Chương 3 Những dụng cụ dùng trong Thiên văn học Trung Hoa

Chương 3

Những dụng cụ dùng trong Thiên văn học Trung Hoa

Nói về thiên văn học cổ Trung Hoa, ít có người nghĩ rằng người xưa cũng đã có nhiều dụng cụ và nhiều phương pháp để quan sát tinh tượng, ghi chú thời gian, đo đạc vòm trời, v.v.

Chúng ta đọc các chuyện cổ thường chỉ thấy các danh nhân đêm đêm ra xem tinh tượng trên trời để rồi suy đoán ra họa phúc, suy thịnh ở trần gian.

Đọc Tây Hán Diễn Nghĩa chẳng hạn, ta thấy khi Hạng Võ kéo quân vào Quang Trung, viết thư bức bách Bái Công mở ải dâng thành, quân sư Phạm Tăng và tướng Hạng Bá đêm đến rủ nhau ra Hồng Nhạn Xuyên xem thiên văn để luận thời cuộc.

Phạm Tăng hỏi nhỏ Hạng Bá: «Hiền công cũng biết xem thiên văn chứ?»

Hạng Bá nói: «Tôi từ nhỏ có một người bạn hữu là người ở nước Hàn, va thường nói với tôi rằng: ‘Hễ đạo làm tướng thì phải biết xem thiên văn, xét địa lợi, biện mây gió, xem khí sắc, mới nên hành binh.’ Bởi đó nên tôi thường đọc sách ấy, cũng biết đại lược, xin tiên sinh dạy bảo thêm.»

Rồi đó, Phạm Tăng và Hạng Bá lẳng lặng mà xem, trước phân triền cơ, sau xem kinh vĩ, có 5 sao triền độ, có 12 chu thiên, có Nhị thập bát tú, có Cửu châu phân dã, có khải, bế, hối, sóc, huyền, vọng. Làm sao gọi là Bắc Thần, làm sao gọi là Nam Cực, làm sao gọi là Tả Phụ, làm sao gọi là Hữu Bật, chỗ nào ứng vận về Lỗ Công, chỗ nào ứng điềm về Bái Công, v.v.[1]

Thật là ly kỳ, thật là giản dị.

Nhưng khi khảo các sách thiên văn học Trung Hoa, ta thấy người xưa thực ra cũng có một số dụng cụ, tuy không phức tạp, tuy không tinh xảo bằng nay, nhưng cũng giúp họ rất nhiều trong công cuộc suy toán và khảo sát.

Hơn nữa họ cũng có một số phương pháp để quan sát tinh tượng. Cho nên trong chương này, chúng ta đề cập «những dụng cụ thiên văn xưa». Còn «những phương pháp khảo sát dùng trong thiên văn học xưa» sẽ được trình bày ở chương 4.

NHỮNG DỤNG CỤ THIÊN VĂN XƯA

Trong tiết mục này ta sẽ đặc biệt chú ý đến những dụng cụ sau đây:

1. Cây nêu (biểu can) và thổ khuê (gnomon and gnomon shadow template; gnomon et tablette).

2. Các dụng cụ đo thời gian:

     a. Nhật quỹ (cadran solaire; sun-dial): đồng hồ đo bóng mặt trời.

     b. Lậu khắc, lậu hồ (clepsydre; clepsydra, water-clock).

          - Lậu hồ nước (water-clock)

          - Lậu hồ cát (sablier; sand hour glass)

     c. Hương triện (đồng hồ hương: incense clock).

     d. Đồng hồ đèn.

3. Ống vọng đồng (tube de visée; sighting-tube) và Tuyền ky (tablette de constellation circumpolaire; cicumpolar constellation tem[late).

4. Các loại Hồn nghi (armillaires; armillaries).

5. Hồn tượng (globe céleste; celestial globe).

1. CÂY NÊU VÀ THỔ KHUÊ

Cây nêu tên chữ là biểu can hoặc bi, hoặc bễ, hoặc bài.

Thoạt kỳ thủy, nó chỉ là một khúc cây thẳng, dài ngắn khác khác nhau tùy thời, dùng để cắm xuống đất mà đo bóng mặt trời.

Mới đầu, người ta dùng biểu can dài 10 thước (khoảng 2m4); khoảng từ năm 600 đến 800 tcn.[2]

Dùng Thổ Khuê và Biểu Can để đo nhật ảnh, xác định ngày Đông Chí.

Tới khoảng thế kỷ 2 tcn, người ta chấp nhận một loại biểu can chính thức dài 8 thước (khoảng 1m64).

Đến đời nhà Nguyên (1280-1333) người ta lại còn dùng những biểu can dài 40 thước, hoặc xây những trắc ảnh đài cao lớn đồ sộ để đo bóng mặt trời.

Hiện nay ở Dương Thành còn có loại trắc ảnh đài nói trên, tục truyền do Chu Công khởi tạo; sau này đến đời Nguyên, Quách Thủ Kính đã cho xây cất, sang sửa lại, và đến đời Minh cũng được tân trang lại.

Đài Chu Công ở Dương Thành, xây khoảng 1276, trùng tu đời Minh

Dùng biểu can 8 thước để đo bóng mặt trời trưa ngày Hạ Chí ở vĩ tuyến Lạc Dương, ta sẽ được một bóng dài 1 thước 55 (tức 36 cm). Nếu dùng một biểu can dài 10 thước, ta sẽ được một bóng dài 1 thước 94. Muốn đo bóng cho chính xác, người ta dùng những miếng ngọc gọi là thổ khuê.

Henri Michel đã tìm ra được những miếng ngôc thổ khuê.

- Một thứ dài 36 cm (1thước 55).

- Một thứ dài 44 cm (1thước 94).

Nhưng sách Chu Lễ cho rằng: nếu cây nêu dài 8 thước thì bóng sẽ là 1 thước 5, như vật thổ khuê chính thức cũng phải là 1thước 5 (nếu bóng được đo ở Dương Thành, cách Lạc Dương 50 dăm về phía Đông Nam).

