《天文圖説》

第一章總論地球並天象 西國近來推究天文地理較前甚精前度地球乃一大平面其外爲大海環包，廣遠莫測且謂日月諸星皆繞地而行但未知其繞行之道何若此議殊謬。今而知地爲一大球能自轉本軸而非平面亦非天能旋轉實係地旋轉也。 或謂地不動而天動者非也。如人居行舟之中見兩岸似有行動而舟反若不動，究之實舟動非岸動也。觀此可知地動天不動之理。 昔人有地居宇內中心之説實未料及地能運動之理。或謂日月諸星皆小於地嗣經天文士測知日之全體較地大一百四十萬倍。並知諸恆星距地萬萬裡且知地球自轉本軸，由西迤東。但以人視之，則儼若天之由東迤西三節。 地爲一圓球，實非平面。其據頗多而人所易明者有三。人乘行舟自此處解纜，順流直駛，任其所之，則遍繞地球，終至解纜原處，一也。又於月蝕時，見地影蔽月面其形爲圓二也。設地平而不圓則船行海面就目力所及之處自能見其全不過其形小耳。惟地體圓，而海面亦隨之高低於稍低處不見船身，祇見帆檣，以帆檣較高於船身也。至甚低檣梢亦不見矣。此蓋海面高處蔽船身及檣之故，三也。 吾人仰觀天空，見日由東升，漸中而昃，儼若天常運動者然。 日沉西時，見天象頓易。始則數星佈列，時尚未暝而微光藹如。俄而天晦光消衆星麗天燦如點金。人初睹之，以爲星無運動俟仰視畧久，則見衆星東出西沉，與太陽無異。 地球自轉本軸以成晝夜。當地半面向日，則承日之光而爲晝；半面背日，則無光而爲夜，但地球光暗分界處因空氣反映日光，現爲朦朧，則黎明薄暮候也。 吾人見日儼如由東漸升天中則爲午正自午而過則漸見西墜而朦朧昏黑者因地球自轉本軸，由西迤東。故日之將出與甫入兩候，皆有朦朧之色。 當昏夜視天，如中空之球，包地而旋轉。本軸與地軸合而爲一，則天半居地平之上，半居地平之下。 地球繞日而行，人不之覺，須隔二三十日仰觀天象畧如太陽運行於諸天星之間。 就目而觀似天由東迤西晝夜繞地一周實乃地自西迤東而自轉本軸也又太陽似由諸星中自東迤西每年繞地一周實乃地體由西迤東每年繞日周也。 茲借人目視日，由諸星中所環繞之道，名爲黃道帶。天文士將黃道帶分畫爲十二宮，各按其象而名之，一曰白羊，二曰金牛，三曰陰陽，四曰巨蟹，五曰獅子，六曰室女，七曰天秤，八曰天蠍，九曰人馬，十曰摩羯，十一曰寶瓶，十二曰雙魚。 五圖所繪景物以明地球繞日軌道其旁之黃道帶即十二宮之名與象內之圓湖比之地軌平面中一大球比之日旁一小球比之地球繞日，而地軸斜倚非正直，其赤道半在水面之上，半在水面之下，赤道兩旁與湖水即地軌平面相接處名爲分點若分點正對太陽，是爲日夜平分之候。地繞日其南北方位永無變更故南極常向南、北極常向北。至夏時北極向日臨冬則背日使人居五圖地球中其視太陽如在對面一星宮間推之地在本軌行過一宮自人視之如日退行一宮人若在此圖地球看日如在摩羯宮處。 第二章論天球之理 欲深究天文，要能明指空中某星在何處某物在何方其定位分毫不差然後始得推擴其理。故天文士特立一簡便易明之法用兩大圜一平置一立置，將立置圜套平置圜內畧如十字之勢 以立置圜劃爲兩半，圜比之天。平置圜亦劃爲兩半。其立置圜則自天頂與天底點處劃開可以量度黃緯度。再將半圜各分爲二合而成一之四分而爲四之一而平置圜可爲劃分之具以成其南北也。 兩圜各劃爲四而四之一分九十度每度六十分每分六十秒。度之號以。分之號以，秒之號以。以秒計之，一圜一百萬有奇。尋常測量，此法足矣。 用以上法指定一星量之始知該星之高距北極若干度名爲北極距。或有一星距赤道偏南偏北名爲赤緯度。又有黃經度量之實難因其無現成起量之定所也。故天文士同擬自白羊宮第一點起量計各星黃經度之遠近此即所謂某星之赤經度也。法以點分秒量測周圜滿二十四小時可得所求之數。 以地球赤道平面爲界限可分天空爲南北兩半球。因地在本軌繞日，其軸與軌道平面斜有二十三度半而軌道亦非與赤道平列故一年軌道平面高於赤道低於赤道各一次其度皆二十三有半而南北極斜度亦如之。 地軌平面名爲黃道與赤道斜交。年凡兩次而交接處謂之分點在上屬秋分，在下屬春分當太陽過分點處則爲日夜平分之候。 赤道與黃道於天球中可爲自然界限。