第八十九章 天文学
第一节 珍贵的天象记录
宋代很重视天象观测，为了避免天文观测人员谎报、漏报、错报天象，同时也为了提高司天监人员的责任心，除司天监外，还在皇宫内再设天文院，也进行天象观测，并于次日清晨用以核对司天监的报告。于是司天监与天文院两边的天文观测人员都不敢懈怠，故天象记录多而详细，有些记录具有重要的科学价值。
1006年在豺狼座爆发了一颗超新星，据研究，这颗星最亮的时候达到—9.5等，即当时的亮度约相当于满月亮度的十分之一。这次爆发所留下的遗迹是一个射电源，仍为现代天文学家所关注。关于这颗超新星的爆发，宋代留下了较详细的记录。如《宋史·天文志》载：“景德三年（1006）四月戊寅，周伯星见，出氐南骑官西一度，状如半月，有芒角，煌煌然可以鉴物，历库楼东。八月，随天轮入浊。十一月复见在氐。自是，常以十一月辰见东方，八月西南入浊。”《宋会要辑稿·瑞异一》载：“（景德三年）五月一日，司天监言：先四月二日夜初更，见大星，色黄，出库楼东、骑官西，渐渐光明，测在氐三度。”
另一颗超新星更为著名，就是1054年爆发的天关客星。《宋史·天文志》记录是：“至和元年五月己丑，（客星）出天关东南，可数寸，岁余稍没。”《宋会要辑稿·瑞异一》记录是：宋仁宗至和元年（1054）七月二十二日，“守将作监致仕杨惟德言：伏睹客星出见，其星上微有光彩，黄色。”同书记宋仁宗嘉祐元年（1056）三月，“司天监言：客星没，客去之兆也。初，至和元年（1054）五月晨出东方，守天关。昼见如太白，芒角四出，色赤白，凡见二十三日。”现代天文工作者根据这些历史记载和当前这颗超新星遗迹的状态，确定了这颗超新星的类型。他们从所记载的星的位置，最大亮度，从最亮到看不见所经历的时间，分析出它的爆发机制和爆发后的演化。现在已知，天关客星的遗迹是一个美丽的蟹状星云，星云中还有一颗中子星。它是一个强射电源，有强x射线辐射、γ射线辐射和红外辐射等。这些都引起现代天体物理学家的极大兴趣。
沈括有一条天象记载也受到现代科学家的高度评价。《梦溪笔谈》所记载的是宋英宗治平元年（1064）的一次陨石降落：“常州日禺时，天有大声如雷，乃一大星几如月，见于东南。少时而又震一声，移著西南。又一震而坠在宜兴县民许氏园中。远近皆见，火光赫然照天，许氏藩篱皆为所焚。是时火息，视地中只有一窍，如杯大，极深，下视之，星在其中荧荧然，良久渐暗，尚热不可近。又久之，发其窍，深三尺余，乃得一圆石，犹热，其大如拳，一头微锐，色如铁，重亦如之。”短短不到200字，将陨石降落的整个过程写了出来，对声、光、色、温、地点、过程、形状、重量、密度和降落时间等作了全面详细的描述。
第二节 天文仪器的制造
宋代制造过许多大型的天文仪器。如宋太宗太平兴国四年（979）正月，来自四川的民间天文学家张思训设计并于次年制成一台水转浑象，通称“太平浑仪”，起楼高一丈有余。这台浑象改水力推动为水银推动，以解决冬天因水流凝冻迟涩而影响仪器运转速度的问题。与浑象运转联动的报时装置，胜过东汉张衡及后来的一些同类仪器，小木人也增加到十多个。《宋史·天文志》载：“七值神左摇铃、右扣钟、中击鼓，以定刻数。每一昼夜，周而复始。又以木为十二神，各值一时，至其时，则自执辰牌，循环而出，随刻数以定昼夜长短”。七值神即七曜值日，实际上，这是一个带有日历显示的时钟，是采用星期制的报日和报时装置。其中由金、木、水、火、土加日、月表示七值周期，以金曜日为七值周期之首。这种记日制度，早在唐代《符天历》和五代时期的《调元历》中已经使用，宋代建隆四年（963）起行用的《应天历》中，也有七值内容。此外，在一天之内又分十二辰，由十二神轮流出现报出时辰，而时初、时正和刻数则分别由铃、钟、鼓声报出。张思训的仪器继承和发展了唐代一行和梁令瓒的成果，并对后来的仪象设计产生了一定的影响。他也因创制仪器有功而升任司天浑仪丞。
宋太宗至道元年（995），天文学家韩显符制成一台供观测用的铜浑仪，通称“至道铜候仪”。大中祥符三年（1010）他再造一台相类似的浑仪，专门用于司天台培养观测生的教学。此外，皇祐三年（1051）舒易简、于渊、周琮等人制成黄道浑仪；熙宁三年（1070）沈括、皇甫愈等人制成熙宁浑仪。这些仪器每台用铜量都在两万斤左右，各自有一些新的创造。如皇祐浑仪，它的时间分划一改在地平环上刻度的旧制，而改刻在固定的赤道环上，正确反映了天体位置随时间变化的规律。熙宁浑仪简化结构，从计算上去解决月亮在白道上的位置，将浑仪上的白道环取消，使用方便，而且提高了测量的精度。
天体周而复始不断地在天穹运动，不同时刻它们的位置不同，因此，在使用浑仪观测天体时，相应地也要有良好的计时仪器，客观需要提出了提高漏刻精度的要求。天圣八年（1030）燕肃发明莲花漏，在多级漏壶（上匮和下匮）的最后一级漏壶（下匮）上部开孔（分水孔），使壶中的水位恒定地保持在孔下，多余的水由孔经注水筒（竹注筒）流入减水盎。由于末级漏壶水位恒定，所以漏水均匀，提高了计时精度。皇祐初期，舒易简、于渊、周琮等人又在莲花漏的基础上，再加一级恒定水位的平水壶，从而使漏刻的精度进一步提高。
宋代最为精巧的天文仪器，当推苏颂领导研制成功的水运仪象台。元祐元年（1086），苏颂奉旨校验天文院和太史局两处的新旧浑仪，考察中他发现同一台仪器由不同的人去操作，所得测量结果不同，他们“各指得失，终无定论”。于是他想制造一种以水为动力，浑仪和浑象联动并能与天同步运动的仪器。另外，一行、张思训已将这种仪器与报时装置集为一体，所以新的仪器还要同时解决报时问题。苏颂首先遇到的困难是缺乏参考资料，正如他自己所写：“张衡之制，史失其传；开元旧器，唐世已亡”，本朝“太平浑仪，自思训死，机绳断坏，无复知其法制者”，所以制作新仪必须重新设计。经过苏颂与精通数学、天文学并有巧思的吏部守当官韩公廉等人的反复研究和精心设计，新仪从元祐二年（1087）开工制造，三年制成木样，经鉴定和检验后，据此正式铸造铜仪。元祐七年（1092），这座中国古代最宏伟、最复杂的天文仪器建成，宋哲宗赐名“元祐浑天仪象”，后人通称“水运仪象台”。
