宋代天文事业十分发达，在天象观测、星图绘制和天象仪器制造等方面所取得的成就，在世界科技史上占有重要地位。剑桥大学教授李约瑟在他的著作中，对北宋天文学家苏颂，世界上第一座结构复杂、自动运转的“天文钟”——水运仪象台以及图文并茂的《新仪象法要》，都给予了详尽的阐述。李约瑟称，苏颂“是历史上的杰出人物，其主要贡献是对科学技术方面，特别是医药学和天文学方面的突出贡献，以制作水运仪象台闻名于世”；《新仪象法要》“是中国现存最早的水力运转天文仪器专著，它反映了中国11世纪的天文学和机械制造技术水平”，是“最重要的宋代天文学著作”。李约瑟称，“迟至公元1300年左右，欧洲还没有类似的设计”。

        水运仪象台、以记录宋神宗元丰年间（公元1078年~1085年）恒星观测而闻名于世的苏州石刻天文图碑以及驰誉世界的宋仁宗至和元年（公元1054年）对超新星的观测，都堪称世界之冠。

        对于很多天文爱好者来说，2014年的星空给他们留下了很多难忘的精彩瞬间，而今年的星空同样绚丽多彩。记者近日从有关部门获悉，2015年将有4次日食、月食，发生7次水星大距，数量之多为2011年以来之冠，9个流星群、数量较多的流星雨将贯穿全年，中秋节后还将现超级月亮，同时金星两次最明亮。此外，还有木星、土星、天王星、海王星冲日等精彩天象上演。然而，这些对于千年一遇的超新星爆发来说，又显得十分平凡，我们何不回首千年前的北宋王朝，一观当时的天文盛况呢？

        中国古代科技在北宋达到高峰，可以从其天文学略见一斑。北宋时期进行了多次天文历法改革，创制的历法有13部之多。每次改历，都要创制或改进天文仪器，并进行大量的天文观测。北宋制定的天文历法，在许多方面都有所创新，特别就推算行星运动而言，其精度达到了16世纪欧洲哥白尼“日心说”体系才能达到的水平，时间上较其早了5个多世纪。

        北宋时期的天文学之所以能够取得如此骄人的成就，是与北宋政府对天文学的支持以及当时天文机构的设置、管理模式分不开的。“北宋官僚体系完备，天文机构属于官僚机构的一部分，可以得到国家持续而稳定的支持。”河南大学历史文化学院讲师、历史学博士惠冬说：“不但如此，为了避免天文观测人员谎报、漏报、错报天象，同时也为了提高司天监的责任心，又设立了天文院进行天象观测，并与司天监的监测结果相互核对。于是，司天监与天文院的天文观测人员都不敢懈怠，故天象记录多且准确。”除此之外，北宋的天文经费也相当可观。

        在政府的重视和大力支持下，北宋时期制造过许多大型天文仪器。宋太宗太平兴国四年（公元979年），四川的民间天文学家张思训设计并于次年制成了一台水转浑象仪，通称“太平浑仪”，它改水力推动为水银推动，以解决冬天因水流凝冻迟涩而影响仪器运转速度的问题。宋太宗至道元年（公元995年），天文学家韩显符制成一台供观测用的铜浑仪，通称“至道铜候仪”。宋真宗大中祥符三年（公元1010年），韩显符又造成一台与铜浑仪相似的浑仪，专门用于培养观测生。此外，宋仁宗皇三年（公元1051年），舒易简、于渊、周琮等人制成“黄道浑仪”；宋神宗熙宁三年（公元1070年），沈括、皇甫愈等人制成“熙宁浑仪”。这些仪器每台的用铜量都在1万公斤左右，并各有创新。

        “宋代最精巧的天文仪器，当推苏颂领导研制成功的水运仪象台。”惠冬说。苏颂这位非凡的科技天才，被李约瑟称为“中国古代和中世纪最伟大的博物学家和科学家之一”，在其所著的《中国科学技术史》中，曾17次赞誉苏颂的非凡成就。

