话说古代，就特别重视天文观测，这可不是闹着玩的。为啥？因为古人觉得天象的变化，就像老天爷在给统治者发警告呢！你看，从远古时代开始，就一直有专门的官员负责观察天象，比如唐虞时代的羲和，夏朝的昆吾，商朝的巫咸，周朝的史佚、甘德、石申，这些都是响当当的人物。他们的工作就是盯着天上的星星月亮，看有没有啥异常，然后把这些信息告诉皇帝，好让皇帝引以为戒，好好治理国家。就像《易经》说的：“天垂象，见吉凶，圣人则之。”又说：“观乎天文，以察时变。” 这都是千真万确的道理。
不过呢，根据《尧典》记载，一开始观察天象，主要也就是为了确定时间，安排好农事生产。到了夏朝仲康的时候，才开始正式记录日食这种天象变化。《尚书·胤征》里就记载了“乃季秋月朔，辰弗集于房”这件事，然后日食的记载才正式出现。你看，夏朝的羲和因为“俶扰天纪”、“昏迷天象”而被惩罚，就说明了古代统治者对天象的重视程度，对负责观测天象的官员的要求有多高，可不是随便就能当的！
你看《洪范》里也说了，天子要关注一年四季的变化，大臣要关注每月的情况，负责祭祀的官员要关注每天的情况，老百姓呢，就关注星星，因为星星预示着好风好雨。 《礼记》里也说，上天降下甘露，就是天人感应的体现。周朝的诗歌里，更是经常提到天象的变化，比如“旻天疾威，敷于下土”，还有“雨无其极，伤我稼穑”、“正月繁霜，我心忧伤”、“彼月而微，此日而微”、“烨烨震电，不宁不令”，这些诗句都表达了对天灾人祸的担忧和警示。孔子编选《诗经》的时候，特意保留了这些诗篇，就是为了警示后人。后来孔子又编写了《春秋》，里面也经常记载日食、星象异常，可见圣人对天道的敬畏和对后世的告诫。
所以，从司马迁写《史记》开始，历朝历代都非常重视天文记录。不过，因为羲和时代太久远了，专门负责天文观测的官员也断了传承，所以天文研究就逐渐发展成了专门的学科。主要有三种学说：周髀、宣夜、浑天。宣夜学说后来失传了，周髀学说有很多错误，浑天学说在秦朝的时候也中断了。直到汉朝的洛下闳和耿寿昌才重新拾起，才把这门学问给捡起来。所以，从魏晋到隋唐，很多著名的天文专家都涌现出来，可见人才的出现并不是那么容易的啊！
宋朝刚建立的时候，朝廷里像楚昭辅这样的近臣，还有像窦仪这样号称懂天文的大臣。宋太宗在位的时候，就下令在全国范围内招募懂天文的人，考试合格后就安排到司天台工作；要是有人藏着掖着不报，就要判死刑。后来像张思训、韩显符这样的人，凭借推算天象而得到提升。再后来，像沈括、苏颂这些大学士的论述和著作，也都涉及到天文推算。靖康之变后，所有天文观测仪器都落入金人之手。高宗南渡后，直到绍兴十三年，才因为秘书丞严抑的建议，下令太史局重新制造浑仪。从那以后，天文观测和占卜就没有停止过。
宁宗庆元四年九月，太史说白天会发生月食，而民间有个叫草泽的人上书说晚上会发生月食。结果验证后，发现草泽说对了。于是朝廷又重新编制了《统天历》，并让秘书正字冯履参与修订。由此推断，民间懂天文的人，水平可能比太史局的人还要高，所以太宗当年全国招募天文人才的做法，也不是白费的！现在东都（洛阳）旧史书里记载的天文祥瑞、日月蚀、五星凌犯、彗星飞流、晕、珥、虹、霓、各种异常的云气等等，关于这些天象与灾祥的对应关系，以及分野吉凶的解释，跟南渡以后的史书相比，详略有所不同。
这是因为东都时期，全国只有一个统治者，皇帝如果遇到变故，就只能自己反思修德，没有别的借口可推。南渡以后，国土分裂，太史局上报的天文记录，就一定得小心谨慎，认真对待星象记录。而且，君臣上下都因为害怕而更加谨慎自省，所以对天文现象的吉凶解释，就不得不详细地记录和说明，这也是当时的形势所造成的，不能说当时的星象学家和天文官员的水平有高低精粗、认真怠慢的区别。现在我将历朝史臣的记载汇集成一卷，参考欧阳修的《新唐书》和《五代史记》的写作方法，凡是牵强附会的天文解释，都删去了，只保留可信的内容。
仪象
咱们先说说这观测天象的仪器。古人用它来确定四季，安排一年里的各种农事活动，也用来观测日月星辰的运行规律，这俩事儿本来就是一回事儿，互相联系的。关于这观测天象的仪器最早是谁发明的，说法不一，有的说是帝喾，有的说是伏羲。还有的说，这“璿玑玉衡”是羲和时代就有的老古董了，根本不是舜发明的。汉朝的马融说过：“天上的事儿咱们根本看不透，但经书上记载的用来观测天象的，就只有这‘玑衡’了。” 这“玑衡”啊，就是咱们现在说的浑仪。