距地極二十三度半之兩小圈與赤道平列，謂之北寒帶圈，南寒帶圈。距赤道南北二十三度半與赤道平列之兩小圈屬北者謂之晝長圈，屬南者謂之晝短圈。 此四圈在地球上分爲五位有奇異之事三自南北極至南北寒帶圈處當至時不能見日夏至時日不沉西一也。自晝長圈至晝短圈處有時日光直射其處，二也。從北寒帶至晝長圈南寒帶至晝短圈，兩處有謂之北溫道、南溫道其地逐日雖有太陽出沒，但終無升至天中者，三也。 第三章論地氣寒暑 地氣寒暑，由於距赤道之遠近而分也，故愈近地極之區則愈冷，愈近赤道則愈熱。且在地極視日所行半年在地平之上半年在地平之下。至春分時在北極視日一日繞地一周始則僅見半輪繼則漸行漸高終則全輪畢露。夏至時日高於地平二十三度半故其地半年有晝無夜。嗣則漸行漸低至秋分日在地平下，其光不得見，故半年有夜無晝。 赤道之區一年中有兩夏至兩冬至。在北極視日所行之道似與地平平列。唯在赤道視日所行似由東而上升天中繼從正西而下。其首一夏至恰合北方之春分其日午正上升天中後漸迤北越三月爲第一冬至恰合北方之夏至繼日反迤南。越三月爲第二夏至恰合北方之秋分仍漸迤南。越三月爲第二冬至，恰合北方之冬至其後日反迤北而盡四季之一周，唯當赤道日午時，日在天頂不能越二十三度半之外故其地冬至尚熱與大英國夏至畧同是則天下之暑熱無過於赤道之地。 英國倫敦京城在北半球距赤道五十一度半故其地寒暑平和。於倫敦視太陽之道畧斜而不平非若地極之平而漸高亦非若赤道之直而正。唯於倫敦見日自東方出向於西南至午正後向西而斜入。且倫敦當夏至之午正日高於地平七十五度，冬至時高僅二十八度。 澳大利亞在南半球，其天氣平和唯四季與北地相反蓋北半球之夏即南半球之冬北半球之冬即南半球之夏也。故澳大利亞夏至應北地西曆之十二月冬至應北地西曆之六月且目視日之升降乃由右升而左降與北方相反。 第四章論四季 南北兩半球之四季地球之環繞太陽有春夏秋冬之位。 地球於西曆六月時北半球爲夏至南半球爲冬至。以北半球向日接日之光熱較多斯時太陽早出遲入故晝長於夜。南半球背日與北半球相反其日遲出早入故晝短夜長而所接之光熱甚少。 地球當秋分時，爲黃道與赤道交側之候故南北兩半球日夜平分。 地球當西曆十二月時北爲冬南爲夏斯時南半球向日接日之光熱較多又北之冬至正澳大利亞之夏至。 地球當春分時，兩半球日夜平分。至秋分黃道越赤道而斜低至春分黃道越赤道而斜高。其低時謂之秋分點高時謂之春分點。 地球軌道爲一橢圜，而日非在其圜之正中故地距日遠近不一而其運行本軌當北半球冬時則近於日夏時則遠於日所以北之冬較暖於南之冬北之夏較涼於南之夏。 第五章論吸引並運動之理 宇內萬物中，雖極微細亦各具吸引之力故物受其吸無論遲速皆有相向欲前之勢且吸引之力能攝制日月諸星天空運動之物。 地球全體頗巨，設有物自球外下墜計始墜之一秒鐘即一小時之三千六百分之一。其吸力能吸物走十六尺一寸。若地體更大，則物之墜亦較速。 物之下墜無論輕重其速率遲速之度皆同設有二石同時墜下其一重一觔一重二十觔至地之時亦同。推之即以百觔之石二其一碎分爲百各重一觔與完整之百觔者一時下落其速率亦無異。 吸力愈遠愈微按二物距度之平方數而遞減。設有兩物相距一尺其吸力計有四觔若距二尺則吸力較少四倍蓋二尺之平方數合爲四故其力減四倍由此而推，距一尺者吸力四觔，距二尺者只一觔。 物下墜愈近地愈速按時刻之平方數計之。設有物質其初墜一秒小時能下六尺至二秒下二十四尺三秒下五十四尺四秒則至九十六尺之多。 物爲力衝迫苦無所阻則隨力直行始終如一。如以石擊迫使一秒小時行十尺之遠，設無空氣前阻亦無吸力下牽則是石隨力直行每秒十尺不止唯有阻於空氣其力遂漸緩亦爲有吸力下牽故成曲勢墜下。 以一物平擲至遠處又以一物自平擲之處同時放墜而下此兩物至地之時亦同。設置二球於高臺上以一球平擊之去任其所之一球放墜而下其放擊之時同，而到地亦同。如以一石於子位自上墜下，其初一秒小時至醜位二秒至寅、三秒至卯、四秒至辰又以一石於子位平擊之去設無吸力下牽則初一秒至午、二秒至未、三秒至申、四秒至酉。唯因有吸力下牽又因平擊與直墜之兩石寶乃同時到地故所擊之一石必斜曲而落。