帕蘭子午儀文物芻探

撰文/許哲明 (軍備局生製中心第401廠測繪榮譽顧問、中華民國地圖學會監事)

一、緣起

肇始於2007年11月3日到桃園中正嶺參加中國測量工程學會理監事會議時，王偉強學長提起趙錫民老師正接受高雄國立科學工藝博物館(簡稱高雄科工館)辦理「G. Prin Paris子午儀歷史考察與功能運作」的委託研究案，邀請我參與相關座談；再者於高雄科工館英文網頁上看到【Seeking information on a transit telescope/astronomy meridian instrument(2007/4/28)】訊息，引起我探索有關帕蘭子午儀文物的興趣。今年該館再更一步辦理「114年G. Prin Paris子午儀重要性與運用之委託研究」；顯見此天文子午儀是深具專業價值與國民科技教育意義。由於該文物與早年測繪機構(參謀本部陸地測量總局)及國立中央研究院(南京)有段淵源^*1，冀透過相關文獻資料之研析彙整出一些資訊，予以認識這20世紀初世界科技史上具天文代表性之天文測量儀器。

二、子午儀概述

子午儀(Astronomical Transit)，亦稱中星儀，是觀測恆星過中天(即觀測站子午圈)時刻的一種天體測量儀器。結構與子午環(Meridian Circle)相似，但沒有精密度盤。利用子午儀可以精確地測定恆星過中天的時刻，以天上的恆星為時間基準，來校準地面的鐘(即求得恆星鐘的鐘差)，從而達到天文計時(確定世界時)的目的。由於世界各國地方時間之差，直接反映出地理經度之差；所以透過各國子午儀測時的綜合比較，可以測定地理經度。

子午儀是1684年丹麥人羅默(Ole Rφmer , 1644～1710年)發明的。最初測定恆星中天時刻是用「耳目法」—觀測者耳聽鐘錶的秒擊聲，默讀秒數，目視望遠鏡視場，估讀恆星過蛛絲的鐘面時刻。到十九世紀中葉，出現了「電鍵法」—恆星過蛛絲時，觀測者手按電鍵，在記時器上記出鐘面時刻。這兩種方法都不免帶有不同程度的人差。1890年漢堡的列普索爾特發明超人差測微器(Impersonal Micrometer)—觀測者轉動測微螺旋，使動絲跟星移動，測微輪產生的電接觸信號輸入記時器。這種測微器的測量精度可達到百分之幾時秒。近代子午儀應用光電技術，基本上消除了人差；但是，水準讀數上仍然存在人差。 子午儀基本上由望遠鏡、測微器、尋星度盤、懸式水準器、泰爾各答水準器，以及望遠鏡支座等組成(如圖1)：

• 望遠鏡(Telescope)，通常是折軸式的，口徑大多數為70～100毫米，焦距為650～1﹐000毫米，放大倍率約70～100。
• 測微器(Micrometer)，望遠鏡水平軸指向東西方向，鏡筒可在子午面内旋轉，星光經過位於水平軸中央的直角棱鏡，反射到水平軸的一端用超人差接觸測微器或光電接收器(Optical Eliminator)進行記錄。
• 懸式水準器(Hanging Level，大陸譯為「掛水準器」)，為了消除儀器存在的方位誤差、水平軸傾斜誤差和視準差的影響(會使望遠鏡視準軸偏離子午圈平面)，子午儀水平軸上掛有一個格值約1、可估讀到01的高靈敏度的懸式水準器(測量水平軸的傾斜)，以改正水平軸的傾斜。
• 望遠鏡在水平軸的兩端各有一段精度極高的圓柱形樞軸，其誤差一般小於0.5微米，可保證水平軸傾斜誤差和方位誤差穩定不變。另外，子午儀對一顆星的觀測，分中天前與中天後兩次進行。兩次觀測之間，將望遠鏡從支座上昇起，使水平軸轉動180°(稱為轉軸)，以抵消望遠鏡準直差和懸式水準器零點差的影響，從而提高測量精度。
• 泰爾各答水準器(Talcott Level，大陸譯為「太爾各特水準器」)，附在子午儀尋星度盤上，與水平軸成正交，用以測量望遠鏡傾斜的變化，以修正天頂距讀數，供測量緯度或恆星赤緯時使用。