吴国人王蕃也说过类似的话，他说这浑仪啊，是通过设置天梁和地平来确定天体的位置，用四游仪来标示赤道，这就是“玑”；然后在游仪里装上望筒和横箫，用来观察日月星辰的运行，从而知道它们的位置，这就是“衡”。 后来呢，六合仪、三辰仪和四游仪这三个仪器被组合到一起，成了一个更复杂的装置，这是唐朝的李淳风做的。而黄道仪，是一行加进去的。 张衡呢，他参考了洛下闳和耿寿昌的办法，另外做了一个浑象，放在密室里，用水力驱动，用来校准璿玑测得的星体位置。所以说，浑象和浑仪一开始是两样东西。 到了唐朝，李淳风和梁令瓒把它们结合到一起用了。
太平兴国四年正月，有个巴中人叫张思训，做了个东西献给皇上。皇上让工匠在宫里造，一年多才做好，然后下令把它放在文明殿东边的鼓楼下。这东西啊，有个高一丈多高的楼，机关藏在里面，设计得非常巧妙，遵循天地的规律。下面有地轮、地足；还有横轮、侧轮、斜轮、定身关、中关、小关、天柱；七个小人儿，左边摇铃，右边敲钟，中间击鼓，用来报时，每天都这样周而复始地运行。 还用木头雕了十二个神，每个神管一个时辰，到点儿了就自己拿着代表时辰的牌子出来，轮流值班，根据报时的刻数来确定昼夜的长短。上面有天顶、天牙、天关、天指、天抱、天束、天条，一共三百六十五度，代表着太阳、月亮、五星、紫微宫、星宿、斗建、黄赤道，根据太阳每天运行的度数来确定寒暑的变化。以前开元朝的方法是用水来驱动，冬天水结冰了就转不动，所以不太准，寒暑也测不准。现在改用水银了，就一点儿误差都没有了。冬至那天，太阳在黄道上，离北极最远，就是小寒，白天最短，晚上最长；夏至那天，太阳在赤道上，离北极最近，就是小暑，白天最长，晚上最短；春秋分的时候，太阳在黄赤交点上，春天温暖，秋天凉爽，昼夜等长。寒暑的变化，都是因为这个原因。它上面还刻着日月星辰的图像，都是按照我们抬头看到的景象来做的。以前的方法，日月昼夜运行的度数都是人工操作的。这个新的浑仪是根据自然规律运行的，特别精巧！皇上还任命张思训当了司天浑仪丞。
接下来说铜候仪，这是司天冬官正韩显符做的，他主要是参考了淳风和一行和尚以前留下来的方法。韩显符自己还写了一本书，十卷，献给了皇家图书馆。这铜候仪的设计有九个要点：……
首先，这玩意儿叫“双规”，一共两根，每根直径都是六尺一寸三分，周长一丈八尺三寸九分，宽四寸五分。上面刻着周天三百六十五度。这两根柱子南北竖着放，底下有个水准器校正。通过它，能测出北极星的高度是三十五度。用个灯芯穿过它，四周都是七十二度，对应着紫微宫，一共三十七个星宿，一百七十五颗星星，一年四季都能看到，这叫“上规”。中间一百一十度，四周二百二十度，对应着黄赤道内外的天区，星宿多达二百四十六个，星星一千二百八十九颗，离得近就看不清，离得远就能看见，这叫“中规”。水准器下面，绕着南极七十二度，除了老人星，其他星星一年四季都看不见，这叫“下规”。
然后是“游规”，直径五尺二寸，周长一丈五尺六寸，宽一寸二分，厚四分，上面也刻着周天。这玩意儿是装在双规顶端轴上的，可以左右转动。用它和管子一起测量，就能测出各种星星的距离和位置，跟着天球一起转。
接下来是“直规”，有两根，每根长四尺八寸，宽一寸二分，厚四分。它们分别放在两极之间，用夹子固定窥管，中间有个转轴，让游规能转动。
还有一个“窥管”，只有一根，长四尺八寸，宽一寸二分，转轴装在直规上。
还有一个“平准轮”，放在水准器上面，直径六尺一寸三分，周长一丈八尺三寸九分，上面刻着八卦、十干、十二辰、二十四气、七十二候，用来确定方位和时间，校正昼夜百刻。
最后是“黄道”，它南北各离赤道二十四度，东西在卯酉相交，用来确定太阳和月亮运行的范围。冬至的时候，太阳运行到南极，离北极一百一十五度，所以影子长，天气冷；夏至的时候，太阳在赤道北边二十四度，离北极六十七度，所以影子短，天气热。月亮有九条运行轨道，一年绕行十二辰，与黄道相交，最远不超过六度。金木水火土五星的顺行、留行、伏行、逆行都有固定的度数。
第七，赤道和黄道差不多一样，赤道像一条天上的带子，把黄道隔开，它们都距离南北极各大约90度。黄道和赤道相交的地方，按经书上说，东边交于角宿五度少一点，西边交于奎宿十四度多一点。太阳从赤道外升起，最远不会超过24度。冬至那天，太阳运行到斗宿，日落时进入赤道内，也最多不会超过24度；夏至那天，太阳运行到井宿；到了春分秋分，昼夜平分，冷热也差不多。太阳、月亮和五星的阴晴圆缺、运行速度的变化，都是有规律的。
第八，龙柱有四根，每根高五尺五寸，都安装在水平的轮子下面。
第九，水臬是十字形的，水面要保持水平，北极星正好在正上方。它放在四个角上，每根长七尺五寸，高三寸半，深一寸。四个角上的水面水平了，天地就水平了。
唐朝贞观年间，李淳风在浚仪县古岳台测量北极星的高度，测得是34度又八分，比阳城测量的结果高出四分。现在测得北极星高度是35度，作为标准。