Theo nguyên tắc, cây nêu phải được cắm trên một mặt phẳng. Linh mục Du Halde mô tả biểu can thấy ở Thiên văn đài Bắc Kinh hồi thế kỷ 17 như sau:

«Ở thiên văn đài Bắc Kinh có một cột đồng hình trụ cao 8 thước 3 tấc, dựng trên một mặt bàn đồng dài 18 thước, rộng 2 thước, dày 1 tấc. Bàn đó được chia làm 17 thước bắt đầu từ chân cột đồng; mỗi thước chia thành 10 tấc; mỗi tấc chia thành 10 phân.

«Chung quanh bàn có một đường soi, rộng và sâu chừng ½ đốt ngón tay. Người ta đổ nước đầy vào đường soi ấy để đánh thăng bằng và kê bàn cho phẳng. Dụng cụ này xưa dùng để đo bóng kinh tuyến.

«Nhưng theo đà thời gian cột đồng này đã bị nghiêng, không còn thẳng góc với mặt bàn nữa.» [3]

Trong quyển Trung Quốc Khoa Học Kỹ Thuật Sử của Joseph Needham, tập 3, tr.300, ta thấy có hình chụp biểu can này.  

Đọc đoạn này ta thấy:

- Biểu can làm bằng đồng.

- Thổ khuê biến thành mặt bàn có ghi thước tấc.

- Ngoài ra còn có đường soi để đánh thăng bằng.

Khảo sát lại trắc ảnh đài ở Dương Thành do Quách Thủ Kính xây năm 1276 và đến đời nhà Minh được trùng tu lại, ta thấy:

- Biểu can 40 thước được đặt giữa đài. Trên biểu can có một lỗ để cho ánh mặt trời soi qua.

- Thổ khuê đây là một thước đá dài xây trên mặt đất gọi là lượng thiên xích.

- Trên mặt đá có những đường rãnh song song để đựng nước.

Tóm lại biểu can có thể bằng cây, bằng đồng, bằng gạch; thổ khuê có thể bằng đất nung, bằng ngọc dài 1th5, hoặc 1th94, hoặc là những bàn bằng đồng, bằng đá có ghi sẵn thước tấc.

Công dụng của cây nêu

1. Xem bóng mặt trời dài ngắn bao nhiêu

Một công dụng giản dị nhất của cây nêu chính là để xem bóng mặt trời dài ngắn bao nhiêu để áng chừng là mấy giờ trong ngày. Xưa ở Việt Nam trong các sân nhà quan, nhà giàu thường dựng cây nêu, để biết giờ mà thổi cơm cho thợ gặt ăn cho kịp giờ trưa.

2. Cây nêu cốt là để đo bóng mặt trời để xác định các ngày Đông Chí, Hạ Chí, Xuân Phân, Thu Phân, v.v.

Theo Đổng Tác Tân, tác giả bộ Ân đại chi lịch pháp nông nghiệp dữ khí tượng, từ đời Thương người ta đã biết dùng cây nêu để đo bóng mặt trời.

« cây nêu

Xuân Thu Tả Truyện viết: «Năm thứ 5 đời Hi Công (654) mùa xuân, mồng 1, tháng giêng, ngày Tân Hợi, mặt trời tới cực Nam.Hi Công truyền báo cáo ngày sóc; sau đó vua lên quan sát đài để xem [bóng nêu] và [các thiên văn gia] ghi [độ dài của bóng] như thường lệ. Các ngày Đông Chí, Hạ Chí, cũng như các ngày Xuân, Thu Phân, và các ngày đầu mùa Xuân Hạ (khải) đầu mùa Thu Đông (bế) đều ghi chú các hiện tượng mây để dự phòng và tiên liệu.»

Trong Thi Kinh ta cũng thấy đề cập đến công dụng của cây nêu. Xưa người ta dùng cây nêu đo bóng mặt trời, để định phương hướng. (Xem Thi Kinh- Dung Phong, bài Đính chi phương trung.)

Lê Quí Đôn, trong Vân Đài Loại Ngữ, có ghi chú nhiều tài liệu về công dụng của cây nêu ở Trung Hoa. Thiên Hình Tượng của sách Vân Đài Loại Ngữ viết:

«Sách Thượng Thư vĩ khảo tinh diệu chép rằng: ‘Ngày dài thì bóng mặt trời dài 1 th 6 tấc; ngày ngắn thì bóng mặt trời dài 1 th 3 tấc.’ Sách Dịch Vĩ nói: ‘Ngày Đông Chí trồng một cây nêu cao 8 thước, đến trưa xem bóng mặt trời dài ngắn để chiêm nghiệm có điều hòa không. Phép xem bóng ấy cho biết ngày Hạ Chí bóng dài 1 thước 4 tấc 8 phân; ngày Đông Chí bóng dài 1 trượng 3 thước.» [4]

«Sách Chu Bễ nói: Trong đất nhà Thành Chu, ngày Hạ Chí, bóng mặt trời dài 1 thước 6 tấc; ngày Đông Chí, dài 1 trượng 5 thước 5 tấc.» [5]

3. Đo bóng mặt trời để xác định ngày Phân, ngày Chí

Xác định được ngày Phân, ngày Chí bằng cách đo bóng mặt trời, sẽ giúp ta làm được lịch.Lịch Thụ thời hay Thái Sơ đời Hán Nguyên Đế (148-33 tcn) do Hứa Hành và Quách Thủ Kính làm đã căn cứ vào bóng mặt trời. Lê Quí Đôn viết: «Quĩ ảnh (cột đo bóng mặt trời) lấy cọc đánh dấu đo bóng mặt trời là thiên tượng rõ ràng nhất; dựa vào đó, lượng đo kỹ càng, để lấy khí trung bình của trời, không nương tựa xê xích vào đâu, thế mới đúng với độ trời.» [6]

4. Đo bóng mặt trời để tính chiều cao của mặt trời

Từ thế kỷ 2 trước công nguyên, người ta đã biết áp dụng đặc tính của hình tam giác vuông góc và bóng của mặt trời để đo chiều cao của trời và mặt trời.