苏颂实现了将浑仪、浑象和报时结合于一体的设想，整座仪器使用水力为动力，经变速、传动和控制使三部分仪器联动并能跟踪天体运行。仪器总高约12米，宽约7米，分上、中、下三层，底层是动力与传动装置和报时钟，中层密室中转动着的是浑象，上层为浑仪。浑仪上的望筒可对准并可自动跟踪天体，而随望筒运动的三辰仪时圈则可指示出时间的变化，此外，浑仪所在小室的屋顶可以启闭，这与现代天文台上的望远镜转仪钟与活动圆顶作用相同。
水运仪象台的报时部分也精巧绝伦。它共分五层，其中三层用于白昼报时，两层用于夜间报时，共有承担报时职能的木人254个，每个时辰分时初与时正，分别由左门小人摇铃和右门小人敲钟报出，每至一刻由中门小人击鼓。第二、三层的木人分别举辰牌与刻牌，当非正点辰刻没有报时声的时候可从牌上看出当时的时辰与刻数；第四、五层的木人敲钲以报更，没有报更声的时候可从木人所举更牌上看出更次。水运仪象台的整台仪器由水提供动力自动运转。它的又一项重要发明是其“天衡”装置，它类似于近代钟表的擒纵器（卡子），控制着仪器，使之均匀运动。
国际科学史界对水运仪象台的评价极高，认为它是现代钟表的祖先。关于它留下了较详细的记载，特别是其机械结构、装配图等都收于苏颂所著的《新仪象法要》一书中。
苏颂还制造过另一台大型天文仪器，据《玉海》记载，它是一架假天仪，“大如人体。人居其中，有如笼象。因星凿窍，如星以备。激轮旋转之势，中星、昏、晓，应时皆见于窍中。星官历翁，聚观骇叹，盖古未尝有也。”据研究，这台仪器的主体是用竹条制成的球体，很像一个圆形笼子。表面上再用不透明的纸绢裱糊，并按星宿位置校算开孔①。人坐在密封的球内，球面上小孔透过来的光如同夜空中的繁星。这种便于演示和观察天体运行的仪器，可以说是今日天象仪的鼻祖。
宋代制造的天文仪器，数量众多，精密复杂，并有不少创新，这是中国古代天文学发展进入高峰的重要标志。
第三节 恒星测量与星图
恒星测量是天文学的基础工作，而星图则是观测恒星的记录和查找恒星的一种工具。中国古代的星图大致可分为两类，一类是天文学家作为认识和记录天空中星官位置而绘制的星图，另一类是多为装饰用的示意性质的星图。五代吴越钱元祐墓及其妃子吴汉月墓后室顶部各有一块石刻星图，这是我国现存最早的石刻天文图。这两幅星图的直径约1.9米，比后来南宋苏州石刻天文图大了一倍，刻星各约180颗左右，虽是示意性质，但位置比较准确。
宋代是进行全天恒星观测最多的时期，先后进行过七次较大规模的恒星测量。如宋太宗太平兴国年间（976—984）作了二十八宿距度测量。又据《文献通考》和《玉海》记载，宋仁宗时曾查阅开国之初的恒星记录，见“止截二十八舍及大角至屏星四十二官”，并查知这次测量是因为发现当时的观测值与唐一行所测不相同，为了占考“灾祥之度”，进而实测了这些星，其结果与开元年间的测值相差两三度甚至五度。大中祥符三年（1010），韩显符等用其制造的浑仪又补测了外官星的位置。
景祐年间（1034—1038），再一次测量了二十八宿距度及周天恒星。当时宋仁宗下令要编一部新的星占书《景祐乾象新书》，为使历代诸家占语与当时天象相符，所以要求重新测量恒星位置，主持测量的则是韩显符的授业学生杨惟德。这次测量比以前测量的星数要多。《景祐乾象新书》中曾列有一张周天星座入宿、去极度数表，可惜这份星表已经失传，仅在《宋史·天文志》中载有其中关于二十八宿距星的实测结果。皇祐年间（1049—1054），周琮等人用所铸黄道铜仪重测二十八宿及周天恒星。这次观测所使用的仪器刻度精确，并且改进了漏刻，因而取得了极有价值的成果。这些观测结果后来被收入北宋王安礼重新修订删改的《灵台秘苑》一书。其内容包括345个星官的距星的入宿度和去极度。这是我国现存明末以前所收星数最多的一份星表。
元丰年间（1078—1085）又进行一次恒星测量，测量精度也比较高。这次测量的成果被绘成星图，并刻石保存下来，这就是现存苏州博物馆的著名的苏州石刻天文图。图碑高2.16米，宽1.06米，上半部为星图，外径91.5厘米，下半部为天文图碑文，总共刻星1431颗。原图为绍熙元年（1190）黄裳绘制，南宋淳祐七年（1247）由王致远刻石成碑。该图将中原地区可见星空展现在一幅图中，不但星位准确，而且二十八宿、三垣、十二次、内规、赤道、外规、分野、星官联线、星官名称都刻得清清楚楚。苏州石刻天文图是研究宋代全天星空的宝贵资料。明代正德元年（1506）的江苏常熟石刻天文图，则是根据苏州石刻天文图经订正翻刻而制成的。
北宋的重要星图还有苏颂《新仪象注要》一书中所附的五幅星图。据研究，这些星图也是实际观测的结果，就画法而言，则属于两种不同的投影系统。其一是两幅赤道带横图及一幅北极区圆图，按天区分别画出全天恒星，图上用经线将二十八宿隔开。这种系统避免了盖天式圆图在南纬星区的失真问题，较科学地表现出全天星空。另一系统是将整个天球沿赤道剖开，北半天球以北极为心，画一圆图，南半天球以南极为心，另画一圆图，而南极附近恒隐圈内的星空在北半球的北宋都城汴京（今开封）是看不见的，所以图上空着，留待补充。这种形式新颖的全天星空表示法是苏颂等人的首创。
绍圣二年（1095）再测二十八宿距度，崇宁年间（1102—1106）又一次重测。上述几次恒星测量比较起来，以姚舜辅等人主持的崇宁年间的测量，目标最为明确，这次测量是为编撰《纪元历》作准备的，而所得测量结果也最为精确。如据研究，其二十八宿距度误差的绝对值平均只有0.15度，在没有望远镜的时代，这实在是相当精确的测量了。