熙宁七年七月，沈括上书，提出了关于浑仪、浮漏、景表三种仪器的改进意见。
《浑仪议》里说：
五星的运行速度有快有慢，日月交会也有出现和消失的时候，要寻找它们运行的规律，方法都归结到太阳上。冬至那天，太阳运行到最南端。太阳绕天一周又回到原来的位置，大约是三百六十五天又四分之一天，这叫做一年。周天圆圈的度数，每天运行的度数叫做度。度的划分，有两种方法：太阳运行快慢不一，平均下来，就是赤道的度数；太阳运行从南向北，升降大约四十八度，这叫做黄道的度数。度数看不见，能看见的是星星。太阳、月亮、五星运行的轨道上，都有星星。画出这些度数的星宿共有二十八个，叫做星宿。星宿用来测量度数，度数用来计算时间。度数在天空中，用玑衡来测量，度数在仪器上，日月五星就能在仪器中运行，而不需要考虑天上的实际情况。天上的情况不用考虑，那么天上的运行规律就不难知道了。
汉朝以前，制订历法的人，都要用玑衡来验证自己的观测结果。后来虽然还有玑衡，但制订历法的人不用它了。制订历法的人也不再用仪器来验证了，关于节气、朔望、星象和纬度，都没能知道准确的数值。直到唐朝僧一行修改《大衍历法》，才重新使用浑仪来验证，所以他取得的成果比其他人多得多。
臣我以前研究过古今各种天文仪器的制作方法，《虞书》里说的“璿玑玉衡”，只有郑康成粗略地记载了它的制作方法，到了洛下闳制作了圆仪，贾逵又增加了黄道，具体的细节都不在书里记载了。
后来张衡在密室里制造了一个铜制的仪器，用水来驱动它，大概就是所谓的浑象，跟古代的玑衡不一样。吴国孙权时期，王蕃和陆绩都曾经制造过天文仪器和星象图，他们的说法是：以前一度分为两分，可是觉得星体排列太密集了，张衡改成一度分为四分，结果又觉得太笨重，不好操作。所以王蕃把一度改成三分，周长是九尺九寸三分，并且标注了黄道和赤道。陆绩的说法是天体的形状像鸟蛋一样略微椭圆，黄道和赤道长度不一致，相互冲突，无法符合实际情况。
到了刘曜时期，南阳的孔定制作了一个铜制的仪器，它有两个圆规：一个正圆规，垂直于子午线，用来代表天；一个横圆规，位于仪器的中央，用来代表地；还有一个斜圆规，倾斜地穿过仪器的中心，用来观测赤道；南北各立一根支柱，代表天体的两极；仪器内部还有游动圆规和窥视管。刘曜时期的太史令晁崇和斛兰也曾经制造过铁制的仪器，它有六个圆规，四个是固定的，用来代表地，一个代表赤道，另外两个代表天体的两极，这就是所谓的双规。它的制作方法和孔定的方法大体相同，只是南北两根支柱弯曲地环抱着双规，下面有水平的纵横标尺，用银子镶嵌星度，略微改进了旧法。但是他们都没有提到黄道，怀疑是黄道失传了。
唐朝李淳风制造了一个三重圆仪：最外面一层叫“六合”，有天经双规、金浑纬规、金常规。中间一层叫“三辰”，在“六合”里面转动，直径八尺，有璿玑规、月游规，这个“璿玑”指的是黄道和赤道。最里面一层叫“四游”，南北两端是天枢，中间是游筒，可以升降和旋转，另有月道，旁边排列二百四十九个交点用来表示月亮的运行。“一行”（一行和尚）认为它不好用，而且这种方法也失传了。后来，率府兵曹梁令瓒用木头制作了一个游动仪器，在李淳风的基础上稍加改进，朝廷命令他和一行一起校对优缺点，然后重新铸造了一个铜制的仪器，古今人都认为它精确可靠。
到了道中时期，在司天监首次铸造了浑天仪，大多采用斛兰和晁崇的方法。皇祐年间，在天文院重新铸造了铜仪，采用了令瓒和一行的方法，取舍之间各有得失。
我啊，现在收集了古今各种说法来研究天象，发现有十三个地方说法对不上。
第一个问题，以前的说法认为现在的中国在世界的东南方向，要往西北方向看北极星，这样的话天极（北极星）就不在正北方了。他们还说：天总是向西北倾斜，所以北极星不在正中间。我认为，从中国的角度来看，说天总是向北倾斜是可以的，但说北极星偏西就不对了。东西南北是怎么来的呢？不就是太阳升起的地方是东，太阳落下的地方是西吗？我观察古代观测天象的人，从安南都护府到浚仪太岳台，也就六千里的距离，而北极星的位置偏差却有十五度，往北走偏差只会更大，怎么能说北极星不正好在头顶上呢？我曾经读过黄帝的《素书》上面写着：“站在正午方向面朝正午，站在子时方向面朝正午，一直到从卯时方向望酉时方向，从酉时方向望卯时方向，都叫做北面。站在卯时方向背对酉时方向，站在酉时方向背对卯时方向，一直到从正午方向望南方，从子时方向望北方，都叫做南面。” 我一开始不明白这是什么道理，现在想想，原来一直都是以天球中心为北方啊！一直以天球中心为北方，那是因为北极星一直都在天球中心啊。《素问》对天象的解释尤其精妙。