Chu Lễ viết: «Quan đại tư đồ dùng biểu can và thổ khuê để định khoảng cách giữa đất và mặt trời, định chiều dài của bóng mặt trời, và định tâm điểm của trái đất. Tâm điểm trái đất là nơi mà bóng mặt trời ngày Hạ Chí đo được là 1 thước 5.» [7]

Hoài Nam Tử viết: «Muốn đo chiều cao của trời (tức là của mặt trời) ta phải cắm một cây nêu 10 thước và đo bóng cây nêu trong cùng một ngày ở hai nơi cách xa nhau 1.000 dặm trên cùng một đường kinh tuyến. Nếu cây nêu ở phía Bắc có bóng là 2 thước, thì cây nêu ở phía Nam có bóng là 1 thước 9. Và cứ mỗi nghìn dặm về phía Nam bóng cây nêu sẽ giảm đi 1 tấc.

«Ở 20.000 dặm về phía Nam, cây nêu sẽ không có bóng, và nơi ấy ở ngay dưới mặt trời.

«Như vậy, bắt đầu với một bóng là 2 thước và một cây nêu 10 thước, ta thấy rằng một thước bóng mất đi ta sẽ được 5 thước cao của cây nêu. Lấy số 20.000 dặm nhân với 5, ta được 100.000 dặm, đó là chiều cao của trời (của mặt trời).» [8]

5. Đo bóng mặt trời để tính độ lệch của vòng Hoàng Đạo

Đo bóng mặt trời ngày Đông Chí và Hạ Chí còn cho biết độ lệch của vòng Hoàng Đạo.

Độ lệch của vòng Hoàng Đạo có lẽ đã được biết khoảng thế kỷ 4 trước công nguyên, khi mà Thạch Thân, Cam Đức bắt đầu tính độ vị của các sao.

Trong Hậu Hán Thư, Cổ Quì năm 89 đã viết: «Ngày Đông Chí mặt trời cách Bắc Cực 115o; ngày Hạ Chí cách 67o.» Chia đôi sự sai biệt này ta có (115o - 67o):2= 24o.

Sau này các nhà thiên văn học Trung Hoa và các học giả Pháp như Laplace, Gaubil, Cassini đã nhiều lần khảo sát lại độ lệch của vòng Hoàng Đạo theo sự suy toán của các thiên văn gia Trung Hoa, và thấy:

- Khoảng năm 1000 độ lệch là 24o54.

- Năm 1 độ lệch là 23o50.

- Năm 1000 độ lệch là 23ò42.

- Năm 1900 độ lệch là 23o27.

Thiên văn học ngày nay cũng đã nhận chân rằng độ lệch của vòng Hoàng Đạo không cố định và xê xích đôi chút với thời gian.

6. Đo bóng cây nêu để định khoảng cách giữa các tỉnh

Nguyên tắc: Chọn một thành phố làm tâm điểm để tiện việc so sánh. Xưa người ta chọn Dương Thành cách Lạc Dương 50 dặm về phía Đông Nam, ở vĩ tuyến 34o26.

- Đo các thành phố trên cùng một đường kinh tuyến.

- Dùng cây nêu cùng một loại kích thước.

- Định xem hai thành phố cách nhau một ngàn dặm thì chênh nhau bao nhiêu tấc bóng.

Trương Hành, Trịnh Huyền, Vương Phồn, Lục Tích cho rằng 1 tấc bóng ăn 1.000 dặm.

Hà Thừa Thiên toán rằng cứ 3 tấc 56 bóng mới ăn 1.000 dặm. Lưu Trác cũng đồng quan điểm như vậy.

Nhất Hạnh và Nam Cung Thuyết toán rằng ngót 4 tấc bóng mới ăn 1.000 dặm.

Dẫu sao thì lịch sử cũng cho thấy người Trung Hoa xưa thường đo bóng nêu ở khắp các tỉnh, các miền họ đến.

Năm 445, Hà Thừa Thiên đo bóng nêu ở Giao Châu (Hà Nội) và cho hay Giao Châu cách Dương Thành 5.000 dặm.

Năm 349, Quán Thúy đo bóng nêu ở Chiêm Thành khoảng vĩ tuyến 13o (Tuy Hòa) hoặc vĩ tuyến giữa 17o05 và 19o35 (khoảng Đồng Hới - Thanh Hóa).

Trong khoảng những năm từ 721 đến 725, Nam Cung Thuyết và Nhất Hạnh cũng đo bóng nêu ở nhiều nơi từ vĩ tuyến 17o4 (gần Đồng Hới) cho đến vĩ tuyến 40o, tại Weichow, gần Vạn Lý Trường Thành, và kết luận:

- 1o là cách 351 dặm 80 bộ.

- Gần 1 tấc bóng là 1.000 dặm cách xa.

Vân Đài Loại Ngữ ghi: «Khi tăng Nhất Hạnh làm lịch Đại Diễn, vua Đường có hạ chiếu cho quan thái sử phải đo bóng khắp thiên hạ mà lấy chỗ đất giữa làm định số. Khi họp bàn có nói rằng: Chu Quan (sách) dùng thổ khuê (thước đo bóng mặt trời bằng ngọc) đo, thì lấy chỗ bóng mặt trời 1 thước 5 tấc làm trung tâm điểm của đất, mà họ Trịnh (Trịnh Huyền) thì cho bóng chiếu xuống đất, cứ 1 nghìn dặm sai 1 tấc. Như vậy về phía Nam xứ Đái Nhật Hạ, xa cách 15.000 thì sai mất 1 thước 5 tấc. Đất cùng với tinh thần tứ du, lên xuống trong 3 vạn dặm; lấy số ấy mà chia đôi thì thấy được chỗ địa trung. Đĩnh Xuyên quận, đất Dương Thành ngày nay, tức là địa trung đó.

«Trong khoảng năm Nguyên Gia (424-454), nhà Tống đi đánh nước Lâm Ấp (Chiêm Thành); ngày tháng 5 dựng cây nêu để trông, thì thấy mặt trời ở về phía Bắc cây nêu; ở Giao Châu thì bóng mặt trời ở về phía Nam cây nêu 3 tấc. Năm Khải Nguyên thứ 12 (724, đời Đường Huyền Tông) đo bóng mặt trời ở Giao Châu (tức là Thăng Long, Hà Nội ngày nay) vào ngày Hạ Chí, thì thấy bóng ở phía Nam cây nêu 3 tấc 3 phân, cùng với sự đo vào năm Nguyên Gia nói trên giống nhau.» [9]

7. Cây nêu cũng có thể dùng để xem sao

Cắm một cây nêu cao, ngồi quay mặt về hướng Nam, ta có thể quan sát và nhận định dễ dàng những ngôi sao qua kinh tuyến (qua đỉnh đầu).

