在星象與人事關係密切這一點上，東西方古代文明的人類可謂一拍即合。因此，為了能更好、更深入（也可能更離譜）地發現兩者之間的聯絡，古代世界的人類就創造出眾多用以觀星的儀器。不僅用它來觀察星星，更用以思考那個可能會讓宇宙被更怪異、更難以說明的東西所取代的終極問題：宇宙為何存在。
金嵌珍珠天球儀，乾隆年間製作。
渾天儀
渾天儀這個名字，在中國，天然地會與張衡聯絡在一起。這位生活在公元二世紀的學者，不僅製造了中國歷史上最出名的渾天儀，更開動自己睿智的大腦，回答了宇宙為何存在這個問題——儘管他的答案與標準答案肯定有著巨大的出入。在他的著作《靈憲》中，他解釋說，在宇宙萬物誕生之前，乃是一種“幽清玄靜，寂漠冥默，不可為象，厥中惟虛，厥外惟無”，名曰“溟涬”的狀態。宇宙初始階段，則是“萌而未兆，並氣同色，渾沌不分”的“庬鴻”狀態。最後，“元氣剖判，剛柔始分，清濁異位。天成於外，地定於內”，這個階段的狀態，被稱為“太元”。由此“在天成象，在地成形”，人類由此誕生。其中，“人之精者”也就是那些被稱為“聖人”的傢伙，仰觀天文，俯察地理，作為綱紀，以經天緯地。
張衡自然不便自詡為聖人——畢竟那時孔子的“聖人”地位還未完全確定，可堪聖人之名的唯有五帝三王以及本朝的最高統治者——但張衡在《靈憲》中所描述的宇宙起源萬物生成的過程，卻毫無疑問是效法聖人口吻之作。他更細細敘述了天地日月星辰的執行規律，對今人來說，最值得關注的當屬他明確指出月亮與星星的光亮來自於反射的陽光。“月光生於日之所照，魄生於日之所蔽，當日則光盈，就日則光盡也。眾星被耀，因水轉光。當日之衝，光常不合者，蔽於他也，是謂暗虛。在星星微，月過則食。日之薄地，其明也。”他甚至還指出，星星在白天依然存在，只是因為陽光太強，猶如白晝中的火把，所以無法顯示出它的光亮。
在沒有望遠鏡的時代，張衡與他的同行是如何僅憑肉眼觀測就發現這些原理的，始終是個謎。而他所製造的渾天儀，則是按照他心中所思創造的宇宙模型。在張衡的時代，宇宙觀主要分為兩種理論：渾天說與蓋天說。蓋天說起源最早，理論也發生了兩次變化，從最早的“天圓如張蓋，地方如棋局”到戰國時代的“天似蓋笠，地法覆槃”，大地從棋局到倒扣的盤子，弧度越來越大，一直大到認為天穹與地拱的曲率基本一致。弧度之所以一再增加，其原因就是地平說越來越難以解釋理論與天文觀察之間出現的差異。於是，渾天說應運而生。在渾天說的理論中，大地不再糾結於弧度的大小，其外被球體的渾天包圍。儘管在今人看來，中國的渾天說與西方的地心說別無二致，都是古人錯謬的宇宙觀，但在當時，從天蓋地到天包地，就已邁出了質變的一步。
瓷青紙簡平星盤儀，康熙年間宮廷御製。
蓋天說與渾天說
張衡雖然被認為是渾天說在漢代的集大成者，但他身處之時，正是渾天說與蓋天說相行共存的時代，當時最重要的數理著作《周髀算經》即以蓋天說為基礎，即便是張衡，也不得不從中取法加以研習。因此，他在《靈憲》中對天地結構的描述含糊其辭，“天成於外，地定於內”“天圓以動”，這是渾天說的理論，但他又寫道，“地平以靜”“懸天之景，薄地之儀，皆移千里而差一寸”，這又是蓋天說的理論。