现在南北相距才五百里，北极星的位置就会偏差一度以上；东西南北相距几千里，太阳每天东升西落的时间都是差不多的，太阳总是在卯时左右升起，酉时左右落下，这就说明天枢（北极星）确实在正北，太阳升起的地方一定是东，太阳落下的地方一定是西，天枢也就是北极星，一定是在正北无疑了。用衡器观察，在太阳东升西落的时候，用浑天仪对准北极星来观测太阳的出没，它总是在卯时和酉时左右略微偏北一点。这大概是在全世界都一样的现象，怎么能说中国在东南呢？他们只是看到中国东南都是海，所以才这么说。我认为，北极星到底在正中间还是不在正中间，都不重要。在北极星出现的地面上六千里的范围内，偏差就已经这么大了，那更远几千万里以外的地方，谁知道是什么情况呢？现在应该根据我们建国的地方，人们眼睛能看到的地方，制定相应的标准。那些不适合作为标准的，就应该搁置不用考虑了。
第二点说的意思是：浑仪用一根绳子来表示地平线，现在浑仪放在高台上，下面能看到日月升起的地方，这根绳子跟实际的地平线就不完全对应了。我觉得这个说法虽然有点道理，但是天地那么大，不会因为台子高低一点就改变什么。浑仪测量天体的尺寸，有两种数据，一种是实际数据，一种是推算数据。实际数据指的是，这边测量的数值，那边也一样；这边移动一点，那边也跟着移动一点。推算数据指的是，用这边的数据推算那边，这边移动一分，那边可能就差几千里。现在台子高低属于实际数据，台子也就几丈高，误差也就是这么点；天地这么大，这点高度能影响什么？而衡的上下移动，就属于推算数据。衡移动一分，那边可能就差几千里，所以衡的上下位置要精确，而台子的高低倒不用太在意。
第三点说的意思是：月亮运行的轨道，经过交点后会进入黄道六度，然后慢慢偏离；再次经过交点时，就跑到黄道的南边去了，也是这样。月亮绕着黄道运行，就像绳子绕着木头，所以月亮经过交点遮挡太阳，就会发生日食；如果没发生日食，那就是月亮运行在太阳的另一边。月亮每隔二百四十九周多一点，就会再次会合。现在月亮的轨道又不能完全环绕黄道，而且每次交点的位置每天都不一样，如果非要等到月底再调整浑仪的位置，也无法和天上的度数相符，所以应该去掉月亮的环形轨道。观测月亮的出入，应该只用历法推算。
第四点，浑仪上、下两端的直径都是一度半，这是根据太阳的直径来的。如果浑仪两端的直径不能完全容纳日月，那就无法准确判断日月的位置。想要日月正好充满上端，又不能移动，所以才用一度半作为标准。下端也是一度半，那就说不通了。如果人的眼睛靠近下端的东边去看上端的西边，就会差大约三度。观测星星的方法，必须让目标星正好在观测孔的中心。现在上下两端直径相等，人眼稍微移动，就无法知道中心位置。现在用勾股定理来计算，下端直径三分之一，上端直径一度半，这样两个孔就能相互遮挡，大小差不多。人眼不移动，就能准确观测。
第一段：
第五，以前大家都认为北极星就是天球的中心，祖暅用玑衡（一种天文仪器）仔细观察，发现天球中心不动的地方，其实在北极星的稍外，大概还有一度多一点的距离。现在这个铜仪，天枢（仪器中心轴）的内径只有一度半，这是错误地把衡端（仪器部件）的度数当成标准了。如果玑衡完全水平，那么北极星就会一直位于天枢之外；如果玑衡稍微倾斜一点，北极星就会时而出现时而消失。令瓒以前的做法，天枢的直径是二度半，大概是想让北极星总在枢纽的中心位置。我仔细观察北极星三个月，发现天球中心不动的地方距离北极星有三度多，所以祖暅的观测还是不够精确。现在应该把天枢的直径改成七度，这样人们从南边观察，北极星就能一直围绕着北极枢纽旋转，不会被遮挡，天体的位置也就准确了。
第二段：
第六，令瓒把星宿、十干、八卦都刻在仪器的环带上，但是环带是平的，而黄道（太阳运行的轨道）是倾斜的。在子午线附近，太阳运行的度数大，黄道就短；在卯酉线附近，太阳运行的度数小，黄道就长。这样一来，星宿的刻度就难免有误差。新的铜仪把刻度移到了纬圈上，四个方向都均匀平整，星宿的刻度就不会出错了。但是令瓒的天球仪中心是一个单环，直接放在仪器正上方，而新的铜仪纬圈倾斜着连接南北极，与赤道垂直。旧方法的设计没用，新仪器改进后就对了。但是，侧着看的话，就像车轮的齿轮一样，不能像鼓一样用规尺来衡量，旁边空间狭窄，刻度很难准确，而且还会遮挡星度。
第三段：
第七，司天铜仪上，黄道和赤道与环带一起铸造，不能移动，虽然它与天体运行不完全符合，但在观测的时候，先用距离来确定三辰（日、月、星辰）的位置，然后移动仪器，对准星宿的位置，再求出它出入黄道的度数和离北极的度数，结果和令瓒的方法没什么区别。这个方法是基于晁崇、斛兰的旧制，虽然不是很精细，但是比较简单易用。李淳风曾经说过，斛兰制作的铁仪，赤道是固定的，就像胶柱一样。用来观测月球运行，误差可能达到十七度，最少也有十度。这正是因为直接用赤道来观测月球运行，所以误差这么大。现在黄道、赤道度数，再移动仪器对准星宿位置来计算，而月球运行则用月历每天离北极的度数来计算，就不能说是像胶柱一样僵硬了。新方法是固定星宿位置，然后改变黄道；旧方法是固定黄道，然后改变星宿位置。新方法只能计算三百六十五度，不能计算余分，这是它的不足之处。
