中国现存最早的天文台：登封观星台

老村长

图1：登封观星台（作者拍摄）

中国现存最早的天文台

——登封观星台

作者：老村长

2020年4月12日于北京

20世纪80年代初，在解放军测绘学院上大学到登封野外实习时，先后两次参观登封观星台（图1），但记忆早已模糊。2016年春，到测绘学院登封实习基地参加会议，有机会再次参观观星台，后又查阅了相关资料，对登封观星台有了一个基本的认识。

图2：周公测景台（来自互联网）

登封观星台，位于河南省登封市东南15公里告成镇的周公庙内，至元十三年（公元1276年）由天文学家郭守敬所建。这是一座具有测影、观星和记时等多种功能的天文台，是中国现存最早的天文台建筑，也是世界上重要的天文古迹之一。今观星台南20米处，尚保存有唐开元十一年（公元723年）天文官南宫说刻立的纪念石表一座（图2），表面刻有“周公观景台”五字。中国历代许多天文学家曾到这里进行过天文观测。

人们会问，登封既不是当时的政治中心，也不是经济中心，甚至连文化中心也算不上，古代中国天文学家为什么要选择在这里建台测影？这需要从中国传统地中概念说起。

图3：铜圭表（来自互联网）

中国最早的天文观测仪器，是专用土圭观测日影，而最早装置的圭表观测台，是西周初年在阳城（今告成）建立的周公测景（影）台。西周初年，在营建东都洛阳时，由文王四子周公姬旦利用土堆立杆测影，以土圭之法测日影，求地中，验四时季节变化。因此，圭表成为中国古代天文观测的常用工具。1965年在江苏仪征东汉墓出土的铜圭表，是目前最早的圭表实物。

图4：周公像（来自互联网）

周公（图4）不仅是西周初年著名的政治家、军事家，而且在天文地理上也颇有建树。他认为，在天上北极星是众星之王，号称天帝之星，位于天的中央。那么，观景台就必须建在地的中央。正因周公立表测影为依据，阳城被确认为地中，夏朝才建都于阳城。自西周之后，历代天文学家在这里进行天文观测，或依据观测结果编历法。

图5：西汉天文学家落下闳（来自互联网）

公元前104年，西汉王朝开始了制订《太初历》的工作。在制订《太初历》过程中，以司马迁（西汉史学家、文学家、思想家、经济学家）为代表的盖天学派，与新出现的浑天学派产生了激烈的争论。最后，是浑天学派的重要人物落下闳（图5，西汉民间天文学家）“以汉孝武帝于地中转浑天，定时节，作《泰初历》”。地中转浑天，可以理解为用浑仪在地中测天。因为当时的浑盖之争中，测量是大问题。司马迁在争论之初的“定东西，立晷仪，下漏刻，以追二十八宿相距于四方”的做法，就是测量。而盖天说的“立表正南北之中央，以绳系颠…车辐引绳就中央正以为毂”的测量方法，对测量所处位置有内在要求，不在地中进行的测量从理论上是不成立的。

浑天学派代表落下闳之所以跋山涉水，跑到远离西汉都城长安的地中阳城进行测量，既体现了其所得数据的权威性，又可昭示盖天说测量方法在理论上的缺陷。也许正是落下闳在远离长安千里之外的地中进行测量，导致了浑天家提出的《太初历》方案在浑盖之争中占据了上风。由此，地中概念在《太初历》的制订及由此开始的长达几百年的浑盖之争中发挥了重要作用。而登封观星台作为地中概念的体现者，与这一历史事件联系在一起的。

图6：唐代天文学家一行（来自互联网）

唐开元九年（公元721年），一行（683～727年，本名张遂，唐代天文学家）奉诏制订《大衍历》。为制订《大衍历》，首先需要进行天文测量。测量工作由南宫说（唐天文学家）具体负责，从公元721年开始，至725年结束。为进行这次测量，从极平纬17.4°（今越南中部的顺化附近）到40°的蔚州（今山西北部灵丘附近），共设观测站9处，其中包括阳城（今告成）。各站沿着这条长达7973里的子午线，用传统的八尺圭表同时进行了冬夏二至的影长和北极出地高度等元素的测量。在具体测量前，为了凸现阳城的地位，纪念传统的地中说，南宫说奉诏在阳城仿照周公旧制建立周公测景台。

