卷二天文二

仪象

汉代创制浑天仪，据称就是玑衡的遗制，唐代、宋代都仿照制造。到元代才有简仪、仰仪、窥几、景符等仪器，比古代更为详尽。明代在北京齐化门内靠城墙筑观象台，仿照元代制作浑仪、简仪、天体三仪，放置在台上。台下有晷影堂、圭表、壶漏，清朝初年沿用。康熙八年，圣祖采纳监臣南怀仁的建议，改造六仪，称为黄道经纬仪、赤道经纬仪、地平经仪、地平纬仪、纪限仪、天体仪。五十二年，又将地平经仪、地平纬仪合为一仪。乾隆九年，高宗御制玑衡抚辰仪，一并安置在台上。现在考证各仪器的形制用法，全部记载于篇中。

黄道经纬仪，仪器有四个圈，各分四象限，每限各九十度。其中外面的一个大圈固定而不移动，称为天元子午规，外径六尺，规面厚度一寸三分，侧面宽度二寸五分，规的下半部分嵌入云座。仰载的半圈，前后正对子午方向，上对天顶，中对地平。从地平上下按照京师南北两极出入的度数，确定赤道两极。次内是过极至圈，在圈周平分处，各用钢枢贯穿于赤道两极。又依照黄道与赤道的最大距度，在过极至圈上确定黄道南北极。距离黄极九十度处安装黄道圈，与过极至圈十字相交，各陷于其中互相嵌入，使两圈成为一体，旋转时相互跟随。黄道圈的两侧面，一面刻十二宫，一面刻二十四节气。其两交点，一处对应冬至，一处对应夏至。次内是黄道经圈，用钢枢贯穿于黄极。圈的直径做成圆轴，周长三寸。轴的中心立圆柱作为纬表，与经圈侧面成直角，而黄道圈和经圈上各设游表，仪顶更设铜丝作为垂线。全仪由双龙擎托，再设交梁以立龙足。梁的四端，各由狮子承托，并置螺柱以调水平。垂线如有偏侧，则转动螺柱，垂线正，则仪器正。用法：欲求某星的黄道经纬度，须一人先在黄道圈上查得先前所得某星的经纬度分，在其上加游表，并过南北轴中柱，表对星定仪；另一人用游表在经圈上过柱，表对所测之星，游移取置，则经圈上游表的指线确定某星的纬度。又定仪查黄道圈两表相距的度分，即某星的经度差。或测日月，以距星作为比较，也如此。

赤道经纬仪，仪器有三个圈，外面的大圈是天元子午规。由一条龙向南背负。规的分度定极，都与黄道仪相同。距离极九十度处安装赤道圈，与子午规十字相交，恒定不动。圈内规面和上侧面都刻二十四时，时各四刻。外面规面分三百六十度，内部安装赤道经圈。以南北极为枢轴，可东西游转，与赤道圈内规面相切。经圈直径做成圆轴，轴中心立圆柱，以及游表、垂线、交梁、螺柱等方法，都与黄道仪相同。用法：若测日时刻，则在赤道圈上用时刻游表，即通光耳，对向南北轴表，看赤道圈内游表所指，即时刻分秒。若测诸曜经度，用两通光耳，即两径表，在赤道圈上一定一游。一人从定耳窥看南北轴表，与先前得到的星参互测定；一人用游耳转移迁就，而窥看本轴表与所测星参互成直线，看两耳之间对应赤道圈上的度分，即两经度之差。纬度也以通光耳在经圈上转移迁就。务必使目与表与所测参互成直线，看本耳下经圈在赤道或南或北的度分，即所测距赤道南北的度分。

地平经仪，仪器只有一个地平圈，全径六尺，其平面宽二寸五分，厚一寸二分。分四象限，各九十度。由四条龙立于交梁上承托。梁的四端，各设调平螺柱。梁的交会处安立柱，高与地平圈相等，正好在地平圈的中心。又在地平圈上东西各立一轴，约高四尺，柱各有一条龙盘旋而上，从柱端各伸出一爪，互捧圆珠。下有立轴，形状扁方，中间空如窗棂，以安直线。轴的上端进入珠内，下端插入立柱中心，使之可旋转。而轴中的线，恒为天顶的垂线。又做长方横表，长度如地平圈全径，厚一寸，宽一寸五分，中心开方孔，套管于立轴下端，使之随立轴旋转。又削其两端使尖锐，以指示地平圈的度分。又从两端各出一线，而上会合于立轴中直线的顶端，成两个三角形。凡有所测，则旋转游表，使三线与所测参互成直线，于是看表端所指，即所测的地平经度。

地平纬仪，即象限仪，是取全圆的四分之一以测高度。其弧九十度，其两边都是圆半径，长六尺。两半径交会处为仪心。仪架东西立柱，各由二龙拱托。上架横梁，又立中柱上端套管于横梁，使之可转动，仪心向上指，仪的两边，一边与中柱平行，一边与横梁平行。又在仪心立短圆柱作为表，再加窥衡，长度与半径相等，上端安装于仪心，削其下端，以指示弧面度分，更安表耳。有所测，就以窥衡上下游移，从表耳缝中窥看圆柱，使之与所测参互成直线。其衡端所指度分，即所测的地平纬度。