Tóm lại, biết sử dụng cây nêu, ta cũng thấy nó hết sức ly kỳ. Sau này, nếu có dịp, ta sẽ đề cập đến chuyện linh mục Ferdinand Verbiest hồi thế kỷ 17 chỉ nhờ biết toán trước chiều dài của bóng nêu mà chinh phục được cả triều đình Mãn Thanh, y như xưa Khổng Minh dùng ba tấc lưỡi khuất phục được quần nho nước Đông Ngô.

2. CÁC DỤNG CỤ ĐO THỜI GIAN

Đời xưa không có đồng hồ như ngày nay, nhưng cũng có những dụng cụ để đo thời gian. Ta sẽ khảo cứu:

a. Nhật quỹ (cadran solaire; sun-dial): đồng hồ đo bóng mặt trời.

     b. Lậu khắc, lậu hồ (clepsydre; clepsydra, water-clock).

          - Lậu hồ nước (water-clock)

          - Lậu hồ cát (sablier; sand hour glass)

     c. Hương triện (đồng hồ hương: incense clock).

     d. Đồng hồ đèn.

a. Nhật quĩ

Trên nguyên tắc, nhật quĩ là một vòng tròn, chung quanh có ghi giờ hoặc ghi khắc. Giữa vòng tròn có một cây trục để lấy bóng mặt trời. Nhật quĩ có thứ để thẳng, có thứ để nghiêng theo độ dốc của đường xích đạo. Cũng có thứ nhật quĩ hình chữ nhật.

 Năm 1932, người ta đào được ở Lạc Dương một thứ nhật quĩ để thẳng. Đó là một vòng tròn, có lỗ ở tâm điểm để cắm cọc lấy bóng. Chung quanh vòng tròn chia thành 100độ tức 100 khắc. Nhưng 32/100 thì để trống; 68/100 còn lại chia thành 68 khắc. Khắc đầu và khắc cuối của nhật quĩ này cho thấy hướng mặt trời mọc và lặn ngày Hạ Chí.

Trên nhật quĩ này ta còn thấy những hình tương tự như các mẫu tự T, L, V. Cho đến nay người ta cũng chưa biết được ý nghĩa của những hình ấy.

Có cái lạ nữa là những hình T, L, V này còn được thấy khắc trên cái gương đời Hán, cũng như trên nhiều đồ chơi của người xưa. Nhật quĩ ít nhất là có từ đời Hán.

Sách Tiền Hán Thư viết: «Các vị bác sĩ họp nhau tại kinh đô, đã định các hướng chính Đông, chính Tây, sử dụng nhật quĩ cây nêu và lậu khắc. Với những dụng cụ ấy, họ định phương vị của Nhị thập bát tú, định các ngày hối, sóc, nhị Phân, nhị Chí, sự vận chuyển của tinh cầu và tuần tiết của mặt trăng.» [10]

b. Lậu khắc hay lậu hồ

* Nguyên tắc: Dùng lượng nước chảy nhỏ giọt đều đặn từ bình nọ sang bình kia, sẽ định được thời khắc.

Trong hồ có để một cái thẻ có ghi sẵn giờ khắc. Thẻ này sẽ nhô lê (phù tiễn), hoặc tụt xuống (trầm tiễn) tùy theo lậu hồ có nước chảy vào hay có nước thoát ra. Trông giờ khắc ghi trên thẻ nơi ngang miệng bình sẽ biết được giờ khắc.

* Phân loại:

Lậu hồ có hai loại chính:

(1) Một thứ là những bình có lỗ ở đáy để cho nước thoát ra. Người ta gọi là hạ lậu (outflow type). Thẻ ghi khắc trong hạ lậu được gọi là trầm tiễn, vì nó tụt xuống dần với mực nước.

(2) Một thứ là những bình không có lỗ ở đáy để hứng nước chảy vào. Người ta gọi là phù lậu (inflow type). Thẻ ghi giờ khắc trong phù lậu sẽ tùy theo mực nước chảy vào hồ mà nhô lên dần, vì thế gọi là phù tiễn.

 « Hai loại lậu hồ

Thường thì lậu khắc kềnh càng, cần phải để ở một nơi cố định, nhưng sau người ta cũng chế ra những lậu khắc nhỏ dùng thủy ngân (lưu châu) thay nước và có thể đem theo xe, để xem giờ dọc đường.

Joseph Needham cho rằng có thể người Trung Hoa đã học cách chế lậu khắc của người Babylone hoặc Ai Cập, và lậu hồ chỉ có từ đời nhà Thương (1500). Thuyết này không lấy gì làm đúng. Người Trung Hoa cho rằng lậu hồ đã có từ thời Hoàng Đế (2616).

Ngoài ra ta còn thấy có những loại lậu khắc cát. Dùng cát chảy thay nước. Vương Chấn Đạc cho rằng người Hòa Lan và người Bồ Đào Nha đã cho du nhập những loại lậu hồ cát này vào Trung Hoa. Trái lại, Lâm Ngữ Đường, dẫn chứng vài đoạn sách của Tô Đông Pha, đã cho rằng lậu khắc cát đã có từ đời Tống. Dẫu sao thì đầu đời Minh đã thấy có lậu hồ cát. Những lậu hồ lớn còn ghi được tất cả những tiết khí quanh năm.

Vân Đài Loại Ngữ của Lê Quí Đôn ghi chú về lậu hồ như sau:

«Sách Sơ Học Ký chép rằng: ‘Việc chế tạo ra lậu khắc (dụng cụ đo thời giờ bằng nước nhỏ giọt) có từ thời Hoàng Đế truyền đến đời nhà Hạ, nhà Thương.’ Theo phép ấy, sáng sớm tiết Đông Chí, giọt nước chảy đến khấc 45, sau tiết Đông Chí thì ngày dài, cứ 9 ngày dài thêm 1 khấc; sáng sớm ngày tiết Hạ Chí, giọt nước chảy đến khấc 65, sau tiết Hạ Chí, ngày ngắn, cứ 9 ngày giảm đi một khấc.

