原網(wǎng)址：https://baijiahao.baidu.com/s?id=1717050850017043508&wfr=spider&for=pc

引言

在天文儀器方面，計(jì)時(shí)儀器漏壺研制有重大突破。隨著天文觀測(cè)的進(jìn)展，星圖、星表繪制技術(shù)也有長(zhǎng)足的進(jìn)步。在歷法方面，宋代改歷之頻，為歷代所罕見(jiàn)。宋代的地學(xué)包括地理學(xué)、地圖與方志、地質(zhì)與礦物等等，都有新的發(fā)展。

天文、歷法的重大成就

天文儀器的研制

在天文儀器方面，計(jì)時(shí)儀器漏壺研制有重大突破。太平興國(guó)四年，張思訓(xùn)創(chuàng)作水銀動(dòng)力渾儀；天圣八年，燕蕭發(fā)明“蓮花漏”，使漏壺的時(shí)間計(jì)量精度達(dá)到了前所未有的水平。以后沈括的浮漏，是我國(guó)古代刻漏技術(shù)在宋代達(dá)到高峰的標(biāo)志，代表著當(dāng)時(shí)精密計(jì)時(shí)的世界水平。圭表測(cè)影技術(shù)，在宋代也有顯著的進(jìn)步，沈括和蘇頌對(duì)此提出的理論的方法，即是例證。沈括在熙寧七年所撰《渾儀議》、《浮漏儀》、《景表議》是關(guān)于天文儀器的三篇杰出論文，代表著當(dāng)時(shí)該領(lǐng)域的先進(jìn)水平。

渾儀制造方面，宋代所制渾儀很多，從至道元年至元祐七年這幾十年間，先后造了五架巨型渾儀，每架用銅均達(dá)二萬(wàn)斤左右，說(shuō)明渾儀制造技術(shù)的提高和對(duì)天象觀測(cè)的重視。最著名的創(chuàng)造是元祐三年由蘇頌、韓公廉等人所造的水運(yùn)儀象臺(tái)。這是北宋出現(xiàn)的大型綜合性天文儀器的代表作。

經(jīng)科技史家王振鐸先生研究復(fù)原，這臺(tái)天文儀器是一座上狹下廣的正方形木結(jié)構(gòu)建筑，臺(tái)高三十六點(diǎn)五尺，寬二十一尺（約合高二十米，寬七米），分上中下三層，是利用水輪為原動(dòng)力運(yùn)轉(zhuǎn)的天文鐘，它將“渾儀”、“渾象”和計(jì)時(shí)裝置渾為一體，在世界天文鐘和鐘表史上占有非常重要的地位，其關(guān)鍵性的機(jī)械裝置表明它又是世界機(jī)械鐘的祖先。蘇頌所著《新儀象法要》記載了這儀器的制造方法，并附圖樣六十三種，是天文儀器制造技術(shù)的重要專著。

大規(guī)模的天文觀測(cè)

在天文觀測(cè)方面，宋代除常年堅(jiān)持不懈的觀測(cè)外，從太平興國(guó)五年至崇寧五年一百二十多年間，進(jìn)行過(guò)七次大規(guī)模的天文觀測(cè)，并作了詳細(xì)記錄，積累了大量珍貴資料。對(duì)于新星、超新星、日食、月食、彗星、太陽(yáng)黑子、流星等天文現(xiàn)象的觀測(cè)，據(jù)兩宋史籍中的有關(guān)記錄統(tǒng)計(jì)，達(dá)一千二百十二次之多，取得重大的成就。至和元年對(duì)天關(guān)客星這顆超星的觀測(cè)，治平三年對(duì)哈雷彗星的觀測(cè)，并留下詳細(xì)的記錄，便是突出的兩例，在世界天文史上寫下重要的一頁(yè)。

