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        宋代天文事業(yè)十分發(fā)達(dá)，在天象觀測(cè)、星圖繪制和天象儀器制造等方面所取得的成就，在世界科技史上占有重要地位。劍橋大學(xué)教授李約瑟在他的著作中，對(duì)北宋天文學(xué)家蘇頌，世界上第一座結(jié)構(gòu)復(fù)雜、自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的“天文鐘”——水運(yùn)儀象臺(tái)以及圖文并茂的《新儀象法要》，都給予了詳盡的闡述。李約瑟稱，蘇頌“是歷史上的杰出人物，其主要貢獻(xiàn)是對(duì)科學(xué)技術(shù)方面，特別是醫(yī)藥學(xué)和天文學(xué)方面的突出貢獻(xiàn)，以制作水運(yùn)儀象臺(tái)聞名于世”；《新儀象法要》“是中國(guó)現(xiàn)存最早的水力運(yùn)轉(zhuǎn)天文儀器專著，它反映了中國(guó)11世紀(jì)的天文學(xué)和機(jī)械制造技術(shù)水平”，是“最重要的宋代天文學(xué)著作”。李約瑟稱，“遲至公元1300年左右，歐洲還沒(méi)有類似的設(shè)計(jì)”。

        水運(yùn)儀象臺(tái)、以記錄宋神宗元豐年間（公元1078年~1085年）恒星觀測(cè)而聞名于世的蘇州石刻天文圖碑以及馳譽(yù)世界的宋仁宗至和元年（公元1054年）對(duì)超新星的觀測(cè)，都堪稱世界之冠。

        對(duì)于很多天文愛(ài)好者來(lái)說(shuō)，2014年的星空給他們留下了很多難忘的精彩瞬間，而今年的星空同樣絢麗多彩。記者近日從有關(guān)部門獲悉，2015年將有4次日食、月食，發(fā)生7次水星大距，數(shù)量之多為2011年以來(lái)之冠，9個(gè)流星群、數(shù)量較多的流星雨將貫穿全年，中秋節(jié)后還將現(xiàn)超級(jí)月亮，同時(shí)金星兩次最明亮。此外，還有木星、土星、天王星、海王星沖日等精彩天象上演。然而，這些對(duì)于千年一遇的超新星爆發(fā)來(lái)說(shuō)，又顯得十分平凡，我們何不回首千年前的北宋王朝，一觀當(dāng)時(shí)的天文盛況呢？

        中國(guó)古代科技在北宋達(dá)到高峰，可以從其天文學(xué)略見(jiàn)一斑。北宋時(shí)期進(jìn)行了多次天文歷法改革，創(chuàng)制的歷法有13部之多。每次改歷，都要?jiǎng)?chuàng)制或改進(jìn)天文儀器，并進(jìn)行大量的天文觀測(cè)。北宋制定的天文歷法，在許多方面都有所創(chuàng)新，特別就推算行星運(yùn)動(dòng)而言，其精度達(dá)到了16世紀(jì)歐洲哥白尼“日心說(shuō)”體系才能達(dá)到的水平，時(shí)間上較其早了5個(gè)多世紀(jì)。

        北宋時(shí)期的天文學(xué)之所以能夠取得如此驕人的成就，是與北宋政府對(duì)天文學(xué)的支持以及當(dāng)時(shí)天文機(jī)構(gòu)的設(shè)置、管理模式分不開(kāi)的。“北宋官僚體系完備，天文機(jī)構(gòu)屬于官僚機(jī)構(gòu)的一部分，可以得到國(guó)家持續(xù)而穩(wěn)定的支持。”河南大學(xué)歷史文化學(xué)院講師、歷史學(xué)博士惠冬說(shuō)：“不但如此，為了避免天文觀測(cè)人員謊報(bào)、漏報(bào)、錯(cuò)報(bào)天象，同時(shí)也為了提高司天監(jiān)的責(zé)任心，又設(shè)立了天文院進(jìn)行天象觀測(cè)，并與司天監(jiān)的監(jiān)測(cè)結(jié)果相互核對(duì)。于是，司天監(jiān)與天文院的天文觀測(cè)人員都不敢懈怠，故天象記錄多且準(zhǔn)確。”除此之外，北宋的天文經(jīng)費(fèi)也相當(dāng)可觀。

