為什麼古人沒有測繪儀器

A. 古代用來測量的儀器有那些

我國古代使用的的天體測量儀器主要有渾儀、簡儀等；表演天體視運動的儀器主要是渾象等。

渾天說是我國古代的一種重要宇宙理論，認為"渾天如雞子，天體圓如蛋丸，地如雞中黃"，天內充滿了水，天靠氣支撐著，地則浮在水面上。天的大圓分為365.25度，渾天旋軸兩端分別稱為南極、北極，赤道垂直於天極，黃道斜交著天的大圓，黃赤道交角為24度。
渾儀正是以此為基礎而設計的。我國渾儀的發明大約是在公元前四世紀至公元前一世紀之間（即戰國中期至秦漢時期）。早期的渾儀比較簡單，經過歷代天文學家的改進，到了唐代，由天文學家李淳風設計了一架比較精密完善的渾天黃道儀。整個儀器分為三層，外層叫六合儀，包括地平圈、子午圈和赤道圈。中層叫三辰儀，是由白道環、黃道環和赤道環構成。里層叫四游儀，包括一個四游環和窺管。現存明制渾儀基本就是這種結構，所不同的是取消了三辰儀中的白道環，而加上了二分環和二至環。由於渾儀的圈環過於復雜，遮掩天區，影響觀測，所以元代的天文學家郭守敬將其簡化，創制了簡儀。

（2）簡儀

元代天文學家郭守敬於公元1276年創制的一種測量天體位置的儀器。因將結構繁復的唐宋渾儀加以革新簡化而成，故稱簡儀。它包括相互獨立的赤道裝置和地平裝置，以地球環繞太陽公轉一周的時間 365.25 日分度。簡儀的赤道裝置用於測量天體的去極度和入宿度（赤道坐標），與現代望遠鏡中廣泛應用的天圖式赤道裝置的基本結構相同。它由北高南低兩個支架，托著正南北方向的極軸，圍繞極軸旋轉的是四游雙環，四游環上的窺管兩端安有十字絲，這是後世望遠鏡中十字絲的鼻祖。極軸南端重迭放置固定的百刻環和游旋的赤道環。為了減少百刻環與赤道環之間的摩擦，郭守敬在兩環之間安裝了四個小圓柱體，這種結構與近代"滾柱軸承"減少摩擦阻力的原理相同。簡儀的地平裝置稱為立運儀，它與近代的地平經緯儀基本相似。它包括一個固定的陰緯環和一個直立的、可以繞鉛垂線旋轉的立運環，並有窺管和界衡各一。這個裝置可以測量天體的地平方位和地平高度。簡儀的底座架中裝有正方案，用來校正儀器的南北方向。在明制簡儀中正方案改為日晷。

簡儀的創制，是我國天文儀器製造史上的一大飛躍，是當時世界上的一項先進技術。歐洲直到三百多年之後的1598年才由丹麥天文學家第谷發明與之類似的裝置

B. 測繪科學簡介

測繪科學，即測量與繪圖的綜合領域，其核心任務是測定和推算地球表面的幾何位置，以及地球的形狀和重力場特性。這項學科的目的是理解和記錄地球表面自然環境和人類建造的設施的精確布局，進而編制出各種比例尺的地圖，為社會生活和科學研究提供准確的空間信息。

早在古代，測繪學的應用就已經顯現出了它的智慧。據傳說，在世界古史時期，人們就利用測繪知識來規劃尼羅河泛濫後的農田邊界。公元前7世紀，中國的思想家管仲在其著作《管子》中，已經收集了27幅早期地圖，這標志著測繪學的萌芽。而到了公元前5世紀至3世紀，中國古代發明了利用磁石製成的指南工具——「司南」，這是最早的導航設備之一。

公元前130年，西漢初期的中國已經出現了《地形圖》和《駐軍圖》，這是迄今為止發現的最早的地圖，展現了當時測繪技術的先進水平。這些早期的測繪成就，不僅反映了古人對空間的認知，也為後世的測繪學發展奠定了堅實的基礎。

傳統的測繪學以地球和地球表面上的實體為研究對象，是研究對實體進行測量和描繪的科學。測繪學包括了測量和描繪兩個方面。測量就是利用測量儀器測定物體的形狀、大小和空間位置。描繪就是將測定的物體用地圖的方式表達出來。現代測繪學研究范圍已擴大到外層空間，是研究與地理空間分布有關的信息的採集、處理、管理、表達和利用的科學與技術。

C. 元朝的兩都主殿根據設計要建在同一中軸線上

一、航空圖上的奇怪發現

2004年，中國測繪科學研究院的研究員夔中羽想拍攝一張北京的全景鳥瞰圖。他找來了一張航空影像圖掛在牆上，琢磨著應當從哪兒開始下手。可是當他的視線沿著中軸線一路北上時，腦袋卻一點一點地偏向了左邊。

搞了很多年空中攝影的夔中羽，覺得有點不對勁。中軸線應該是正南正北的呀，怎麼會歪了呢？再來一遍，結果還是一樣。難道是航拍出了問題？

夔中羽馬上找來北京的衛星影像圖和各種版本的北京市地圖核對。沒想到，地圖上的中軸線竟然都向著逆時針方向偏了一點點。那麼多測繪專家和地圖製作者不可能全都弄錯，難道說中軸線真是歪的？