第八条，以前令瓒的设计方法，黄道设在月道上面，赤道又在月道上面，而玑（注：浑仪部件）在最下面。每个月移动一次交点，黄道和赤道的位置就变了。现在应该去掉月道，把玑移到赤道上面，黄道放在赤道下面，这样两条道和衡端（注：浑仪部件）就靠得很近了，观测星度的方便多了。
第九条，以前的设计方法，圆环一面刻着周天度数，一面镶嵌着银钉。之所以要镶嵌银钉，是因为晚上天黑看不清，只能用手摸着找。古代人用璿（xuán，一种珠子）做这个，现在司天监的三辰仪（注：一种天文仪器）在环的背面设置了齿轮，与横萧（注：浑仪部件）不相连，应该把齿轮移到两旁，这样观察起来就方便多了。
第十条，以前的设计方法，重的玑都是宽四寸，厚四分。其他的规轴（注：浑仪部件）等等，又笨又重，根本转不动。现在稍微改小一点尺寸，让它轻便灵活一些。
第十一条，古代人知道黄道每年都会变化，却不知道赤道也会变化。黄道的度数和赤道的度数是相互对应的。黄道向西移动，赤道不可能独自不变。现在应该让赤道也和黄道一样，跟着变化。
第十二条，以前的设计方法，黄道和赤道是平着放的，正好挡住天度（注：天球上的度数），挡住了人的视线，没法观测。后来又另外加了钻孔，更笨拙荒谬。现在应该把它倾斜一点，让天度从北边露出来，就不会遮挡视线了。
第十三条，以前的设计方法，地纮（注：浑仪部件）正好在经线（注：天球上的经线）的中间，每次观测星体的出入，地平线就被地纮挡住了。现在应该把地纮往下移一点，让地平线和地纮的上边缘对齐。观测星体的出没，就只用地纮的边缘来确定，这样就能和天象完全吻合了。
接下来是关于浑仪制造的说明：浑仪这种仪器，它有三个部分，相互配合使用。最外面的是“体”，用来确定四方上下位置；其次是“象”，用来模拟天体的运行，总是跟着天体转动；里面的是玑衡，玑用来观测纬度，衡用来观测经度。要确定天地极点以及星辰的出现和消失，“体”就派上用场了；要观测黄道的升降、星辰的运行和移动，“象”就派上用场了；要确定四方上下，“玑衡”就派上用场了。
这玩意儿，是个浑天仪，主要由四个圆环构成。咱们先说第一个圆环，叫“经”，它其实是由两个并排的圆环组成的，正好对着南北方向，就像车轮竖起来那样。这两个圆环之间相距四寸，环上还有齿轮，用来测量南北极的度数。北极超出这个圆环三十四度又八分之一度，南极超出这个圆环也一样。两个圆环之间用轴连接起来，轴的中间有个枢纽。
第二个圆环叫“纬”，只有一个圆环，它和“经”相交于南北极的中点，就像车轮斜靠着那样，南北距离极点都是九十一度多一点儿。环上也有齿轮，用来测量周天的度数。第三个圆环叫“纮”，也只有一个圆环，它的上边缘正好在“经”的中间，就像车轮倒着放那样，用来确定地平线的位置，上面刻着十二个时辰，用来确定八个方位。“纮”的下面有四个支架，中间有个水槽用来注水保持水平，水槽的中心代表地面。四个支架支撑着“纮”，就像四条龙在托举它一样。所有这些部件都连接在一起，龙头的部分是主要的连接结构，起到固定作用。
再说说另一个仪器，也是由四个圆环构成的。第一个圆环叫“玑”，它是由两个并排的圆环组成的，距离和“经”一样。环上也有齿轮，两个圆环之间用轴连接，轴的中间也有个枢纽，和“经”差不多。它的设置也和“经”类似，区别在于“经”是固定的，“玑”可以旋转。第二个圆环叫“赤道”，它只有一个圆环，用三十分之一寸的刻度与“玑”连接。它的设置和“纬”类似，区别在于“纬”固定在“经”上，“赤道”连接在“玑”上，可以随着时间移动，通过一个孔来调整岁差。
第三个圆环叫“黄道”，它也只有一个圆环，用二十分之一寸的刻度与“赤道”连接。它在赤道的南边超出二十四度，在赤道的北边也超出二十四度，与奎宿、角宿相交，通过一个孔，用铜丝连接到赤道上。岁差累积的度数，就会带动赤道一起向西移动。“黄道”和“赤道”的环上都有齿轮，用来测量黄赤道之间的度数。
这玩意儿，说白了就是个工具，跟圆规差不多，有两个部件，一个叫“玑”，它们俩面对面，距离就像象棋棋子那么远，中间夹着齿轮，这些齿轮也跟象棋棋子一样大小。不过跟象棋棋子不一样的地方是：象棋棋子是两块东西卡在一起，而这个“玑”是两块东西套在一个轴上，这个轴就插在象棋棋子形状的那个东西的孔里。这三个东西叠在一起，但不会粘住，中间留有十分之一寸的三分之一的空隙，保证它们不会互相摩擦，这样转起来才灵活。