        在政府的重視和大力支持下，北宋時(shí)期制造過(guò)許多大型天文儀器。宋太宗太平興國(guó)四年（公元979年），四川的民間天文學(xué)家張思訓(xùn)設(shè)計(jì)并于次年制成了一臺(tái)水轉(zhuǎn)渾象儀，通稱“太平渾儀”，它改水力推動(dòng)為水銀推動(dòng)，以解決冬天因水流凝凍遲澀而影響儀器運(yùn)轉(zhuǎn)速度的問(wèn)題。宋太宗至道元年（公元995年），天文學(xué)家韓顯符制成一臺(tái)供觀測(cè)用的銅渾儀，通稱“至道銅候儀”。宋真宗大中祥符三年（公元1010年），韓顯符又造成一臺(tái)與銅渾儀相似的渾儀，專門用于培養(yǎng)觀測(cè)生。此外，宋仁宗皇三年（公元1051年），舒易簡(jiǎn)、于淵、周琮等人制成“黃道渾儀”；宋神宗熙寧三年（公元1070年），沈括、皇甫愈等人制成“熙寧渾儀”。這些儀器每臺(tái)的用銅量都在1萬(wàn)公斤左右，并各有創(chuàng)新。

        “宋代最精巧的天文儀器，當(dāng)推蘇頌領(lǐng)導(dǎo)研制成功的水運(yùn)儀象臺(tái)。”惠冬說(shuō)。蘇頌這位非凡的科技天才，被李約瑟稱為“中國(guó)古代和中世紀(jì)最偉大的博物學(xué)家和科學(xué)家之一”，在其所著的《中國(guó)科學(xué)技術(shù)史》中，曾17次贊譽(yù)蘇頌的非凡成就。

        宋哲宗元七年（公元1092年），中國(guó)古代最宏偉、最復(fù)雜的天文儀器建成，哲宗賜名“元渾天儀象”，后人通稱“水運(yùn)儀象臺(tái)”�；荻�說(shuō)：“水運(yùn)儀象臺(tái)高12米，寬7米，分為3層，每一層都占據(jù)著一個(gè)‘世界第一’。它們分別是現(xiàn)代天文臺(tái)活動(dòng)圓頂?shù)淖嫦�、轉(zhuǎn)儀鐘的祖先和現(xiàn)代鐘表的祖先。”惠冬解釋說(shuō)，水運(yùn)儀象臺(tái)的上層安放著渾儀，用于天文觀測(cè)，覆有可以隨意開(kāi)合的屋頂，這是現(xiàn)代天文臺(tái)活動(dòng)圓頂?shù)淖嫦�；中層密室中放置著渾象，進(jìn)行天象演示，一晝夜轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，誤差小于100秒，是現(xiàn)代天文臺(tái)的跟蹤器械——轉(zhuǎn)儀鐘的祖先；下層有機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和報(bào)時(shí)系統(tǒng)，其中，報(bào)時(shí)裝置極富創(chuàng)意，5層木閣內(nèi)裝有小木人，每逢時(shí)、刻、辰、更，便自動(dòng)彈出，擊鼓鳴鐘、舉牌報(bào)時(shí)，妙趣橫生；水運(yùn)儀象臺(tái)由水力驅(qū)動(dòng)，輪軸交錯(cuò)，運(yùn)轉(zhuǎn)自如，首創(chuàng)的擒縱器構(gòu)件，是后世鐘表的關(guān)鍵部件，因此它又是現(xiàn)代鐘表的祖先。這是集測(cè)量?jī)x器、計(jì)時(shí)儀器和演示儀器為一體的劃時(shí)代創(chuàng)造，矗立在11世紀(jì)的開(kāi)封，是當(dāng)時(shí)世界上首屈一指的杰作。明神宗萬(wàn)歷二十六年（公元1598年），當(dāng)耶穌會(huì)士利瑪竇向明神宗獻(xiàn)上西洋自鳴鐘時(shí)，滿朝驚嘆，卻忘記了500年前的中國(guó)早已發(fā)明了比它精巧百倍的天文時(shí)鐘！

