中國古代的天文學課本-蘇州石刻天文圖

天文圖為什麼要畫成一個圓餅形狀?

其實一直到今天,我們常用的星座盤同樣是以圓形的星圖來呈現天空中恆星的位置。但如果天空中的恆星像是分佈在天球的球面上,那為什麼要把天球畫成圓形的星圖,而地球的地圖就不是畫成圓形,通常都畫成方形的呢?

因為要把球型的表面畫成平面,都會造成變形。所以不同的畫法會有不同區域的變形有大有小,要看使用地圖(或星圖)的目的,才能決定哪一種畫圖的方式最合適。

如果大家對學過的地理還有印象,應該記得當初學過把地球這個圓球畫成地圖的「投影法」,例如下面這張常見的世界地圖(圖一),就是所謂「圓柱形投影」。北宋時期蘇頌就曾經用這樣的方式畫過星圖(圖二、圖三)。

圖一 圓柱形投影的世界地圖。[1]
圖二 蘇頌繪製的星圖,以東北方向為中心。[4]
圖三 蘇頌繪製的星圖,以西南方向為中心。[4]

但是利用這種投影方式所畫出來的地圖或星圖,就沒辦法把北極和南極看清楚。像是圖一的世界地圖,我們就沒辦法看見北極海和南極大陸的形狀。而天球靠近天北極附近的天空又正好是中國古代天文學的觀測重點,那裡是象徵皇帝的紫微垣所在區域,一定要好好畫在星圖上才可以。所以根據天球所畫成的星圖,並沒有採用我們常用的地圖畫法。

如果要把北極畫清楚,可以用以北極或南極為中心的「球極平面投影」來畫地圖(圖四),當然蘇頌同樣也有以類似球極平面投影的星圖(圖五、圖六)。

圖四 球極平面投影地圖[2]
圖五 蘇頌繪製的星圖,以天北極為中心。[4]
圖六 蘇頌繪製的星圖,以天南極為中心。[4]

但是這種繪圖方式最大的缺點就是,地球或天球被切割成兩個半球,如果我想觀察南北半球交界處赤道附近的地區或天空,那就得從不同的圖去進行觀察,非常不方便。

沒問題,我們還有一種同樣以北極或南極為中心,但能夠畫出整個地球的「方位角等距投影」(圖七)。這種投影方式,也就類似蘇州石刻天文圖的畫法,可以將整個天空的星辰用一張圖呈現,並且維持天北極附近的恆星相對位置不會有明顯變形,實在是方便好用的星圖畫法。所以一直到今天,(北半球地區)星座盤所使用的星圖,都和蘇州石刻天文圖的畫法類似。

圖七 方位角等距投影地圖[3]

對比蘇州石刻天文圖,我們就來簡單把天球、地球、世界地圖和天文圖做個類比和介紹。

參考資料來源:
[1]維基百科:List of map projections
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_map_projections

[2]維基百科:Stereographic projection
https://en.wikipedia.org/wiki/Stereographic_projection

[3]維基百科:Azimuthal equidistant projection
https://en.wikipedia.org/wiki/Azimuthal_equidistant_projection

[4]新儀象法要
http://ourartnet.com/Siku/Zibu/0786/0786_092_002/pages/001_jpg.htm

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