星圖繪制技術(shù)的發(fā)展

隨著天文觀測(cè)的進(jìn)展，星圖、星表繪制技術(shù)也有長(zhǎng)足的進(jìn)步。例如，沈括利用改進(jìn)的新渾儀，連續(xù)三個(gè)月進(jìn)行天體觀察，每夜觀察三次，“凡為二百余圖”，得出當(dāng)時(shí)極星離天極“三度有余”的結(jié)論，大大提高觀測(cè)天體的精確度。宋代星圖、星表很多，但完整保存下來(lái)的少。現(xiàn)存兩幅著名的宋代星圖是蘇頌星圖和淳祐天文圖。

蘇頌星圖載于蘇頌所著《新儀象法要》一書中。附有星圖五幅：紫微恒星圖一幅，渾象中外官星圖二幅，渾象馮極南極星圖二幅，所記星數(shù)一千四百六十四顆。淳祐天文圖也稱蘇州石刻天文圖，該圖刻星一千四百三十顆。據(jù)研究，這兩幅星圖是根據(jù)北宋元豐年間實(shí)際觀測(cè)記錄而繪制的。

歷法的修訂與發(fā)展

在歷法方面，宋代改歷之頻，為歷代所罕見(jiàn)。自太祖建隆四年，王處訥主持修《應(yīng)天歷》，至度宗咸淳六年陳鼎負(fù)責(zé)修《成天歷》，共修訂歷法十七次。其中。北宋衛(wèi)樸的《奉元?dú)v》、姚舜輔的《紀(jì)元?dú)v》，南宋楊忠輔的《統(tǒng)天歷》，各有其優(yōu)點(diǎn)和特色。尤以《統(tǒng)天歷》所定回歸年長(zhǎng)度為三百六十五點(diǎn)二四二五。關(guān)于回歸年長(zhǎng)度不斷變化，古大今小，還定出回歸長(zhǎng)度變化的公式，這是一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)，在世界天文史上領(lǐng)先數(shù)百年。還有沈括道倡“十二氣歷”，是一種純陽(yáng)歷制度，既簡(jiǎn)便又科學(xué)，在歷法史上是一個(gè)重大的革命性的創(chuàng)新。它雖未被采用，但在科技史上意義重大。它比其后英國(guó)氣象局使用過(guò)的肖伯納歷要早八百多年。

地學(xué)的新發(fā)展

宋代地理學(xué)的成就，主要表現(xiàn)在設(shè)立專門機(jī)構(gòu)和專業(yè)人員對(duì)圖籍的廣泛搜集與應(yīng)用，對(duì)地圖的高度重視，對(duì)周邊地理與邊防地圖的關(guān)注，地方志（包括經(jīng)、圖、表、志、傳）完整體例的確立與修撰。

地圖繪制技術(shù)的進(jìn)步

淳化四年令畫工集諸州圖，用絹百匹，合而畫成全國(guó)地圖。熙寧九年，沈括奉敕編修天下州縣圖，大約在元祐三年完成，前后費(fèi)時(shí)十二年，正式編修約五年。此圖大小共二十幅：“大圖一軸，高一丈二尺，廣一丈；小圖一軸，諸路圖一十八軸。”沈括在《補(bǔ)筆談》中記載當(dāng)時(shí)繪制的方法，是仿“飛鳥圖”（鳥瞰圖）法，以比例尺表明距離，“二寸折百里為分率”，按“二十四至”以布郡縣。這在當(dāng)時(shí)是很先進(jìn)的方法，即使圖亡失，按二十四至以布郡縣，“立可成圖，毫發(fā)無(wú)差”。

除全國(guó)性總圖外，有各種專門地圖，如全國(guó)山河圖、水利圖、交通圖、域外圖、都市圖等，還研制有地圖模型。保存至今的名圖舉其要者有：《華夷圖》，紹興六年刻于石碑，現(xiàn)存于西安碑林。《禹跡圖》，這是現(xiàn)存最早畫有方格的中國(guó)地圖。此圖刻石有二，藏于陜西省博物館的刻于紹興六年；藏于鎮(zhèn)江博物館的刻于紹興十二年。

