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正统年间铸造的天文仪器十分精美，现在部分陈列在南京紫金山天文台上。但这些精美的仪器，在当时却安装得相当粗糙，如简仪极轴倾角与极高不合，浑仪二分二至与黄道实际位置不合，高表的尺寸不一等等，直到嘉靖七年（1528）才调整合适。明代的一些大型天文仪器，从制成到能正常使用，竟花费了近九十年的时间，可见当时钦天监工作的混乱和落后。
① 见China in the Sixtieth Century：the Journal of Mathew Ricci（1583—1610）， Random， Homse New York，1953。（《利玛窦中国札记》第四卷第五章）
第四节回回天文学元初来自西域的札马鲁丁等天文学家都有较高水平，他们世代执掌回回司天监，为中国天文学发展作出了重要贡献。可是到了后来他们的后人逐渐成为应付差事的官员，回回天文学出现了停滞不前的局面。明洪武元年（1368）置回回司天监，一如元制。又诏征元太史院张佑、回回司天监黑的儿等十四人，原上都回回司天台的郑阿里等十一人去南京讨论历法。这些人虽然可以编算每年行用的回回历书，但对西域天文学已不甚精通。而原藏秘书监的天文书籍又多为波斯文或阿拉伯文，“言殊字异，无能知者”。于是，朱元璋决定派遣使臣去西域再聘专家，与原回回司天监的天文学家合作翻译阿拉伯天文学著作。他说：“尔来西域阴阳家，推测天象至为精密，有验其纬度之法，又中国书之所未备，此其有关于天人甚大，宜译其书。”①《聚真堂马氏宗谱》简要记述了明初礼聘天文学家马德鲁丁的情况②：“洪武元年，为创立政府，成立钦天监，派钦使到阿拉伯满觊（麦加）政府聘请精于历学专家，乃聘到准带地方古来氏族学者，即我来华始祖德鲁丁公字彦明者，于洪武二年来至江苏省江宁县。明朝之南京成立钦天监，授钦天监监正，带来随员甚多，皆分任钦天监职务。”当时刘基为司天监监正，马德鲁丁担任的是回回司天监监正。洪武三年改称钦天监和回回钦天监，洪武三十一年（1398）罢回回钦天监，改设回回历科。马德鲁丁因其测天之学而被称为大测先生，留下了“大测堂马”的誉称。他曾以其学推测天象，预报结果优于《大统历》，因而备受尊崇。《马氏宗谱》载：“明太祖尊我祖如师，晋封回回太师。因国事初定，关于建设多所顾问，而言听计从，大为刘基所忌。”
马德鲁丁的一项重要工作是翻译阿拉伯天文书籍，但他于洪武七年逝世，所以译书的任务落到了他的儿子身上。长子马沙亦黑，字仲德，接任回回钦天监监正之职；次子马哈麻，字仲良，洪武三年起任回回钦天监监副、文林郎。马沙亦黑主要负责回回历法。《明史·历志》记载：“命翰林李翀、吴伯宗同回回大师马沙亦黑等译其书”，但汉人不懂西域文字，只能作文字加工和修饰润色，以使其符合汉语习惯，因此，主要工作是马沙亦黑做的。经过几年的研究，马沙亦黑对大统历的长处及缺陷有了较深的了解，也明白这一译事对皇帝的重要性，纯粹翻译并不适合在中国使用，所以他实际上做的是编译工作。马沙亦黑编译完成了《回回历法》三卷。
马哈麻主要负责回回天文星占著作的翻译，于洪武十六年（1383）译成了《明译天文书》（亦称《天文宝书》）四卷。此书原为阿拉伯天文学家阔识牙耳（971—1029）所著星占书，原名《占星术及原则导引》，译名还有《天文书》、《乾方秘书》、《天文象宗西占》等。朱元璋对此书给以很高的评价，他说：“今数月所译之理，知上下、察幽微，其测天之道甚是精详于我。”①《回回历法》的编译和《明译天文书》的译成，是明代天文学发展的大① 《明译天文书》吴伯宗序。
② 《聚真堂马氏宗谱》，现藏北京民族文化宫图书馆。
① 见马哈麻译《乾方秘书》，北京图书馆藏抄本。