第四节 历法
五代时的历法，据记载，有后晋马重绩《调元历》，蜀《永昌历》和《正象历》，南唐《齐政历》，后周王处讷《明玄历》和王朴《钦天历》等。其中也有一些创新，如《调元历》不用上元积年，《钦天历》在实际观测基础上对五星动态表的改正等。有些历法还在一定时期内为后世所沿用。
宋初沿用后周的《钦天历》，此历原为王朴造于显德二年（955）。宋太祖建隆二年（961）因《钦天历》推验较疏，诏司天监王处讷等别造新历。王处讷曾任后周司天少监。他曾指出过《钦天历》的不足，并在952年左右编过一部《明玄历》。王处讷等受命后经三年而制成新历，太祖为之作序，赐名《应天历》，建隆四年颁用。参与编修《应天历》的有来自伊斯兰国家的天文学家马依泽。1968年台湾罗香林教授在美国哥伦比亚大学东亚图书馆中发现了一套完整的《怀宁马氏宗谱》，其中《志尚公弁言》提到：“吾族系出西域鲁穆。始祖讳系鲁穆文字，汉译马依泽公，遂以马授姓。宋太祖建极，初召修历，公精历学，建隆二年，应召入中国，修天文。越二年，成书，由王处讷上之。诏曰可。授公钦天监监正，袭侯爵。”“鲁穆”，有些文献（如《明史·西域传》）亦作“鲁米”，关于其具体为何处，迄今尚无定论，可能原属东罗马帝国，现属叙利亚。由上述记载可见马依泽在撰修《应天历》过程中起了重要作用，因而得授监正之职并袭侯爵。经研究，《应天历》的历元，适逢甲子、金曜日和朔旦冬至，选在建隆三年前4825558年。《宋史·律历志》说它可“推定朔、弦、望日辰七直：……，日满七、六十去之，不满者，命从金星、甲子，算外，即得定朔、弦、望日辰星直也。”七直即七值或星值，是日月五星七曜值日之义，亦即推算星期序数。日满七去之，就是从总日数中去掉七的若干倍，可得到从金曜日起算的星期序数。由此可见应天历是引入七曜纪日法的，这种以金曜日为历元，采用星期制的方法与伊斯兰历相同，因此这部分内容很可能是马依泽参与制历所作的贡献，这项改革满足了日益增多的中国穆斯林的需要。
宋代民间研究历法十分活跃，如熙宁七年（1074）发现所用历法与天象不合，沈括就推荐了民间历法家卫朴编造新历。当时从宋仁宗天圣二年（1024）起行用的《崇天历》历气后天，而刚颁用了九年的《明天历》又历朔先天，于是，卫朴在《明天历》的基础上制成新历《奉元历》，于熙宁八年（1075）颁用。又如宋徽宗崇宁二年（1103）发现所使用的《观天历》气朔有错，遂改用姚舜辅的《占天历》。但历官们认为《占天历》为民间私家所造，未经考验，不可施行，于是姚舜辅在大量观测的基础上，于崇宁五年（1106）又制成《纪元历》并得以颁行。清代梅文鼎对《纪元历》有很高的评价，说“宋历莫善于纪元”。这部历法的回归年、朔望月及其他一些数据都相当准确。此外，姚舜辅还创造了确定太阳位置的新方法，即在天亮前或黄昏后用恒星作参照定出金星的位置，然后在既能看见金星又能看见太阳的时候定出金星与太阳的角距，从而求得太阳在恒星间的位置。他还创立了新的计算公式，以解决太阳的赤道经度与黄道经度的换算问题。
南宋初继续行用《纪元历》，后又曾用《统元历》、《乾道历》、《淳熙历》和《会元历》。南宋宁宗庆元五年（1199）行用杨忠辅编制的《统天历》，这是得到梅文鼎更高评价的一部历法，有宋历“尤莫善于统天”之说。《统天历》有很好的实测基础，节气、合朔、月亮过近地点与黄白交点的时刻等都定得比较准，并在实测的基础上确定出计算改正值的办法。《统天历》的岁实（回归年长度）为365.2425日，比现行公历采用同一数值早了384年。此外，杨忠辅还发现回归年长度不是固定不变的，而是每年都有微小的变化，并提出斗分差的数值改正方法。这也是天文学史上的一个重要发现。《统天历》继唐曹士《符天历》之后也不用上元积年。《统天历》的上元是虚设的，实际上废除了繁琐的上元积年计算，这也是中国历法史上的一个进步。
北宋存在168年，共颁行10部历法，南宋存在152年，共颁行10部历法，换历比较频繁，在一定程度上反映了当时天文历法研究的活跃。其中《应天历》、《纪元历》、《统天历》各有所长，反映了两宋行用历法的特点和主要成就。
第五节 气象知识
五代及辽、宋、夏、金的一些史书，尤其是《宋史》，记载了很多宝贵的气象资料，其中包含有关于大水、大旱、大风及雨雪、冰雹、雷暴、地震等灾害和特殊天气现象的丰富内容。宋代开始普遍编修的地方志及大量宋人笔记，也有很多这方面的记载，如沈括《梦溪笔谈》中对山东武城县一次龙卷风的形状及危害情况作了非常清楚的记述。这些资料对于研究我国气候变迁及气象变化规律具有重要的价值。南宋吕祖谦于淳熙七年（1180）正月初一到八年七月二十八日在金华进行了近两年连续不断的物候观测。他在《庚子辛丑日记》中记录了二十多种植物的开花结果时间及一些虫鸟的初鸣和初到时间，这是一份经实际观测获得的非常珍贵的物候资料。
降雨情况直接关系农业生产，因而历代都受到人们重视。西汉时根据土、炭吸湿增重的不同而发明了原始的天平式湿度计。宋代僧人赞宁，在10世纪则利用这种仪器来预报晴雨。宋神宗熙宁年间京师久旱，沈括准确地做了一次降雨预报，《梦溪笔谈》卷7对此有很生动的记述。他对当时空气中水气条件的分析与判断是符合近代气象科学原理的。
为了测量降水量的多少，必须要有一种用具，现在普遍使用的是雨量筒。南宋数学家秦九韶在其《数书九章》中列有“天池测雨”、“圆罂测雨”、“峻岭验雪”、“竹器验雪”等算题，可根据盛水或积雪容器的形状及积水、积雪的多少，计算出单位面积平地上的降水量。天池是古代防火贮水的容器，用来测降雨量，当可看作原始的雨量器。这种方法也是世界上较早的测定降水量的科学方法。