«Dụng cụ dùng nước có ba tầng ấy, đường kính đều 1 thước, để trên cái thùng hứng nước (trì chù) hình khối vuông, có con rùa vàng miệng phun nước vào thùng hứng nước; nước chảy ngang dọc lại chảy xuống cái chứa nước để ngang ở dưới, gọi là cái cừ. Trên cái cừ ấy có đặt một hình người tên là Quan Tư Thần (giữ việc giờ khắc) đúc bằng vàng, mặc đủ áo mũ, hai tay cầm cái tên. Ấy là phép lậu khắc (xem giờ bằng giọt nước của Ân Quì).

«Lại còn một phép nữa: Lấy đồng đúc một con quạ khát nước (gọi là khát ô) hình dáng như cái móc câu uốn khúc, dẫn nước vào mồm con rồng bạc để nó phun vào chậu đựng nước; cứ nước chảy xuống được một thưng, trọng lượng hai cân là một khắc. Ấy là phép lậu khắc của Lý Lan.

«Hà Thừa Thiên đời Tống đã cải tiến phép ấy, định lại là hai ngày Xuân Phân và Thu Phân sớm tối, ngày đêm đều 55 khắc. Đến đời Lương, Vũ Đế cho ngày đêm có 100 khắc, đem phân phối cho 12 giờ, mỗi ngày 8 khắc, thì còn có phần thừa, nên chỉ lấy 96 khắc cho cả ngày lẫn đêm. Số 96 ấy chia làm 12 giờ, thì mỗi giờ chẵn 8 khắc. Đến năm Đại Đồng thứ 10 (tức 544), lại đổi làm 108 khắc. Tiết Đông Chí giờ ban ngày là 48 khắc, giờ ban đêm là 60 khắc. Tiết Hạ Chí giờ ban ngày là 70 khắc, giờ ban đêm là 38 khắc. Ngày Xuân Phân, Thu Phân, giờ ban ngày là 60 khắc, giờ ban đêm là 48 khắc. Còn các buổi tối, buổi sáng đều là 3 khắc. Đến đời Trần lại phục hồi phép có cả ngày lẫn đêm là 100 khắc.

«Đời Đường lại chế ra phép thủy hải phù tiễn (tên nổi trong biển nước), có 4 cái thùng rót nước, lấy tên nổi lên chia ra khắc; chia ngày đêm làm 12 giờ, mỗi giờ là 8 khắc, 30 phân; mỗi khắc 60 phân, cộng 48 cái tên; 2 cái tên là một khí; một năm cộng có 2.191.000 phân đều có khắc ở trên cái tên; có con quạ bằng đồng dẫn nước xuống, tên nổi lên; đến chỗ chia biết ngày đêm, chia tiết hậu, ngày Đông Chí, Hạ Chí; mùa hạ ngày dài, mùa đông ngày ngắn, buổi sớm, buổi tối, lúc ẩn, lúc hiện, đều đúng với cách đo bóng của sách Chu Quan, không sai chút nào. Cách thức chế tạo lậu khắc đời Tống và đời Nguyên không giống nhau, nhưng đều lấy 100 khắc làm phép áp dụng cả.» [11]

c. Đồng hồ hương (Hương triện)

Tiết Quí Tuyên, một học giả đời Tống khoảng giữa thế kỷ 12 cho rằng: ngoài lậu hồ và nhật quĩ, người ta còn có thể dùng hương triện để xem giờ, nhất là ban đêm.

Hương triện có thể là hương vòng (nhang vòng). Trên hương vòng có vẽ 5 dấu để định 5 canh. Nếu muốn thức dậy canh nào, người ta có thể buộc một vật nặng nhỏ vào vòng hương, vào khoảng giờ muốn dậy.

Hương cháy đến đó sẽ làm rơi vật nặng ấy xuống một cái chậu đồng, gây nên tiếng động, đánh thức ngày ta dậy. Người ta cũng có thể dùng những hộp hương khắc hình chữ thọ theo lối chữ Triện. Hương cháy đến đâu sẽ cho biết đêm đã canh mấy.

d. Đồng hồ đèn

Gọi là đồng hồ đèn cũng hơi quá đáng. Nhưng trên nguyên tắc một ngọn đèn để ở một chỗ kín gió, cháy bằng một loại dầu nhất định cũng có thể dùng để kiểm soát thời gian, nhất là để xem các nhật quĩ, các lậu hồ có được chính xác hay không.

Dương Vũ trong tập Sơn Cư Tân Thoại có đề cập đến những loại đèn này được thắp trong một ngôi đền. Ông thuật lời một nhà thiên văn học đời Tống tên là Phạm Thuấn Thần, kể lại rằng một ngọn đèn như vậy mỗi năm tiêu thụ một số lượng dầu nhất định là 27 hộp dầu.

Joseph Needham gọi những loại đồng hồ này là lamp clock hay là time indicating lamp.

Ông còn lưu ý rằng: Theo Hough thì ở bên Đức khoảng thế kỷ 18 người ta cũng hay dùng những loại đồng hồ đèn này.

3. ỐNG VỌNG ĐỒNG VÀ TUYỀN KY

a. Ống vọng đồng (tube de visée, sighting tube)

Chắc chắn là ống vọng đồng đã được dùng từ lâu. Cuối đời Chu và đầu đời Hán, các thiên văn gia đã dùng ống vọng đồng để quan sát tinh tượng, vì thế mới có thành ngữ «dĩ quản khuy thiên» 以 管 窺 天.

Hoài Nam Tử (120 tcn) cũng viết: «Có người muốn đo chiều cao sự vật mà chịu không biết phải làm sao. Họ sẽ mừng nếu ta dạy họ dùng ống vọng đồng và quản chuẩn (thăng bằng nước).» [12]

Nhìn qua ống vọng đồng sẽ thấy sao rõ hơn, vì như vậy sẽ bớt được ánh sáng lóe.

Thời cổ xưa người Hi Lạp cũng hay nhìn xuống giếng nước sâu để xem sao ban ngày. Có lẽ vì vậy mà Platon đã kể chuyện Thalès de Milet đã ngã xuống giếng khi xem sao.[13] Trầm Quát, thế kỷ 11, đã dùng ống vọng đồng để tìm phương vị Bắc Cực và quan sát các vì sao xoay quanh Bắc Cực.

