到日影的部分。三块出土地点不同而其结构和所刻字体都相同这表明秦汉时圭表和晷仪已很流行。
漏刻作为计量时间的仪器漏壶是最早明的。古籍载：“漏刻之作盖肇于轩辕之日宣乎夏商之代。”1这可能是一种传说。较可靠的资料见于《周礼·夏官》其中载有挈壶氏由于古代的漏壶上面有一个提梁、故称挈壶挈壶氏“掌挈壶以水火守之分以日夜”。西汉以前的漏壶现在未见实物传世最早的漏壶为西汉时制1958、1967、1975年分别出土于陕西兴平、河北满城、内蒙古默特右旗都是铜铸圆柱状上有提梁下有漏嘴梁上方有小孔是插刻箭的。为了改进单壶漏水不均匀的缺点东汉时代开始用二级漏壶以便互相补偿如张衡的漏水转浑天仪。经过秦汉时代的展和创造圭表、仪象、日晷、漏刻等天文仪器得到很大展并已普遍使1名称是：晨明、胐明、旦明、蚤食、晏食、隅中、正中、小还、铺时、大还、高舂、下舂、悬车、黄昏、定昏。
2阎林山、全和钧：《论我国固有的百刻计时制》《天文参考资料》1977年4期。3李鉴澄：《晷仪——现存我国最古老的天文仪器之一》《科技史文集》第一辑上海科技出版社1978年版。
1《初学记》卷二十五。
用这些仪器构成了我国二千年间用于天文观测和时间工作的主要仪器系列。
第四节宇宙论关于宇宙结构的学说关于宇宙结构的学说汉代出现了浑天说与盖天说的争论。在秦汉之前盖天说比较盛行。自古以来人们看见苍天笼罩着大地产生了天圆地方的盖天说而春秋时的曾参就曾提出疑问：“天圆而地方则是四角之不揜也。”1后来盖天说又认为天不与地相接而像圆顶凉亭那样由八根柱子支撑着。诗人屈原曾问道：“斡维焉系天极焉加八柱何当东南何亏。”公元前一世纪成书的《周髀算经》中提出“天象盖笠、地法复盘”的新盖天说认为天在上地在下天地相盖二者都是圆拱形中间相距八万里日月星辰随天盖旋转近见远不见形成了昼夜四季变化。
汉代另一种学说浑天说兴起认为“浑天如鸡子”、“地如鸡中黄”。以著名天文学家张衡为代表的浑天派提出天是一个整球一半在地上一半在地下日月星辰有时着不见是因为它们随天球转到地下面去了天球绕轴转一圈就是一昼夜地面上的人就看见天上的星星转了一周天。这种看法成功地解释了昼夜的交替、天体的东升西落和其他许多问题。同浑天说一致的浑仪又能很准确地测定天体位置浑象能演示天象的变化这一切对历法的推算既有用又方便所以浑天说得到很快的展并为大多数人们所接受成为我国天文学思想中长期占统治地位的体系直到明末西方天文学体系进入我国才开始改变。
值得提到的还有一种宣夜说。宣夜说打破了浑天说认为天象鸡蛋壳式的有限概念蕴涵着宇宙无限的思想。东汉时代的郗萌记道：“天了无质仰而瞻之高远无极眼瞀精绝故苍苍然也日月众星自然浮生虚空之中其行其止皆须气焉。是以七曜或逝或住或顺或逆伏见无常。进退不同由乎无所根系故各异也。”1这是元气学说在天文学上的运用反映了宇宙无限思想和朴素唯物主义认识论。
关于宇宙生成和天体演化学说关于宇宙生成和天体演化学说在秦汉时期也产生了比较系统的理论。
《淮南子·天文训》和张衡《灵宪》都认为天地还没有形成的时候是一片浑沌而“道”始于虚廓虚廓生宇宙宇宙生气；在天地形成过程中元气中的“清阳者”稀疏向上成天“重浊者”凝滞向下为地于是形成上天下地或外天内地；天地精气分为阴阳阴阳精气形成四时、水火继而产生日月星辰和万物。这种虚物创生的观点和宇宙万物是物质的和运动变化的思想在中国古代思想界和科学界有着长期的影响。
1《大戴礼记·曾子·天圆》。
1见《晋书·天文志》。
