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第24章 精微计时仪器制造家齐彦槐

齐彦槐(1774年~1841年),字梦树,号梅麓,又号荫三。生于清代徽州婺源,今属江西。清代中叶科学家,从事天文学和农田水利方面的研究,卓有成就。

他制造的“天球仪”、“中星仪”和“面东西日晷”精微至极,在当时的世界上处于领先地位,时称为“千古以来未有之能事”。

齐彦槐年少时读书聪敏,下笔成章。1808年考举人获第二名,次年中进士。历任翰林院庶吉士、江苏金匮县知县、苏州府同知、知府。在当时,欧洲钟表又返传回中国。齐彦槐借鉴欧洲钟表结构制作的天球仪等仪器,体现了我国古代利用天象计时的特点。

说欧洲钟表又返传回中国是有根据的。早在宋代,苏颂曾发明了天球仪,英国著名科技史家李约瑟的书中记载:“苏颂把钟表机械和天文观察仪器结合以来,在原理上已经完全成功,他比罗伯特·胡克先行了6个世纪。”

12世纪以后,中国钟表技术传入欧洲,欧洲人才造出钟表,可以说是中国人开创了人类钟表史。

清朝中叶,欧洲钟表返传中国后,中国人对之进行的改进,体现了技术上的交流与互补,也在人类钟表史上谱写了新的篇章。

天球仪的球面上绘有亮星的位置、星名、星座以及几种天球坐标系的标志和度数。天球仪上的星象和我们从天空中看到的星象正好相反,这是由于我们从天球外看天球仪的缘故,但这对于了解天象并无影响。

天球可以绕一根贯穿圆球心的轴旋转,这个轴称为天轴,轴的两端与天球的两个交点称为南极和北极。带轴的天球被支撑在一个通过南北两极的金属子午圈上。

利用天球仪可以观察到任意指定的时刻和地理纬度处的星空图像。由于观测者是在天球外看天象,因此从天球仪上看到的天象与从天空中看到的天象是相反的,但这并不影响天球仪的实用价值。

把钥匙放入天球仪上面的钥匙孔旋转,将天球内部装置的发条上紧,发条产生动力转动齿轮,天球旋转,即可了解天上星象位置和运行情况。操作方便,观察效果准确,为西方所未有,当时对此评价甚高,“诚千古以来未有之能事,精微之极至矣”。此天文钟现藏中国历史博物馆。

天球仪很有实用价值。天球仪普遍应用于航海、天文教学和天文普及工作。将天球仪放在一个座架上,架中的水平圆环代表地平圈。

使用者可根据地理纬度在子午圈上调节天极高度,并且能使天球绕极轴转动,从而看出在不同地理纬度上,在不同日期,不同时刻的星空景象以及某一天体的地平经度,即方位角,以及地平纬度,即地平高度。也可以显示出某一天太阳出没的时刻和方位、经天路径、中天时刻、高度和昼夜的长度。

齐彦槐还制造了“中星仪”,又称子午仪,是观测恒星过上中天即过观测站子午圈的一种天体测量仪器。主要用于精确测定恒星过上中天的时刻,以求得恒星钟的钟差,从而确定世界时、恒星赤经和基本天文点的经度。

中星仪后经不断改进,由望远镜、目视接触测微器、寻星度盘、挂水准器、太尔各特水准器以及望远镜支座等部分构成。其功能更加全面,其作用无可替代。

齐彦槐还制造了日晷。面东西日晷,又称立晷,或斜晷,由晷盘、铜垂线、表针、底座四部分组成。齐彦槐所制斜晷,晷盘周边标有刻度,可移动,以适合观测地的地理纬度,且东西两面皆有刻度。

齐彦槐日晷的具体做法详载于张作楠于1820年著的《揣龠小录》中,详细论述了它的制作原理及使用方法,此书末尾有:

此齐梅麓所制也,其法遵御制《数理精蕴》作横表面东西日晷法。

张作楠强调,这座面东西日晷能随纬度不同进行调节,是其创新之处。

面东西日晷源于西方。明末清初西方传教士来华,带来了西方天文学。我国清代学者对传入的各种形式的日晷进行了吸收和再创造,形成了清代特有的丰富的日晷大家族。齐彦槐制造的面东西日晷,使作为传统天文计时仪器的日晷得到进一步发展。

以梅文鼎《数理精蕴》中汇通中西的工作为基础,齐彦槐的工作具有总结意义,他实际制作了一具可随纬度调节的面东西活晷。此晷虽是原由西方传入,但中国学者加进了自己的创造,因此和西方的差异甚远。一件天文仪器的发展,成为明清时期汇通中西的历史见证。

除了天文仪器制作外,齐彦槐还在其他方面做了很多卓有成效的工作。比如他在为官期间,专心为民谋利,民称“齐青天”。为了抗旱,深入民间采访,创造了提水抗旱的龙骨车和恒升车。

此外,齐彦槐还以诗文书法鉴藏闻名于世,写有《衙斋书壁诗》19首、《梅麓诗文集》26卷、《海运南漕丛议》1卷、《北极星纬度分表》4卷,以及《天球浅说》、《中星仪说》各1卷,均被收入《清史列传》中并传于世。

[旁注]

天文钟 一种特别设计的、能用多种形式来表达天体时空运行的仪器。它既能表示天象,又能计时。后世的钟表即由此演变而来。它可以显示太阳、月亮、星座在该时刻的相对位置,有的更可显示主要行星的位置。

日晷 又称日规。观测日影测定视太阳时的天文仪器。由晷针和晷面两部分构成,按晷面放置的方向,可分为赤道、地平、竖立、斜立等形式。这种利用太阳光的投影来计时的方法是人类在天文计时领域的重大发明,这项发明被人类沿用达几千年之久。

张作楠(1772年~1850年),字让之、丹邨,号丹村。浙江金华人。清代著名天文学家。所著若干种,总称《翠微山房数学》。博学多能,理阐程朱,学探河洛,精于算学。家富藏书,曾据家藏图书撰《翠微山房书目》。著《乡党小笺》、《征文》、《翠微山房数学》、《笔录识小录》、《愈愚录》、《东郭乡谈》等。

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清朝统治者对西方天文地学产生了浓厚的兴趣,而乾隆又是一个热衷于文物收藏的皇帝。于是,他下令清宫造办处制作的玉器、牙雕等奇珍异宝,多得不计其数。

其中的金嵌珍珠天球仪,通高82厘米,工艺精湛,极具奢华。另外,这架天球仪的球壳里面实际是钟表的机心,在天球仪顶端一侧有3个钥匙孔,放进钥匙后经旋拧,天球仪就可慢慢旋转,生动地演示出天球仪星象活动的景观。这也是乾隆时期天球仪的一个新的发展。