纪限仪，弧面为全圆的六分之一，分六十度。一弧一干，干长六尺，即全圆的半径。弧宽二寸五分，干的左右，有细云纹缠绕连接，用以加固。干的上端有小衡，与干成十字。仪心与衡两端都立圆柱作为表，弧面设游表。承托仪的台，约高四尺，中间植立柱，以系住仪的重心，则左右旋转，高低斜侧，无所不可，所以又称百游仪。用法：测两曜，不论黄赤经纬，而求大圈相距的度数，一人从衡端的耳表窥看中心柱表，对定此曜；另一人从游耳表向中心柱表窥看彼曜，参互成直线，看衡端至游耳表下的度分，即两曜相距的度分。

天体仪，仪为圆球，直径六尺，俨然穹天形象，所以以天体命名。中间贯穿钢轴，露出两端，连接于子午规的南北极，使之可转运。座高四尺七寸。座上为地平圈，宽八寸。在子午处各开缺口，以放入子午规。缺口的度数与子午规的宽厚度相等，则两圈十字相交，内规面恰好齐平，而左右上下环抱仪体。周围都空五分，以便高弧游表进退。又安时盘于子午规外，直径二尺，分二十四时。以北极作为中心，其指时刻的表，也定于北极，使之能随天体转移，又能自转。座下还设机轮，运转子午规，使北极随各方出地升降，各方天象隐现的界限，都可究观。

地平经纬合仪，经仪中心立柱安装纬仪。用法：旋转纬仪，对定所测游表，在纬仪上得纬度；看纬仪边切经仪之处，即得经度：一次测量而两得。

玑衡抚辰仪，仪器制度有三重，其最外一重，即古六合仪，而不用地平圈，其正立的双环为子午圈。两面都刻周天三百六十度，从南北极起，初度至中间九十度，称为天经。斜倚的单环为天常赤道圈，两面都刻周天十二时，以子正、午正当子午双环中空的一半，而连接于其中间，称为天纬。其南北二极都设圆轴，轴根实装于子午双环中空之间，而轴向内，以贯穿内二重的环。其下承以云座，仰面正中开双槽以受双环，东面正中开云窝以受垂线。下面置十字架，施螺旋以取平。架的东西两端各植龙柱，龙口衔珠，开孔以承天常赤道卯酉的两轴，依照观象台测定的南北正线，将座架安放稳定，则平面上的四方正。又依照京师北极出地度分，向上数至成一象限，即天顶。依照南极入地度分，向下数至成一象限，即地心。在天顶施小钉悬垂线，而垂线恰好落在地心，又恰好切于双环的面。线末垂球，又恰好落在云窝，不即不离，则上下正立面四方也正，而地平已在其中。

其次内一重，即古三辰仪，而不用黄道圈。其贯穿于二极的双环，为赤极经圈。两极各设轴孔，以受天经的轴，两面都刻周天三百六十度。连接于赤极圈中间，与天常赤道平运的，为游旋赤道圈，两面都刻周天三百六十度，与宗动天赤道旋转相应。从经圈的南极，作两象限弧以承托，使之不倾斜塌陷。

其次最内一重，即古四游仪，贯穿于二极的双环，为四游圈，两面都刻三百六十度。固定于游圈两极的为直距，连接于直距中心的为窥衡。游圈中间设直表，以指经度及时，窥衡右边设直表，以指纬度。另外设借弧指时度表、立表、平行立表、平行借弧表，以弥补所测的不足。又设绾经度表、绾时度表、平行线测经度表，以期两次测量相合。

其数据：子午圈外径六尺三寸，内径五尺六寸六分，环面阔三寸二分，厚九分，中空一寸。天常赤道外径六尺一寸二分，内径五尺六寸四分，环面阔二寸四分，厚一寸四分。赤极经圈外径五尺五寸六分，内径五尺一寸二分，环面阔二寸八分，厚八分，中空一寸二分。游旋赤道外径五尺五寸六分，内径五尺一寸二分，环面阔二寸二分，厚一寸二分。四游圈外径五尺，内径四尺六寸八分，环面阔一寸六分，厚七分，中空一寸四分。直距长如圆的直径，阔一寸六分，厚七分，中空一寸四分。窥衡长四尺七寸二分，方一寸二分，中空一寸。上下两端施方铜盖，厚五分，内三分，方一寸，装入管中，外二分，方一寸二分，与管面齐平，中心开圆孔。

指时度表，通长七寸三分，本长一寸六分，形状如方筒，装入四游双环中空之间，阔一寸四分，横带长三寸二分，阔五分，两端各钩回二分，扣在环面之外。表长五寸二分，阔一寸。其指时度的边线，正对方筒的中间，下端二寸四分，厚三分，切于游旋赤道的面，以指示度分。上端二寸八分，厚二分，切于天常赤道的面，以指示时刻。

