宋代天文图碑的科技成就

宋代天文图碑的科技成就

在中国碑文史上，宋代碑文可以说是一个交替的时期。其碑刻种类上有所创新,主要表现为科技碑刻的发展在碑刻史上是空前的。宋代是我国科学技术的大发展时期,四大发明有三项属于宋代,此外,建筑、医学、数学、天文学等也有许多进展和突破。科技碑刻正是在这种大环境下崛起的。本文将分类给予说明。1.星图及其他体宋代天文学高度发展,在景祐、皇祐、元丰、崇宁年间,官方曾组织过4次天文观测,积累了不少天文观测的第一手史料,现藏苏州碑刻博物馆的《天文图》(图一)碑反映了元丰(1078-1085年)年间天文观测的成果。该图碑是中国宋代唯一的石刻天文图,也是中国和世界最古老的石刻天文图之一。该碑图稿由南宋帝师黄裳描绘。淳祐七年(1247年)由王致远刊石。《天文图碑》,高2米,宽1.05米,厚30厘米,青石质地,碑石完好。碑身分星图和图说两部分。星图以北极为中心,画有四个大小不等的同心圆,全天的星投影在其平面上。小圆代表北极圈,直径约19.5厘米;中圆代表赤道,直径约51.4厘米;大圆代表南天可以看见的界线,直径约83厘米。另有一圆代表黄道,其直径和赤道相交,两圆交成24°角。黄赤交点之右上方是春分点,左下方是秋分点。天文图中央还有两条不规则的线表示银河。从小圆到大圆之间还画有28条经线,并以此把星图分成28个不等部分,每部分含有一宿,共二十八宿(东西南北各七宿),二十八宿内刻有标明星名的星339颗,加上无名的星共计1440颗。天文图的外圈刻有十二辰、十二次、十二分野和十二国州。图说共41行,行51字,高度概括了我国远古至宋代所具有的天体知识,在古代天文学史上具有重要意义。其内容包括太极、天体、地体、两极、赤道、日、黄道、月、白道、经星、纬星、天汉、二十四节气、十二辰、十二次和十二分野等栏目。太极,阐述了我国的宇宙论和占星术理论,说明了天地的形成,人类的诞生,日月星辰的构成以及天人感应的思想。天体,说明了“天动说”理论(实为地动说)。地体,认为地轴和轨道面倾斜,构成“势倾东南”的态势。两极,谈到了两极的位置和特点,认为“两极南北,上下枢是也,北高而南下”。赤道,认为南北两极“皆去九十一度三分度之一,谓之赤道”。星图上在夏至和冬至点附近均注有“赤道”两字。日(指太阳和阴阳的阳),除说明天体知识外,还充斥着天人感应的思想,认为日的变化反映着帝王是否“有道”等情况。黄道,具体位置是“与赤道相交,半出赤道外(赤道南),半入赤道内(赤道北)”,此外还说明了黄道的概念,太阳“所行之路谓之黄道”。月(指月亮和阴阳的阴),和“日”相类似,所不同的是,认为月的变化反映着大臣是否“有德”或“擅权”。白道,阐明了白道的概念,即月亮“所行之路谓之白道”,还说明了日、月食的规律,“日食在朔,月食在望”。最使人惊叹的是,图说者得出恒星月为27日7时39分,这一数值与今值27日7时43分只相差4分。经星(指恒星),记载了石刻天文图共有1565颗星,但经近现代天文学家在此图上实际计算星点时只找到了1440颗。纬星(指行星),在图中则专指金、木、水、火、土五星,图说详细阐明了它们的作用。天汉(指银河),作者认为是四大河流之精,现于天空而成天汉(实系无数恒星密集而成,可能古人没有认识到这一道理)。二十四节气,指“气”和“时间间隔”。如原文称“二十四气本一气也,以一岁言之,则一气耳”。十二辰,表示每年北斗所指的时间。如寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥、子、丑,分别指正月、二月、三月、四月、五月、六月、七月、八月、九月、十月、十一月和十二月。十二次,表示“日月所会之处,凡日月一发十二会,故有十二次”。十二分野,指齐、吴、燕、宋、郑、楚、周、秦、晋、赵、鲁、卫等12个古国名。2.文明石鱼碑图八宋代水文科学亦很发达,在江南、四川等地出现了专以记录洪水涨落对农田影响的石碑,名叫水则碑或水文题刻。其中水则碑的运用最为广泛。太湖流域是我国古代的主要财赋地区,同时它又是水灾多发地区。宋代水则碑被广泛运用于该地区。《吴中水利全书》载:“宋徽宗宣和二年(1120年),立浙西诸水则碑,凡各陂湖泾浜河渠,自来蓄水灌田通舟,官为核量丈尺,地名四至,并镌之石。”如宋代见于记载的立于江苏省吴江市垂虹桥左、右两旁的水则碑,桥左侧的称“左碑”,桥右侧的称“右碑”。其中,左碑在清代乾隆初年已损毁,至乾隆十二年(1747年)由当时吴江知县陈莫镶根据原碑拓重刻了一块,称“横道碑”,并将重刻的这块左碑立于原处。二碑后于1968年春毁坏。幸亏在清代光绪二年(1876年),江苏巡抚吴固始因治苏州城内河水之需,根据乾隆十二年重刻碑再次复刻了一块水则碑,这块水则碑原立于苏州城胥门万年桥河滨,现藏苏州碑刻博物馆。该碑长1.85米,宽0.78米,厚0.20米,青石质地。碑阳刻有水位标志,碑阴为清代光绪二年江苏巡抚吴固始为水则碑所撰文。字体均为正书,碑石除四个字不清外,其余情形完好。《吴中水利全书》载:“宋徽宗宣和二年立浙西诸水则碑。今他处咸失,惟吴江垂虹亭左之碑尚存(笔者按:有误,此时右碑也存),为乾隆十二年知县陈莫镶考旧图书重刻。因合临制口口口口外河滨以验消长而悉农情。光绪二年七月兵部侍郎兼都察院右副都御史江苏巡抚固始吴立。”碑阳部分计刻六则,分别记载了洪(湖、河)水涨落时对农田的影响,除水在一则时对高低田都无害外,其余各“则”均对地势不同的农田有害。如碑文所示,洪(湖、河)水到了二则时,极低田就淹没;到了三则时,稍低田就淹没;到了四则时,下中田就淹没;到了五则时,上中田就淹没;到了六则时,稍高田就淹没。如历史上的宋代吴江垂虹亭水则碑,其六则已刻有“大宋绍熙五年水到此”;到了元代,其七则已刻有“大元至元二十三年水到此”,到了明代,其六则还刻有“正德五年大水到此”的记载。由此可见,水则碑的作用是把洪(湖、河)水的涨落水痕刻于石碑,从而观察水位涨落时对农田的影响。即碑阴所述“以验消长,而悉农情”。苏州碑刻博物馆所藏的这块碑是目前太湖流域唯一幸存的水则碑实物,对研究古代江南水利科技具有重要价值。《四川涪陵白鹤梁水文题刻》亦是一著名的水文石刻,被称之为“古代水文站”。白鹤梁地处长江与乌江交汇处,碑系一座青紫色砂岩,上有人工所制“石鱼”。石鱼身上刻有唐、宋、元、明、清各朝的水文题刻,自唐广德元年(763年)起至清代,记载了72个枯水水位。其中以宋代水文题刻为最多,最具代表性。现存两条“石鱼”是南宋绍兴年间磨去原刻石鱼后重刻的。石鱼及其身上的题刻记载了唐、宋、元、明、清,尤其是宋代川江水位和农业的丰欠情况,以南宋绍兴十年(1140年)水位为最低。北宋庞恭题记云:“大观元年(1107年)正月壬辰,水在鱼下七尺。”而这一年为丰收年。这则题记说明只要石鱼适当高出水面就会有丰收年,如大幅度低于或高于石鱼,就会出现旱灾或涝灾。