三、陸地測量總局天文觀測所之遞嬗

中華民國於20世紀30年代執行有計劃的全國性大地測量，大致始於1929年；1932～1937年是一個發展迅速的時期，以當時國際上先進的儀器和方法完成了可觀的工作。1932年春，國民政府參謀本部陸地測量總局考慮「天文測量為大地測量之始基，亦為疆理之要政」，任命總局的三角科科長曹謨，在其南京大石橋總局內建造天文觀測所；曹謨隨即在總局前庭“辟地數弓，築屋三楹”，“左為等高儀室，右為子午室，皆戴圓頂”，中為無線電及計時室，“開始測量南京經緯度，以為全國測量之原點”；從1933年至1937年抗日戰爭爆發前，陸續在全國14個省市的要地，布設了20個一等天文點。這期間有一項很重大的工作就是1933年參加第二屆國際經度聯測，建立了天文經度基準站。從天文學史及測繪史中探究，有關陸地測量總局天文觀測所及其子午儀的記載如下：

1.陳遵媯著《中國天文學史》載述：

1932年參謀本部陸地測量總局於南京大石橋建造了天文觀測所，初時主要是供陸地測量學校三角科學生實習之用，1933年因測量業務開展，為了參加第二次國際經度測量，添購儀器，其中有為經度測量用的50至80毫米附超人差測微器的中星儀。1937年八一三戰爭爆發，天文觀測所的中星儀等儀器於8月拆卸裝箱運湘贛，抗戰期間陸地測量總局遷貴陽，天文觀測所遷貴州平壩縣設製簡易觀測所，繼續執行天文測量業務；抗戰勝利後，回到南京，由於大石橋所址已被炸，無力恢復，遂使用紫金山天文台的子午儀室自行裝置子午儀賡續執行業務。

2.白壽彝總編《中國通史－天文學》載述：

辛亥革命以後，天文大地測量工作都由陸地測量部門擔任。1932年春，陸地測量總局在南京大石橋總局內建立了天文觀測所，除開展天文大地測量業務外，還供中央陸地測量學校三角科學生實習之用。該所工作由測局三角科科長曹謨主持。置有50─80毫米超人差子午儀、時辰擺、時辰儀、記時器、長短波自動記錄收報機、45°或60°等高儀等設備。建所之初，首先測量南京之精確經緯度，將其作為全國測量之原點，以後陸續派員到蘇、皖、贛各省測量一、二等天文點之經緯度及方位角。一等天文點的經緯度測量分別用恆星中天法和泰爾各答法。二等天文點則用多星等高法。曾參加第二次國際經度聯測，測量結果頗佳，與青島觀象台(參與過第一、二次國際經度聯測)同屬第一類。

3.《中國測繪史》載述：

1933年陸地測量總局在南京成立天文觀測所(此與其他文獻所載1932年有出入)，是年開始一等天文測量，測量用的儀器與方法，一等用班伯格廠(Bamberg)及黑第廠(Hedye)製的折鏡子午儀，附有緯度水準器(即是泰爾各答水準器)；測量經度用無線電收錄時號，記時器記錄收時，前後各作中星觀測一組以定表差，每站測15個雙組結果；測量緯度用泰爾各答法，至少分兩夜觀測，每站取20星對結果；方位角用T3經緯儀，按北極星任意時角法，每站分三夜觀測取用32個結果。