Trong sách Chu Bễ Toán Kinh cũng có một đoạn nói về cách dùng ống vọng đồng để đo đường kính mặt trời.[14]

b. Tuyền ky (tablette de constellation circumpolaire; circumpolar constellation template)

Một loại ống đồng cổ kính nhất đã được đề cập trong Thư Kinh, thiên Thuấn Điển. Thư Kinh viết: «Vua Thuấn quan sát tuyền ky và ống ngọc hành, để điều chỉnh thất chính.»

Đó là một đoạn văn hóc búa làm điên đầu không biết bao nhiêu học giả. Các nhà dịch giả và bình giải xưa nay đều không biết tuyền ky là gì, và dùng để làm gì, nên thường dịch tuyền ky là quả cầu quay nạm ngọc (Legge, Couvreur).

Mã Dung, Thái Ung, Trịnh Huyền giải Tuyền ky là một dụng cụ thiên văn. Phục Thắng cho rằng đó là một đám sao ở Bắc Cực.

Mãi đến năm 1959, học giả Henri Michel mới khám phá ra rằng tuyền ky là một dụng cụ để quan sát sao Bắc Thần, và định vị trí Bắc Cực.[15]

Michel giải tuyền ky là một miếng ngọc dẹt chung quanh có một số khía. Miếng ngọc này có thể xoay quanh một cái ống để nhòm. Nếu quay đúng vị trí, các sao Bắc Đẩu và hàng sao Tả Khu, Thượng Tể, Thượng Phụ, Thượng Thừa, v.v. sẽ lọt đúng vào chỗ các khía đã làm sẵn của tuyền ky, còn sao Bắc Thần (étoile polaire) sẽ hiện ra ở gần nơi tâm điểm tuyền ky.

Như vậy tuyền ky sẽ định được chính Bắc Cực (pôle nord).

Phỏng theo Michel, ta có thể giải đoạn Thư Kinh ở trên như sau:

1. Tuyền ky là miếng ngọc hình tròn, dẹt, chung quanh có khíâ Miếng ngọc này có thể xoay quanh (tuyền) một ống nhòm, tức là ngọc hành.

2. Ngọc hành là ống nhòm có thể tra vào miếng tuyền ky.

3. Thất chính ở đây là 7 sao Bắc Đẩu chứ không phải là mặt trời, mặt trăng, và ngũ tinh như người ta thường giải.

4. Điều chỉnh được 7 sao Bắc Đẩu cho lọt vào các khía tuyền ky, ta sẽ thấy được Bắc Thần và Bắc Cực hiện ra ở chính giữa lòng tuyền ky.

Michel cũng giải: Tuyền ky là một dụng cụ để quan sát các tinh tú. Nó có thể quay được. Phần quay được gọi là tuyền ky, ta dùng nó để nhìn độ quay. Bắc Cực ở chính giữa tuyền ky.

Hiểu được đoạn này ta mới hiểu được tại sao Chu Bễ Toán Kinh lại viết: «Chính Bắc Cực ở giữa tuyền ky. Chính Bắc là tâm điểm của trời. Bắc Cực ở chính giữa tuyền ky gọi là Thiên Tâm, vì thế nên gọi là tuyền ky.» [16]

Trên mặt tuyền ky còn có một đường thẳng đứng. Henri Michel giảng rằng: Nếu điều chỉnh các sao Bắc Đẩu cho lọt vào các khía rồi, ta dùng tuyền ky để quan sát mặt trời, thì ngày Đông Chí mặt trời sẽ ở trên đường kinh tuyến định bởi đường thẳng đứng ấy.

Ống tuyền ky, ngọc hành sau này biến thành những dụng cụ trang trí như:

- Ngọc bích và ống đại tông.

- Ngọc bích và ngọc khuê.

4. HỒN NGHI (Armillaires, Armillaries)

Hồn nghi là một dụng cụ để xem xét sự vận hành của mặt trời, mặt trăng, và sự xuất-một (mọc và lặn) của các vì sao. Trung Quốc Sử Lược của Phan Khoang chép: «Đời vua Hoàng Đế, Dung Thành đã phát minh ra cái máy Cái Thiên để quan sát tinh tượng. Đến đời Đông Hán có Trương Hành chế ra hai thứ máy gọi là Hồn thiên nghi, xem biết sự vận hành của mặt trời, mặt trăng, và sự xuất-một của các ngôi sao, và Địa động nghiđể xem nơi nào có địa chấn. Hai thứ máy ấy rất có giá trị; đời sau nhiều người bắt chước làm theo.» [17]

Hồn nghi có thể phân thành ba loại:

a. Xích đạo hồn nghi (equatorial armilliary sphere)

Trên hồn nghi này chỉ có một vòng xích đạo và vòng kinh tuyến. Người Trung Hoa xưa dùng loại này.

b. Hoàng Đạo hồn nghi (eclytic armilliary sphere)

Trên hồn nghi này chỉ có một vòng Hoàng Đạo. Người Hi Lạp xưa ưa dùng loại hồn nghi này.

c. Hồn nghi tân tiến

Hồn nghi này gồm đủ các vòng: Hoàng Đạo (écliptique; ecliptic), Xích đạo (équateur; equator), Nhẫn giới (horizon).

Một hồn nghi tân tiến đại loại gồm các bộ phận sau đây:

a. Các bộ phận phía ngoài:

(1) Vòng Thiên kinh hay Dương kinh (thiên kinh hoàn, dương kinh hoàn: prime meridian circle).

(2) Vòng Âm vĩ (âm vĩ hoàn, địa hồn hoàn: horizon circle).

(3) Vòng Xích đạo ngoài (outer equatorial circle).

b. Các bộ phận phía giữa:

(1) Tam thần nghi song hoàn (vòng kinh tuyến mặt trời ngày Đông Chí : solstitial colure circle).

(2) Vòng Hoàng Đạo (hoàng đạo hoàn: ecliptic circle).

(3) Vòng Xích đạo phía trong (inner equator circle)(không thấy).

(4) Hệ thống máy móc để vận chuyển hồn nghi (diurnal motion gearing connecting with the power drive).

c. Các bộ phận phía trong:

(1) Tứ du hoàn (polar mounted declination ring or hour angle circle).

(2) Vọng đồng (sighting tube).