南宫说在一行指导下进行的这次测量，是世界上第一次子午线实测，不仅为一行制订《大衍历》提供了可靠依据，而且开创了人类通过实际测量认识地球形状和大小的道路。在这次测量中，阳城是一个重要观测点，而建于阳城的周公测景台，则是古代地中说之实物见证，也是一行、南宫说等人组织的唐代天文大地测量这一历史事件的标志性纪念物。

一行在测量结束后编制《大衍历》时，多次以阳城测影所得数据与其他观测点之数据进行比较，凸现了阳城测影之重要性。

图7：元代天文学家郭守敬雕像（来自互联网）

唐代以后，中国天文学家还进行了多次系统的天文观测。而这些观测，无不以周公测景台为中心观测点。特别是在元代初年的历法改革中，为了为制订历法提供准确的天文数据，郭守敬（1231～1316年，元代天文学家、数学家、水利工程专家，图7）领导了一次大规模的 “四海测验”，观测范围从北纬15°的南海起，每隔10°设一个点，直到北纬65°的地方为止，建立了27个天文观测台和观测站，涉及范围之广、规模之大，实所罕见。登封观星台就是为进行这次观测而建造的，也是这次观测活动的中心观测台站。登封观星台遗留至今，便成了郭守敬组织的元初天文大地测量的实物见证。

图8：登封观星台台体（来自互联网）

登封观星台是砖石混合建筑结构，由盘旋踏道环绕的台体（图8）和自台北壁凹槽内向北平铺的石圭（图9）两大部分组成。

台体为用磨砖砌成，近似一座城堡，通高12.6米，台高9.62米，台下边宽16米，呈方形覆斗状。台身北部东西两侧设有对称的登台通道，通道铺设砖石阶梯和围栏簇拥中间台体，显得巍峨庄严。

图9：登封观星台石圭（作者拍摄）

台顶北侧所建两间小室之间设有上下贯通的凹槽，凹槽正对台前青石铺就的31.19米石圭。上下贯通的凹槽称为“高表”；石圭用于度量日影长短，故称为“量天尺”。

郭守敬在元初对古代的圭表进行了改革，新创较传“八尺之表”高出五倍的高表。其结构及测影的方法和原理，在《元史·天文志》中有较详细的记载。郭守敬经多年观测，推算编制出当时最为先进的历法《授时历》（公元1281年实施）。《授时历》求得的回归年周期为365.2425日，其精度与三百年后（公元1582年）西方编制出的公历《格里高利历》相当，与现代科学推算的回归年仅差26秒。《授时历》反映了当时中国天文历法的新水平。

登封观星台的直壁和石圭正是郭守敬所创的高表制度的实物例证。所不同的时，观星台是以砖砌凹槽直壁代替了铜表。经实地勘测推算，直壁高度、石圭长度等结构，与《元史》所载吻合。石圭以上至直壁上沿高36尺，从表槽上沿再向上4尺，即为置横梁处，恰在小室窗口下沿，很适合人们在台顶操作。通过仿制横梁、景符进行实测，证明观星台的误差相当于太阳天顶距误差三分之一角分。

登封观星台除了测量日影的功能外，当年可能还有观测星象等设施。元初进行四海测验时，在此地观测北极星的记录，已载入《元史·天文志》中：“河南府阳城，北极出地三十四度太弱（太弱为古代一度的十二分之八）”。又据明万历十年（公元1582年）孙承基撰《重修元圣周公祠记》碑记：“砖崇台以观星。台上故有滴漏壶，滴下注水，流以尺天”。由此可知，登封观星台是一座具有测影、观星和记时等多种功能的天文台。

图10：全国重点文物保护单位石碑（来自互联网）

可见，登封观星台是中国传统地中概念的实物见证，是影响中国天文学和大地测量学史发展的一些重大历史事件的实物见证，是元代中国天文学高度发达的实物见证。中华人民共和国成立后，对登封观星台台体和有关文物进行过加固整修。1961年，国务院公布登封观星台为全国第一批重点文物保护单位。2010年，登封观星台、周公测景台等8处“天地之中”历史建筑群被列入世界遗产名录。

注：本文参考《中国测绘史》（第1、第2卷，测绘出版社，2002）、《中国军事百科全书》（中国大百科全书出版社，2014）及百度百科相关内容编撰而成。版权归作者老村长所有。