金银铜铁20：宋朝黑科技2（天文＆地理科学）
难怪郑和能去逛西洋--宋朝已经「上穷碧落下黄泉」了
天文学（航海产业的基础）
东汉张衡是忧国忧民的「魔法师」，终身为同胞燃烧文学、政治和科学天才。他发明「水运浑天仪」，号称浑天仪，实际上是神奇的三合一机械组合、中国第一台机械天文钟：
﹡浑天仪（浑仪），测量天体的运行。
﹡浑象仪（浑象），展示天体的运行。
﹡报时器（司辰）。
张衡浑天仪
张衡地动仪
张衡的眼光超前时代，他坚持在科学领域里造福同胞。一千年之后，宋朝政府已经认识科学的魔力了--它影响国民素质，决定国力和国家的存亡。
以天文地理科学为例，北宋特意设置两个平行单位司天监、天文院，任务同样是观测天象，而且观测结果必须互相比对。
这多尴尬啊！「两监院」成员热爱科学，又承受政府抛过来的压力，结果总共设置了六台10吨级大型浑天仪，进行过七次大规模恒星实测。吓人的投资和竞争，在天文仪器（观测工具）、星图（分布）、天象观测（动态）、航海知识（应用）、历法（应用）和气象预报（应用）各区块，爆发出睥睨全球的光芒。
天象观测
沈括在担任司天监领导人期间，曾经提出几项重量级的贡献：
﹡连续五年，每天三次测绘月亮的运行轨迹，并修正误差。
﹡确定太阳、月亮不是平面而是球体。
﹡确定北极星在过去几个世纪运转的位置，为精准导航铺路。
﹡领先欧洲500年，走到哥白尼「日心说」的境地-- 描绘行星的运行轨道和速度变量（包括逆行）。
﹡精确测量子午线，领先欧洲400年发现地磁偏角。
超新星
宋朝科学家长期观测天象，由于太敬业了，也顺便观测到两颗「超新星」，并且详细记录。「超新星」代表恒星正在壮烈地死亡，它会剧烈地爆炸，亮度超过新星，这过程往往持续几个月。
﹡1006年超新星周伯星（对发现者周克明致敬）在豺狼座爆炸，亮度打破世界观测记录，达到负9等，让地球人能在半夜看到东西。司天监周克明记录，「煌煌然可以鉴物」。
﹡1054年天关客星（像不速之客，突然在天关星身边现身，称为「客星」）在金牛座爆炸，绽放出负2等的光芒；随后将近一个月保持「裸眼在白天能见到」的亮度（6等以上）。
人类史上观测到著名的超新星八颗，东汉发现第一颗，北宋发现第二、三颗。
陨石
沈括也记录了陨石降落：「治平元年（1064年），常州日禺（日落）时，天有大声如雷，乃一大星，几如月，见于东南。少时（不久）而又震（轰鸣）一声，移着西南（移到西南方）。又一震而坠在宜兴县民许氏园（院）中。远近皆见（远处近处的人都看见了），火光赫然（明亮）照天，许氏藩篱（篱笆）皆为所焚（全部被焚毁）。
是时（这时）火息，视（发现）地中（地面）有一窍如杯大（茶杯大小的洞穴），极深。下视之（往下看），星在其中（洞穴里），荧荧然（发出微弱的光芒）。良久渐暗（许久之后渐渐黯淡下来），尚热不可近（温度还是偏高，不能靠近）。
又久之（再经过一段漫长的时间），发其窍（掘开那个洞穴），深三尺余，乃得一圆石，犹热，其大如拳，一头微锐（略尖），色如铁，重亦如之（重量也像铁）。州守（常州太守）郑伸得之，送（送到）润州金山寺（保存），至今匣藏（到现在还珍藏在小盒子里），游人到则发视（开匣让游客观看）。王无咎为之传甚详（做了详尽的记录）。」
星图
恒星实测的结果绘制成星图，把中原地区面对的星空镂刻在大石头上，供军民同胞拓印（「复印机时代」之前的复制手段），后人珍藏在苏州博物馆里，称为「苏州石刻天文图碑」。天文图碑罗列了1431颗星星，不但位置准确，而且注明了二十八宿、三垣、十二次、内规、赤道、外规、分野、星官的名称。
苏颂《新仪象法要》附录了五张星图。首创「全天星空表示法」，把天球沿着赤道剖开，北半天球以北极、南半以南极为中心，各绘制成一幅圆图。
气象预报
宋朝对气象状况相当了解：
﹡《梦溪笔谈》解释了彩虹形成的原因：「虹乃雨中日影也，日照雨则有之。」
﹡《梦溪笔谈》记载，1076年某县城出现龙卷风和「球形闪电」。
当局设置了两个互相勾稽、较劲的气象预报机构：太史局崇露台、翰林地舆院。这些科学工作者利用浑天仪和天平式湿度计，观测天文和环境的变化。
﹡僧人赞宁曾经预报晴雨。
﹡太宗年间（989年），太史局提前两天预告一场大雪：「月有苍白晕，西有黑气丈余，占云雨雪之象也。」
