金嵌珍珠天球仪漫谈

引言

人类从未停止仰望星空，从文明的诞生起，人们便不断地发起着对于宇宙的探索。现在对于宇宙的假说已经有了许多，不乏如大爆炸理论等得到了部分科学验证的假说，使用自然科学手段研究宇宙尺度上的问题对于先民来说可能有些复杂，但我们仍好奇古人如何看待宇宙，又或者说，以前的人怎么看星星？

金嵌珍珠天球仪是清代乾隆年间内务府造办处用黄金做成的模型。天球仪由座、支架和天球三部分组成。天球球体用珍珠镶嵌28星宿、300个星座和2200多颗星，并阴刻紫微垣、天市垣和太微垣。围绕球体装有赤道环和地平环，北极还有时辰盘。九龙环绕的四足金支架支撑着球体。下置四兽足环座，座上有东、南、西、北四象字，座心为罗盘。

上述文字是故宫博物院官网对于金嵌珍珠天球仪的介绍，其中用到了许多天文学上的名词，我们在后面会一一提到，在这里简单的来说，天球仪就是一种古代的天文仪器，是将观测到的星体排列在一个坐标系统中，球体的旋转可以模拟天体的运动，向我们表现了古人对于星辰观测的结果。金嵌珍珠天球仪则是唯一流传至今的黄金制成的天球仪实物。金嵌珍珠天球仪上珍珠，也就是天体的排列方式是根据乾隆十七年编成的《御定仪象考成》中的星标编纂而成的，该书实际主编为德国耶稣会士戴进贤，参加者有26人，被收录至《四库全书》。

      金嵌珍珠天球仪为内务府造办处所造，说明这件器物是为了乾隆或者说是为了皇家所服务的。到了这个年代，人们有历法可查，天文可能已经成为了少数人的爱好，但是在更久远的古代，天文学与农业生产息息相关，占卜的源头、阶级的源头乃至数学的源头都可能与之有关。
      古代天文学从诞生开始就与农业深度绑定。自新石器时代人类发展出农业以来，人类就从向自然攫取资源逐渐转向了依靠农业生产资源，农作物占人们的食物来源比值越来越高，农业生产活动自然也越来越重要。热带地区一整年粮食都能成熟，气候的影响没有这么大，但是在像中国这样一年四季分明的地区，有一种方法来预测气候，从而指导农业生产就很重要了。显而易见的，气候与时间有关，如何确定时间的规律呢？

      先民们经过长期的观测后发现，各种天体的运行变化都遵循着各自的规律，不同天体在天幕上位置的变化也意味着时间的变化。这个发现使古人第一次找到了决定时间的准确标志，从而建立了观象授时和中国特有的天文学体系。这个体系有两个基础，一个是一种可以容纳观测到的恒星位置的坐标体系，一个是天体随时间缓慢地不停运动的岁差观念。

恒星观测的坐标系统

      仅凭肉眼观测的话，恒星在天空中仅表现出明暗的差别而不会反映出远近的不同，这种错觉使得观测的结果表现为恒星从他们的实际位置投影到以地球为中心，以肉眼观测距离极限为半径的球面上，这个假想的球面就是天球。为解决天体在天球上位置的问题，一系列坐标体系诞生了，在古代中国，主要的球面坐标系统有地平坐标、黄道坐标、赤道坐标，其中地平坐标产生的最早也最直观，但赤道坐标在天文学上的得到了最广泛的应用。

      地平坐标系统主要利用的是观测者所在的地平面与天球的相交形成的坐标系。地平面就是观测者的位置向周围无限扩展与天球相交形成的大圆，从观测点做垂直于地平面无限延长的线，地平面以上与天球的交点称为天极，地平面以下与天球的交点称为天底。
      通过天极与天底可以做无限个与地平面垂直的圆，被称为地平经圈，在天球上也可以做无限个与地平圈平行的圆，被称为地平纬圈。
      地球自转的轴被称为地轴，地轴无限延长被称为天轴，天轴与天球也有两个交点，与北极相对应的是北天极，与南极相对应的南天极。
      同时通过天极天底与北天极南天极的地平经圈与地平面又有两个交点，离北天极近的被称为北点，离南天极近的被称为南点。
      北点和南点可以把地平面和地平经圈分为两半，通过南点和北点的地平经圈称为子午圈，子午圈又被天顶天底分为两半，以北点为中点的一半称为子圈，南点为中点的一半称为午圈。子午圈就类似于地理经纬坐标系中的本初子午线，是度量的起始面。

      知道了这些基本概念，我们就可以来了解地平坐标系统的两个主要坐标分量，分别是地平方位和地平高度，地平方位也称地平经度，是子圈平面与对象天体所在地平经圈的夹角。地平高度也称地平纬度，是对象天体与观测位置连线与地平面的夹角大小，也是天体沿垂直于地平经圈到地平的角距离。这样我们就可以通过地平方位和地平高度来描述一个天体在天球上的位置了。这里可能理解起来有些困难，我会在之后的视频版本中用一个小动画来演示。

