天文学

宋代天文学的成就是多方面的。在天文观测和记录方面，恒星位置测量是一项基础性工作，但既耗费时间，又要有相应的浑仪才能完成，因此一个朝代很少多次测量，即便是盛唐时代也只进行过一次。宋代则不然，仅在大中祥符三年至崇宁五年之间，就进行了五次大规模的天文观测。在这其中，精确度最高的要数崇宁年间姚舜辅等人所进行的第五次观测，所测得的二十八宿距度误差绝对值平均只有0.15度，在当时的条件下是一个十分了不起的成就，根据这次观测的数据编成的历法《纪元历》也成为一部优秀的历法。

对于新星、超新星、日食、月食等天文现象的观察，宋人也留下了丰富的天象资料。有关仁宗至和元年的天关客星超新星爆发，宋人留下了详细的记录，这一年农历五月，客星出现在东方天空天关星附近，大约数寸，“昼见如太白，芒角四出，色赤白”，过了一年左右，光芒才稍稍收敛，两年以后才最终变暗。现在的金牛座蟹状星云就是这次爆发的遗迹，其里面是呈蓝色光辉的弥漫星云，外面交织着一些红色的纤维。这次记录为现代天文学研究提供了宝贵资料，有助于有关蟹状星云及与之相关的中子星等天体演化理论问题的探索，至今仍为世界天文学家所注意。

南宋绍熙元年，黄裳根据神宗元丰年间的第四次观测结果绘成星图，并于淳祐七年由王致远刻于石上，这就是举世闻名的“宋淳祐天文图”，也称苏州石刻天文图。该图高二点一六米，宽一点零六米，上部星图外圈直径零点九一五米，刻星一千四百三十余颗，以北极为中心，绘有三个同心圆，分别代表北极常显圈、南极恒隐圈和赤道，并有二十八条辐射线表示二十八宿距度，另有黄道和银河。下部是碑文，有说明文字四十一行，每行刻字五十一个，对宋代相关的天文知识进行了简明的记述。苏州石刻天文图是世界现存年代最早、存星最多的石刻天文图，体现了古代中国最先进的天文学成就和天文学体系特征，现保存在苏州石刻博物馆。

宋代是我国古代天文仪器制造的高峰，传统的天文仪器如漏壶、圭表、浑仪、浑象等，都取得了新的发展，在技术上实现了巨大的改进和突破。浑仪是中国古代较具代表性的天文仪器，英国科学史专家李约瑟博士尤为推崇宋代浑仪，认为它们代表了极高的技术水平。从太宗至道元年到哲宗元祐七年的近百年时间内，宋代先后制造了五台巨型浑仪，每台用铜都达到了二万斤左右，体现了当时浑仪的制造水平。

这一时期最杰出、最重要的天文仪器当数哲宗元祐三年由苏颂、韩公廉等人制成的水运仪象台，它集浑仪、浑象和报时装置于一身，是宋代大型综合性天文仪器的代表。仪器高约十二米，宽约七米，相当于今天一座三层楼的规模，共分三层：底层是木阁，安放有动力装置和报时钟；中层密室内旋转着浑象，运行速度和天体运动一致，球面上星座位置能和浑仪观察到的天象吻合；最上层是屋顶可以启闭的观测室，安放有铜浑仪，专门用来观察。这是11世纪世界上水平最高的天文仪器，其中有齿轮系统和擒纵器，它以水为动力，能用多种形式反映及观测天体的运行，是近世天文馆假象的雏形。除能演示、观测天象外，它还能计时、报时，是世界上最早的天文钟，其齿轮转运和机械原理，可以说是欧洲中世纪天文钟的先驱。

两宋时期历法的修订十分频繁，自宋太祖建隆四年王处讷主持修订《应天历》开始，到南宋度宗咸淳六年陈鼎负责修订《成天历》止，共修订历法十七次。徽宗崇宁五年颁用了姚舜辅制的《纪元历》，该历所用的回归年长、朔望月长的数据精密，太阳在黄道上的位置因采用新方法而定得更准，一直沿用到南宋初期。宁宗庆元五年，开始行用杨忠辅修订的《统天历》，以365.2425日为一回归年，与现行公历采用数据一致，但比现行公历要早三百八十多年。《统天历》还在实际上废除了计算烦琐而无实用价值的上元纪年，并提出回归年的长短存在着长期变化，反映出宋代历法的进步。