(3) Trực củ (diametral brace).

d. Các bộ phận khác:

(1) Ngao văn trụ (concealing the transmission shaft).

(2) Long trụ (supporting columns in the form of dragon).

(3) Thủy phu, thủy chuẩn (cross-piece of the base, incorporating water-level).

(4) Nam cực (south polar pivot).

(5) Bắc cực (north polar pivot).

Hồn nghi thô sơ nhất có lẽ có từ thời Thạch Thân, Cam Đức (thế kỷ 4 tcn). Lạc Hà Hoành và Tiên Vu Vọng Nhân cuối thế kỷ 2 và đầu thế kỷ 1 tcn cũng vẫn còn dùng những loại hồn nghi cổ ấy.

Năm 52 tcn, Cảnh Thọ Xương làm cho vòng xích đạo trờ nên cố định.

Dương Hùng (52 tcn- 18 cn) cũng biết làm cầu hồn nghi.

Năm 84 cn, Cổ Quì gắn thêm vòng Hoàng Đạo vào hồn nghi.

Khoảng năm 125 cn, Trương Hành[18] gắn thêm vòng nhãn giới và các vòng kinh tuyến (vòng âm vĩ, tam thần, tứ du, v.v.). Trương Hành mô tả về hồn nghi như sau:

Vòng Xích đạo chạy quanh hồn nghi và cách Bắc Cực 915/19o.

Vòng Hoàng Đạo cũng chạy quanh hồn nghi và tạo với vòng Xích đạo 24o.

Như vậy thì ngày Hạ Chí, vòng Hoàng Đạo cách Bắc Cực khoảng 67o, và ngày Đông Chí, cách Bắc Cực là 115o.

Trương Hành (78-139 cn)

Nơi vòng Hoàng Đạo và Xích đạo gặp nhau sẽ cho biết độ cách Bắc Cực của ngày Xuân Phân, Thu Phân.

Ngày Xuân Phân, Hoàng Đạo cách Bắc Cực là 94o¼. Ngày Thu Phân, Hoàng Đạo cách Bắc Cực là 92o¼.

Những độ cách trên được chấp nhận vì phù hợp với phương pháp đo bóng mặt trời theo lịch nhà Hạ.[19]

Sau này, Trương Hành còn dùng sức nước làm cho hồn nghi quay được đều đặn, và còn gắn các sao vào cầu hồn nghi để mô phỏng bầu trời và tinh tượng. Hồn nghi của ông quay phù hợp với sự vận chuyển của tinh cầu trên trời.

Tấn Thư- Thiên văn chí viết: «Trương Hành làm hồn nghi và cho đặt trong phòng kín. Hồn thiên nghi, nhờ sức nước chảy, có thể quay. Ông cho đóng cửa lại. Người ở trong buồng sẽ thông báo cho ngày ở trên nóc thiên quan đài biết rằng hồn nghi (trong buồng) cho thấy sao nào vừa mọc, sao nào vừa lặn, nhất nhất đều đúng như hai mảnh tre ghép lại. Thôi Tử Ngọc đã viết trên mộ của Trương Hành như sau: Số thuật của ngày bao quát trời đất; tài sáng chế của ngài ngang với tạo hóa. Ngài tài cao, nghệ trổi sánh ngang thần minh.» [20]

5. HỒN THIÊN TƯỢNG (globe céleste)

Hồn thiên tượng là những bầu trời nhân tạo, có gắn đủ tinh tú, và có thể quay theo nhịp vận chuyển của trời. Đọc Tấn Thư, ta có thể nói được rằng Trương Hành chẳng những đã chế được hồn nghi mà cũng đã tạo ra những hồn thiên tượng có thể quay được. Câu chuyện vừa kể trên về sự thí nghiệm của ông đã chứng tỏ điều đó.

Đời Lương (khoảng 550 cn) đã thấy có những hồn thiên tượng được tàng trữ trong bí phủ.

Tùy Thư - Thiên văn chí có ghi: «Cuối đời nhà Lương, ở trong bí phủ đã có hồn thiên tượng. Hồn thiên tượng làm bằng gỗ, tròn như trái cầu, to nhiều sải tay ôm mới xuể; có thể quay quanh trục Nam Bắc cực.

«Quanh cầu có Nhị thập bát tú và các tinh tú mà ba nhà thiên văn xưa (Thạch Thân, Cam Đức, Vu Hàm) đã tìm ra được, có Hoàng Đạo, Xích đạo, Ngân hà, v.v.Khi quả cầu quay từ Đông sang Tây, các sao qua kinh tuyến (qua đỉnh đầu) buổi sáng và buổi tối, ứng đúng với độ vị của nó, và các điểm nhị Phân cũng như 24 khí đều có ghi chú, chẳng khác gì trên bầu trời vậy.» [21]

Hồn thiên tượng khác với hồn nghi, vì hồn nghi thì phải có gắn một ống vọng đồng (sighting tube) để độ lượng suy toán sự vận chuyển của mặt trời, mặt trăng, cũng như vị trí và độ số các vì sao.[22]

Theo Nguyên sử, thì thiên văn đài Trung Hoa thuở Nguyên đã được trang bị lại trong khoảng những năm từ 1276 đến 1279, và có những dụng cụ sau:

Hồn thiên tượng do F. Verbiest  tạo cho thiên văn đài Bắc Kinh năm 1673

1. Linh lung nghi (Igenious armillary sphere)

2. Giản nghi (Simplified instrument)

3. Hồn thiên tượng (Celestial globe)

4. Ngưỡng nghi (Upward looking instrument)

5. Cao biểu (câu nêu cao: Lofty gnomon)

6. Lập vận nghi (Vertical revolving circle)

7. Chứng lý nghi (Verification instrument)

8. Ảnh phù (Shadow definer)

9. Khuy kỷ (Observing table)

10. Nhật nguyệt thực nghi (Instrument for observation of solar and lunar eclipses)

11. Tinh quĩ (Star dial)

12. Định thời nghi (Time determining instrument)