此外，这一时期对一些气象现象也有了更正确的认识，如《梦溪笔谈》中记载孙彦先对虹的解释是“虹乃雨中日影也，日照雨则有之。”《梦溪笔谈》卷25提到：“江湖间唯畏大风。冬月风作有渐，船行可以为备。唯盛夏风起于顾盼间，往往罹难。曾闻江国贾人有一术，可免此患。大凡夏月风景，须作于午后。欲行船者，五鼓初起，视星月明洁，四际至地皆无云气，便可行，至于巳时即止。如此，无复与暴风遇矣。国子博士李元规云：平生游江湖，未尝遇风，用此术。”这里提到的关于风力日变化规律的气象知识，是符合实际情况的，对行船安全也是非常重要的。苏轼《船■风》诗有句：“三旬已过黄梅雨，万里初来船■风”，并有序文说：“吴中梅雨既过，飒然清风弥旬，岁岁如此，吴人谓之‘船■风’。是时，海舶初回，云此风与舶具至云尔。”对于梅雨之后的信风作了清晰的描述。
第六节 辽、夏、金的天文学
辽受中原文化的影响，其天文学也有两个主要的分支，一是以历法服务于政权，一是观天象以占吉凶。辽有历之始即采用中原历法，此即天禄元年（947）至统和十二年（994）行用的后晋马重绩所编《调元历》。《调元历》是五代时期较好的历法，但在后晋只行用了5年，而在辽却行用了48年。该历不设上元，以雨水正月中气为气首。它的基础是《宣明历》和《崇玄历》，马重绩称：“以宣明之气朔合崇元之五星，二历相参，然后符合。”①辽圣宗统和十三年（995）又颁用可汗州刺史贾俊所进《大明历》。有些学者认为其法取自祖冲之。这一时期辽、宋历日有所不同，如叶梦得《石林燕语》、张邦基《墨庄漫录》等均记载，苏颂使辽时曾发现宋、辽冬至日先后相差一日。辽《大明历》本文已失传，其内容尚有待于研究。《辽史·历象志》所载，系全文照录《宋书》上的祖冲之《大明历》，这显然是不符合历史实际的。
辽很重视天象，有些天象记事今日看来也很有意义。例如《契丹国志》记载辽天祚帝天庆八年（1118）正月，“是夕，有赤气若火光自东起，往来纷乱，移时而散。”这是与太阳活动关系密切的极光现象，其描述是很生动形象的。1971年在河北宣化发掘一座辽墓，发现该墓室顶部有一幅彩绘星图，星图直径2.17米中央为天极，嵌有直径35厘米的铜镜一面，镜周彩绘莲花，莲花外为日、月、五星及北斗，再外为二十八宿，最外圈绘有黄道十二宫①。黄道十二宫是来自西域的天文内容，但双子座、室女座图形上的人物又着辽服，显示了辽代特点；莲花是佛教装饰；而二十八宿则反映了中国传统文化，以天极为中心的盖图法也是中原传统，因此这是一幅具有多民族色彩的星图。此外，黄道十二宫的名称早已传入我国，但在星图中表现出来，据今所知也以这幅星图为最早。
西夏为党项族所建的政权。夏景宗李元昊之父西平王李德明曾向宋请历，宋真宗将《仪天历》赐颁西夏，至元昊又受赐《崇天历》，可见汉历对西夏有深远影响。西夏仿宋制建有司天监，并颁行过自制历法。《西夏书事》载：“曩霄（元昊）称帝，自为历日行于国中”，可能是参照汉历专门编制的西夏历法。另外，西夏文书、碑文中常有两种纪年：十二生肖纪年和藏历纪年，如有“阳火猴年”的碑刻，因此当时西夏境内可能也有藏历流行，这反映出吐蕃文化在西夏的影响。随着佛教的传播，外来天文知识在西夏也有出现，如西夏字典《蕃汉合时掌中珠》中有黄道十二宫名称，这是来自西域的知识，当然也可能是由中原辗转传入的。
《西夏书事》中还载有不少天象记事，但多用于星占。如1030年“火星入南斗，天子下堂走”。崇宗天仪治平三年（1088）“太白昼见，司天言：不利用兵，梁乙逋不听”。崇宗永安二年（1098）“月犯东井，犯西肩北第二星，太史奏：主兵丧，梁氏不省”等。这些天象观测内容与星占方法，明显地来自内地。
金在历法方面的成就十分突出。天会十五年（1137）金颁用司天杨级所造《大明历》，“然其所本，不能详究”50000528_2192_0①，也有人认为，此历依据的是宋代的《纪元历》，经金司天监官员增改而成。后来由于日食预报屡屡不验，诏命司天监赵知微重修《大明历》，大定二十一年（1181）历成。这时翰林应奉耶律履也造了一部历法，称《乙未历》。经过当年十一月望月食的检验，证明赵知微历优于耶律履历和当时行用的杨级历，于是得以颁用。重修《大明历》虽然仍以《大明历》命名，内容却发生了很大的变化。这部历法所用的基本数据相当精密，例如回归年长度为365.24259日，朔望月长度为29.53059日。此外，还创立了等间距三次差内插公式用于历法计算等等。这些都反映出金代天文学家在吸收中原历法的基础上又有所创新和发展。
金对天象的认识也如中原统治者，将天象作为与帝室政事相关的表象。《金史·天文志》称：“金九主，莫贤于世宗，二十九年之间，犹日食者十有一，日珥虹贯者四五。然终金之世，庆云环日者三，皆见于世宗之世。”把与太阳相关的现象与皇帝的贤明联系在一起。金记录天象也颇详，如《大金国志》记载金太祖天辅二年（1119）：“北方有赤气，大三四围，长二三丈，索索如树，西方有火五团，下行十余丈，皆不至城灭。”这则极光记事使人有如目睹，对研究极光现象也是有价值的。
金对司天台的建设很重视。1126年底金人攻破北宋都城汴京，将北宋灵台上的天文仪器掠往北方，后在金中都（今北京）建成规模庞大的司天台，所用仪器就是从汴京搬来的仪器。元初吴师道写过一首《九月二十三日城外纪游》，诗中描述了当时金天文台（清台）遗址的情形：“故桥旧市不复识，只有积土高坡陀。城南靡靡度阡陌，疏柳掩映连枯荷。清台突兀出天半，金光耀日如新磨。玑衡遗制此其的，众环倚值森交柯。细书深刻皇祐字，观者叹息争摩挲。司天贵重幸不毁，回首荆棘悲铜驼……”。尚可在一定程度上反映出当年金司天台的规模及盛况。
①王振择：《中国最早的假天仪》，见王振择《科技考古论丛》，文物出版社1989年版，第278—286页。
①《新五代史·马重绩传》。
①河北省文物管理处等：《河北宣化辽壁画墓发掘简报》，《文物》，1975年第8期。
①《金史·历志》。
第一节 珍贵的天象记录
