志二 天文二
【仪象】
汉创浑天仪，谓即玑衡遗制，唐、宋皆仿为之。至元始有简仪、仰仪、闚几、景符等器，视古加详焉。明于北京齐化门内倚城筑观象台，仿元制作浑仪、简仪、天体三仪，置于台上。台下有晷景堂、圭表、壶漏，清初因之。康熙八年，圣祖用监臣南怀仁言，改造六仪，曰黄道经纬仪、赤道经纬仪、地平经仪、地平纬仪、纪限仪、天体仪。五十二年，复将地平经、纬合为一仪。乾隆九年，高宗御制玑衡抚辰仪，并安置台上。今考各形制用法，悉著于篇。
黄道经纬仪，仪之圈有四，各分四象限，限各九十度。其外大圈恒定而不移者，名天元子午规，外径六尺，规面厚一寸三分，侧面宽二寸五分，规之下半夹入于云座。仰载之半圈，前后正直子午，上直天顶，中直地平。从地平上下按京师南北两极出入度分，定赤道两极。次内为过极至圈，圈周平分处，各以钢枢贯于赤道二极。又依黄赤大距度，于过极至圈上定黄道南北极。距黄极九十度安黄道圈，与过极至圈十字相交，各陷其中以相入，令两圈为一体，旋转相从。黄道圈之两侧面，一为十二宫，一为二十四节气。其两交，一当冬至，一当夏至。次内为黄道经圈，则以钢枢贯于黄极焉。圈之径为圆轴，围三寸。轴之中心立圆柱为纬表，与经圈侧面成直角，而黄道圈经圈上各设游表，仪顶更设铜丝为垂线。全仪以双龙擎之，复为交梁以立龙足。梁之四端，各承以狮，仍置螺柱以取平。垂线有偏侧，则转螺柱，垂线正，则仪正矣。用法，欲求某星黄道经纬度，须一人于黄道圈上查先所得某星之经纬度分，其上加游表，而过南北轴中柱，表对星定仪；又一人用游表于经圈上过柱，表对所测之星，游移取置，则经圈上游表之指线定某星纬度。又定仪查黄道圈两表相距之度分，即某星之经度差。或测日月，以距星为比，亦如之。
赤道经纬仪，仪有三圈，外大圈者，天元子午规也。以一龙南向而负之。规之分度定极，皆与黄道仪同。去极九十度安赤道圈，与子午规十字相交，恒定不动。圈内规面及上侧面皆鋟二十四时，时各四刻。外规面分三百六十度，内安赤道经圈。以南北极为枢，而可东西游转，与赤道圈内规面相切。经圈径为圆轴，轴中心立圆柱，以及游表、垂线、交梁、螺柱等法，皆同黄道仪。用法，若测日时刻，则赤道圈上用时刻游表，即通光耳，对于南北轴表，视赤道圈内游表所指，即时刻分秒。若诸曜经度，用两通光耳，即两径表，在赤道圈上一定一游。一人从定耳窥南北轴表，与先得星相参测之；一人以游耳转移迁就，而窥本轴表与所测参相直，视两耳间应赤道圈上之度分，即两经度之差也。纬度亦以通光耳于经圈上转移而迁就焉。务欲令目与表与所测相参直，视本耳下经圈在赤道或南或北之度分，即所测距赤道南北之度分也。
地平经仪，仪只一地平圈，全径六尺，其平面宽二寸五分，厚一寸二分。分四象限，各九十度。以四龙立于交梁以承之。梁之四端，各施取平之螺柱。梁之交处安立柱，高与地平圈等，適当地平圈之中心。又于地平圈上东西各立一轴，约高四尺，柱各一龙，盘旋而上，从柱端各伸一爪，互捧圆珠。下有立轴，其形扁方，空其中如窗棂，以安直线。轴之上端入于珠，下端入立柱中心，令可旋转。而轴中之线，恒为天顶之垂线焉。又为长方横表，长如地平圈，全径厚一寸，宽一寸五分，中心开方孔管于立轴下端，使随立轴旋转。复剡其两端令锐，以指地平圈之度分。又自两端各出一线，而上会于立轴中直线之顶，成两三角形。凡有所测，则旋转游表，使三线与所测参相直，乃视表端所指，即所测之地平经度也。
地平纬仪，即象限仪，盖取全圆四分之一以测高度者也。其弧九十度，其两边皆圆半径，长六尺。两半径交处为仪心。仪架东西立柱，各以二龙拱之。上架横梁，又立中柱上管于横梁，令可转动仪心，上指仪之两边，一与中柱平行，一与横梁平行。又于仪心立短圆柱以为表，又加窥衡，长与半径等，上端安于仪心，剡其下端，以指弧面度分，更安表耳。有所测，乃以窥衡上下游移，从表耳缝中窥圆柱，令与所测相参直。其衡端所指度分，即所测之地平纬度也。
