康熙如何使用法国科学仪器

2024-6-21 21:44| 发布者: weiwei |原作者: 周乾|来自: 故宫古建文化漫谈

摘要: 我国与法国均有着悠久的历史文化。在17-18世纪的清康熙时期，中法之间的科技文化交流较为密切。康熙二十四年（1685），张诚（Jean Francois Gerbillon）、白晋（Joachim Bouvet）、洪若翰（Jean de Fontaney）等六名 ...

我国与法国均有着悠久的历史文化。在17-18世纪的清康熙时期，中法之间的科技文化交流较为密切。康熙二十四年（1685），张诚（Jean Francois Gerbillon）、白晋（Joachim Bouvet）、洪若翰（Jean de Fontaney）等六名耶稣会士，以法国“国王的数学家”的身份，带着以科学仪器为主的礼品，前往我国。其中的五人于康熙二十七年（1688）抵达北京。时年二月二十一日，康熙皇帝在乾清宫接见法国使团一行，而这些西洋礼物给他留下了深刻的印象。不久，法国传教士又数次将西方科学仪器引入紫禁城。而康熙帝在之后的实践活动中，与法国传入的科学仪器有着密切的联系。以下以天文类、地理类、数学类的仪器为例，解读其功能及对康熙帝实践活动的影响。

一、天文类

故宫博物院现珍藏部分法国造天文仪器。如铜镀金提环赤道公晷仪（图1），晷盘直径约18.8厘米，18世纪由法国传入紫禁城，主要利用日影来测定时刻。

该公晷仪从外到内由三个部分组成。最外层为铜质圆框，且带提环。中间层为子午圈，上面刻有360度的纬度数及“CHAPOTOT A PARIS”铭文，且设直表；直表两端固定在子午圈的南北两极，其余部分可以转动；直表中间有缝隙，缝隙间安有游标，游标中间有透光孔；直表一面刻有黄道十二宫，另一面刻有十二月令。最里层为晷盘，上面有时刻线以及计时用的罗马数字。使用该公晷仪的方法为：首先依据当地的纬度，将提环沿外框移动，对齐并固定在子午圈上对应的纬度数上；其次将子午圈处于南北向的平面内，此时直表两端连线平行地轴赤道圈；接着将晷盘与子午圈垂直；然后将游表指针对准当日黄道十二宫的宫度、日期；最后手持提环，转动直表，使得阳光透过游标中央小孔照射在晷盘上，而投影对应的晷盘上的读数即为时刻。

图1 故宫藏铜镀金提环赤道公晷仪

又如故宫藏铜镀金月象演示仪（图2），18世纪由法国传入紫禁城。该演示仪通高约49.5厘米，地平圈直径约30厘米，主要用于演示月球在一个月内的月相变化。该月象演示仪的主要组成部分包括：地平圈；子午圈；位于子午圈内的五个平行的圆环，由上往下依次为北天极、北回归线、赤道、南回归线、南天极；位于子午圈内、赤道附近的黄道带，上面标有黄道十二宫名称及符号；位于子午圈内的银圈，银圈上标有太阴历的1日至29日；位于模型中心的地球；位于地球一侧的月球，且为黑白参半色，黑色表示背着太阳，白色表示面向太阳；位于下端的摇把和支架。其使用方法为：摇动摇把，在齿轮带动下，地球进行公转，同时带动月球转动，并出现朔、望、上弦、下弦等月相。

图2 故宫藏铜镀金月象演示仪

白晋在《康熙皇帝》（赵晨译，黑龙江人民出版社，1981年版；下同）中回忆：他们从带来的天文仪器中选了两件，在乾清宫献给了康熙皇帝。他们告诉康熙皇帝：这两件仪器可以用来观测日蚀和月蚀，或者用于了解每天都在不断变化的行星的状态。康熙看到这两件天文仪器后，顿觉爱不释手，命人将它们搬进乾清宫内室，并放在御座旁。不久以后，白晋频繁地看到康熙帝或在宫中，或在离宫，或在去鞑靼（蒙古）巡幸的路上，利用刚会使用的天文仪器，进行天文观测活动。康熙帝有时用照准仪测太阳子午线的高度；有时用大型子午环测定时分，并推算所测地的地极高度；有时通过计算求出白天正午日晷投影的高度。需要说明的是，康熙帝利用天文仪器的观测结果，有时与随行张诚的观测结果一致，可反映康熙帝对这些仪器较好的掌握程度。

