叹为观止：史上那些精密而复杂的天文仪丨壹读精选
2015/12/18 壹读
选自利维坦(微信号：liweitan2014)
本文已取得授权
利维坦按：相信古代人比现代人有更多的时间仰望星空，一度占星、天文和航海都会用到星盘。现在一般认为，最早的星盘是公元前200年古希腊人发明的，这种仪器用途其实非常广泛，包括定位和预测太阳、月亮、金星、火星相关天体在宇宙中的位置，确定本地时间和经纬度，三角测距等。
一个1208年的波斯星盘
第谷·布拉赫的六分仪，用来测量恒星之间的角距离
恰好这两天在看托勒密的均轮和本轮系统，有兴趣的还可以看看伽里略写的那本《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》(北京大学出版社，2006)。
文/Debra Kelly
译/丹尼尔
原文/listverse.com/2015/09/13/10-incredible-astronomical-instruments-that-existed-before-galileo/
人类自古以来就对太阳、月亮和黑夜如痴如醉。多亏了伽利略和哥白尼这样的天文学家，天文学才有了长足的发展，几千年来天文学家们也孜孜不倦地研究着恒星与行星的运动规律。一些古代的天文工具极其复杂，人们要花费数年才能弄懂它们的原理。
沃伦田历法(Warren Field Calendar)
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科学家们尽管早在1976年便从空中发现了沃伦牧场历法，但一直到2004年苏格兰国家遗产基金会才把它挖掘出来。尽管如此，又过了十年人们才敢承认这是一座逆天神迹，正如伯明翰大学一个考古团队对它的称呼——“人类记录时间的起点”。
这部历法由12个成弧形排列的坑组成，总长达54米。每个坑同步于一个朔望月，还有对月运周期的更正机制。由于自然年中并没有一组朔望月，因此阴历无法周期性循环。让人惊叹的是，在造出巨石阵的6000年前，沃伦牧场的这个由12个坑组成的系统就完美地解决了这个问题。
人们挖掘出这些坑后，发现两端的洞最小。尽管多数的坑填满石头和焚烧物，但第五、第六个坑似乎有着与其他坑不同的作用。而且这两个坑与其他的坑并非出于同一条直线之上。考古学家在弧形周围巡视一周后发现，阴历的设置中有一个重置的设计。建造整个系统时，它所坐落的点每当冬至的清晨，太阳都会准时在一座叫“斯勒格之路”的山脉之上。
借助这一时刻作为起始点，古人便可以重置阴历时间并保持同步。
这个系统出现在公元前8000年，比人们在中东发现的历法要早5000年。尽管我们猜测这样一个壮举应该发生在农业社会，但制造这个阴历的文明其实早在狩猎时代就出现了。他们很可能也用它来跟踪那些当时人们赖以生存的动物。
Al-Khujandi墙壁六分仪
人们对Abu Mahmud Hamid ibn al-Khidr al-Khujandi这个人了解得并不多，我们只知道他是一位数学家和天文学家，曾居住在阿富汗、土库曼斯坦和乌兹别克斯坦一带。然而，我们确信无疑是，他曾建造了那个时代最大的天文仪——一座位于赖依城称附近的墙壁六分仪。它建于两个内墙之间，成60度角。直径经测量大约43米，穹顶则分割出等级，每一级划分为360个部分，这样一来，六分仪不仅成为一个精确的阳历，同时也成为了第一个能够以如此小的单位进行精确测量的仪器。
当太阳处于夏至和冬至之间的时，在太空中成45度角。Al-Khujandi有一个半球状的天花板，使得阳光可以照到穹顶之上。然后，他通过计算便可以追踪太阳的运动轨迹并测算出纬线。尽管这个建筑只是他为实验而建造的，而且与穹顶的中心点并没有对正，但Al-Khujandi具有开创性的发明直接启发了其他类似于星盘这样的天文仪的创造和产生。
其他人也曾试图建造这类巨大的弧状天文仪。由于建筑技术的进步解决了六分仪建成后移动困难的难题，13世纪到15世纪的天文学家对于建造天文台这事变得更加拿手了。
古三星仪和十二宫人(The Volvelle And The Zodiac Man)
古三星仪是一个奇怪的天文仪器，于14世纪末传入欧洲，对于科学家和医生它仍是一个极其重要的工具。几层羊皮纸由中间的纽带连在一起，使用者可以通过转动转盘来计算月亮的运期或是太阳于十二宫所处的位置。还有其他版本的三星仪，有的还可以通过星星的位置便可以知道夜晚的时间。