古时的地平坐标系统则略有不同，比如我们已经不知道古时候的度量原点是什么了，地平方位用来标明方向，从四方不断扩大为八方、十二方和二十四方，分别用四维卦、十干、十二支表示，比如以艮卦示东北，巽示东南，乾示西北，坤示西南；以甲乙为东，丙丁为南，庚辛为西，壬癸为北，戊己为中；十二支平分四方。

而地平高度，中国古代在相当长的时间内一直采用丈、尺、寸等长度单位来表示天体高度，一寸约等于一度，直到宋朝之后，度的单位才开始得到应用。

不同于古埃及、巴比伦、古希腊等其他文明古国建立了完善的黄道坐标体系，中国古代收到长期观测拱极星的影响，从一开始就表现出重视赤道的倾向。北纬36度左右黄河流域的人们发现，在北天极有一块区域的星星是永远不会没入地平线的，他们把这个区域称作恒显圈，这些永不没入的星星就被称为拱极星，最有代表性的就是北斗和北极星。对于拱极星的长时间观测可能使早期先民们使用一种黄赤道混合带的坐标系统，而将黄道赤道分开则要更晚。

太阳除了每天东升西落外，还在恒星背景中向东移动约一度的角距离，一年大概转一圈，太阳在天球上这一年的运动轨迹就叫黄道；而赤道则是地球赤道无限扩展后与天球交界形成的大圆。
我们都知道二十八宿是黄道附近的天体，古人们又在每个星宿附近选择了一颗恒星来测量其他恒星，比如角宿的距星角宿一（Spica α Virgo），这些距星在天球赤道上呈耦合对应，赤道两端相对分布的两宿距星的赤经差约为180度。中国古代的黄道坐标系和赤道坐标系示分不开的，赤道坐标系的两个坐标分量是去极度和入宿度，天体与其西邻的第一颗距星之间的赤经差构成入宿度，这导致传统赤道坐标系统的赤经起算点不是一个，而是二十八个。由于岁差的关系，被称为距度的相邻距星之间的赤经差一直在变化，在古人没有明白这个道理之前，他们仅简单的依靠改换新的距度数值的方法来解决这个问题。天体去极度则是指被测天体距离北极的角距离。而中国古代黄道坐标系中，黄经差实际指二十八宿距星的赤经差在黄道上的投影，黄经的起算点也不是春分点而是二十八宿距星。黄纬则是天体沿赤道圈到黄道的角距离。黄道铜仪也只是赤道式铜仪上增加了一个黄道圈，所以严格来说，在中国古代黄道坐标系中，黄经、黄纬比较准确的叫法应该是“似黄经”和“似黄纬”。

碍于篇幅的原因，岁差的概念就不在这里展开了，在中国，岁差要到东晋时期由天文学家虞喜才发现，大家有兴趣可以自行了解一下。

这样一来，天球仪上最显著的几个特征我们就知道是怎么来的了，比如星星为什么在天球上分布？为什么这样分布。还有在天球仪周围装着的两个大圆环实际就是子午圈和地平圈，在子午圈上还有篆书标出的度数。

星与相

接下来的部分则需要我们来讨论星与相的概念，所谓观象授时，并不仅仅观察孤立的一颗颗天体，古人擅长将一系列纷繁复杂的星辰天象归纳成一个个具象的图形，他们先认识了天空中的图形，再认识组成图形的天体。古人们根据恒星自然形成的性质，用人物、动物、器物赋予这些形状名称，这产生了最早的星座概念，公元前4000年的两河流域，古巴比伦人出于占星的需要，将黄道等分为十二份，形成了黄道十二宫的概念，除此之外，他们在黄道以北的天区建立了十二星座，又在南天建立了十个星座，从而构成了三十星座体系。这个体系逐渐发展成为了现代天文学的星座体系。

在中国古代传统天文学体系里，星座也是独立起源并发展的，古人们对于这些星象有一套独特的观测方法，有时，他们把已经确定的星象扩大，有时，他们也把本来很大的星象缩小。缩小的趋势形成了二十八宿的体系，而扩大的趋势形成了四象的体系。

中西方虽然在星座的归纳命名上有一些区别，但是同属于北纬三十度左右的区域，两边对于北天区的观测都十分重视，中国将北斗称为帝车，而古巴比伦虽然将北斗归为大熊星座，但也称其为大车。北斗的星象对于季节的判明十分重要：

斗柄东指，天下皆春；斗柄南指，天下皆夏；斗柄西指，天下皆秋；斗柄倍指，天下皆冬。

——《鹖冠子·环流》

×

       对于北斗的观测形成了最早的判断季节寒暑的办法：
       中国古代把太阳在一周年中的运动轨迹称为黄道，天球上与天轴垂直的最大的圆也就是地球赤道无限扩展后与天球的交点形成的圆称为赤道，在黄道和赤道附近的两个带状区域分布着二十八宿，也称为二十八舍，意思是日、月、五星在天上的居所。
       二十八宿分别又与四宫、四象、四季相对应：东宫苍龙主春，辖角、亢、氐、房、心、尾、箕七宿；北宫玄武主冬，辖斗（南斗）、牛、女、虚、危、室、壁七宿；西宫白虎主秋，辖奎、娄、胃、昴、毕、觜、参七宿；南宫朱雀主夏，辖井、鬼、柳、星、张、翼、轸七宿；北天区域为中宫。和十二宫不同，二十八宿并不是平均划分区域的，最宽的井宿有33度，最窄的觜宿只有2度。宽窄的不同也导致了四象辖区不同，竺可桢先生发现，四宫所占的度数与其对应的季节在黄河流域的长短十分符合。