如果将题刻中的水文资料加以整理分析,就能系统地了解古代川江水文的演变情况和与此相对应的农业丰欠情况。因此,这些水文资料是价值很高的科学史料。这些水文题刻,书体有正书、隶书、篆书、行书等,黄庭坚、朱熹等社会名流也曾在此石鱼身上作过题记。有趣的是,石鱼身上还有一段少数民族文字。这些题刻经常被隐没在江水之中,历千百年而不磨灭,所以又有“水底碑林”之誉。宋代水利也较发达,历史上有两块这方面的碑较为著名。一是《山河堰碑》,为南宋摩崖石刻,原在陕西省汉中市褒水东岸的石壁上。1936年修建川陕公路时被毁,但碑文保留在《褒谷古迹辑略》一书中。该碑记述汉以来山河堰引褒水灌溉,人民久享其利的情况。记录了南宋孝宗乾道二年(1166年)修缮山河堰,灌溉三万余亩农田的经过,包括整修的时间、用工人数、范围、沟渠设施等。二是《赐陈尧咨奖开龙首渠敕碑》,刻于宋大中祥符七年(1014年),碑文为宋真宗赵恒敕书褒奖永兴军官员陈尧咨开水渠利民一事。碑文载,永兴军城东有龙首渠,为汉长安城的旧渠,宋代永兴军城中井水大半污苦,不能食用,自陈尧咨开龙首渠引水入城,四散于街坊居民门前后,市民吃水清甜。该碑为研究宋代城市水利提供了重要史料,现藏陕西省博物馆。3.《新铸铜人穴金针菇图经》1956年和1983年,考古工作者两次在北京明清东城墙中发现宋代针灸图经刻石。1956年所发现者为穴位图,现藏首都石刻艺术博物馆。1983年发现残石7方,一方为碑檐石雕,其余6方为图经文字。刻石人为图经作者王唯一。宋天圣八年(1030年),医学家王唯一经过多年对汉唐以降中国针灸学的研究整理,编纂了《铜人腧穴针灸图经》一书,并将此书篆刻于石,名为《新铸铜人腧穴针灸图经》,嵌砌在河南汴京(开封)相国寺内“针灸图石壁堂”的三面山墙上。元朝至元年间,图经刻石被迁往大都(北京)。到了明代,因“石刻漫灭而不完”,故“仿前重作”。明正统八年(1443年),图经刻石又被用于加固北京城墙,当作基石砌在城墙内。针灸图经刻石,原先共有24方。目前所存7方残石,均高2米,宽0.79米,厚0.29米。为碑阳自左至右竖行刻文。7方残石的发现,在我国中医学界产生了重大影响,为研究宋代针灸学提供了宝贵的实物史料。宋代宝庆二年的《安养院记碑》是迄今为止所发现的最早的一块古代中国的“囚犯”医院碑刻。其规模为“屋百础,田三顷,饮食卧藉薰燎之物靡不具”。《安养院记》碑记载了建院者的人道主义精神:“死于刑吾不忍也,而有死于病者若之何”?当时苏州府及其属县监狱旁都设有“安养院”,一旦“病告者而治其医之”,不惜“简良材,稡名方,以授大小医而精炼”。应该说这块碑刻的价值不菲,对研究中国医疗机构发展史具有重要价值。碑文反映了我国古代社会的人道主义精神。该碑现藏苏州碑刻博物馆。4.人类地理(1)地理形貌和地图设计的基本情况《华夷图》和《禹迹图》为宋代全国性石刻地理图。两图分别刻于同一石的两面。为刘齐阜昌七年(南宋绍兴六年,1136年)所刻。石碑为正方形,长宽各约0.77米,刻石原在陕西关中,现藏陕西省博物馆。《华夷图》是根据唐代贾耽的“海内华夷图”绘制,碑石右下方刻有“唐贾魏公所载凡数百余国,今取其著闻者载之”等语。《华夷图》所绘地理要素有山川、湖泊和府州位置,对于邻国行政区域地理一般不以图形标示,而是在这些区域标出中国前代简略的州郡名称,或者用文字来表示邻国行政区名。