我们今天也许认为这些只是有独创性、古老的小器件，但它们一直是一种地位的象征。古三星仪印在羊皮纸上，只有富中之富才能买得起它的复制品。然而一开始并没人渴望得到它。哲学家拉曼·鲁尔第一次把它带到欧洲时，人们以为它是一种黑魔法，使用者将获得阴险而邪恶的力量。但这种对古三星仪的恐惧渐渐消失了，随后这种仪器便落入了医生们的口袋。
中世纪医学有一种观点认为人体就是一个微型宇宙，也就是我们所处宇宙的缩小体。人们还相信不同的行星掌管着人类身体的不同器官，早期的医学教科书几乎总是包含一个“十二宫人”的副本。我们今天仍旧能听说涉及到这些内容的资料，包括为什么白羊座掌管头部，天蝎座掌管生殖器。
医生为了判读“十二宫人”，通常需要一个简单的方法追踪月亮的位置，因此他们也同时用到了古三星仪。理论上“十二宫人”也可以用作判断吃药和手术的最佳时间，这些都以行星的运作为基础。很不幸，由于古三星仪脆弱易损坏，已经变得非常罕见。
古日晷(Ancient Sundials)
人们今天经常把日晷当做花园里的庸俗至极装饰。不过，日晷曾经是非常重要的工具，人们用它来确定时间，研究太阳在天空中运行的轨迹。
最古老的一个日晷发现于埃及的帝王谷。公元前1550年至1070年，这块日晷只是一块石灰岩，上面画着一个半圆。半圆划分为12个区域。奇怪的是，这块日晷是同工匠的图纸一起被发现的，这些图纸显示，它曾用于跟踪记录工时，或是用于展示太阳神在夜间和地下世界的移动轨迹。
人们发现埃及日晷不久之后，便在乌克兰发现了另一块，与这块日晷一同埋葬的还有一个死于3200年到3300年以前的人。这个人似乎被当做上帝的信使而牺牲于此，与他一起埋葬的是“投影日晷”。与传统日晷不同，投影日晷通过一个叫做圭表的可移动底座来判读，这个底座每天都会改变位置，记录太阳在空中的移动轨迹。投影日晷的发现也揭示了斯鲁布拿(Srubna)人掌握的地理知识使他们能够记录纬度和太阳在南北半球来回移动时所处位置的角度。奇妙的是，那个同死人埋在一起的日晷上面显示的纬度正是它所处的纬度。
内夫拉星象盘(Nebra Sky Disk)
内夫拉星象盘是迄今为人所知最古老的对宇宙的勾画，1999年发现于德国一个小镇并以它命名。与它一起埋葬的还有一个凿子、两把斧子、两把剑和两个臂环。
尽管这个青铜时代的埋葬地要追溯到3600年以前，研究者认为此手工艺品年代更为久远。内夫拉星象盘清晰地描绘了太阳、月亮和星星，但它所表达的意思却很抽象。一般认为，内夫拉星象盘上的太阳和月亮处在中间的位置，下方的条状物代表某种神圣的象征，小圆圈代表星座，比如猎户座、仙女座和仙后座。
太阳赋予了我们生命，没有它我们难以生存。月亮代表了时间的迁移。任何一个了解月运周期的人通常都享有很高的社会地位。
我们不知道谁制造了内夫拉星象盘。不过，星象盘上星星的布局显示它的制造者与德国内夫拉这个城市处于同一个纬度。而星象盘中的金属也是来源于欧洲某个地方的矿藏。
在埋葬地发现此工艺品的两个人并没有得到授权。尽管任何此类发现都会自动归政府所有，两个人还是把这块宝藏在黑市买了个好价钱。直到2002年，一个考古学家才有机会以59万美元把星象盘又买了回来。最后，两个发现它的人被警察逮捕，星象盘也重新送回到哈雷州立史前博物馆。
长基罗复合天文台(Chankillo Astronomical Complex)
处于秘鲁的长基罗天文台构造极其复杂，直到2007年借助一个配备太阳能电池板的电脑程序，人们才弄明白它真正的用途。此天文台沿着一个小山顶伸展300米，由13个排成一条直线的塔楼组成。
作为一个要塞，它的选址是极其不明智的：没有一点防御能力，没有水源和食物的来源。当考古学家意识到，其中的一个塔楼与夏至的日出对齐，而另一个塔楼与冬至的日出对齐时，他们开始怀疑此“要塞”的真正用途。
这些塔楼建造于2300年以前，是美洲最古老的太阳观测台。整个观测台还建有分别面朝东西方向的塔楼，使得观测者可以从观测台中看到日出和日落。尽管在观测台投入使用之后，太阳的运动轨迹发生了小角度的偏移，但它仍然能够以小于两天的误差来判读日期。
不幸的是，巨大的长基罗太阳历是唯一可以见证它的制造者所在的文明。尽管这个文明似乎把他们的天文学知识传递给了印加人，但我们对这个早于印加文明1000年的南美文明一无所知。由印加人建造的另一座天文台发现于的的喀喀湖(Lake Titicaca)附近，这个发现将大大有助于考古学家追踪太阳崇拜的时代演变史的轨迹。
许癸努斯星图集(The Hyginus Star Atlas)