宋代很重视天象观测，为了避免天文观测人员谎报、漏报、错报天象，同时也为了提高司天监人员的责任心，除司天监外，还在皇宫内再设天文院，也进行天象观测，并于次日清晨用以核对司天监的报告。于是司天监与天文院两边的天文观测人员都不敢懈怠，故天象记录多而详细，有些记录具有重要的科学价值。
1006年在豺狼座爆发了一颗超新星，据研究，这颗星最亮的时候达到—9.5等，即当时的亮度约相当于满月亮度的十分之一。这次爆发所留下的遗迹是一个射电源，仍为现代天文学家所关注。关于这颗超新星的爆发，宋代留下了较详细的记录。如《宋史·天文志》载：“景德三年（1006）四月戊寅，周伯星见，出氐南骑官西一度，状如半月，有芒角，煌煌然可以鉴物，历库楼东。八月，随天轮入浊。十一月复见在氐。自是，常以十一月辰见东方，八月西南入浊。”《宋会要辑稿·瑞异一》载：“（景德三年）五月一日，司天监言：先四月二日夜初更，见大星，色黄，出库楼东、骑官西，渐渐光明，测在氐三度。”
另一颗超新星更为著名，就是1054年爆发的天关客星。《宋史·天文志》记录是：“至和元年五月己丑，（客星）出天关东南，可数寸，岁余稍没。”《宋会要辑稿·瑞异一》记录是：宋仁宗至和元年（1054）七月二十二日，“守将作监致仕杨惟德言：伏睹客星出见，其星上微有光彩，黄色。”同书记宋仁宗嘉祐元年（1056）三月，“司天监言：客星没，客去之兆也。初，至和元年（1054）五月晨出东方，守天关。昼见如太白，芒角四出，色赤白，凡见二十三日。”现代天文工作者根据这些历史记载和当前这颗超新星遗迹的状态，确定了这颗超新星的类型。他们从所记载的星的位置，最大亮度，从最亮到看不见所经历的时间，分析出它的爆发机制和爆发后的演化。现在已知，天关客星的遗迹是一个美丽的蟹状星云，星云中还有一颗中子星。它是一个强射电源，有强x射线辐射、γ射线辐射和红外辐射等。这些都引起现代天体物理学家的极大兴趣。
沈括有一条天象记载也受到现代科学家的高度评价。《梦溪笔谈》所记载的是宋英宗治平元年（1064）的一次陨石降落：“常州日禺时，天有大声如雷，乃一大星几如月，见于东南。少时而又震一声，移著西南。又一震而坠在宜兴县民许氏园中。远近皆见，火光赫然照天，许氏藩篱皆为所焚。是时火息，视地中只有一窍，如杯大，极深，下视之，星在其中荧荧然，良久渐暗，尚热不可近。又久之，发其窍，深三尺余，乃得一圆石，犹热，其大如拳，一头微锐，色如铁，重亦如之。”短短不到200字，将陨石降落的整个过程写了出来，对声、光、色、温、地点、过程、形状、重量、密度和降落时间等作了全面详细的描述。
第二节 天文仪器的制造
宋代制造过许多大型的天文仪器。如宋太宗太平兴国四年（979）正月，来自四川的民间天文学家张思训设计并于次年制成一台水转浑象，通称“太平浑仪”，起楼高一丈有余。这台浑象改水力推动为水银推动，以解决冬天因水流凝冻迟涩而影响仪器运转速度的问题。与浑象运转联动的报时装置，胜过东汉张衡及后来的一些同类仪器，小木人也增加到十多个。《宋史·天文志》载：“七值神左摇铃、右扣钟、中击鼓，以定刻数。每一昼夜，周而复始。又以木为十二神，各值一时，至其时，则自执辰牌，循环而出，随刻数以定昼夜长短”。七值神即七曜值日，实际上，这是一个带有日历显示的时钟，是采用星期制的报日和报时装置。其中由金、木、水、火、土加日、月表示七值周期，以金曜日为七值周期之首。这种记日制度，早在唐代《符天历》和五代时期的《调元历》中已经使用，宋代建隆四年（963）起行用的《应天历》中，也有七值内容。此外，在一天之内又分十二辰，由十二神轮流出现报出时辰，而时初、时正和刻数则分别由铃、钟、鼓声报出。张思训的仪器继承和发展了唐代一行和梁令瓒的成果，并对后来的仪象设计产生了一定的影响。他也因创制仪器有功而升任司天浑仪丞。
宋太宗至道元年（995），天文学家韩显符制成一台供观测用的铜浑仪，通称“至道铜候仪”。大中祥符三年（1010）他再造一台相类似的浑仪，专门用于司天台培养观测生的教学。此外，皇祐三年（1051）舒易简、于渊、周琮等人制成黄道浑仪；熙宁三年（1070）沈括、皇甫愈等人制成熙宁浑仪。这些仪器每台用铜量都在两万斤左右，各自有一些新的创造。如皇祐浑仪，它的时间分划一改在地平环上刻度的旧制，而改刻在固定的赤道环上，正确反映了天体位置随时间变化的规律。熙宁浑仪简化结构，从计算上去解决月亮在白道上的位置，将浑仪上的白道环取消，使用方便，而且提高了测量的精度。
天体周而复始不断地在天穹运动，不同时刻它们的位置不同，因此，在使用浑仪观测天体时，相应地也要有良好的计时仪器，客观需要提出了提高漏刻精度的要求。天圣八年（1030）燕肃发明莲花漏，在多级漏壶（上匮和下匮）的最后一级漏壶（下匮）上部开孔（分水孔），使壶中的水位恒定地保持在孔下，多余的水由孔经注水筒（竹注筒）流入减水盎。由于末级漏壶水位恒定，所以漏水均匀，提高了计时精度。皇祐初期，舒易简、于渊、周琮等人又在莲花漏的基础上，再加一级恒定水位的平水壶，从而使漏刻的精度进一步提高。
宋代最为精巧的天文仪器，当推苏颂领导研制成功的水运仪象台。元祐元年（1086），苏颂奉旨校验天文院和太史局两处的新旧浑仪，考察中他发现同一台仪器由不同的人去操作，所得测量结果不同，他们“各指得失，终无定论”。于是他想制造一种以水为动力，浑仪和浑象联动并能与天同步运动的仪器。另外，一行、张思训已将这种仪器与报时装置集为一体，所以新的仪器还要同时解决报时问题。苏颂首先遇到的困难是缺乏参考资料，正如他自己所写：“张衡之制，史失其传；开元旧器，唐世已亡”，本朝“太平浑仪，自思训死，机绳断坏，无复知其法制者”，所以制作新仪必须重新设计。经过苏颂与精通数学、天文学并有巧思的吏部守当官韩公廉等人的反复研究和精心设计，新仪从元祐二年（1087）开工制造，三年制成木样，经鉴定和检验后，据此正式铸造铜仪。元祐七年（1092），这座中国古代最宏伟、最复杂的天文仪器建成，宋哲宗赐名“元祐浑天仪象”，后人通称“水运仪象台”。