指纬度表，其形状两曲，安装在窥衡的右面。底长三寸，阔九分，曲横七分，与四游环的厚度相等。又曲长一寸七分，切于四游环的外面，从中线减去宽度的一半，用以指示纬度。

借弧指时度表，其本方筒及横带的长阔都与前述指时度表相同。横带之下，自左向右，立安弧背一道，长九寸三分，阔一寸二分，厚一分六釐。弧背的末端，平安指时度表，除去弧背的厚度，长五寸二分，阔一寸。计从表本方筒的中线至指时度表的内边，长六寸七分，相当于游旋赤道的十五度，天常赤道的一小时。

立表二座，形状直底平，表高底长各三寸二分，阔九分，厚一分。一表向上开长方孔，长一寸，中间留直线，又上五分开圆孔，径四分，中间留十字线，安装在窥衡的上端。一表依照前度下开直缝，上开小圆孔，安装在窥衡下端，各对衡面中线，用螺旋固定。

平行立表设置两座，形状弯曲底部平整，底盘长四寸，宽一寸二分，厚一分，中间空的部分长三寸二分，宽九分。表弯曲如同直角三角形的勾和股。股垂直如同立表，高三寸二分，宽九分。勾横向连接在股的末端，长五寸，宽九分，横向安装在底盘的末端。底盘中间是空的，套在立表底盘的外面，用掐表固定。

平行借弧表，制作方式与平行立表相同，但上下颠倒。一个表安装在衡面上方，高四寸一分零八毫，另一个表从衡面下垂，长六寸二分零八毫。距离表端下方六分处开圆孔，再往下五分处开长方孔，这些都与立表的制作方式相同。

绾经度表，全长四寸，宽一寸四分。它的本方筒长一寸六分，高一寸八分，插入四游双环之间，用左右螺旋固定。末端上下两面，用来夹住游旋赤道，上面宽七分，是本体宽度的一半，与窥衡的中线对齐，下面用螺旋固定。

绾时度表，分为内外两截，内截的上、下、内三面，连接在游旋赤道的内规上。上面末端，承接在外截的下方，开两个方孔，用来容纳外截的方足，下面用螺旋固定。外截的上、下、外三面，连接在天常赤道的外规上。上面末端，覆盖在内截的上方，下面用螺旋固定。

平行线测经度表，在直距南北极的两端，各安装一块铜版，呈工字形，边长二寸八分，与直距两面的分度相同。两腰各缺一个长方形，长一寸六分，宽七分，扣在直距的中空部分。中心开圆孔，贯穿天经的轴。四角距离中心一寸九分，各安装立柱，圆顶开孔，用来穿直线，与直距的中径平行。下方安装小环，用来连接赤经平行线。再根据距星的宫度，在游旋赤道上安装赤经平行线表，它的制作是上面画半圆，内接半方，从对角斜线开始，初度到横径为四十五度，其中直径与指度表的边线相互参照对齐。半圆中心安装两个游表，各长二寸，距离中心一寸九分。边缘留有小脐，中间开小圆孔，用线穿过。上端系在北极铜版对角的两环，下端穿过南极铜版对角的两环，各用垂球坠着。

用法：测量日时时，用四游圈东西方向推转，窥衡南北高低调整，让日光透过圆孔形成正圆，观察四游圈下方指时度表对应天常赤道的某时刻，即可得到。如果日影被赤道遮挡，则用窥衡上的立表测量，让立表两孔正对日光透过，仍然从指时度表看时刻。如果被龙柱遮挡，则用平行立表测量，也从指时度表看时刻。如果指时度表被子午圈遮挡，则改用借弧指时度表，再用平行立表。测量日影后，观察借弧指时度表所指的时刻，加一小时，即可得到。测量经度时，取已知正午前后的一颗恒星，用它的赤道经度的对向，用绾经度表在游旋赤道上固定四游圈。再任意设定一个时间，用绾时度表，在这个时间的对向，固定天常赤道。然后将四游圈带着游旋赤道，用窥衡对准距星，随之左旋。等到设定的时刻，观察绾时度表对应游旋赤道的某宫度分，就是太阳的赤道经度。或者用当前太阳的赤道经度，用绾时度表在游旋赤道上固定，再用设定时刻的对向，在天常赤道上固定。等到设定时刻，用四游窥测月亮或星星，然后看指时度表所指的游旋赤道宫度，加半周，即可得到所测月亮或星星的赤道经度。测量两星相距的经度，用平行线测经度表在游旋赤道初宫初度固定，让一人用这个平行线表的左两线、右两线，同时窥定西边的星，随之左旋；另一人用四游窥衡测量东边的星，看指时度表所指的游旋赤道度数，就是所测两星相距的赤道经度。测量纬度时，凡是得到经度时，同时观察指纬度表所指的四游圈度数，即可得到所测的赤道纬度。如果有遮挡，都像测量时刻的方法一样更换。接近北极的星，则用平行借弧表测量。