《九域守令圖》是宣和三年的北宋政區(qū)圖，圖內(nèi)反映當(dāng)時(shí)各級(jí)行政區(qū)的名稱一千四百多個(gè)，治所點(diǎn)位正確，海岸輪廓精審。這是刻于四川榮縣的北宋石刻地圖。據(jù)考證，原圖繪制于紹圣二年至元符二年，與沈括《守令圖》可能有一定關(guān)系。《地理圖》，這是全國(guó)寫意地形圖，高約六點(diǎn)七尺，寬約三點(diǎn)二尺。淳祐七年刻于蘇州，即著名的蘇州石刻地理圖。《平江圖》，紹定二年繪刻的蘇城市平面圖，高二點(diǎn)七六米，寬一點(diǎn)四二米，這是目前我國(guó)所能見(jiàn)到的最早的城市地圖，體現(xiàn)了當(dāng)時(shí)城市地理水平。

地方志的新成就

地方志，歷史悠久，源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。宋代前主要以“圖經(jīng)”形式編修，自宋開(kāi)始，圖與文字逐漸分離，“圖經(jīng)”向方志過(guò)渡，并形成完整的體例。這是宋代地理學(xué)重大發(fā)展的標(biāo)志之一。而據(jù)張國(guó)淦《中國(guó)古方志考》明確著錄者統(tǒng)計(jì)，約六百余種，但大多散佚。據(jù)查，現(xiàn)存于世的宋志約三十多種。其中，有二十九種已收入北京中華書局出版的《宋元方志叢刊》。記某一地區(qū)的方志，如乾道、淳祐、咸淳三朝《臨安志》，范成大《吳郡志》，周應(yīng)合等《景定建康志》、梁克家《淳熙三山志》等，至今仍很有參考價(jià)值。

沈括對(duì)地學(xué)的貢獻(xiàn)

對(duì)宋代地學(xué)的新發(fā)展，沈括有許多突出貢獻(xiàn)。諸如：熙寧五年沈括視察汴河工程時(shí)，發(fā)明“分層筑堰測(cè)量法”，測(cè)出汴河從汴京（今開(kāi)封）上善門起，經(jīng)八百四十里河道至泗州（今江蘇泗洪東南）淮河口，水位高低相差一百九十四點(diǎn)八六尺，首創(chuàng)了地形高程測(cè)量法。這在當(dāng)時(shí)具有世界領(lǐng)先水平。熙寧七年，沈括察訪浙東地區(qū)，考察了溫州雁蕩山地貌，提出流水侵蝕作用成因說(shuō)，并對(duì)中國(guó)西部黃土地區(qū)的地貌特征提出同出于上述一個(gè)成因的科學(xué)說(shuō)明。

同年，沈括在河北，考察太行山發(fā)現(xiàn)螺蚌殼及有關(guān)化石，機(jī)敏地推論“此乃昔之海濱”，以泥沙的淤積作用正確解釋華北平原的成因。熙寧八年，沈括奉使按邊，對(duì)河北邊防地區(qū)的地形、地貌非常留心觀察，并用木屑、面糊堆捏地形，“寫其山川道路，”歸至官所后，又復(fù)制為木刻立體地形圖。這種立體地圖比西歐要早七百多年。

結(jié)語(yǔ)

宋代許多珍貴地圖均已失傳，少數(shù)圖樣保存至今的，有《歷代地理指掌圖》、《禹貢山川地理圖》等。竺可楨先生早在七十多年前，就對(duì)沈括在地學(xué)方面的貢獻(xiàn)作了精辟的論述。杜綰的礦物學(xué)名著《云林石譜》宋代對(duì)地理、地質(zhì)現(xiàn)象實(shí)地考察的風(fēng)氣，促進(jìn)了地質(zhì)勘探和礦物研究的發(fā)展，較之前代有新的進(jìn)步。南宋杜綰所著《云林石譜》記述了一百多種石品的狀態(tài)，比《夢(mèng)溪筆談》關(guān)于化石的記載和認(rèn)識(shí)前進(jìn)了一大步，標(biāo)志著我國(guó)古代礦物巖石學(xué)在宋代達(dá)到了很高的水平。