纪限仪，弧面为全圆六分之一，分六十度。一弧一幹，幹长六尺，即全圆之半径。弧之宽二寸五分，幹之左右，细云纠缦缠连，所以固之。幹之上端有小衡，与幹成十字。仪心与衡两端皆立圆柱为表，弧面设游表。承仪之台，约高四尺，中植立柱，以系仪之重心，则左右旋转，高低斜侧，无所不可，故又名百游仪焉。用法，测两曜，不论黄赤经纬，而求大圈相距之度，一人从衡端耳表窥中心柱表，对定此曜；又一人从游耳表向中心柱表窥彼曜相参直，视衡端至游耳表下度分，即两曜相距度分也。
天体仪，仪为圆球，径六尺，宛然穹象，故以天体名之。中贯钢轴，露其两端，以属于子午规之南北极，令可转运。座高四尺七寸。座上为地平圈，宽八寸。当子午处各为阙，以入子午规。阙之度与子午规之宽厚等，则两圈十字相交，内规面恰平，而左右上下环抱乎仪。周围皆空五分，以便高弧游表进退。又安时盘于子午规外，径二尺，分二十四时。以北极为心，其指时刻之表，亦定于北极，令能随天体转移，又能自转焉。座下复设机轮，运转子午规，使北极随各方出地升降，各方天象隐见之限，皆可究观矣。
地平经纬合仪，经仪中心立柱安纬仪。用法，旋转纬仪，对定所测游表，于纬仪上得纬度；视纬仪边切经仪之处，即得经度：一测而两得焉。
玑衡抚辰仪，仪制三重，其在外者，即古六合仪，而不用地平圈，其正立双环为子午圈。两面皆刻周天三百六十度，自南北极起，初度至中要九十度，是为天经。斜倚单环为天常赤道圈，两面皆刻周日十二时，以子正午正当子午双环中空之半，而结于其中要，是为天纬。其南北二极皆设圆轴，轴本实于子午双环中空之间，而轴内向，以贯内二重之环。其下承以云座，仰面正中开双槽以受双环，东面正中开云窝以受垂线。下面置十字架，施螺旋以取平。架之东西两端各植龙柱，龙口衔珠，开孔以承天常赤道卯酉之两轴，依观象台测定南北正线，将座架安定，则平面之四方正。又依京师北极出地度分，上数至成一象限，即天顶。依南极入地度分，下数成一象限，即地心。于天顶施小钉悬垂线，而垂適当地心，又適切于双环之面。线末垂球，又適当云窝，不即不离，则上下正立面之四方亦正，而地平已在其中。
次其内即古三辰仪，而不用黄道圈。其贯于二极之双环，为赤极经圈。两极各设轴孔，以受天经之轴，两面皆刻周天三百六十度。结于赤极圈之中要，与天常赤道平运者，为游旋赤道圈，两面皆刻周天三百六十度，与宗动天赤道旋转相应。自经圈之南极，作两象限弧以承之，使不倾垫。
次最内即古四游仪，贯于二极之双环，为四游圈，两面皆刻三百六十度。定于游圈之两极者为直距，绾于直距之中心者为窥衡。游圈中要设直表，以指经度及时，窥衡右旁设直表，以指纬度。别设借弧指时度表、立表、平行立表、平行借弧表，以济所测之穷。又设绾经度表、绾时度表、平行线测经度表，以期两测之合。
其数，子午圈外径六尺三寸，内径五尺六寸六分，环面阔三寸二分，厚九分，中空一寸。天常赤道外径六尺一寸二分，内径五尺六寸四分，环面阔二寸四分，厚一寸四分。赤极经圈外径五尺五寸六分，内径五尺一寸二分，环面阔二寸八分，厚八分，中空一寸二分。游旋赤道外径五尺五寸六分，内径五尺一寸二分，环面阔二寸二分，厚一寸二分。四游圈外径五尺，内径四尺六寸八分，环面阔一寸六分，厚七分，中空一寸四分。直距长如圆之通径，阔一寸六分，厚七分，中空一寸四分。窥衡长四尺七寸二分，方一寸二分，中空一寸。上下两端施方铜盖，厚五分，内三分，方一寸，入于管中，外二分，方一寸二分，齐于管面，中心开圆孔。
指时度表，通长七寸三分，本长一寸六分，形如方筒，入于四游双环中空之间，阔一寸四分，横带长三寸二分，阔五分，两端各钩回二分，扣于环面之外。表长五寸二分，阔一寸。其指时度之边线，对方筒之正中，下端二寸四分，厚三分，切于游旋赤道之面，以指度分。上端二寸八分，厚二分，切于天常赤道之面，以指时刻。