4.《國軍測量史》載述：

第一輯(建制至民國49年)，第七篇研究發展，述及歷年研究發展概況，如表1。

表1：歷年有關天文測量研發彙整表

四、子午儀文物之考述

(一)天文台子午儀巡禮

子午儀是測定地理經度的主要儀器(另需天文鐘、無線電機等之輔助)；由相關文獻中知，有關經度測量的記載如下：

• 1904年美國華盛頓地磁測量隊實測江西經緯度7處。
• 從1906年至1909年美國華盛頓卡內基學校地磁測量隊在長沙等地測量經緯度點4個。
• 1925年國際天文學聯合會(International Astronomical Union, IAU)第二屆大會通過國際經度聯測計劃，中國上海徐家匯天文台列為世界三個經度基點之一。
• 1926年10月2日至11月30日青島觀象台和上海徐家匯天文台參加第一屆萬國經度測量。1926年5月，蔣炳然參加萬國經度委員會，辦理萬國經度測量事宜，由膠澳商埠總辦撥國幣5,000元購辦儀器，委派高均任測量主任，宋國模任主測員，徐雁平任助測員。採用子午儀、等高儀、恆星時表及自動記時器，按萬國經度測量委員會的約定，子午儀每次測中星10顆左右和上中天、下中天之拱極星數顆。等高儀觀測主要在室內進行，每次觀測不少于40顆星。自1926年10月2日～11月30日進行了經度測算，實地觀測點設在觀象山的東巔。
• 1929年至1946年陸地測量總局在蘇浙等19省區實施天文測量：一等天文點46點、二等天文點392點。
• 1931年陸地測量總局在南京紫金山天文台設點，進行精密天文測量。
• 1931年7月3、4日全國經度測量會議決議：陸地測量總局與國立中央研究院天文研究所合作(南京)、青島觀象台、東北大學天文台(瀋陽)、國立中山大學天文台(廣州)、華北水利委員會與北平研究院合作(北平)、浙江陸地測量局(杭州)等六個單位參加1933年第二屆國際經度聯測。
• 1933年青島觀象台、陸地測量總局天文觀測所、廣州中山大學天文台等參加第二屆國際經度聯測，測得結果推算完畢後譯成法文送國際經度委員會。此次聯測，徐家匯天文台仍列為世界基點之一。(青島觀象台提前一年自1932年10月1日～11月30日用子午儀、等高儀、恆星時表及自動記時器進行測定，計測量43次，測星325座，收聽西貢及法蘭西波烏多無線電時號。)
• 1957年進行第三次國際經度聯測。

據上述文獻知在那年代(20世紀前後)所建造的天文台(法、德在上海、青島建立的)，大都有子午儀從事於天文測量工作，今列舉如下(有些僅文字記載而無圖片)：

• 香港天文台成立時(1883年)採用直徑6吋的赤道儀及直徑3吋的中星儀(如圖2，僅存照片，實物無)來測定地方時。(判斷是英製產品)

• 青島觀象台，1898年德國人創建，1957年隸屬於紫金山天文台，建有子午儀室，第一項天文工作就是在1904年開始使用Carl Bamberg No.8676，口徑4釐米，焦距25.5釐米的折鏡子午儀進行測時工作，1926年參與國際經度聯測；1933年為參與第二屆國際經度聯測，新購八釐米超人差子午儀(文載也有稱超人自記中星儀)。
• 紫金山天文台，於1934年9月建成，其前身是成立於1928年2月的國立中央研究院天文研究所，是我國自己建立的第一個現代天文學研究機構；中國現代天文學的許多分支學科和天文台站大多從這裡誕生、組建和拓展，被譽為「中國現代天文學的搖籃」，目前有青海、青島、贛榆、盱眙四個野外台站。1933年5月子午儀室落成，備有瑞士製的135毫米
  子午儀(圖3)，配有英造蓄得式子母電鐘2具、德造厘勿賴電鐘1具、法造菩理蕊忒計時儀、瑞士造打字計時儀、瑞士造那廷記時表4具、無線電收報機2具等。

• 徐家匯天文台(1872年建造)與佘山天文台(1900年成立)均是法國天主教耶穌會半建造的，直1950年由中國科學院紫金山天文台接辦，1962年兩者合併成立為中國科學院上海天文台。當年徐家匯天文台有2具子午儀，一是帕蘭廠(法)製的電動超人差子午儀，口徑80毫米，長83釐米；一是班伯格廠(德)製的口徑90毫米，長90釐米。2004年11月16日上海天文博物館(原佘山天文台址)開館，其子午儀觀測室展有一座子午儀(如圖4)，即是帕蘭廠製的子午儀。

• 臺灣總督府通信局臺北測候所(臺北氣象站之前身)附設天文台，於1911年建子午儀室，並配備有英國庫克廠(Cook)製作的口徑8.9釐米(3.5吋)子午儀，此為臺灣天文史上第一座近代天文設備。
• 廣州中山大學天文台(1929年)建有子午儀室，內裝有德製6釐米徑子午儀，附有超人測微器和電動計時儀。

(二)高雄科工館G.Prin Paris子午儀文物

高雄科工館所收藏之G.Prin Paris子午儀，乃當年聯勤測量學校(封存於測量製圖廠大湖圖庫)報廢流出的文物，由兩收藏箱(如圖5)裝置著，分別放有附電動超人差測微器的折軸式望遠鏡(如圖6)及子午儀支座架(如圖7)。

將其裝置起來，如圖8。由望遠鏡折軸上的標誌【G. PRIN_PARIS】(如圖9)研判，此是巴黎的儀器製造廠名(惟搜查此儀造廠，目前已不存在了，可能是與其他儀造廠合併了)，與上海天文博物館典藏之子午儀是相同類型。

