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    南怀仁供职钦天监后做的一件大事是改造观象台,重造适用于西洋新法的天文仪器。

    康熙八年(1669)八月着手,经过四年多努力,于康熙十二年(1673)用铜铸成六件大型天文仪器,安装在北京观象台上。

    它们是:测定天体黄道坐标的黄道经纬仪,测定天体赤道坐标的赤道经纬仪,测定天体地平坐标的地平经仪和地平纬仪(又名象限仪),测定两个天体间角距离的纪限仪和表演天象的天体仪,这些仪器取代了深仪和简仪等传统仪器。

    南怀仁主要参考第谷的设计,同时吸收中国和造型艺术,将欧洲的机械加工工艺和中国的铸造工艺结合起来,实现他的设计。这些仪器在中国历史上也是先进的。

    南怀仁后来还制造过简平仪、地平半圆日晷仪等多种天文仪器,并著有《赤道南北两总星图》(1672)和《简平规总星图》(1674)等。

    南怀仁设计监制的仪器,典雅精美,它们不仅是观测天象的仪器,而且也是瑰丽的艺术品,它们作为中西科学交流的历史见证,至今仍陈列在北京古观象台。

    在制造和安装观象台新仪器的同时,南怀仁将各种仪器的制造原理、安装和使用方法等,详细记述,绘图立说。他于康熙十三年正月二十九日(1674年3月6日)将《新制灵台仪象志》共十六卷进呈,并请镂版刊行。

    南怀仁在《新制灵台仪象志》的“序”中,说明了天文仪器的重要性:

    “历必有理与象之数,而仪器即所在首重也。夫仪也者,历之理由此得精焉,历之法由此得密焉。”

    也谈到了天文仪器与历法的关系:“稽历者必以仪为依据,明历者必以仪为记事录,失推者必以仪而改下,算合者必以仪而参互,较历者非仪无由而信,从历者非仪无由而启悟。良法得之以见其长,敞法对之而形其短。甚哉,仪象之为用大也。”

    他还指出,仪器“有作之法,有安之法,有用之法“,其造法必以天象为准”,要求“广大、轻清、坚固、微妙”四者兼备。

    《新制灵仪象志》这部书可以分为三个部分。

    第一部分是前四卷,介绍新制成的六种仪器的制造原理、安装和使用方法,其中包含了西方近代早期的许多科学技术知识。

    第二部分是第五到第十四卷,为天文测量数据,即全天星表。星表共1366颗星,内容包括星的黄道坐标、赤道坐标和星等。星名则采用中国传统的名称并加编号,凡不属中国传统星官范围内的,则以附近的传统星官为主,标出相对的方位,再加编号。

    第三部分是该书最后两卷,共有117幅图。实际上,这两卷又称《新制仪象图》或《仪象图》,南怀仁绘制,完成于1664年(康熙三年)。

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