康熙帝对西方天文历法做到了活学活用。如康熙三十一年（1692）正月，时值严寒时节，康熙帝在乾清门上朝，命大学士、九卿官员到宝座前，又命人取来测日影的日晷表，用笔在上面做了个标记，说：“此正午日影所至之处”（《清圣祖实录》卷154）。接下来，康熙帝命人将日晷表置于乾清门正中，令诸官员等候。果然到了正午时分，日影与康熙帝做的标记完全重合。在场的官员们看到后，无不表示赞叹和佩服。

二、地理类

故宫博物院现珍藏部分法国造地理类仪器。如绘图平板仪（图3），18世纪由法国传入紫禁城。此平板仪由三角形支架和平板组成。其中，支架上部有两个旋钮，分别用于调整立杆的高度及平板自身的倾斜度。

平板则为铜质，长方形，长约28厘米，宽约23厘米，上面镌刻有“PARIS Centvedes degvez”字样，且四个边框顶面均标注有角度。其中一个边框侧面中间还设长条形凹槽，凹槽外侧表面有铁块；铁块上方和下方分别夹在此边框底面和顶面，中间嵌入凹槽内，使得铁块可沿凹槽移动。需要说明的是，在平板顶面，还有一个两端带立耳状瞄准器的游标。此游标一端与铁块顶面相连，使得铁块移动时，带动游标在平板顶面转动。

图3 故宫藏绘图平板仪

使用此绘图平板仪时，调整好三角形支架的高度及平板的倾斜度，将绘图纸放在平板上，再转动游标，用瞄准器对准观测点，尔后可直接沿着游标侧面画线，获得观测点的方位。依次绘出不同观测点的方位，可确定不同观测点之间的水平角关系；然后再利用测量距离的仪器，可获得不同观测点的距离关系。

又如铜镀金双千里镜全圆仪（图4），亦在18世纪时期由法国传入紫禁城。该全圆仪功能主要用于测量观测点的角度，其主要构造包括支架与仪盘。支架由圆盘形底座及中间的立杆组成，其中立杆上部有旋钮，用于调整仪盘的倾斜度。仪盘包括：盘底部的千里镜（望远镜）；带刻度的盘面，且盘面镌刻有“Chapotot PARIS”字样；盘顶部的千里镜及罗盘仪。在进行测量时，首先立好支架，调整好全圆仪的高度及仪盘的倾斜度，以便于观测；然后用底部的千里镜对准参考点，作为定点；接着转动圆盘，使得盘顶部的千里镜对准观测点，则圆盘转动的角度即为参考点与观测点的夹角。

图4 故宫藏铜镀金双千里镜全圆仪

康熙对地理类科学仪器的使用，可见张诚的《张诚日记》（张宝剑译，珠海出版社，1995年版）。张诚多次记载了1691年（康熙三十年），随康熙帝旅行期间，康熙帝使用地理类仪器的场景。如5月12日（四月十五日），康熙帝一行旅行到古北口，在当地休息；康熙向张诚学习了利用星座测北极高度的方法，以及罗盘针角度偏差的问题。又如6月6日（五月初十），康熙帝一行旅行60里，经过一个很窄的山谷，两侧都是石峰；康熙帝两次用仪器测石峰的高度，并和张诚分别计算石峰的高度，解决两人计算结果相同，均为430尺（约138米）；随后，康熙帝又命人用绳子直接测量石峰高度，发现与计算结果吻合。再如9月14日（闰七月廿二），康熙帝北京北面（昌平）温泉洗浴；康熙帝在预先修好的行宫下榻不久，为了使用他的新仪器，便对这个庭院进行了测量，并命张诚来检查他的计算结果。