夔中羽不敢相信這是真的，他決定到中軸線南端的永定門去進行一次實地測量。

二、中軸線真的歪了

2004年冬季的一天，夔中羽和測繪專家們在永定門城樓下向北的甬路上，做了一個"立竿見影"的試驗。他們在甬路中間立了一根2米長的桿子，又在桿子的下面，沿甬路中心線向北，粘上了一條6米長的黑膠帶，黑膠帶正好貼在中軸線的中心線上。

正午，太陽緩緩地爬到了最高點，木桿向北投下了一條長長的黑影。此時木桿投下的影子應該就是永定門所在位置的子午線--真正指向南北方向的線。可一看，在場的人都愣住了：木桿投下的影子和黑膠帶並不重合，中軸線確實歪了！

歪了多少呢？2度多。根據這個結果一推算，位於中軸線北端的鍾樓已經偏離地球儀上連接南北兩極的經線--子午線300多米了。

三、猜不透的謎團

中軸線為什麼會偏呢？人們一時議論紛紛。

有人說中軸線之所以會偏，是因為地球兩極的位置發生了變化。可是天文學家馬上就否定了這種說法。因為地球兩極的位置雖然會發生變化，但那是在非常漫長的時期內才可能發生的，不會在幾百年內看出什麼變化。要說是地震影響什麼的，應該也不會，因為北京地處平原，很少發生大地震。

有人說這可能是當時的建造者使用磁針定位法造成的誤差。可是我國古代的工匠很早就掌握了精確測量的方法，比如唐朝的學者在河南已經非常准確地測量出了子午線，宋代的科學家也已經發現了磁偏角。而主持興建元大都城，也就是老北京城的劉秉忠和郭守敬都是當時傑出的科學家，他們應該有精度很高的測量方法，而不至於使用當時就被證明誤差很大的磁針定位法。

不是技術的原因，不是自然的原因，難道是有人故意這樣做的？元朝的統治者是蒙古族，他們對漢人實行了很多民族壓迫政策。難道身為漢人的劉秉忠和郭守敬是故意把中軸線弄偏了，想以此來反抗元朝的統治嗎？沒有任何證據。

四、到北京之外找答案

為什麼？為什麼？就在夔中羽的思路走進死胡同的時候，朋友的一番話讓他的腦筋來了個急轉彎。

那是一個關於阿房宮的傳說，據說秦始皇當年修建的阿房宮沒有大門，而遠在河北秦皇島的海邊有兩個大石柱，正好在阿房宮中軸線的延長線上。於是人們傳說，那兩個大石柱就是阿房宮的大門。

這個傳說讓夔中羽思路大開，既然現在的北京城是在元大都的基礎上修建的，而元大都又是元朝的第一個皇帝忽必烈建的，那麼北京城和忽必烈以前的生活會不會有某種聯系，而中軸線的偏移就和這種聯系有關呢？

忽必烈是蒙古人，於是夔中羽找來了北京至內蒙古的所有地形圖。當他把那些地形圖一張張連接起來看的時候，一個從來沒有注意過的地方跳了出來：把北京中軸線一直向北延伸，它的延長線竟然直指古開平。而古開平曾經是元朝的元上都，那裡正是元世祖忽必烈的發祥地！

在元朝，元上都和元大都都是首都，因為忽必烈實行的是"兩都制"：冬天在元大都辦公，而夏天則跑回元上都避暑。更讓夔中羽沒想到的是，元上都的設計者竟然也是劉秉忠。這樣看來，會不會是劉秉忠按照忽必烈的意思，把上都和大都的連線當做了北京中軸線的基準線呢？

五、尋古元上都

夔中羽決定到元上都遺址去考察一下。

元上都遺址位於內蒙古自治區錫林郭勒盟正藍旗上都鎮的東北面。歷經幾百年的風風雨雨，元上都古城早已成為一片廢墟。夔中羽行走在這個已經辨不清原貌的古城遺址上，不斷用GPS衛星定位儀尋找著從北京延伸過來的那條無形的線。他既盼望又擔心，如果北京中軸線的延長線和元上都遺址的距離相差太遠，那麼自己的推測可就不成立了。

當夔中羽手中的GPS儀顯示出東經116度12分的時候，所有參與尋找的人都激動得差點跳起來，這就是北京中軸線的延長線，它和元上都遺址的經度只差1分，也就是幾百米的距離。不過從北京到這里的直線距離有270千米呢，這幾百米的誤差實在是微不足道。要知道那條看不見的延長線可是幾百年前的古人用簡陋的儀器測量出來的哦。

由於中軸線的事情在歷史上沒有任何記載，所以在那33位所謂的"真命天子"中，也許除了忽必烈以外，誰都不知道自己的龍椅是"歪"的。

當然了，北京中軸線的偏離是不是真的為了連接元上都，還有待於進一步考證。

D. 古人是如何繪制出精確的地圖的

制圖學在東西方都是古老的學科，可上溯至史前關於漁獵之域的描繪。簡單來講，在衛星發明之前，聰明的古人已經懂得利用比例以及網格等方法做地圖，當時在精準度上與衛星測繪有很大的差距，但是卻是人類認識自己所處環境的極大的進步，許多制圖法到現在都有極高的借鑒意義。

簡單來說裴秀的理論可以概括為「制圖六體」，即制圖時要考慮的六方面因素：分率（比例尺）、准望（方位）、道里（道路里程）、高下（地勢高低）、方邪（角度）、迂直（彎曲度）。根據以上理論，聰明的古人又進行不斷地完善，從而衍生出「計里畫方」之法，就是為使地圖圖形正確縮小尺寸而設計的按比例繪格網的纖此圓方法。先在圖上布滿方格，方格邊長代表實地里數；然後按方格之框定繪制地圖內容。