再插入一段科普，二十八宿中有一宿叫做心宿，因为形似苍龙的心脏而得名，这是一颗一等亮度的红巨星，又与指导农业生产中的烧田有很深的联系，也被称为大火星。现在很多人常用“七月流火”这个成语形容天气炎热，实际上这个成语的原本是从这个星宿中来的，本意为农历七月时夜晚可以看到大火星逐渐西沉，标志着夏去秋来，天气转凉。可以看出，二十八宿对于指导古人生活生产有着重要的意义。

目前最早与四象二十八宿的概念相关的考古材料可能是濮阳西水坡仰韶文化墓葬（45号墓）中的蚌塑龙虎图案。

光看墓葬图像可能看不出什么所以然，但当我们将它与曾侯乙墓漆箱上的图案相比较，我们会得到两幅极为相似的图案。根据冯时先生的考证，墓主人脚下的两个胫骨代表了北斗的斗杓，由星图可知，斗杓正好指向角宿，而斗魁的延伸则指向觜参二宿，胫骨则取自M31墓主（为一下葬前就截去双腿的殉人），以胫骨代表北斗的形式又暗合“髀”这个字的含义，而髀又与天文学关系密切。M31恰好在M45正南，与M45中三个殉人分布四方，经考证或为二分二至神。
因此整幅蚌塑龙虎图案可能是一副天文图像，更可能是目前最早的天文图像，距今约6500年。

最后就是紫微垣、天市垣、太微垣三垣，这三垣是古人对于天北极附近恒显区的分区，紫微天市最早见于战国时期《石氏石经》（应为汉朝伪作），而太微垣则最早见于唐初，三垣的形成象征着古人对于星象建立的宗教体系的成熟，将凡人的官职体系投射到了天上的星辰之中。其中紫微垣为天帝所居之处，因此后世也把明清皇宫称为紫禁城。

金嵌珍珠天球仪之所以珍贵，在于它不仅仅只是中国古代天文学的结晶，它还是一件代表了中西方天文学交流的产物，在天球仪赤道以南，我们可以看到许多从西方传来的星座名称，而且还有十七世纪初期产生的新名称，比如”孔雀座“、”蜜蜂座“。因此天球仪的设计吸收了当时世界上最新的观测成果。不仅如此，天球仪上的“造父”、“王良”之间还有一颗被记录为“客星”的天体，这颗客星就是丹麦天文学家在1572年11月11日晚上发现的“第谷超新星”，在中国，《明实录》中也对这颗客星进行了观测和描写：

隆庆六年十月初三日丙辰，客星见东北方，如弹丸，……历十九日壬申夜，其星赤黄色，大如盏，光芒四出，……十月以来，客星当日而建。

×

天球仪上就标记出了这一颗超新星，足以见得我国古代天文观测记录的传承有序。

读到这里你对金嵌珍珠天球仪和其中蕴含的天文学概念有一个基本的理解了吗？最后让我们再来看一看器者相关的考据吧。

器者立绘考据

器者整体配色为金与白，对应了文物主体材料黄金与珍珠，少数的青色表现了文物上珐琅彩的部分。器者身上也配带了许多珍珠的饰品，珍珠有大有小，这是因为在文物上工匠使用大小不一的珍珠来表现从一等星到六等星的亮暗，而有些与帝王相关的珍珠被刻意的放大了，比如“五帝座一”和“帝座”。天球仪头发上的大珍珠装饰可能指的就是这些天体。

其次就是有许多处都使用了海浪的纹饰或设计，在天球仪底座部分就是用黄金做成的海水，在海水中间有一处珐琅彩的圆盘，内有一个罗盘，我们在器者胸前也可以看到一个圆形的饰物，一些青色被金色的海水包裹，应该就是这个罗盘。

比较明显的还有围绕在器者身旁的几条小龙，同样是在天球仪的底座部分，一条升龙作为中心支柱，周围缠绕八条形态各异的升龙和降龙，呈九龙盘绕状，龙身由金片錾刻，眼睛则以蓝宝石镶嵌，这一点我们也可以在立绘中看到。

头顶由海浪托举起一个很类似文物本体天球部分的球体，立绘中是半透明的，透过金色的天球外壳我们可以看到其中用青色表现的地球。周围围绕的环经过了一定的艺术处理，但我们之前已经知道了，大的是子午圈，小的是地平圈，而赤道圈将天球一分为二。值得注意的是，球体旁还围绕着三条上面有小球的轨迹，这应该表现的是太阳在二分二至时的移动轨迹，春分秋分一条、夏至冬至各一条，形成三个同心圆。从红山文化牛河梁女神庙的祭坛到北京的天坛，都有表现古人对于这三个同心圆现象的阐释。