﹡真宗年间（1020年）预报「有大风」；两个月后「大风起西北，飞沙折木、昼晦数刻」，引起一场沙尘暴。
﹡沈括遇到京师大旱，曾经分析空气里的水气含量，用符合近代气象科学原理的逻辑，判断降雨时间；秦九韶更慎重，提出雨量换算公式。
天文仪器
苏颂
唐朝高僧一行发明「擒纵系统」，在战火里失传了。苏颂在南宋复制成功。现在是宋朝，距离张衡已经一千年了，浑天仪出现突破：
1. 动力来源、运动型态：
张衡「水运浑天仪」用齿轮系统推动漏壶，动力来自漏壶滴水。
苏颂「水运浑天仪」有整套齿轮、杠杆和水车机械，用炼条传送机械动力，推动擒纵系统，过程是这样的：
﹡重力和流体（水力）驱动左右天锁，对齿轮一擒一纵（一抓一放）。
﹡因此，两个水壶（平水壶、受水壶）受到间歇性注水。想想翘跷板你就明白了；欧洲挂钟的摆臂震荡也属于间歇性工作。
2. 恒速：
张衡运用三级刻漏技术，让漏壶提供恒速滴水，每天自转一周。
天文时钟不是新闻，但苏颂创造了全球第一台结构复杂、自动而恒速运转的天文时钟。炼条传动系统促使整台机械恒速运转，类似张衡浑天仪；每刻钟击鼓，每个时辰撞钟，每天自转一周。
这台「苏颂国宝」是多么惊艳的发明！总高度12米，分隔成三层：
﹡顶楼浑天仪（观测）是露天高台，用木质隔板遮雨，是现代天文台活动圆顶的祖先。
﹡二楼浑象仪（展示），用机械设备驱动旋转，仿真昼夜交替的天象，是现代天文台跟踪器（转仪钟）的祖先。
﹡底层自动报时器，是现代钟表关键零件的祖先。
五百年后，耶稣会教士利玛窦晋见明神宗，热忱地献上宝贝自鸣钟，满朝惊叹。这些知识分子在文字狱里只能唯唯诺诺，忘记了先人的辉煌-- 中国早就创造了精巧多少个等级的天文时钟！
燕肃、沈括等
「苏颂国宝」背后，累积着一票科学家的心血，他们改善了一个又一个环节，例如：
﹡计时仪器要有神级的漏刻精确度，才能掌握天体在不同时刻、不同位置的运动规律。燕肃首先发明莲花漏；舒易简、于渊、周琮又加装了一个恒定水位的平水壶。「苏颂国宝」的浑象在这些基础上，把每天的误差降到「小于100秒」。
沈括曾经提出几项贡献：
﹡改进浑天仪，并且把宽度提高，以便观察星球。
﹡改进日晷（读「轨」）、漏壶计时。
海道图、航海知识
先进的天文科学知识，落实在精准的航海图和航海技术里，让宋朝能走向深蓝，成为超级强权。
历法
宋朝在历法上不断进步，曾经编定13部历法。每部历法都从「创造或改善天文仪器」起步，因此一部超越一部。突破到最后，回归年、朔望月和其它数据都修订到相当准确。
沈括甚至根据节气提出纯阳历（太阳历）十二气历，根据十二节气，把一年分成12个月，大月31天小月30天，互相交替。但传统是很难颠覆的，太阴历已经统治一千多年了。
阳历被舆论定义成「惊世骇俗」，没人理会。沈括无奈地预言：「异时（他日、将来）必有用予之说者」。八个世纪之后，英国气象局局长萧伯纳提出「萧伯纳历」，跟「十二气历」几乎相同。
地理地质学（造福航海产业）
﹡《九域守令图》：现存最早、最完整的全国地图（北宋）（石刻）
唐朝并没有制作全国行政区域地图；宋朝把地图测绘技术带入化境，终于能制作高质量地图了。《九域守令图》系统地记载了北宋的山脉、江河、州县名称，行政区超过1400个，是现存最早、最完整的全国行政区域地图。
《九域守令图》不仅仅描绘陆上行政区域，也描绘海疆，有山东半岛、杭州湾雷州半岛、海南岛、福尔摩沙。但辽东半岛属于契丹大金国，因此没有列入。
多么权威的地图！刻石存放在学院，让学生和军民同胞拓印、研究。
﹡《禹迹图》：最先进最精确的全国地图（南宋）（石刻）
当时全球最先进最精确的地图，首创「记里画方法」（方格坐标网），计算距离和面积，科学性强大，连河流、海岸线都相当精准。将来进入清代，投影法和经纬线会带来下一次突破。
﹡宋辽边界图：大量的测绘（北宋）
宋辽边界疆土长期有争议，苏颂用大量的测绘记录作业，解决了这个悬案。
﹡《华夷图》：最先进最精确的世界地图（北宋）
简化、修正唐朝的《海内华夷图》，帮助国际贸易产业寻找出海商路。
郑和舰队不是奇迹，他们继承了宋元两朝的航海技术和经验，轻轻松松就沿着亚洲南端和非洲东岸，友情征服了邻国的心灵。
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