还有两个横着的部件，像箫管一样，两端都套在轴上，连接着“玑”。中间夹着一个横着的衡杆，卡在箫管之间。这个衡杆中间有个轴，穿过箫管，两头伸进“玑”的缝隙里，可以转动。“玑”可以左右转动，用来观察四面八方的细节；“衡”可以上下移动，用来观察高低位置的情况。
《浮漏议》上说：
话说啊，这玩意儿有三个水壶，一个用来蓄水。第一个叫“求壶”，形状是方的，里面是圆的，直径八寸，深十四寸五分，能装两斛水，容积算下来是四百六十六万六千四百六十立方寸。第二个叫“复壶”，尺寸跟求壶一样，但是中间隔开成两部分，大概能装一斛八斗水，中间还有个通道。第三个叫“建壶”，是方的，边长三尺五寸，能装半斛水。
求壶进水，复壶就接着它，水满了就流得快，水少了就流得慢。复壶侧面有支渠，用来控制水流。求壶进水太猛，水流冲击得厉害，就用复壶调节，再分出支渠，把多余的水排出去。这些支渠汇集的地方，就是第三个水壶——废壶，用来盛放多余的水。这三个水壶都是用来控制水流的。从复壶的中间通道，用玉做的阀门控制水流到建壶里，建壶内壁刻着刻度。建壶满了，就用箭射出土室里的水。求壶、复壶、建壶排水，都是为了让水流下去。玉阀门控制水流，先往上提一下再放开，这样水流就平稳了，不会太猛。复壶中间通道的水量是求壶进水量的一半，玉阀门控制的水量也是复壶通道水量的一半。支渠的宽度和高度都一样，表面平整光滑，用来控制水流。
三个水壶都盖着盖子，防止脏东西进去，保证水质干净。求壶的盖子是龙纽的，象征着水源不断。复壶的盖子是士纽的，“士”代表着规范，复壶是用来控制水流的。废壶的盖子是鲵纽的，鲵是水里的动物，象征着水流的沉淀。铜制的刻度盘用来计时，冬天还要用火烤，防止水结冰。进水管是龙形的，直管子好清理，紧贴壶体不容易坏。复壶用玉做成嘴状，衔在龙形进水管上，叫“权”，用来控制水位的。建壶的出口用泥土堵住，再用厚布盖上，这样就不会漏水了。管子要光滑，这样水流才顺畅，只有玉才能经久耐用。阀门开得越高，水流就越轻，水流轻了，排水就不畅了。如果箭射得不准，就要调整阀门，清洗箭，重新校准，这就是保持设备不损坏的方法。现在漏水的地方，一开始很小，时间长了就变大了，这是管子磨损了。管子磨损了，器物就坏了，这是因为没有控制好水流。坏了修不好，那是方法不对。
用日晷来校准箭，根据日晷的影子来调整箭的刻度，一个刻度的误差，要调整其他刻度，如果刻度不均匀，建壶就有问题了。多余的部分磨掉，坏的部分修补，一百个刻度检查一次，这样水壶才能用得好。如果一天一夜过去了，箭还有剩余，说明阀门开得小了；如果一天一夜没到，水壶就漏水了，说明阀门开得大了。这样不断调整阀门，这就是控制水流的方法。
话说这漏壶制作，讲究可多着呢！首先，得用甘甜的泉水，决不能用浑浊的水，因为那样会影响漏壶的精准度。 用清冽的泉水灌注，重量就足，漏水就快，就像箭一样迅猛；要是用浑浊的水，重量轻，漏水就慢，就像箭一样迟钝。 而且，同一口井不能反复取水，取几次水后泉水就浑浊了；陈水更不能再次灌注，否则会影响漏水的规律。这就是漏壶制作的关键所在。
这漏箭的尺寸也有讲究，长度要和漏壶一样长，宽五分之三寸，厚度是宽度的三分之二。箭身上刻有百刻，对应十二个时辰。 而配套的计数板，长度与漏箭相同，宽五分之一寸，厚度是宽度的一半，上面刻有五更，共二十五筹，阴刻和阳刻会随着时间变化。计数板要嵌入漏箭三分之一宽度的槽中。如果夜间计算出现一刻的误差，就要根据漏箭调整计数板。 此外，还有个东西叫“鐐匏”，就是盛水的箭舟，能装五升水，重一镒半。 制作漏壶用的金子，必须是锻打后赤红柔软的优质金子，然后浸渍处理，不能上墨，因为上墨时间长了会腐蚀。银子里掺了铜就会发黑，铜里掺了锡就会碎裂，铜久了还会肚子烂掉，这些都是工匠们不能接受的次品。
《景表议》里记载说： 测量日影的方法，最难的就是确定南北方向。古法是用圭表来确定，记录下日出和日落时的日影长度。白天根据正午的日影，晚上根据北极星的位置来校准。 因为北极星并不正好在天球正中心，所以测量日影的方法是取晨昏时日影最长的那条作为基准，两表之间的距离取中间值来验证，日影最短的时候就是正午。但是，测量日影的地方，即使在百里范围内，地势的高低和东西方向的差异也会造成偏差，还有城镇房屋和山林的遮挡，这些东西如果不在视线范围内，就会和浑浊的空气混合在一起，难以分辨出遮挡物，而浑浊的空气又会影响日光的明暗和风雨，人间的烟尘变化无常。我在局里观测日影，每天遇到的空气浑浊程度都不一样，这又难以准确地观测到日出日落的情况，所以晨昏时日影的长短就难以得到精确的数值。