图上标注的行政区域名、地名共约500个,山脉10座,河流13条,湖泊4个。另用“”符号表示长城。图绘内容与当时实际情况大体一致,但海岸线的绘制尚有不足,如辽东半岛、山东半岛、雷州半岛突出部分的形状未予科学表现,海南岛的形状也失真。《禹迹图》是宋代全国性地图制作的优秀代表作。李约瑟认为,即使与当时世界范围内的各国地图相比较,人们“都会由于中国地理当时大大超过西方制图学而感到惊讶”。《禹迹图》的作者可能是北宋沈括。《禹迹图》的成就突出表现在它的制图科学性上。该图在我国地图制作上首次采用“计里画方”法绘制。每方折百里,计有横方70,竖方73,总计5110方。其比例相当于1:1,500,000。此图的绘制建立在精确的科学基础上,所绘海岸轮廓、河流走向较同时期的《华夷图》更为接近实际。“计里画方”指《禹迹图》采用方格座标的绘图方法,这种绘图法在某些方面有些类似近现代经纬度绘图法,它将所绘地理内容按一定比例缩小在比原地理小数千乃至数万倍的小单元方格内,这大大地提高了地图的精确程度,对后世地图的绘制产生了深远的影响。(2)宋代全国性地图的图注记1964年在四川省荣县文庙发现一块《九域守令图》碑,碑长1.30米,宽1米。该碑系北宋荣州刺史宋昌宗利用前人手绘原图于宣和三年(1121年)绘制并立石的。该碑是现存宋代全国性石刻地图中历史最早者。《九域守令图》约按1:1,900,000的比例尺刻制,为全国性行政区域图,图上标明有名称的行政区约1400多个,是宋代现存全国性石刻地图所著行政区名最多者。县是本图最低一级的行政区。该碑是我国迄今所见的最早以县为基层行政区而绘制的全国性行政区域图。《九域守令图》绘制的水系,除河套以上的一段黄河河道画得不够准确外,其它江河的平面图形画的均比较准确、完整,图上标注了有名称的河流13条。海岸轮廓已接近今图。在现存的几幅宋代全国性地图中,它是海岸线画得较为准确的一幅。对于山脉的处理,《九域守令图》用写景法表示,其中标明名称的山脉近30座该图注记很有特点,即山名和水名均套以方框或圆圈(其中湖名套以圆圈,余皆方框),其它地理要素则不加方框和圆圈符号。这种注记方法要比前面谈到的《华夷图》、《禹迹图》所有注记概不加框和圆圈或是后面将要谈及的《地理图》、《舆地图》凡是注记一律加框和圆圈为优。该图注记还有一个特点,就是有文字作标注符号,如它以字的大小和加写治所与否的方法来表示行政区级别的高低。该图注记亦有缺陷,就是其所注行政区名脱字、讹字较多。另外,在其碑阴刻有“莲宇,绍兴己未眉山史炜建并书郡守□□□”等字,这是南宋荣州郡守史炜加刻在原碑碑阴的题款。(3)《地理图》中的“海岸”及“沿海地区”苏州碑刻博物馆藏《地理图》碑(图二)为南宋帝师黄裳所绘,王致远刻石。据碑末王致远跋,此图是黄裳向当时继位的光宗进献的八图之一。其绘图年代在1189——1190年间。原图底本,王致远“得于蜀,因官于浙右,摹刻以永其传”。该图于淳祐七年(1247年)刊石。地理图碑长1.80米,宽1.03米,厚0.26米,青石质地。碑额篆“坠理图”三字,分地理图和图说两部分,现有部分缺失。《地理图》绘制了我国海岸的轮廓,主要山川、河流、湖泊的布局以及长城和全国各级行政机构——路、府、州、军、监的位置。所绘江河、海岸的轮廓大体正确。图上山脉与现代地图上的自然描景法相似。山脉上如有森林,还绘有森林符号。所有的路、府、州、军、监名和山名均套以方框,所有的水名皆用椭圆形圈标示,以资醒目。