指纬度表，其形两曲，安于窥衡之右面。底长三寸，阔九分，曲横七分，与四游环之厚等。又曲长一寸七分，切于四游环之外面，从中线减阔之半，所以指纬度也。
借弧指时度表，其本方筒及横带长阔并与前指时度表同。横带之下，自左向右，立安弧背一道，长九寸三分，阔一寸二分，厚一分六釐。弧背之末，平安指时度表，除弧背之厚，长五寸二分，阔一寸。计自表本方筒之中线至指时度表之内边，长六寸七分，当游旋赤道之十五度，当天常赤道之一小时。
立表二座，形直底平，表高底长各三寸二分，阔九分，厚一分。一表向上开长方孔，长一寸，中留直线，又上五分开圆孔，径四分，中留十字线，安于窥衡之上端。一表依前度下开直缝，上开小圆孔，安于窥衡下端，各对衡面中线，以螺旋结之。
平行立表二座，形曲底平，底盘长四寸，阔一寸二分，厚一分，中空三寸二分，阔九分。表曲如勾股。股直如立表，高三寸二分，阔九分。勾横连于股末，长五寸，阔九分，横植于底盘之末。底盘中空，冒于立表底盘之外，以掐表固之。
平行借弧表，制如平行立表，而倒正异。一表上植于衡面，高四寸一分零八毫，一表自衡面下垂，长六寸二分零八毫。距表端下六分开圆孔，又下五分开长方孔，皆与立表制同。
绾经度表，通长四寸，阔一寸四分。其本方筒长一寸六分，高一寸八分，入于四游双环之间，以左右螺旋固之。其末上下二面，以夹游旋赤道，上面阔七分，减本之半，与窥衡中线相直，下面以螺旋固之。
绾时度表，内外二截，内截上下内三面，绾于游旋赤道之内规。上面之末，承于外截之下，开二方孔，以受外截之方足，下面以螺旋固之。外截上下外三面，绾于天常赤道之外规。上面之末，覆于内截之上，下面以螺旋固之。
平行线测经度表，于直距南北极之两端，各安铜版，如工字形，正方二寸八分，与直距二面之分等。两要各缺一长方，长一寸六分，阔七分，扣于直距中空之间。中心开圆孔，贯于天经之轴。四隅距中心一寸九分，各安立柱，圆顶开孔，以穿直线，与直距中径平行。下安小环，以为结赤经平行线之用。又按距星宫度，于游旋赤道安赤经平行线表，其制上画半圆，内容半方，自对角斜线起，初度至横径为四十五度，其中直径与指度表之边线相参直。半圆中心安二游表，各长二寸，距中心一寸九分。边留小脐，中开小圆孔，以线穿之。上端系于北极铜版对角之两环，下端贯于南极铜版对角之两环，各以垂球坠之。
用法，测日时刻，以四游圈东西推转，窥衡南北低昂，令日光透孔圆正，视四游圈下指时度表临天常赤道某时刻，即得。若日景为赤道所碍，则用窥衡上立表测之，令表两孔正透，仍于指时度表视时刻。或为龙柱所碍，则用平行立表测之，亦于指时度视时刻。若指时度表为子午圈所碍，则易用借弧指时度表，次用平行立表。测定日景，视借弧指时度表所指时刻，加一小时，即得。测经度，取所知正午前后一恒星，以其赤道经度之对冲，用绾经度表于游旋赤道绾定四游圈。又任设一时，用绾时度表，于其时之对冲，绾天常赤道。乃将四游圈带定游旋赤道，用窥衡测准距星，随之左旋。候至所设时刻，视绾时度表对游旋赤道某宫度分，即日赤道经度。或以本时太阳赤道经度，用绾时度表于游旋赤道绾定，又以所设时刻之对冲，于天常赤道绾定。候至所设时刻，用四游窥测月星，乃视指时度表所指游旋赤道宫度，加半周，即得所测月星赤道经度。测两曜相距经度，用平行线测经度表于游旋赤道初宫初度安定，令一人用此平行线表、左两线、右两线，并窥定距西之曜，随之左旋；一人用四游窥衡测距东之曜，视指时度表所指游旋赤道之度分，即所测两曜相距赤道经度也。测纬度，凡得经度时，随察指纬度表所指四游圈之度分，即得所测赤道纬度。其有所碍，皆如测时刻法易之。其近北极之星，则以平行借弧表测之。