事，对当时和后世学习和研究回回天文学产生了重要的影响。例如有一位名叫刘信的汉族学者，曾担任过明英宗正统年间的钦天监夏官正。他所撰写的《历法通径》四卷，讲的就是回回历法。此后贝琳根据回回历法的基本理论和编算历书经验，系统整理成《七政推步》一书，这是明代研究回回天文学的重要成果。
第五节航海天文学明代远洋航行成就突出。在明永乐至宣德年间（1403—1435），郑和率船队七次下西洋，航行期间，曾采用天文定向和天文定位。明末茅元仪所著《武备志》收有郑和航海图，在其中四幅过洋牵星图上标有天体出水平线高度等沿途所见的天空景象和有关数据，如“北辰星一指平水”、“灯笼骨星正，十四指半平水”、“南门双星六指平水”等等。据今人研究，一指约在1°34′—1°36′之间，也有人认为一指相当于1。9°。此外，他们还用南北星高度及方位确定所在地大约的地理位置，并用四方星相对位置定航向。这些都是了解古代航海天文知识的宝贵资料，从中也反映了明代航海天文知识的进步。
第六节西方天文学的传入1583 年，意大利耶稣会士利玛窦来华传教。他与李之藻合写的《浑盖通宪图说》是早期传入中国的欧洲天文知识。此书分两卷。第一卷主要是讲星盘的构造、原理及其中坐标网的绘制方法，第二卷主要讲星盘的使用方法，另有一篇介绍浑象的专文。在这本书中有不少对中国天文学家来说是新鲜的内容，如第一次传入完整的黄道坐标系，即没有考虑黄极的黄道坐标；明确晨昏蒙影的严格意义，但将晨昏蒙影的原因归之于日大地小则是不正确的；讲述了中国古代极少论及的五星远近问题，并给出了数量结果；传入西方星等划分的概念，但将星的亮度差别仅归之于星大小不同是不全面的，此外还讨论了地理经度的测量等。
利玛窦和李之藻合写的《经天该》一书，是以西方星图为依据、《步天歌》为体裁的认星七言款词，其中包含了中西星名的对照工作。《经天该》的歌词颇为上口，例如关于猎户座的歌词为：“参宿七星明烛宵，两肩两足三为腰。参伐下垂三四点，玉井四星右足交。玉井下方曰军井，屏星二点井南标。四颗厕星屏左立，屎星一点厕下抛。丈人子孙各连二，老人最巨南望遥。”
利玛窦在十七世纪初还与徐光启合作将《几何原本》前六卷译成汉文。
这是传教士进入中国后翻译的第一部科学著作，译自利玛窦的老师德国数学家克拉维斯对欧几里得原书的注释本。西方早期天文学关于行星运动的讨论多以几何为工具，《几何原本》的传入对学习了解西方天文学是十分重要的。另一位耶稣会士熊三拔依据星盘原理，制成专门测量太阳经纬度的简平仪，徐光启的译著《简平仪说》就讲述了这种仪器及其使用方法。例如根据测得的太阳赤经与赤纬，怎样定时间与地理纬度等。书中论述大地为球形的内容也是新鲜的知识。阳玛诺编写的《天问略》，则对各种各样的天文问题逐条作了回答。在这本问答体裁的书中介绍了托勒密的地心体系，太阳在黄道上的运动，月相成因，交食及交食深浅的原因，伽利略发明的望远镜及其新发现等等。虽然这本书有浓重的宗教色彩，但许多天文学内容为中国过去完全不知道的。
德国传教士汤若望与中国钦天监官员李祖白合译的《远镜说》，在介绍伽利略及其发现方面比《天问略》更详细。这些在欧洲也属于崭新的天文学知识传入中国并不算晚，只是传播范围很小，影响还很有限。但当时一些接触到这些新天文学知识的人，已经开始进行初步的研究和消化。如万历四十年（1612）左右，王英明著《历体略》三卷，其中既有中国传统天文学知识，也介绍了西方天文学知识，尤为可贵的是他对外来知识并不生吞活剥，如不承认有上帝居住的第十二重天，也不承认有两重岁差天，融进了自己的见解。天启年间（1621—1627），陆仲玉著《日月星晷式》，是最早利用欧几里得几何作图法解决天球坐标在不同平面上投影的一本著作。
传教士进入中国之际，正是中国天文科学的饥渴时期。当时接触到西方天文知识的中国知识分子，希望通过介绍新天文知识弥补明代“大伤元气”的天文学，以便为中国天文学的继续发展开辟出一条新路。这一愿望在明末改历工作中得到了一定程度的实现。