《地理图》非常重视各路首府的位置,因此将之刻成阳文,从而突出其地位品级。地理图标注名称的山脉共147座,江河93条(其中长江黄河的发源地不清),行政区名426个,其中“路”级22个,“府”级34个,“州”级326个,“军”级43个,“监”级1个,“历史注记”24个,“地名及其它”78个,总计768个。因碑石有部分残缺,故实际数字远不止这些。《地理图》不但反映了北宋政区地理,而且还反映出邻国地理,这在现存宋代全国性石刻地图中是唯一的。如《禹迹图》和《华夷图》不表现邻国的行政区,只是在这些区域标以中国前代简略的州郡名称,但对相延接的山水地理则力求反映。《九域守令图》则干脆将北宋政区范围用界线框定,对邻国区域则以群山充斥其间,就连中国前代的州郡名和山水内容也一概不予表现。《地理图》则不同,它在表现北宋政区内容之外,又比较详细地标出了邻国政区的府州名称,诸如辽所命名的五京及重要州名都一概收录,相连的山水地理也得到了表现。(4)城市东南角—《舆地图》现藏日本京都东福寺塔头栗束棘庵的《舆地图》拓本也是一幅宋代全国性地图。碑于南宋刻石,今已不存,所剩只有这一拓本。根据其拓本,可以得知该碑近似正方形,高约2.07米,宽1.96米。四周注有东、西、南、北四个方向。该图用写景法表示山脉,如有森林,则加绘森林符号。水系部分画得不够准确,海岸轮廓失真,如山东半岛几乎被绘成圆形,与实际出入很大。该图注记约有两种,一是用方框套以山名和行政区名,二是在图的左上方用文字注释有关地理要素。长城没有画出,是其一大缺陷。据说该图拓本是1279年被前来我国学习的日本僧人佛照禅师回国时带出去的,由此可见,这张《舆地图》拓本是很珍贵的南宋拓本。宋代关于单个城市的石刻地图还有《平江图》碑和《静江府图》碑。《平江图》碑(图三),原藏江苏苏州府学文庙,现仍存。宋理宗绍定二年(1229年)由平江府(今苏州)郡守李寿朋重整平江坊市所刊,吕梗、张允成、张允迪勒石。碑额有“平江图”三字,四边分题东、南、西、北(上北下南,右东左西)四个方位。该碑图为宋代苏州城平面图,是现今世界上最古老的石刻城市平面图。北宋政和三年(1113年),宋徽宗升苏州为平江府,故苏州亦称平江。平江图碑长2.84米,宽1.46米,厚0.30米,青石质地,碑石完好。苏州城自古以来面积不大(指旧城区),只有14平方公里。此石刻平面图在有限的空间里合理地安排了大运河、城墙、街道、河道、坊市、衙署、楼阁、寺观、街坊、商店、医院、军营、桥梁、园林、古迹等重要设施。图所示,苏州城平面呈长方形,布局规范化。整个城市被大运河所环抱,运河内四周城墙环绕,并设有6个城门,城墙内有护城濠。城区内的最大特点是安排了水陆并行的两套交通系统。城内河道纵横交错,计有20条河流,其中6条河流纵贯南北;14条河流横越东西,总长度为82公里。河道出入城墙的地方建有7座水门闸。与此相适应,城内有20条大街,最著名者为横贯南北的交通要道“卧龙街”(今人民路),整个城市交通呈现了“前门是街后门是河”的水城特色。由于苏州河道众多,因此起着交通枢纽作用的桥梁也特别多,《平江图》所刻桥梁达359座之多。另刻有264条巷,61条坊,24条里弄。此外,《平江图》还刻有67座佛道寺观和9座古塔。在城的西南部盘门一带还设有接待外国使臣的馆驿以及粮食仓库、米市等。位于市中心的乐桥则是繁华的商业区,有