文学家落下闳发明的,汉唐以来不断进步,到了宋代已经非常完备。孙老师强调,天文仪器的结构实际上也是宇宙观的反映,其环圈结构的完善反映了古人对天体运动认识的进步。花园中陈列的是明代复制的元代浑仪的复制品,原件陈列南京紫金山天文台。孙老师转动仪器,向大家演示如何用浑仪测量天体的位置。他特别指出,浑仪的多重环结构虽然比较好的体现了天体运动的特征,但却运转滞涩、过多遮蔽天区,观测不便。于是元代天文学家郭守敬把浑仪“简化”,创制简仪。孙老师紧接着来到简仪前向大家解释简仪是如何“简化”了浑仪。最重要的发明是改变同心环结构,把赤道环移至仪器的南极下端,同时把地平圈系统与赤道圈系统分开,分解为两个仪器。这样就完全解决了浑仪观测中存在的问题。孙老师告诉大家,郭守敬发明的简仪,实际上是现代天文望远镜赤道式安装的先驱,只是当时还没有用透镜装在窥管两端做成望远镜而已。

同学们聚精会神地听孙老师讲解简仪

接着孙老师带同学们参观了花园中的其它天文仪器。有郭守敬发明的“玲珑仪”,是一个大的中空球体,球面上凿有小孔,人进到球内,可以看到点点光亮如天上繁星。有八尺铜圭表,是古代测量日中影长以定节气的基本天文仪器。孙老师向大家仔细介绍了古代如何测量影长以定节气,以及通过什么办法提高测量精度。特别介绍了郭守敬的种种发明:景符、窥几、高表等。孙老师指出,确定冬至时刻是古代天文历法计算的关键,所以古代天文学家要千方百计准确确定冬至时刻。郭守敬的发明就是为了实现这一目标,这也就是郭守敬能制定中国古代最精确的历法《授时历》的重要原因。

 孙老师讲解圭表测影

参观了花园中的天文仪器之后,孙老师带着同学们拾阶而上,参观古观象台顶的古天文仪器。都是清代制作的天文仪器,是国宝级的天文文物。一共有八尊仪器,在露台上依次排开:康熙十二年(1673年)时任钦天监监正(相当于今国家天文台台长)比利时传教士南怀仁(F. Verbiest)设计制造的赤道经纬仪、黄道经纬仪、纪限仪、象限仪、地平经仪、天体仪等6仪;还有康熙五十四年(1715年)制作的地平经纬仪和乾隆九年(1774年)制作的玑衡抚辰仪。孙老师为同学们一一讲述这些仪器的结构、设计、功能和使用方法,并讲述与之相关的中西天文学的历史故事。

孙老师说,除了天文测量功能外,这些仪器至少有两个象征意义:一是西方天文学对于中国传统天文学的胜利。经过明未改历到“康熙历狱”,“西法”的地位在中国得到了确立,天文学“中西汇通”的步伐从此大大加快。另一个是康熙皇权的巩固,“康熙历狱”最终由刚继位执政不久的年轻康熙皇帝裁定,可以说是他独立执政的一个宣示。这些仪器的设计,基本上是照西方天文家第谷的设计,代表的是西方天文学传统;而装饰,则是龙纹祥云,是中国皇权的象征。在西方,这种望远镜以前的天文仪器也已经十分稀少了,因此,古观象台的这些仪器也成了研究世界天文学史的重要文物。

看完台顶的天文仪器,同学们移步台下,来到台西侧的四合院。院子陈列有复原的正方案、星晷、月晷等,还有张衡、徐光启、祖冲之、僧一行的半身塑像。北、东、西侧是三个展厅,主题分别是“中国古代天文学成就”、“西学东渐”、“古台新貌”。孙老师带领同学们依次参观,并且回答他们提出的问题。对于古代的天文图、计时仪器、水运仪象台等,孙老师给大家一一讲解。

整个参观教学过程达3个小时。在这期间,孙老师利用古观象台的文物和展品,生动形象地讲解了中国古代天文学的宇宙观、天文仪器、观测和历法等,也讲述了近代中西天文学汇通的进程。由于有天文仪器实物做演示,同学们对古天文概念和方法有了直观的理解。孙老师的讲解,不仅激发了同学们的兴趣,而且还吸引一些前来参观的游客的兴趣。不管是同学们的问题,还是游客的问题,孙老师都耐心解答。

   《中国古代科技史》2016年班同学和老师在天文图前合影

经历了古观象台这次现场教学活动,同学们感到收获良多,对中国古代科学问题也有了更加深入的思考:中国古代有没有科学、科学与技术的关系、天文测量与理论的关系、国家支持与科学发展、科学家的作用等等。同学们在了解中国古代如何开展天文学研究的同时,对中国古代科学的性质和特点也有了新的认识。(作者:郑硕,中国科学院大学人文学院硕士二年级)