        史書(shū)上留下了關(guān)于水運(yùn)儀象臺(tái)的較詳細(xì)記載，特別是其機(jī)械結(jié)構(gòu)、裝配圖等都收于蘇頌所著的《新儀象法要》一書(shū)中。除此之外，蘇頌還制造過(guò)另一臺(tái)大型天文儀器，據(jù)《玉海》記載，它是一架假天儀，這種便于演示和觀察天體運(yùn)行的儀器，可以說(shuō)是今日天象儀的鼻祖。

        天體周而復(fù)始不斷地在天穹運(yùn)動(dòng)，不同時(shí)刻它們的位置不同，因此，在使用渾儀觀測(cè)天體時(shí)，相應(yīng)的也要有良好的計(jì)時(shí)儀器，這個(gè)客觀需要提出了提高漏刻精度的要求。宋仁宗天圣八年（公元1030年），燕肅發(fā)明蓮花漏。宋仁宗皇年間（公元1049年~1054年）初期，舒易簡(jiǎn)、于淵、周琮等人又在蓮花漏的基礎(chǔ)上，再加上一個(gè)恒定水位的平水壺，從而使漏刻的精度進(jìn)一步提高。宋代制造的天文儀器，數(shù)量眾多，精密復(fù)雜，并有不少創(chuàng)新，這是中國(guó)古代天文學(xué)發(fā)展進(jìn)入高峰的重要標(biāo)志。

        優(yōu)良的觀測(cè)設(shè)備使得北宋在天文觀測(cè)史上也留下了濃墨重彩的一筆。據(jù)史書(shū)記載，在北宋的天文觀測(cè)史上，兩次著名的超新星觀測(cè)讓后人感嘆不已。一次為宋真宗景德四年（公元1007年）在豺狼座爆發(fā)的一顆超新星，這次爆發(fā)仍被現(xiàn)代天文學(xué)家所關(guān)注。另一顆超新星更為著名，那就是宋仁宗至和元年（公元1054年）爆發(fā)的天關(guān)客星，《宋史·天文志》《宋會(huì)要輯稿·瑞異一》等都有記載，現(xiàn)代天文工作者根據(jù)這些歷史記載和當(dāng)前這顆超新星遺跡的狀態(tài)，確定了其類型。

        沈括有一條天象記載，也受到現(xiàn)代科學(xué)家的高度評(píng)價(jià)。《夢(mèng)溪筆談》記載了宋英宗治平元年（公元1064年）的一次隕石降落：“常州日禺時(shí)，天有大聲如雷，乃一大星幾如月，見(jiàn)于東南。少時(shí)而又震一聲，移著西南。又一震而墜在宜興民許氏園中，遠(yuǎn)近皆見(jiàn)，火光赫然照天，許氏藩籬皆為所焚。是時(shí)火息，視地中只有一竅，如杯大，極深。下視之，星在其中，熒熒然。良久漸暗，尚熱不可近。又久之，發(fā)其竅，深三尺余，乃得一圓石，猶熱，其大如拳，一頭微銳，重亦如之。”短短不到200字，將隕石降落的整個(gè)過(guò)程寫(xiě)了出來(lái)，對(duì)聲、光、色、溫、地點(diǎn)、過(guò)程、形狀、重量、密度和降落時(shí)間等作了全面詳細(xì)的描述。

        除了記載天文現(xiàn)象，配合封建統(tǒng)治者需要外，恒星測(cè)量和星圖繪制工作在北宋時(shí)期也取得了很大的成績(jī)。宋代是進(jìn)行全天恒星觀測(cè)最多的時(shí)期，先后進(jìn)行過(guò)7次較大規(guī)模的恒星測(cè)量，其中，宋神宗元豐年間（公元1078年~1085年）進(jìn)行的一次恒星測(cè)量精度較高。這次測(cè)量的成果被繪成星圖，并刻石保存下來(lái)，這就是現(xiàn)存于蘇州博物館著名的蘇州石刻天文圖碑。

        據(jù)惠冬介紹，蘇州石刻天文圖碑高2.16米，寬1.06米，上半部為星圖，外徑91.5厘米，下半部為天文圖碑文，總共刻星1431顆。該圖將中原地區(qū)可見(jiàn)星空展現(xiàn)在一幅圖中，不但星位準(zhǔn)確，而且二十八宿、三垣、十二次、內(nèi)規(guī)、赤道、外規(guī)、分野、星官名稱等都刻得清清楚楚。蘇州石刻天文圖碑是研究宋代全天星空的寶貴資料。