第五节天象记录、天文学家和天文典籍天象记录秦汉时代对天象的观测和研究也有重要进展天象记录日趋详备。如征和四年（公元前89年）日食在《汉书·五行志》中对于生日期、太阳方位、食分、亏起方向、初亏及复圆时刻等都记载得十分清楚。《汉书·天文志》、《五行志》等所载西汉河平元年（公元前28年）关于太阳黑子的记录（成帝河平元年“三月乙未日出黄有黑气大如钱居日中央”）西汉建始元年（公元前32年）关于极光的记录西汉元光元年（公元前134年）和东汉中平二年（公元185年）关于新星的记录都是世界上有确切时日记录中最早的一批。1973年长沙马王堆出土的《五星占》和《彗星图》又一次提供了汉初天文学展情况的重要资料。
天文学家秦汉时期是天文学人才辈出的时代涌现出众多的成就卓著的天文学家和精通天文历法的学者。如张苍、司马迁、邓平、落下闳、耿寿昌、刘歆、编、李梵、苏统、贾逵、张衡、刘洪、郗萌等他们在天文理论、天象观测、制订历法、研制仪器等许多领域作出了杰出贡献推动了天文学的展。落下闳字长公巴郡阆中（今属四川）人明晓天文地理隐于落下是一位民间天文学家。汉武帝时经友人荐举征聘为待诏太史后拜侍中辞不受。曾与邓平、司马迁等创制《太初历》还曾制造浑仪并在阳城（今河南登封）用于观测。贾逵（3o—1o1）字景伯扶风平陵（今陕西咸阳西北）人也是东汉时的著名经学家。曾任左中郎将侍中领骑都尉。在章帝元和二年（公元85年）至和帝永元四年（公元92年）间与编、李梵等人集体修订东汉四分历肯定了李梵、苏统现的月亮视运动的不均匀性并指出月行度最大的位置每个月向前移动三度从而认识到现代所谓的近点月和近地点的进动。他还主张量度日月运行采用黄道度数比较精确并倡议制造黄道铜仪。刘洪字元卓山东蒙阴人是我国古代杰出的天文学家之一。曾任校尉、郎中、常山长史、会稽东郡都尉、山阳太守等官职。他所创制的《乾象历》是一部优秀历法曾在三国时的吴国颁行。刘洪在太阳运动、月亮运动和交食研究等方面都取得了重大成就对后世天文历法的展产生了深远的影响。例如他最早把月亮视运动不均匀性引进历法并确定出相当精确的近点月日数和一个近点月内每天的月亮实际所行度数；次给出黄道与白道交角值为古度六度一分；改进了回归年和朔望月数值；用月亮的实际运动修正平朔和平望得出定朔和定望从而更准确地推算日月食；最早提出交食食限概念并给出具体的食限数值为十五度半这在交食预报上是个重要明；他所提出的新的交食周期值和各种天文数据表也是当时世界上的先进成果。他曾与著名学者蔡邕一起续补《汉书·律历志》。张衡（78—139）字平子河南南阳人精通天文历法、仪器制造、地理、数学、文学和绘画是中国古代最杰出的科学家之一。曾担任主簿、郎中、侍中、河间相、尚书等官职并两度出任太史令前后共14年。张衡曾创制世界上最早的自动运转的天文演示仪器水运浑象和世界上第一架测定地震的仪器候风地动仪据记载地动仪成功地记录了顺帝永和三年（公元138年）在甘肃生的一次强震。在天文理论方面他是浑天说的一位杰出代表人物对于宇宙结构、宇宙无限性、天体演化、日月五星运行规律、月食成因以及陨星和彗星等都有相当精辟的论述。在历法问题上他提出了黄道宿度与赤道宿度互相换算的较好的计算方法对后世历法有很大影响。张衡重视实践勤于观测曾对恒星进行了长期的观测和统计工作把星空划分成444个星官记录了两千五百余颗恒星这个成果在相当长时间内是很先进的。张衡在数学和地理学方面也都很有研究他在文学方面也很有成就。本卷丁编第三十二章张衡另有传。
天文学典籍汉代出现了我国流传至今的第一本天文学著作《周髀算经》而在司马迁《史记》和班固《汉书》中有关天文历法的章节是第一批重要的天文学典籍。它们既总结了秦汉以前天文学的展情况又开辟了此后天文学展的道路。《史记·天官书》、《历书》的编写为此后廿四史中天文、律历诸志作了楷模。此外汉代科学家张衡的《灵宪》、《浑天仪图注》都对以后的天文学展产生了重大影响。秦汉时期是我国传统天文学展的重要阶段。