        宋哲宗元七年（公元1092年），中国古代最宏伟、最复杂的天文仪器建成，哲宗赐名“元浑天仪象”，后人通称“水运仪象台”。惠冬说：“水运仪象台高12米，宽7米，分为3层，每一层都占据着一个‘世界第一’。它们分别是现代天文台活动圆顶的祖先、转仪钟的祖先和现代钟表的祖先。”惠冬解释说，水运仪象台的上层安放着浑仪，用于天文观测，覆有可以随意开合的屋顶，这是现代天文台活动圆顶的祖先；中层密室中放置着浑象，进行天象演示，一昼夜转动一圈，误差小于100秒，是现代天文台的跟踪器械——转仪钟的祖先；下层有机械传动系统和报时系统，其中，报时装置极富创意，5层木阁内装有小木人，每逢时、刻、辰、更，便自动弹出，击鼓鸣钟、举牌报时，妙趣横生；水运仪象台由水力驱动，轮轴交错，运转自如，首创的擒纵器构件，是后世钟表的关键部件，因此它又是现代钟表的祖先。这是集测量仪器、计时仪器和演示仪器为一体的划时代创造，矗立在11世纪的开封，是当时世界上首屈一指的杰作。明神宗万历二十六年（公元1598年），当耶稣会士利玛窦向明神宗献上西洋自鸣钟时，满朝惊叹，却忘记了500年前的中国早已发明了比它精巧百倍的天文时钟！

        史书上留下了关于水运仪象台的较详细记载，特别是其机械结构、装配图等都收于苏颂所著的《新仪象法要》一书中。除此之外，苏颂还制造过另一台大型天文仪器，据《玉海》记载，它是一架假天仪，这种便于演示和观察天体运行的仪器，可以说是今日天象仪的鼻祖。

        天体周而复始不断地在天穹运动，不同时刻它们的位置不同，因此，在使用浑仪观测天体时，相应的也要有良好的计时仪器，这个客观需要提出了提高漏刻精度的要求。宋仁宗天圣八年（公元1030年），燕肃发明莲花漏。宋仁宗皇年间（公元1049年~1054年）初期，舒易简、于渊、周琮等人又在莲花漏的基础上，再加上一个恒定水位的平水壶，从而使漏刻的精度进一步提高。宋代制造的天文仪器，数量众多，精密复杂，并有不少创新，这是中国古代天文学发展进入高峰的重要标志。

        优良的观测设备使得北宋在天文观测史上也留下了浓墨重彩的一笔。据史书记载，在北宋的天文观测史上，两次著名的超新星观测让后人感叹不已。一次为宋真宗景德四年（公元1007年）在豺狼座爆发的一颗超新星，这次爆发仍被现代天文学家所关注。另一颗超新星更为著名，那就是宋仁宗至和元年（公元1054年）爆发的天关客星，《宋史·天文志》《宋会要辑稿·瑞异一》等都有记载，现代天文工作者根据这些历史记载和当前这颗超新星遗迹的状态，确定了其类型。

        沈括有一条天象记载，也受到现代科学家的高度评价。《梦溪笔谈》记载了宋英宗治平元年（公元1064年）的一次陨石降落：“常州日禺时，天有大声如雷，乃一大星几如月，见于东南。少时而又震一声，移著西南。又一震而坠在宜兴民许氏园中，远近皆见，火光赫然照天，许氏藩篱皆为所焚。是时火息，视地中只有一窍，如杯大，极深。下视之，星在其中，荧荧然。良久渐暗，尚热不可近。又久之，发其窍，深三尺余，乃得一圆石，犹热，其大如拳，一头微锐，重亦如之。”短短不到200字，将陨石降落的整个过程写了出来，对声、光、色、温、地点、过程、形状、重量、密度和降落时间等作了全面详细的描述。