苏颂实现了将浑仪、浑象和报时结合于一体的设想，整座仪器使用水力为动力，经变速、传动和控制使三部分仪器联动并能跟踪天体运行。仪器总高约12米，宽约7米，分上、中、下三层，底层是动力与传动装置和报时钟，中层密室中转动着的是浑象，上层为浑仪。浑仪上的望筒可对准并可自动跟踪天体，而随望筒运动的三辰仪时圈则可指示出时间的变化，此外，浑仪所在小室的屋顶可以启闭，这与现代天文台上的望远镜转仪钟与活动圆顶作用相同。
水运仪象台的报时部分也精巧绝伦。它共分五层，其中三层用于白昼报时，两层用于夜间报时，共有承担报时职能的木人254个，每个时辰分时初与时正，分别由左门小人摇铃和右门小人敲钟报出，每至一刻由中门小人击鼓。第二、三层的木人分别举辰牌与刻牌，当非正点辰刻没有报时声的时候可从牌上看出当时的时辰与刻数；第四、五层的木人敲钲以报更，没有报更声的时候可从木人所举更牌上看出更次。水运仪象台的整台仪器由水提供动力自动运转。它的又一项重要发明是其“天衡”装置，它类似于近代钟表的擒纵器（卡子），控制着仪器，使之均匀运动。
国际科学史界对水运仪象台的评价极高，认为它是现代钟表的祖先。关于它留下了较详细的记载，特别是其机械结构、装配图等都收于苏颂所著的《新仪象法要》一书中。
苏颂还制造过另一台大型天文仪器，据《玉海》记载，它是一架假天仪，“大如人体。人居其中，有如笼象。因星凿窍，如星以备。激轮旋转之势，中星、昏、晓，应时皆见于窍中。星官历翁，聚观骇叹，盖古未尝有也。”据研究，这台仪器的主体是用竹条制成的球体，很像一个圆形笼子。表面上再用不透明的纸绢裱糊，并按星宿位置校算开孔①。人坐在密封的球内，球面上小孔透过来的光如同夜空中的繁星。这种便于演示和观察天体运行的仪器，可以说是今日天象仪的鼻祖。
宋代制造的天文仪器，数量众多，精密复杂，并有不少创新，这是中国古代天文学发展进入高峰的重要标志。
第三节 恒星测量与星图
恒星测量是天文学的基础工作，而星图则是观测恒星的记录和查找恒星的一种工具。中国古代的星图大致可分为两类，一类是天文学家作为认识和记录天空中星官位置而绘制的星图，另一类是多为装饰用的示意性质的星图。五代吴越钱元祐墓及其妃子吴汉月墓后室顶部各有一块石刻星图，这是我国现存最早的石刻天文图。这两幅星图的直径约1.9米，比后来南宋苏州石刻天文图大了一倍，刻星各约180颗左右，虽是示意性质，但位置比较准确。
宋代是进行全天恒星观测最多的时期，先后进行过七次较大规模的恒星测量。如宋太宗太平兴国年间（976—984）作了二十八宿距度测量。又据《文献通考》和《玉海》记载，宋仁宗时曾查阅开国之初的恒星记录，见“止截二十八舍及大角至屏星四十二官”，并查知这次测量是因为发现当时的观测值与唐一行所测不相同，为了占考“灾祥之度”，进而实测了这些星，其结果与开元年间的测值相差两三度甚至五度。大中祥符三年（1010），韩显符等用其制造的浑仪又补测了外官星的位置。
景祐年间（1034—1038），再一次测量了二十八宿距度及周天恒星。当时宋仁宗下令要编一部新的星占书《景祐乾象新书》，为使历代诸家占语与当时天象相符，所以要求重新测量恒星位置，主持测量的则是韩显符的授业学生杨惟德。这次测量比以前测量的星数要多。《景祐乾象新书》中曾列有一张周天星座入宿、去极度数表，可惜这份星表已经失传，仅在《宋史·天文志》中载有其中关于二十八宿距星的实测结果。皇祐年间（1049—1054），周琮等人用所铸黄道铜仪重测二十八宿及周天恒星。这次观测所使用的仪器刻度精确，并且改进了漏刻，因而取得了极有价值的成果。这些观测结果后来被收入北宋王安礼重新修订删改的《灵台秘苑》一书。其内容包括345个星官的距星的入宿度和去极度。这是我国现存明末以前所收星数最多的一份星表。
元丰年间（1078—1085）又进行一次恒星测量，测量精度也比较高。这次测量的成果被绘成星图，并刻石保存下来，这就是现存苏州博物馆的著名的苏州石刻天文图。图碑高2.16米，宽1.06米，上半部为星图，外径91.5厘米，下半部为天文图碑文，总共刻星1431颗。原图为绍熙元年（1190）黄裳绘制，南宋淳祐七年（1247）由王致远刻石成碑。该图将中原地区可见星空展现在一幅图中，不但星位准确，而且二十八宿、三垣、十二次、内规、赤道、外规、分野、星官联线、星官名称都刻得清清楚楚。苏州石刻天文图是研究宋代全天星空的宝贵资料。明代正德元年（1506）的江苏常熟石刻天文图，则是根据苏州石刻天文图经订正翻刻而制成的。
北宋的重要星图还有苏颂《新仪象注要》一书中所附的五幅星图。据研究，这些星图也是实际观测的结果，就画法而言，则属于两种不同的投影系统。其一是两幅赤道带横图及一幅北极区圆图，按天区分别画出全天恒星，图上用经线将二十八宿隔开。这种系统避免了盖天式圆图在南纬星区的失真问题，较科学地表现出全天星空。另一系统是将整个天球沿赤道剖开，北半天球以北极为心，画一圆图，南半天球以南极为心，另画一圆图，而南极附近恒隐圈内的星空在北半球的北宋都城汴京（今开封）是看不见的，所以图上空着，留待补充。这种形式新颖的全天星空表示法是苏颂等人的首创。
绍圣二年（1095）再测二十八宿距度，崇宁年间（1102—1106）又一次重测。上述几次恒星测量比较起来，以姚舜辅等人主持的崇宁年间的测量，目标最为明确，这次测量是为编撰《纪元历》作准备的，而所得测量结果也最为精确。如据研究，其二十八宿距度误差的绝对值平均只有0.15度，在没有望远镜的时代，这实在是相当精确的测量了。
第四节 历法