五、結語

就已知的文獻知，1920年間，法國Gautier公司出口3套G. Prin Paris子午儀至中國，以執行國際經度聯合測定。其中2台安置於法國天主教耶穌會的上海徐家匯、佘山天文台；第3台即是架設於南京大石橋參謀本部陸地測量總局內的天文觀測所，執行軍方大地天文測量任務。

當年曹謨校長(當時是陸地測量總局三角科科長，1947.10～1953.5任測量學校校長)為了執行基準原點的天文測量暨參加即將於1933年展開的第二屆國際經度聯測，1932年在南京大石橋建置了天文台，購進法國G. Prin Paris子午儀；之後因中日戰爭，1937年曾遷移到過貴州平壩，靠著簡易天文台繼續執行任務；1945年再度回到南京，運用紫金山天文台的子午儀室來觀測；之後，1949年東遷到台灣，直到1954年歸於聯勤測量學校台中校區(今之新實營區，第401廠廠本部)，主要讓學生實習與研發之用；1969年測量學校合併到桃園大溪的中正理工學院時，G. Prin Paris子午儀並未同時遷移，而留在台中封存於大湖圖庫(當時是聯勤測量製圖廠圖資與測量儀具庫儲場所)。1985年大湖圖庫裁撤，同時G. Prin Paris子午儀辦理報廢，流入了民間，輾轉於私人收藏保存；直到2006年由高雄科工館所蒐集典藏。

早期我測量前輩們在大陸地區從事天文測量工作，倍極堅辛，在高超技術與耐力下，運用當時有限資源與儀器，獲得豐碩成果，提供了當時軍經建設的基礎。緬懷先賢勞苦功高的奉獻，當時使用的儀器裝備目前尚能留存下來，是有其重大意義與價值。目前高雄科工館於地下1樓「開放式典藏庫」長年展出，能讓天文愛好者方便認識它，以充實測量與天文之學養。該館於2025年再更一步辦理「114年G. Prin Paris子午儀重要性與運用之委託研究」，已順利完成招標，年度內將會有更好研究成果產出。

註釋

1.國立中央研究院天文研究所與參謀本部陸地測量總局於1931年7月在南京共同籌辦「全國經度測量會議」，另1933年共同參加第二屆國際經度聯測。

參考文獻

1.上海天文台網頁。2007年11月5日取自：http://www.shkp.org.cn/kply/twbwg/2006-09-18/1158516296d12086.shtml

2.中國大百科全書網頁。2007年11月5日取自：http://140.137.101.73:8008/cpedia/Content.asp?ID=28740

3.中國測繪史編輯委員會(2002)。中國測繪史(第二卷)。北京：測繪出版社。

4.白壽彝總編(2006)。中國通史第十二卷-近代后編(1919-1949)(下冊)第五十六章天文學(網路版)。上海：上海人民出版社。2007年11月7日取自：http://www.zbjn.com/show.aspx?page=56&id=3092&cid=100

5.胡明城、魯福(1993)。現代大地測量學(上冊)。北京：測繪出版社。

6.香港天文台網頁。2007年11月5日取自：http://www.weather.gov.hk/gts/time/Milestone_1883c.htm

7.國立中央研究院、參謀本部(1931)。全國經度測量會議報告。

8.國防部測量局(1947)。中央各部會測量業務聯繫審查會專刊(未出版)。

9.高雄國立科學工藝博物館網頁。2007年11月11日取自：http://www.nstm.gov.tw/english/news/news.asp?bull_id=4

10.陳遵媯(1988)。《中國天文學史》第六冊。台北：明文書局出版。

11.張芝生等(2003)。測繪學辭典。台北：國立編譯館。

12.維客WIKI網頁。2007年11月5日取自：http://www.wiki.cn/wiki/%E4%B8%AD%E6%98%9F%E4%BB%AA

13.蔡安理(2003)：台灣天文歷史追溯。2007年11月13日取自：http://www.asiaa.sinica.edu.tw/~altsai/hat/hat.chi.obs2.main.html

14.劉時金(2007)：玉環島上的天文點。2007年12月14日取自：http://www.yhnews.com.cn/xwzx/picNews/t20070510_130683.htm

15.聯勤測量署(1960)。國軍測量史第一輯(手寫稿)。

16.Bomford, G.(1971).Geodesy, third ed.. Oxford University Press.