第七节《崇祯历书》明初以来，据《大统历》推算所作的天象预报，就已多次不准。崇祯二年五月乙酉朔（1629 年6 月21 日）日食，钦天监的预报又发生显著错误，而礼部侍郎徐光启依据欧洲天文学方法所作的预报却符合天象，因而崇祯帝对钦天监进行了严厉的批评。此后，管辖钦天监的礼部奏请开局改历，并得到朱由检的批准，从明初就一直未断的改历呼吁总算成为现实。同年七月，礼部决定在北京宣武门内首善书院开设历局，命徐光启督修历法。
徐光启深知，西方天文学的许多内容是中国“古所未闻”的，“惟西历有之。而舍此数法，则交食凌犯，终无密合之理”①，所以改历“宜取其法，参互考订，使与大统法会同归一”②。于是，他制定了一个以西法为基础的改历方案。在他领导下，历局从翻译西方天文学资料起步，力图系统地和全面地引进西方天文学的成就，当时还聘用了意大利龙华民、罗雅各，瑞士邓玉函，德国汤若望等人，与历局的中国天文学家一道译书，编译或节译哥白尼、第谷、伽利略、开普勒等欧洲著名天文学家的著作。这是历局的中心工作。其结果是从崇祯二年到崇祯七年（1629—1634）历经六年，完成了卷帙浩繁的《崇祯历书》。徐光启于崇祯六年去世，经他定稿的有105 卷，其余32卷最后审定人为李天经。此外，历局人员在制造观测仪器，天象推算和实际观测方面也做了不少工作。
《崇祯历书》是较全面介绍欧洲古典天文学的重要著作。全书共46 种，137 卷，分节次六目和基本五目。节次六目分别为日躔、恒星、月离、日月交合、五纬星和五星凌犯；基本五目分别为法原、法数、法算、法器和会通。其中以讲述天文学基础理论法原所占篇幅最大，有40 卷之多，法数为天文用表，法算为天文学计算必备的数学知识，如三角学、几何学等，法器为天文仪器及其使用方法，会通为中西度量单位换算表。
《崇祯历书》采用的是丹麦天文学家第谷所创立的宇宙体系和几何学的计算方法。其中引入了明确的地球概念和地理经纬度概念，引入了球面天文学，以及视差、蒙气差等重要天文概念和相应的计算方法。它还采用了西方较精确的天文数据和通行的一些度量单位，如一周天分为360°，度以下用60 进位制等。这部书也有不少错误和缺点，如第谷体系是对托勒密地心说和哥白尼日心说的折衷体系，在当时欧洲并不先进，其维护地静观，否认天体自转，以及对岁差现象的解释等，也都是错误的。
《崇祯历书》贯彻了徐光启以西法为基础的设想，基本上纳入了“熔彼方之材质，入大统之型模”①的规范。尽管此书大量内容为西方体系，但最后仍落实到编历问题上，并未突破《大统历》的框架。实际上，所谓“入大统之型模”，就是以历法服务于皇家，将天文学研究仅仅局限于编修历法这项具体应用上，而难以使之真正成为探索天体运动、变化及其规律的科学。总的来说，《崇祯历书》是汉化西方天文学的产物。其中虽然有很多新天文学知识，但由于传授者的保留和扭曲，以及接受者的被动和因循，这些新知识① 《明史》卷三一《历志一》。
② 《明史》卷三一《历志一》。
① 《徐光启集》卷八《历书总目表》，中华书局1963 年版。
在中国并没有产生像在西方那样的革命力量。但无论如何，《崇祯历书》的编成仍然是明代天文学发展所取得的伟大成就。
此外，《崇祯历书》内容的重大变化，也引起了保守派的攻击。他们以其“未入大统之型模”为借口，以不符合祖制为大棒，力阻《崇祯历书》的颁行，使得优柔寡断的崇祯皇帝始终拿不定主意。崇祯十六年（1643）八月，他终于下定颁发新历的决心，但这时明朝政权已面临崩溃边缘，再也无力顾及历法的事情了。入清后，汤若望将《崇祯历书》改订为100 余卷，改称《西洋新法历书》，得以刊行。
第五十七章物理学明代的物理学在某些方面，如声学，有突出的成就。但物理学同其他传统科学一