五代时的历法，据记载，有后晋马重绩《调元历》，蜀《永昌历》和《正象历》，南唐《齐政历》，后周王处讷《明玄历》和王朴《钦天历》等。其中也有一些创新，如《调元历》不用上元积年，《钦天历》在实际观测基础上对五星动态表的改正等。有些历法还在一定时期内为后世所沿用。
宋初沿用后周的《钦天历》，此历原为王朴造于显德二年（955）。宋太祖建隆二年（961）因《钦天历》推验较疏，诏司天监王处讷等别造新历。王处讷曾任后周司天少监。他曾指出过《钦天历》的不足，并在952年左右编过一部《明玄历》。王处讷等受命后经三年而制成新历，太祖为之作序，赐名《应天历》，建隆四年颁用。参与编修《应天历》的有来自伊斯兰国家的天文学家马依泽。1968年台湾罗香林教授在美国哥伦比亚大学东亚图书馆中发现了一套完整的《怀宁马氏宗谱》，其中《志尚公弁言》提到：“吾族系出西域鲁穆。始祖讳系鲁穆文字，汉译马依泽公，遂以马授姓。宋太祖建极，初召修历，公精历学，建隆二年，应召入中国，修天文。越二年，成书，由王处讷上之。诏曰可。授公钦天监监正，袭侯爵。”“鲁穆”，有些文献（如《明史·西域传》）亦作“鲁米”，关于其具体为何处，迄今尚无定论，可能原属东罗马帝国，现属叙利亚。由上述记载可见马依泽在撰修《应天历》过程中起了重要作用，因而得授监正之职并袭侯爵。经研究，《应天历》的历元，适逢甲子、金曜日和朔旦冬至，选在建隆三年前4825558年。《宋史·律历志》说它可“推定朔、弦、望日辰七直：……，日满七、六十去之，不满者，命从金星、甲子，算外，即得定朔、弦、望日辰星直也。”七直即七值或星值，是日月五星七曜值日之义，亦即推算星期序数。日满七去之，就是从总日数中去掉七的若干倍，可得到从金曜日起算的星期序数。由此可见应天历是引入七曜纪日法的，这种以金曜日为历元，采用星期制的方法与伊斯兰历相同，因此这部分内容很可能是马依泽参与制历所作的贡献，这项改革满足了日益增多的中国穆斯林的需要。
宋代民间研究历法十分活跃，如熙宁七年（1074）发现所用历法与天象不合，沈括就推荐了民间历法家卫朴编造新历。当时从宋仁宗天圣二年（1024）起行用的《崇天历》历气后天，而刚颁用了九年的《明天历》又历朔先天，于是，卫朴在《明天历》的基础上制成新历《奉元历》，于熙宁八年（1075）颁用。又如宋徽宗崇宁二年（1103）发现所使用的《观天历》气朔有错，遂改用姚舜辅的《占天历》。但历官们认为《占天历》为民间私家所造，未经考验，不可施行，于是姚舜辅在大量观测的基础上，于崇宁五年（1106）又制成《纪元历》并得以颁行。清代梅文鼎对《纪元历》有很高的评价，说“宋历莫善于纪元”。这部历法的回归年、朔望月及其他一些数据都相当准确。此外，姚舜辅还创造了确定太阳位置的新方法，即在天亮前或黄昏后用恒星作参照定出金星的位置，然后在既能看见金星又能看见太阳的时候定出金星与太阳的角距，从而求得太阳在恒星间的位置。他还创立了新的计算公式，以解决太阳的赤道经度与黄道经度的换算问题。
南宋初继续行用《纪元历》，后又曾用《统元历》、《乾道历》、《淳熙历》和《会元历》。南宋宁宗庆元五年（1199）行用杨忠辅编制的《统天历》，这是得到梅文鼎更高评价的一部历法，有宋历“尤莫善于统天”之说。《统天历》有很好的实测基础，节气、合朔、月亮过近地点与黄白交点的时刻等都定得比较准，并在实测的基础上确定出计算改正值的办法。《统天历》的岁实（回归年长度）为365.2425日，比现行公历采用同一数值早了384年。此外，杨忠辅还发现回归年长度不是固定不变的，而是每年都有微小的变化，并提出斗分差的数值改正方法。这也是天文学史上的一个重要发现。《统天历》继唐曹士《符天历》之后也不用上元积年。《统天历》的上元是虚设的，实际上废除了繁琐的上元积年计算，这也是中国历法史上的一个进步。
北宋存在168年，共颁行10部历法，南宋存在152年，共颁行10部历法，换历比较频繁，在一定程度上反映了当时天文历法研究的活跃。其中《应天历》、《纪元历》、《统天历》各有所长，反映了两宋行用历法的特点和主要成就。
第五节 气象知识
五代及辽、宋、夏、金的一些史书，尤其是《宋史》，记载了很多宝贵的气象资料，其中包含有关于大水、大旱、大风及雨雪、冰雹、雷暴、地震等灾害和特殊天气现象的丰富内容。宋代开始普遍编修的地方志及大量宋人笔记，也有很多这方面的记载，如沈括《梦溪笔谈》中对山东武城县一次龙卷风的形状及危害情况作了非常清楚的记述。这些资料对于研究我国气候变迁及气象变化规律具有重要的价值。南宋吕祖谦于淳熙七年（1180）正月初一到八年七月二十八日在金华进行了近两年连续不断的物候观测。他在《庚子辛丑日记》中记录了二十多种植物的开花结果时间及一些虫鸟的初鸣和初到时间，这是一份经实际观测获得的非常珍贵的物候资料。
降雨情况直接关系农业生产，因而历代都受到人们重视。西汉时根据土、炭吸湿增重的不同而发明了原始的天平式湿度计。宋代僧人赞宁，在10世纪则利用这种仪器来预报晴雨。宋神宗熙宁年间京师久旱，沈括准确地做了一次降雨预报，《梦溪笔谈》卷7对此有很生动的记述。他对当时空气中水气条件的分析与判断是符合近代气象科学原理的。
为了测量降水量的多少，必须要有一种用具，现在普遍使用的是雨量筒。南宋数学家秦九韶在其《数书九章》中列有“天池测雨”、“圆罂测雨”、“峻岭验雪”、“竹器验雪”等算题，可根据盛水或积雪容器的形状及积水、积雪的多少，计算出单位面积平地上的降水量。天池是古代防火贮水的容器，用来测降雨量，当可看作原始的雨量器。这种方法也是世界上较早的测定降水量的科学方法。