13. Chính phương nghi (Direction determining table)

14. Hầu cực nghi (Pole observing instrument)

15. Cửu biểu huyền (Nine suspended indicator)

16. Chính nghi (Rectifying instrument)

17. Tòa chính nghi (Rectifying instrument on a stand)[23]

Năm 1267, Hulagu Khan gởi dâng cho vua Thiết Mộc Chân (Khubilai Khan) ít nhiều dụng cụ thiên văn Âu Châu, lại sai Trác Mã Lỗ Đình (Jamal-al-Din) mang sang Trung Hoa để chỉ cho người Trung Hoa cách sử dụng. Những dụng cụ đó là:

1. Hồn thiên nghi (armillary sphere)

2. Trắc nghiệm chu thiên tinh diệu chi khí (instrument for observing and measuring the rays of the stars of the celestial vault)

3. Đông Hạ Chí quĩ (solstitial dial)

4. Xuân Thu Phân quĩ (equinoctial dial)

5. Trắc hoàn hồn thiên đồ (obiquely set globe with map of the stars)

6. Địa lý chí (terrestrial globe)

7. Kính trắc tinh (astrolabe)[24]

***

Năm 1599, linh mục Ricci đi thăm thiên văn đài Nam Kinh, đã thấy những dụng cụ thiên văn sau đây:

- Hồn nghi (armillaire)

- Nhật quĩ (cadran solaire)

- Những kính trắc tinh (astrolabes) với những thước chuẩn xích (alidades) và những chiêu chuẩn (pinnules).

Những hồn nghi rất lớn, 3 người ôm không xuể, đều làm bằng đồng đúc trông rất đẹp. Ở thiên văn đài Bắc Kinh cũng có những dụng cụ tương tự.

Từ khi các linh mục dòng Tên làm giám đốc thiên văn đài Bắc Kinh, các dụng cụ thiên văn cũ dần dần bị đào thải. 

 Năm 1669, linh mục Ferdinad Verbiest, giám đốc thiên văn đài Bắc Kinh, đã cho cất hết các dụng cụ thiên văn cũ đi, và trang bị thiên văn đài bằng những dụng cụ mới. Ngài trang bị như sau:

- Hoàng Đạo kinh vĩ nghi (simple ecliptic armillary sphere)

- Xích Đạo kinh vĩ nghi (simple equatorial armillary sphere) đặt trên lưng một con rồng.

- Thiên thể nghi (large celestial globe) đặt trong một khung tròn ngang có 4 chân.

- Địa bình kinh nghi (horizon circle for azimuth measurements)

- Địa bình vĩ nghi (hay Tượng hạn nghi: quadrant)

- Kỷ hạn nghi (sextant)

- Địa bình kinh vĩ nghi (quadrant altazimuth)

- Ky hành vũ thần nghi (elaborate equatorial armillary sphere)

- Hồn tượng (smaller celestial sphere)[25]

Sau này, linh mục Bernard Kilian Stumpf (Kỷ Lý An), giám đốc thiên văn đài Bắc Kinh từ 1712 đến 1720, đã đem phá hủy các dụng cụ cũ bằng đồng đúc, để lấy đồng đúc những dụng cụ mới.

Cái đại bình kinh vĩ nghi (quadrant altizimuth) của Bernard Kilian Stumpf đúc có lẽ là bằng đồng của các dụng cụ thời Nguyên và Minh. Mai Cốc Thành (1633-1721), một toán học gia Trung Hoa, rất bực với linh mục Stumpf về chuyện này.[26]

Sự phá hủy ấy dẫu sao cũng rất đáng tiếc.

Cuối cùng, thiết tưởng cũng nên nhắc đến những hàn thử biểu (airthermometer) và thấp kế (hygrometer) của linh mục Verbiest hay trắc vũ đài (rain gauge) để đo lượng nước mưa.

CHÚ THÍCH

[1] Tây Hán Diễn Nghĩa, Thanh Phong dịch, tr.117-118.

[2] Thước Trung Hoa thoạt kỳ thủy bằng 100 hạt kê xếp liền, tức là khoảng 22 cm 85. Thước nhà Chu dài 21 cm 25, thước nhà Hán dài 23 cm 41.

[3] J.B. Du Halde, Description géographique, historique, chronologique, politique et physique de l’Empire de la Chine et de la Tartarie chinoise, tập 3, tr.350.

[4] Văn Hóa, Vân Đài Loại Ngữ, q.1, tr.98.

[5] Ibid. p.89.

[6] Ibid. p.83-84.

[7] Cf. Chu li, trad. Biot, vol. I, p. 200; Needham, Science and Civilisation in China, Vol.III, p. 286.

[8] Cf. Hoài Nam Tử, trad. Chatley; J. Needham, Science and Civilisation in China, Vol.III, p. 225.

[9] Lê Quí Đôn, Vân Đài Loại Ngữ, tr. 90-91.

[10] Needham, Science and Civilisation in China, Vol.III, p. 302.

[11] Lê Quí Đôn, Vân Đài Loại Ngữ, tr. 99-100.

[12] Hoài Nam Tử, ch.20, tr. 15a.

 Joseph Needham, Science and Civilisation in China, Vol.III, p. 332.

[13] Theaet., 174 A.

[14] Joseph Needham, Science and Civilisation in China, Vol.III, p. 332.

[15] Henri Michel, Méthodes astronomiques des hautes époques chinoises, p. 10-13; và Joseph Needham, Science and Civilisation in China,Vol.III, p. 332-339.

[16] Chu Bễ Toán Kinh, q. hạ, tr. 3.

[17] Phan Khoang, Trung Quốc Sử Lược, tr. 157.

[18] Trương Hành cũng đồng thời với Ptolémée; quyển Almagest của Ptolémée hoàn thành vào khoảng 144 cn.

[19] Cf. Hậu Hán Thư, lời bình. Needham, Science and Civilisation in China, Vol.III, p. 355.

[20] Tấn Thư - Thiên văn chí, q. 2, tr.3b.

[21] Needham, Science and Civilisation in China, Vol.III, p. 384.

[22] Tùy Thư - Thiên văn chí, chương 19, tr. 17. Needham, Science and Civilisation in China, Vol.III, p. 384.

[23] Needham, Science and Civilisation in China, Vol.III, p. 369-370.

[24] Needham, Science and Civilisation in China, Vol.III, p. 373-374.

[25] Needham, Science and Civilisation in China, Vol.III, p. 451-452.

[26] Needham, Science and Civilisation in China, Vol.III, p. 380-452.