但在題名張衡所撰的《渾天儀圖注》中，張衡卻又似乎是個徹底的渾天說派，他寫道“渾天如雞子，天體圓如彈丸，地如雞中黃，孤居於內，天大而地小……天轉如車轂之運也，周旋無端，其形渾渾，故曰渾天也”。然而這段記述，出自晉代葛洪的引文，考慮到這位著名道士偽託名人造作偽書的前科不少，所以《渾天儀圖注》是否真為張衡所撰，不得不令人疑竇叢生。
然而，渾天說與蓋天說之間最大的區別，不在於地的形狀，而在於天的執行。蓋天說認為日月星辰是在大地上空圍繞一箇中心旋轉；而渾天說則認為天球包裹著大地，日月星辰附在天球之上運轉，天體是會隨著天球到大地的下面或是背面去的。至於大地是平的還是圓的，至少在張衡的時代，並不是爭論的焦點。
渾天儀，顧名思義，是按照渾天說所構建的宇宙模型。今天，我們見到的渾天儀，是許多圓環套在一起，組成一箇中空的球體，模仿天球，雕刻著細密的紋飾，其外觀形式，只要去南京紫金山天文臺參觀就可以看到。儘管這臺製造於明代的渾天儀，在理論上是張衡原版渾天儀的徒子徒孫，但兩者之間卻存在著不小的差異。明代的渾天儀需要用人力運轉，但張衡製造的渾天儀卻以水力推動運轉。而最大的不同點是，如今我們認識的渾天儀是觀測天象的儀器，而張衡製造的渾天儀卻更像是一個模仿宇宙執行的玄妙機器。《晉書》如此記載張衡的渾天儀：
“張衡又制渾象，具內外規，南北極，黃赤道。列二十四氣，二十八宿，中外星官及日月五緯，以漏水轉之於殿上室內。星中、出、沒與天相應。”
廣州渾天儀。
失傳後的復原
由於張衡渾天儀的圖紙和記錄皆已失傳，所謂的《渾天儀圖注》又來源不明，所以這臺宇宙儀器究竟是以何種原理進行運作，成為一個謎題。我們只知道張衡製造的渾天儀並非中國的第一架渾天儀，《晉書》中提到“古舊渾象以二分為一度，凡周七尺三寸半分也。張衡更制，以四分為一度，凡週一丈四尺六寸一分”。可見張衡的渾天儀是在更古老的原型基礎上進行改造的成果。最古老的渾天儀可能只有兩個圓環：固定與赤道平行的赤道環和可以繞著極軸旋轉的赤極環（也被稱為“四遊環”），兩者上都刻有周天度數。但張衡的渾天儀上，卻除了赤道與赤極外，還有黃道、“列二十四氣，二十八宿，中外星官及日月五緯”，林林總總繁複的圖文，要想全部體現出來，需要一個巨大的天球——張衡的渾天儀難道是一個帶好幾個圓環的巨大天球嗎？
後世歷代學者一直想仿造張衡能自行運轉的渾天儀，但最終的結果卻只是在一個又一個不能自行運轉的儀器上增補改造。北魏的斛蘭在底座上添置了十字水趺，用以校正儀器的水準。唐代的李淳風將張衡渾天儀外的地平、子午和赤道三圈固定在一起，合稱“六合儀”，將裡面可以旋轉觀測的四遊環和上面窺看星象的窺管，合為“四遊儀”。在這兩層之間，加上了黃道環、白道環（“白道”即月球執行的軌道）和赤道環，合為“三辰儀”。這最終成為了如今我們所見到的渾天儀的範本。南京紫金山天文臺的渾天儀，雖然是張衡渾天儀的徒子徒孫，但卻是李淳風改進渾天儀的嫡傳。
今天去那裡的參觀者，大可以想象在浩瀚的星空下，古代的司天監官員，費力地轉動著那幾個巨大的圓環，透過窺管觀測浩瀚的星空。
作者｜李夏恩
編輯｜宮子
校對｜薛京寧