第六节气象气象与生产气象与生产关系密切在秦汉时代已成为政府部门关心的问题湖北省云梦县出土的秦简中记载：“稼已生而后雨亦辄言雨少多所利顷数”1。至汉代明文规定：“自立春至立夏尽立秋郡国上雨泽。”2在除开冬季之外的农业生产季节里为了上报雨量多少必定要有计量的器具但至今还未现秦汉时代有关的记载和文物。宋代有“天池测雨”和“竹器验雪”的计算题其渊源可能是很久的。
测量气象的仪器关于测风的仪器在汉代已有多种记述。一种是“伣”此字在甲骨文中就有《淮南子·齐俗训》记载：“伣之见风无须臾之间定矣！”这可能是用帛或鸟羽系在竿子上见风飘动以示风向的仪器。还有一种叫“綄”后汉高诱曰：“綄候风者也世所谓五雨。”这可能是同“伣”类似的仪器。还有一种是“相风乌”据《三辅黄图》记载“汉灵台在长安西北八里郭延生《述征记》曰：长安宫南有灵台高十五仞上有浑仪张衡所制。又有相风铜乌遇风乃动”“上下有转枢向风若翔”。这种风向标做成乌鸦形头小尾大遇风转动乌鸦头即指向风来的方向。李约瑟认为“上下有转枢”这句话暗示风向标跟下层的转动机件相连可能附着有记录风的器件这是风计的先驱1。此外《淮南子·天文训》中还把风分成八种指出了它们的季节性。
另一种气象仪器是测量空气湿度的。在天平的两端分别置土和炭因木炭的吸湿性大于土当空气干燥时木炭里的水分很容易蒸掉而变得轻当空气湿度增大时木炭吸收空气中的水分而变得重所以结论是“燥故炭轻湿故炭重”1这可算是最早的湿度计了。羽毛也有类似于木炭的性质故同书《说山训》又说：“悬羽与炭而知燥湿之气。”琴弦的紧张程度也同空气的燥湿有关这一现象在《淮南子》中也有现。《本经训》说：“风雨之变可以音律知之。”为什么呢？因为“天且雨琴弦缓”2。燥湿程度能影响琴弹出的音调这一现象也是后代制造毛湿度计的依据。
唯心主义者对气象的曲解西汉初年董仲舒倡导的“天人感应论”逐渐流行这种唯心主义的观念利用天文气象等自然现象附会于社会政治和人民的命运阻碍了学术问题的探讨。汉代许多学者如司马迁、桓潭、张衡、王充等人对此进行了有力的1《睡虎地秦墓竹简》第24页文物出版社1978年版。
2《后汉书·礼仪志》。
1李约瑟：《中国科学技术史》（中译本）第四卷第742页科学出版社1975年版。1《淮南子·天文训》。
2《论衡·变动》。
批判。他们指出自然现象的变化天下常有无世不然有规律可循决没有神的意志在故意作成。如打雷也有规律：“正月阳动故正月始雷；五月阳盛故五月雷迅；秋冬阳衰故秋冬雷潜”3反对“夏秋之雷为天大怒正月之雷为天小怒”的说法。又如下雨也是有征兆有规律的“云气于丘山”“云散水坠名为雨矣！夫云则雨雨则云矣！”“云雾雨之征也夏则为露冬则为霜温则为雨寒则为雪雨露冻凝者皆由地不从天降也。”这些认识既加深了对自然的了解也为破除迷信反对唯心主义的“天人感应论”提供了武器。
3《论衡·雷虚》。
第四十五章地理学第一节秦代图籍秦朝虽然只存在15年但在全国统一的政治形势下筑长城修驰道开运河等重大工程接连不断。这些工程都需要地理知识也促进了地理学的展。如秦朝的水系著作《水经》1比只记述9条河流的《禹贡·导水》篇有很大的进步。秦朝《水经》全文近5oo字描述26条水道的源地、流向和归宿。叙述的基本地理事实与《汉书·地理志》及汉代《水经》没有矛盾。所记水道分布范围大体与秦的疆域相当。
秦朝有各类地图只是没有保存下来。刘邦入咸阳萧何深知地图的重要性故“独先入收秦丞相御史律令图书藏之”。后来“沛公具知天下厄塞户口多少强弱处民众疾苦者以何得秦图书也”2。《汉书·地理志》中曾两次提到秦地图这种地图可能是秦朝的全国性地图。
1这是后人的命名附于《山海经·海内东经》篇末。见周振鹤：《被忽视了的秦代〈水经〉》《自然科学史研究》第