        北宋的重要星圖還有《新儀象注要》一書(shū)中所附的5幅星圖。其中，將整個(gè)天球沿赤道剖開(kāi)，北半天球以北極為中心畫(huà)一圓圖，南半天球以南極為中心另畫(huà)一圓圖的全天星空表示法是蘇頌等人的首創(chuàng)。

        古代天文學(xué)研究，對(duì)歷法有很大的影響，北宋發(fā)達(dá)的天文學(xué)，使宋代歷法十分繁榮。宋太祖建隆二年（公元961年），因沿用自后周的《欽天歷》推驗(yàn)較疏，詔司天監(jiān)王處訥等另造新歷并賜名《應(yīng)天歷》，參與編修《應(yīng)天歷》的還有來(lái)自伊斯蘭國(guó)家的天文學(xué)家馬依澤。而《應(yīng)天歷》也引入了七曜紀(jì)日法，這種采用星期制的方法與伊斯蘭歷相同。

        宋代歷法研究十分活躍，《崇天歷》《明天歷》《奉元?dú)v》《觀天歷》《占天歷》等層出不窮。宋徽宗崇寧五年（公元1106年）制成的《紀(jì)元?dú)v》受到了清代梅文鼎的較高評(píng)價(jià)，稱“宋歷莫善于紀(jì)元”。這部歷法的回歸年、朔望月及其他一些數(shù)據(jù)都相當(dāng)準(zhǔn)確。

        “其實(shí)，在未正式頒行的歷法中，沈括提出了純陽(yáng)歷的十二氣歷，不以朔望定月，而是參照節(jié)氣定月份，大月31天，小月30天，大小月相間，使節(jié)氣和月份之間建立起穩(wěn)定的關(guān)系，對(duì)農(nóng)事活動(dòng)非常實(shí)用。但由于徹底顛覆了沿用已久的傳統(tǒng)，這一革命性的創(chuàng)新并沒(méi)有得到推廣。”惠冬說(shuō)，“沈括曾無(wú)奈地預(yù)言‘異時(shí)必有用予之說(shuō)者’。1930年，英國(guó)氣象局局長(zhǎng)肖伯納提出了幾乎完全相同的歷法，然而，卻比沈括晚了800多年。”

        北宋存在的100多年間，頻繁更換歷法在一定程度上反映了當(dāng)時(shí)天文歷法研究的活躍。

        天文學(xué)的發(fā)達(dá)對(duì)當(dāng)時(shí)的農(nóng)業(yè)也產(chǎn)生了重要的影響，五代及遼、宋、夏、金的一些史書(shū)，尤其是《宋史》，記載了很多寶貴的氣象資料，其中包含有關(guān)于大水、大旱、大風(fēng)及雨雪、冰雹、雷暴、地震等災(zāi)害和特殊天氣現(xiàn)象的豐富內(nèi)容。宋代開(kāi)始普遍編修的地方志及大量宋人筆記，也有很多這方面的記載，這些資料對(duì)于研究我國(guó)氣候變遷及氣象變化規(guī)律具有重要價(jià)值。

        降雨情況直接關(guān)系農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，因而歷代都受到人們的重視。西漢時(shí)，根據(jù)土、炭吸濕增重的不同而發(fā)明了原始的天平式濕度計(jì)。宋代僧人贊寧利用這種儀器預(yù)報(bào)晴雨。宋神宗熙寧年間（公元1068年~1077年），京師久旱，沈括準(zhǔn)確地作了一次降雨預(yù)報(bào)，《夢(mèng)溪筆談》卷七對(duì)此有很生動(dòng)的記述。他對(duì)當(dāng)時(shí)空氣中水汽條件的分析與判斷是符合近代氣象科學(xué)原理的。此外，這一時(shí)期對(duì)一些氣象現(xiàn)象也有了更正確的認(rèn)識(shí)，如《夢(mèng)溪筆談》中記載孫彥先對(duì)虹的解釋是“虹乃雨中日影也，日照雨則有之”。

        在天文儀器制造、天象觀察、歷法、氣象等方面的突出成績(jī)，使得北宋時(shí)期的中國(guó)天文學(xué)在世界科學(xué)史上占據(jù)領(lǐng)先地位，甚至影響到千年后的今天。