许癸努斯星图集是有史以来描绘星座最早的星图集，人们称它《诗情天文》。尽管《诗情天文》的作者是谁仍存在争议，人们普遍认为是盖乌斯·尤利乌斯·许癸努斯在公元前64世纪到公元17世纪编写了这部小册子。还有一些人声称这部作品与托勒密的一部手迹类似，他们认为是另一个人在一个世纪后编写了上面的文字。
两种论调并未争出雌雄，1482年《诗情天文》重新翻印后，便冠以“第一印制版”的头衔，不仅描绘了各个星座，还包含了它们背后的各种传说和神话知识。其他一些地图集提供的是更精准的信息，可以作为导航来使用，而《诗情天文》却充满梦幻和文艺色彩，阐释了星星和它们的故事。这些木版画中即展示了每个星座中星星的数量，而且还附上了对这些星星位置的描述。
不过这部星图集多数对星星的描述与现实颠倒，因此对于那些想在现实世界寻找星座的人们，此星图集并无卵用。然而，对于创造出更实用的星图集和保留星座的神话传说，这部星图集则是不可忽视的一笔财富。
天球仪(The Celestial Globe)
天球仪的年代，人们相信星星处在一个球体之上围绕着地球旋转。当这个想象出来的球体旋转时，星星也跟着移动。天球仪描绘了这个包围着地球的天球的运作情况，让人叹为观止。
早期的天球仪由古希腊人制造，制造天球仪这个主意一直流行到16世纪。德国学者Johannes Sch?ner制作出了第一个印制版天球仪，与传统的天球仪的形态接近。他的艺术杰作是成对的——一个天球仪和一个地球仪。至今为止，只有两个已知的Sch?ner天球仪存在于世。它们是精美制作的手工艺品，描绘了美妙的星座图，就像人们在夜空中看到的一样。
最老的一具天球仪发现于公元前370年。就算你见到它也很难看出那是一个天球仪。建于公元前73年的一座雕像——法尔内塞·阿特拉斯——肩膀上扛着整个世界，其实他扛着的正是这个天球仪。不过，每当天文学家进一步了解这个天球仪，它却变得更加神秘，似乎有更多的细节等待人们发现。法尔内塞·阿特拉斯描绘出了2000年前人们眼中的夜空。然而，就像《诗情天文》，它存在一个严重的问题：它的设计是从外面观看的，因此天球仪上的星座是与真实情况是颠倒的，并不是人们真正看到的样子。
浑天仪(Armillary Sphere)
由于浑天仪的圆环绕中心旋转，它因此可以看做是天球仪的远亲。浑天仪包括两个球体，一个用于观测另一个用于展示。托勒密是浑天仪首批使用者之一。上面的圆环分开后，使用者可以转动它们并设定纬线和经线。
与星盘一样，几个世纪以来浑天仪一直用于导航。奇怪的是，这些普通的天文仪却覆盖着一层神秘的面纱。也许浑天仪是希腊和伊斯兰人共同的智慧结晶，但我们不知道到底是谁发明了这个仪器，也不知道如何使用它用于展示功能的模型。浑天仪与天球仪非常相似，许多对天文仪器的记载常常会把二者当作为同一样器具谈论。而浑天仪四周的圆环通常做工精细，因此我们手中很少有保存下来的原件了。
英格兰惠普尔博物馆拥有一只据说是16世纪流传下来的浑天仪(上图)，牛津的历史科学博物馆也有一只1588年的。葡萄牙侵占巴西时，浑天仪还有这样一段有趣的历史：葡萄牙送给巴西一面旗子和一枚带有浑天仪外表特征的徽章，尽管巴西独立时重新设计了国旗，但这面布满群星的国旗仍然可以看到浑天仪的影子。
埃尔·卡拉科尔(El Caracol)
奇琴伊察(ChichenItza)建于公元415年到455年之间。奇琴伊察的观测台形状古怪。尽管多数观测台的用途是为了观测星星的移动轨迹，抑或是表达对太阳神的崇拜，但艾尔·卡拉科尔却是用于对金星的研究。
金星时而出现时而消失，这难以琢磨的移动规律一直困扰着天文学家们。玛雅人是非常恐惧金星的。每个节日和祭祀日全部都是按金星的移动轨迹而定的。甚至发动战争也是选在金星升空的那一天。人们视金星为福祉，帝王的加冕礼也会选在金星出现的日子。人们的娱乐活动也会根据金星的活动周期而定。
建造埃尔·卡拉科尔的目的之一是作为祭拜羽蛇神(Quetzalcoatl)的庙宇，另一个目的便是追踪神秘金星的运动轨迹。祭坛和窗户的位置精确对应金星的移动轨迹，人们认为这样是对羽蛇神神的尊敬，还认为这样可以与四季变化相协调。即使是通向观测台最巨大的阶梯，在建造是也考虑到了金星，阶梯的方向沿着金星最北端的位置。
西班牙传教士留下的书写纪录也谈到了金星和太阳的重要意义。但是由于大量相关的纪录已经遗失，研究者们仍致力于查明艾尔·卡拉科尔和玛雅遗址附近塔楼对天文学的重大意义。
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