另康熙四十七年（1708），康熙帝命法国传教士白晋、雷孝思、杜德美等人测绘长城，随即启动了当时全国地图的测量。期间，康熙一方面组织外国传教士参与实地测量，另一方面命令国内官员到各地测量，并使用到了各种当时的西方先进仪器。如康熙于五十二年（1713）就指出：“近差官员人等用御制新仪，测量各省及口外北极高低、经纬度数，精详更胜旧图，请依新图推算”（《清圣祖实录》卷254）。康熙五十七年（1718），白晋将测得的各地地图汇成全国地图1张，进献给康熙皇帝。康熙皇帝大喜，定名为《皇舆全览图》。

三、数学类

故宫博物院现珍藏部分法国造数学仪器，如铜镀金比例规（图5）、铜镀金半圆仪（图6），均为17世纪由法国传入紫禁城。其中，比例规为利用比例原理进行的工具，在明代就有传入我国的记载。明代来华的意大利传教士罗雅谷评价其优点：“因度用数，开阖其尺，以规搘度，得算最捷。或加减或乘除，或三率，或开方之面与体，此尺悉能括之。又函表度、倒景、直景、日晷、勾股弦算、五金轻重诸法及百种技艺，无不赖之，功倍用捷”（《西洋新法历书·比例规解序》）。易知，比例规不仅可直接开展各种数学计算，而且可用于辅助进行函数计算、天文计算、重量计算等各种计算。此法国造比例规长约18厘米，宽约4厘米，表面镌刻“N·BION·A ·PARIS”字样。比例规上的两臂上刻有“绳索”、“量径线仪器”、“平面”、“角”、“等矩部分”等字样（法文），还有用符号代替的五金线（计算重量用）。

图5 故宫藏铜镀金比例规

图6 故宫藏铜镀金半圆仪

另对于铜镀金半圆仪而言，其直径为9厘米，表面镌刻有“Butterfield Paris”字样。该半圆仪表面有双层0-180度的刻度，主要用于测量角度或画角。

康熙皇帝对法国传入的数学仪器很感兴趣，并结合西方数学的学习予以运用。据白晋在《康熙皇帝》中回忆：他和张诚，以及比利时传教士安多（Antoine Thomas）等，自康熙二十八年（1689）起，曾有一段时间频繁出入宫中，给康熙讲数学。为便于语言上的沟通，康熙还指定两位擅长满语和汉语的官员，协助传教士准备进讲的文稿，并命令书法家将草稿誉写清楚。康熙学习数学非常勤奋，从乾清宫附近选了一间房，作为教室，每天花2-3个小时，请各位传教士给他讲课。他认真听讲，反复练习，亲手绘图，对不懂的地方立刻提出问题，然后把文稿留在身边，在内室里反复阅读。康熙还经常练习运算和仪器的用法，复习欧几里得的主要定律，并努力记住其推理过程。康熙进步很快，以至于看到某个定律的几何图形，就能立刻想到这个定律及其证明。此外，康熙还掌握了比例规的全部操作法、主要数学仪器的用法，以及几种几何学和算术的应用法。

1703年2月15日（康熙四十一年十二月三十日），洪若翰在给法国神父拉雪兹的信中，谈到康熙帝跟传教士张诚、白晋等人学习西方数学知识：“给他讲到固体的成分时，他就会拿起一个球，精确地称出它的重量，测出它的直径……他同样仔细地验证立方体、圆柱体、圆锥体或圆台、棱锥体和球体的比例和性能”（朱静编译：《洋教士看中国朝廷》，上海人民出版社，1995年版）。由上可知，康熙帝学习西方数学知识时，对科学仪器运用的重视。需要说明的是：这些数学仪器中，有一部分为法国传教士进献。

综上不难发现，17-18世纪法国传入紫禁城的科学仪器，受到了康熙帝的欢迎，并有利于其对西方科技的运用及推广。不仅如此，上述科学仪器对于中法文化交流史而言，亦提供了宝贵的实物见证。

（《北京晚报》5月29日第18版刊载，有修改）