        除了记载天文现象，配合封建统治者需要外，恒星测量和星图绘制工作在北宋时期也取得了很大的成绩。宋代是进行全天恒星观测最多的时期，先后进行过7次较大规模的恒星测量，其中，宋神宗元丰年间（公元1078年~1085年）进行的一次恒星测量精度较高。这次测量的成果被绘成星图，并刻石保存下来，这就是现存于苏州博物馆著名的苏州石刻天文图碑。

        据惠冬介绍，苏州石刻天文图碑高2.16米，宽1.06米，上半部为星图，外径91.5厘米，下半部为天文图碑文，总共刻星1431颗。该图将中原地区可见星空展现在一幅图中，不但星位准确，而且二十八宿、三垣、十二次、内规、赤道、外规、分野、星官名称等都刻得清清楚楚。苏州石刻天文图碑是研究宋代全天星空的宝贵资料。

        北宋的重要星图还有《新仪象注要》一书中所附的5幅星图。其中，将整个天球沿赤道剖开，北半天球以北极为中心画一圆图，南半天球以南极为中心另画一圆图的全天星空表示法是苏颂等人的首创。

        古代天文学研究，对历法有很大的影响，北宋发达的天文学，使宋代历法十分繁荣。宋太祖建隆二年（公元961年），因沿用自后周的《钦天历》推验较疏，诏司天监王处讷等另造新历并赐名《应天历》，参与编修《应天历》的还有来自伊斯兰国家的天文学家马依泽。而《应天历》也引入了七曜纪日法，这种采用星期制的方法与伊斯兰历相同。

        宋代历法研究十分活跃，《崇天历》《明天历》《奉元历》《观天历》《占天历》等层出不穷。宋徽宗崇宁五年（公元1106年）制成的《纪元历》受到了清代梅文鼎的较高评价，称“宋历莫善于纪元”。这部历法的回归年、朔望月及其他一些数据都相当准确。

        “其实，在未正式颁行的历法中，沈括提出了纯阳历的十二气历，不以朔望定月，而是参照节气定月份，大月31天，小月30天，大小月相间，使节气和月份之间建立起稳定的关系，对农事活动非常实用。但由于彻底颠覆了沿用已久的传统，这一革命性的创新并没有得到推广。”惠冬说，“沈括曾无奈地预言‘异时必有用予之说者’。1930年，英国气象局局长肖伯纳提出了几乎完全相同的历法，然而，却比沈括晚了800多年。”

        北宋存在的100多年间，频繁更换历法在一定程度上反映了当时天文历法研究的活跃。

        天文学的发达对当时的农业也产生了重要的影响，五代及辽、宋、夏、金的一些史书，尤其是《宋史》，记载了很多宝贵的气象资料，其中包含有关于大水、大旱、大风及雨雪、冰雹、雷暴、地震等灾害和特殊天气现象的丰富内容。宋代开始普遍编修的地方志及大量宋人笔记，也有很多这方面的记载，这些资料对于研究我国气候变迁及气象变化规律具有重要价值。

        降雨情况直接关系农业生产，因而历代都受到人们的重视。西汉时，根据土、炭吸湿增重的不同而发明了原始的天平式湿度计。宋代僧人赞宁利用这种仪器预报晴雨。宋神宗熙宁年间（公元1068年~1077年），京师久旱，沈括准确地作了一次降雨预报，《梦溪笔谈》卷七对此有很生动的记述。他对当时空气中水汽条件的分析与判断是符合近代气象科学原理的。此外，这一时期对一些气象现象也有了更正确的认识，如《梦溪笔谈》中记载孙彦先对虹的解释是“虹乃雨中日影也，日照雨则有之”。

        在天文仪器制造、天象观察、历法、气象等方面的突出成绩，使得北宋时期的中国天文学在世界科学史上占据领先地位，甚至影响到千年后的今天。