哎，说起来这事儿啊，还得翻老黄历。这玩意儿，叫候景表，可不是一般的表，它高八尺，宽三寸三分，为了保证厚度，还特意杀了一块料子呢！顶上尖尖的，往南边倾斜；底座是方的，厚两尺，周围还刻了槽，用来蓄水校正水平。这表是用铜做的，四面都刻着墨线，用来标记方向，然后用四根绳子吊着四个铜球，每个球对应一个方向的墨线。
测量之前先得把四个方向定好。用三根表，南北方向互相重叠，底座互相接触，表与表之间相距两尺，保证每根表都笔直。四根绳子都得贴着墨线，用三根表来测量左右上下，确保它们重叠在一起，就像一体似的。从太阳刚出来开始，就测量西边影子的长度，以及三根表影子顶端的位置，分别记下来。等太阳快落山了，再在东边同样测量。如果东西两边的影子长度一样，而且影子之间的距离也一样，那就根据东西两边影子顶端的位置，画一条线，然后取这条线的中点，就能找到最短的影子。这五项数据都符合，那就把最短影子的长度的一半定为北方，表南边墨线下方为南方，东西两边影子顶端的位置就是东西方向。这五项数据，只要有一项不符合，就说明测量不准。
确定了方向之后，就只需要一根表了。这根表也是方的，底下垫一块石板，保证水平，然后把表竖在石板南端。石板宽三尺，长跟冬至时节的影子一样长，从表的底座刻度开始，累积起来，一分为寸，寸积为尺。为了保护这根表，还要专门建个密室，位置要避开雨水，下午的影子要正好照在表的顶端。另外还有一根辅助表，高四寸，宽两寸，厚五分，也是方的，南边也削尖，也是铜做的。如果影子太淡看不清，就用这根辅助表，这样影子就会很清晰，方便测量。
元祐年间，苏颂对这玩意儿进行了改进，上面加了个浑仪，中间放了个浑象，旁边还有个报时用的更筹，用水力驱动，这三样东西在一个装置里，运行精准，真是巧夺天工！宣和年间，又改进过一次。不过，这些精巧的仪器最后都落到了金国手里。
话说南宋中兴时期，为了改进天文仪器，绍兴三年正月，工部员外郎袁正功上交了一个浑仪的木制模型。太史局令丁师仁就赶紧申请招募工匠来铸造，还说：“东京以前那个浑仪用了两万斤铜，现在咱们申请用一半多一点，大概八千多斤就够了。” 结果呢，这浑仪一直没造出来。主要原因是朝廷大臣们大多不懂这玩意儿的构造。
后来，没办法，只好请苏颂的儿子把苏颂留下的书籍资料拿来，参考一下以前的做法。 可问题是，苏颂的儿子也看不懂他爹留下的东西！ 这事儿就这么拖着，一直到绍兴十四年，才下令让宰相秦桧负责督造浑仪，并且派内侍邵谔专门管这事儿。 这浑仪造起来可费时间了，好长时间才做好。
直到绍兴三十二年，才把其中两架浑仪安置到太史局。 高宗皇帝自己也提前弄了一架小一点的浑仪放在宫里，用来观测天象。 邵谔后来铸造的浑仪，其实就是仿照高宗皇帝那架小的做的，后来放在钟鼓院的那架也是一样的。
清台的仪器，后来有一套放在秘书省。解释一下，这个仪器是按照制度做的，一共三层。第一层叫六合仪，阳经的直径是四尺九寸六分，宽三寸二分，厚五分。南北方向是正位，两面都标着周天的度数，南北极出入地面的度数都是三十一度少一点，度数的宽度是三分。阴纬是一个单环，大小跟阳经差不多，宽三寸二分，厚一寸八分。上面有个水平的水池，宽九分，深四分，水沿着环绕的管道流动，跟以前的做法一样。内外有八干、十二枝，在四个方向画着艮、巽、坤、乾四个卦象。
第二层叫三辰仪，直径四尺三分，宽二寸二分，厚五分。釭钏（注：此处指仪器上的金属部件）的刻画跟阳经一样。赤道是一个单环，直径四尺一寸四分，宽一寸二分，厚五分。上面标着二十八宿和均天的度数，宽度是二分七厘。黄道也是一个单环，直径四尺一寸四分，宽一寸二分，厚五分，上面标着七十二候，均分卦策，跟赤道相交，出入各二十四度左右。百刻单环，直径四尺五寸六分，宽一寸二分，厚五分，上面标着昼夜的刻数。第三层叫四游仪，直径三尺九寸，宽一寸九分，厚五分。釭钏的刻画跟璿玑（注：一种古代天文仪器）一样，度数的宽度是二分半。望筒长三尺六寸五分，内圆外方，中间是空的，四面的宽度是一寸四分七厘，窥视孔的宽度是三分，夹窥的直径是五尺三分。用鳌云托着龙柱，龙柱各高五尺二寸。十字形的水平台高一尺一寸七分，长五尺七寸，宽五寸二分。水槽宽七分，深一寸二分。至于水运的方法和浑象，这里就不再赘述了。
后来朱熹家里也有浑仪，他仔细研究过水运的制度，但最终也没能完全弄明白。苏颂的书虽然还在，但主要讲的是浑象，尺寸方面记载不多，所以很难完全复原。以前有个白道仪用来观测月球运行，在望筒旁边。熙宁年间沈括认为它没用就取消了，南宋时期重新制造，但也最终没再使用。
极度