此外，这一时期对一些气象现象也有了更正确的认识，如《梦溪笔谈》中记载孙彦先对虹的解释是“虹乃雨中日影也，日照雨则有之。”《梦溪笔谈》卷25提到：“江湖间唯畏大风。冬月风作有渐，船行可以为备。唯盛夏风起于顾盼间，往往罹难。曾闻江国贾人有一术，可免此患。大凡夏月风景，须作于午后。欲行船者，五鼓初起，视星月明洁，四际至地皆无云气，便可行，至于巳时即止。如此，无复与暴风遇矣。国子博士李元规云：平生游江湖，未尝遇风，用此术。”这里提到的关于风力日变化规律的气象知识，是符合实际情况的，对行船安全也是非常重要的。苏轼《船■风》诗有句：“三旬已过黄梅雨，万里初来船■风”，并有序文说：“吴中梅雨既过，飒然清风弥旬，岁岁如此，吴人谓之‘船■风’。是时，海舶初回，云此风与舶具至云尔。”对于梅雨之后的信风作了清晰的描述。
第六节 辽、夏、金的天文学
辽受中原文化的影响，其天文学也有两个主要的分支，一是以历法服务于政权，一是观天象以占吉凶。辽有历之始即采用中原历法，此即天禄元年（947）至统和十二年（994）行用的后晋马重绩所编《调元历》。《调元历》是五代时期较好的历法，但在后晋只行用了5年，而在辽却行用了48年。该历不设上元，以雨水正月中气为气首。它的基础是《宣明历》和《崇玄历》，马重绩称：“以宣明之气朔合崇元之五星，二历相参，然后符合。”①辽圣宗统和十三年（995）又颁用可汗州刺史贾俊所进《大明历》。有些学者认为其法取自祖冲之。这一时期辽、宋历日有所不同，如叶梦得《石林燕语》、张邦基《墨庄漫录》等均记载，苏颂使辽时曾发现宋、辽冬至日先后相差一日。辽《大明历》本文已失传，其内容尚有待于研究。《辽史·历象志》所载，系全文照录《宋书》上的祖冲之《大明历》，这显然是不符合历史实际的。
辽很重视天象，有些天象记事今日看来也很有意义。例如《契丹国志》记载辽天祚帝天庆八年（1118）正月，“是夕，有赤气若火光自东起，往来纷乱，移时而散。”这是与太阳活动关系密切的极光现象，其描述是很生动形象的。1971年在河北宣化发掘一座辽墓，发现该墓室顶部有一幅彩绘星图，星图直径2.17米中央为天极，嵌有直径35厘米的铜镜一面，镜周彩绘莲花，莲花外为日、月、五星及北斗，再外为二十八宿，最外圈绘有黄道十二宫①。黄道十二宫是来自西域的天文内容，但双子座、室女座图形上的人物又着辽服，显示了辽代特点；莲花是佛教装饰；而二十八宿则反映了中国传统文化，以天极为中心的盖图法也是中原传统，因此这是一幅具有多民族色彩的星图。此外，黄道十二宫的名称早已传入我国，但在星图中表现出来，据今所知也以这幅星图为最早。
西夏为党项族所建的政权。夏景宗李元昊之父西平王李德明曾向宋请历，宋真宗将《仪天历》赐颁西夏，至元昊又受赐《崇天历》，可见汉历对西夏有深远影响。西夏仿宋制建有司天监，并颁行过自制历法。《西夏书事》载：“曩霄（元昊）称帝，自为历日行于国中”，可能是参照汉历专门编制的西夏历法。另外，西夏文书、碑文中常有两种纪年：十二生肖纪年和藏历纪年，如有“阳火猴年”的碑刻，因此当时西夏境内可能也有藏历流行，这反映出吐蕃文化在西夏的影响。随着佛教的传播，外来天文知识在西夏也有出现，如西夏字典《蕃汉合时掌中珠》中有黄道十二宫名称，这是来自西域的知识，当然也可能是由中原辗转传入的。
《西夏书事》中还载有不少天象记事，但多用于星占。如1030年“火星入南斗，天子下堂走”。崇宗天仪治平三年（1088）“太白昼见，司天言：不利用兵，梁乙逋不听”。崇宗永安二年（1098）“月犯东井，犯西肩北第二星，太史奏：主兵丧，梁氏不省”等。这些天象观测内容与星占方法，明显地来自内地。
金在历法方面的成就十分突出。天会十五年（1137）金颁用司天杨级所造《大明历》，“然其所本，不能详究”50000528_2192_0①，也有人认为，此历依据的是宋代的《纪元历》，经金司天监官员增改而成。后来由于日食预报屡屡不验，诏命司天监赵知微重修《大明历》，大定二十一年（1181）历成。这时翰林应奉耶律履也造了一部历法，称《乙未历》。经过当年十一月望月食的检验，证明赵知微历优于耶律履历和当时行用的杨级历，于是得以颁用。重修《大明历》虽然仍以《大明历》命名，内容却发生了很大的变化。这部历法所用的基本数据相当精密，例如回归年长度为365.24259日，朔望月长度为29.53059日。此外，还创立了等间距三次差内插公式用于历法计算等等。这些都反映出金代天文学家在吸收中原历法的基础上又有所创新和发展。
金对天象的认识也如中原统治者，将天象作为与帝室政事相关的表象。《金史·天文志》称：“金九主，莫贤于世宗，二十九年之间，犹日食者十有一，日珥虹贯者四五。然终金之世，庆云环日者三，皆见于世宗之世。”把与太阳相关的现象与皇帝的贤明联系在一起。金记录天象也颇详，如《大金国志》记载金太祖天辅二年（1119）：“北方有赤气，大三四围，长二三丈，索索如树，西方有火五团，下行十余丈，皆不至城灭。”这则极光记事使人有如目睹，对研究极光现象也是有价值的。
金对司天台的建设很重视。1126年底金人攻破北宋都城汴京，将北宋灵台上的天文仪器掠往北方，后在金中都（今北京）建成规模庞大的司天台，所用仪器就是从汴京搬来的仪器。元初吴师道写过一首《九月二十三日城外纪游》，诗中描述了当时金天文台（清台）遗址的情形：“故桥旧市不复识，只有积土高坡陀。城南靡靡度阡陌，疏柳掩映连枯荷。清台突兀出天半，金光耀日如新磨。玑衡遗制此其的，众环倚值森交柯。细书深刻皇祐字，观者叹息争摩挲。司天贵重幸不毁，回首荆棘悲铜驼……”。尚可在一定程度上反映出当年金司天台的规模及盛况。
①王振择：《中国最早的假天仪》，见王振择《科技考古论丛》，文物出版社1989年版，第278—286页。
①《新五代史·马重绩传》。
①河北省文物管理处等：《河北宣化辽壁画墓发掘简报》，《文物》，1975年第8期。
①《金史·历志》。
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