北极星在紫微垣里，是其他星星拱卫着的中心，所以叫北极星，是天的正中心。但是从唐朝开始，天文学家们用仪器观测，发现中国南北极的正中心，其实比北极星偏北一点儿，大概偏了一度半，这是因为中原地区地理位置的缘故。后来南宋中兴时期，重新制造了浑天仪，太史令丁师仁就说：“临安府的地势朝南，北极星的高度需要重新测量调整。” 但是主管官员吕璨说：“浑天仪没有可以随意调整的机制，如果在临安用它来观测天象，调整了位置肯定会有偏差。” 所以这事儿就搁置了。十多年后，邵谔重新制造了浑天仪，这次就根据临安的北极星高度来制作了。用清台的仪器校对，发现实际位置比北极星偏北了四度多。
黄赤道这玩意儿，是根据二十八宿来划分的，把它们分成四方，南北离北极都大概九十多度，南方低，北方高，离地面都大概三十六度，这是固定不变的，叫做赤道。太阳运行的轨迹有一半在赤道以内，一半在赤道以外，最远的地方都离赤道二十四度，太阳运行在赤道中间的那条线，就叫做黄道。其他五颗行星都跟着太阳沿着黄道运行，只有月亮的运行轨迹有九条，但最终都会回到黄道上然后改变方向，所以月亮会有青、黑、白、赤四种不同的颜色。
赤道自古以来就没变过，那星星的位置应该也不会有变化才对啊。但是从唐朝一行和尚编制《大衍历》开始，用仪器测量后，发现毕宿、觜宿、参宿、鬼宿这四宿的位置度数和以前的不一样了。到了宋仁宗皇祐年间，天文学家周琮用新的仪器观测，结果和唐朝一行和尚的观测结果又不一样。到了宋哲宗绍圣二年，清台发现赤道的度数有误差，又重新下令进行校正。只有牛宿、室宿、尾宿、柳宿这四宿和以前的结果一致，其他二十四宿的位置度数或多或少都有差异。大概是因为天上的度数并不完全一致，古人只是记录了大概的位置，后世才逐渐追求精确吧。
黄道就像一条带子横贯天体，列宿的位置度数随着岁差而不断变化。南宋中兴以来，先后用了《统元历》、《纪元历》、《乾道历》、《淳熙历》、《开禧历》、《统天历》、《会元历》等等历法，每次改历法黄道的位置就有所不同，这些差异多到数不清，算命先生们也跟着各个历法的星宿位置来算命。
中星……
咱们先说说这“中星”。《尧典》里就记载了它，说的是古代圣人面向南方治理天下，根据太阳运行来确定四季。天上的虚、鸟、火、昴这些星宿的位置，以及地上人们观察到的各种自然现象，都跟这有关。《尚书》一开始就记载了这些，是为了说明掌握时间对治国的重要性。
后来的人们考证，冬至那天，尧的时候太阳运行到虚宿，到了夏商周时期就运行到女宿了，春秋时期在牛宿，到了东汉永元年间就在斗宿了。大概六十年左右就会差一度。到了开禧年间观测，太阳运行到箕宿，跟尧的时候比，差不多退了四十多度。从汉朝太初年间到现在，已经差了一个节气还多了。太阳运行到十二次，大概在中气前后，才能对应到当月的星宿位置。因为太阳每天运行一度，但是速度很慢，近些年《纪元历》测算出岁差，大约每年退后一分四十多秒。太阳每天运行一度，但速度略微缓慢，一年绕天一周也略微有偏差，这些分秒的积累，就导致了星宿位置的改变。
历法学家研究发现，过了一万五千年之后，偏差会达到半天，到时候冷热就会颠倒了！以前还真没人知道这个说法呢。
土圭
话说古代测量日影，有个东西叫土圭。《周官》里记载，大司徒用土圭来测量日影的长度，以此来确定正午时刻，从而找到地理上的中心点。而冯相氏这家人，春天夏天测太阳，秋天冬天测月亮，用来辨别四季的顺序。
汉朝制造历法，首先得确定东西方向，然后立起日晷仪器。唐朝皇帝还下令让太史们全国各地都测量日影，目的就是校准日影长度，推算节气，这可是个必不可少的前提工作。宋朝的时候，在浚仪的岳台山上进行日影观测。崇宁年间，姚舜辅制作《纪元历》的时候，就参考了岳台观测到的日影数据。他们发现，冬至之后过了62天又22分，日影长度就会达到一定标准。具体做法是，立一根八尺高的表，等日影的长度在圭尺上达到八尺的时候，就记录下从冬至到现在的天数，作为“初限”。然后用这个“初限”减去两个二至点之间的时间，就能算出夏至后的“初限”，以此作为以后的参考标准。
其实啊，冬至日影的长短，跟岁差（地球自转轴的缓慢摆动）有关，而且不同地方、不同时代，日影长度也不一样。南宋中兴之后，在临安也设立了观测日影的平台和仪器，跟汴京（开封）的制度一样，每年冬至都要进行测量。 《统天历》和《开禧历》也都把冬至后的62天作为“初限”。但是，有人觉得临安的日影长度应该跟岳台不一样。有人建议，应该立一根八尺高的表，等到圭尺上日影长度达到八尺的时候，大概需要49天多一点，所以应该用49天又5分作为临安冬至后的“初限”，然后用它减去两个二至点之间的时间，就能算出夏至后的“初限”。你看，这套方法多精密啊！
不过呢，土圭法最初的目的是测量日影，确定地理中心点，但日影的长度变化跟很多因素有关，如果日影异常，就可能预示着灾害或吉兆。算命先生们都知道这一点，但他们也未必能解释清楚其中的原因。
