导读
8岁登基的清朝皇帝康熙，除了接受传统教育以外，对西方科学尤其是数学很感兴趣。他以多位来华传教士为师，向他们虚心学习数学。从欧几里得定律证明到立体几何求解，从平方到开方，从绘图到计算，康熙无不精通，是一位名副其实的“理工男”。
01
一名“理工男”的养成
康熙帝热衷西学，曾命法国人张诚、白晋（法国人）、葡萄牙人徐日升、比利时人安多等传教士每日轮班进宫，系统地为其讲授西方科学知识。
首先进讲的是《几何原本》。每天早晨，传教士白晋、张诚等人就来到宫中，在皇上用餐的地方进讲。白晋、张诚口授讲稿，康熙认真听讲，反复练习，亲手绘图，有不懂的地方立即提问。
康熙为了更深入了解欧几里得的几何学，命人将明末的《几何原本》汉译本翻译成满语，并让传教士学习满语。张诚在日记中写道：“他阅读了我们用鞑靼文（即满文）写出的定律，令我们解释给他听。皇上在透彻理解之后，把我们所讲，亲自动笔写了一遍，竟与我们的口授相符，只有名词和文理稍微变动。”
学习这些几何知识后，康熙很快爱上几何，他最喜欢的是用仪器进行测距，年纪与今天中学生相仿的康熙帝是这样学习数学应用题的：他先测量一物体长度，再命人将此物体拿到远方，由他使用测距仪器，对此物体与自己的距离进行估算。为验证自己的计算准确与否，他又让人拿着木杆和绳索，当场土法测距，结果往往与计算数值非常接近。每做对一道这样的应用题，少年康熙都会非常兴奋。
几年后，在乾清门听政时，康熙帝就当众向大臣演示了南怀仁当年技惊四座的日影推算和检验方法，借助日晷表，在乾清门内广场上画出了当天正午的太阳阴影所在位置。到了正午，“日影与御笔画处恰合，毫发不爽”。
康熙的西学功力大增，曾亲自主持过天文测量，也热衷于教授官员几何与测绘知识，还组织传教士和中国学者采用西法在全国范围内进行大地测量，绘制了《皇舆全览图》。康熙帝还自称“常留心格物之学”，对自然现象充满好奇，自然留心西学，信任传播西学的传教士。
02
西洋教师南怀仁的六大仪器
康熙的第一位西洋教师南怀仁主持钦天监后，为解决现有明代仪器的误差问题，亲自设计督造天体仪、赤道经纬仪、黄道经纬仪、地平经仪、象限仪和纪限仪等6件大型天文仪器，被视为我国古代首批中西结合的天文仪器。这批仪器都是成吨重的大家伙，南怀仁借鉴了第谷·布拉赫在其著作《机械学重建的天文学》中的设计。
第谷是丹麦人，是望远镜用于天文观测前，纯肉眼观测时期数据最准确的天文学家。1576年，丹麦国王弗雷德里克二世将汶岛赐予他作为新天文台台址，并许诺他一笔经费。于是，第谷在丹麦与瑞典间的汶岛开始建立“观天堡”，并在这里设置4个观象台，配备齐全的仪器，直到1599年，第谷在这里工作20多年，取得一系列重要成果，创制大量的天文仪器。
南怀仁参考第谷的创制，为观象台配置了六大仪器：天体仪用于演示星体在任一时刻位置；赤道经纬仪用于测量天体的赤道经度及真太阳时；黄道经纬仪用于测量天体的黄道经度、纬度，随之利于测定二十四节气；地平经仪用于测量天体的地平经度；象限仪用于测量天体的地平高度或天顶距；纪限仪用于测定60°内任意两颗天体角距离和日、月的角直径。
南怀仁所设计的六件天文仪器，以天体仪为核心，安放在观象台南侧正中，其左为赤道仪，其右为黄道仪，再次为地平经仪和地平纬仪（象限仪），最后为六分仪（纪限仪）。
当年，为了帮助中国官员熟悉使用这些仪器，在制造和安装观象台新仪器的同时，南怀仁还将各种仪器的制造原理、安装和使用方法等，详细记述，绘图立说。康熙十三年（1674年），他将16卷《灵台仪象志》进呈康熙皇帝。
南怀仁的主导思路是专器专用，用专门的仪器来测量特定的天文数据，以修正、编订历法。中国古代天文仪器长期是一器多能，代表就是浑仪，这是我国古代测量天体的仪器，其理论基础是古代“浑天说”原理，现藏江苏南京紫金山天文台内的明代浑仪由六合仪、三辰仪、四游仪和窥管等部件，以及升龙、整云、水跌等支承附件组合而成。
整个仪器分为内、中、外三层，力求在一个圆心内同时呈现多个天文数据用于观测，十分复杂。铜环的层层叠扣已经达到了遮挡观测视线的程度，没法谈精度。郭守敬的简仪，其思路就是简化浑天仪，将其部分功能分到周边，南怀仁的思路也与之有相通之处，这对于观测当然是有好处的。但缺点是仪器过多分工过细，会使原先用一架仪器便容易测得的数据，要换用几架新仪分别求测，不仅费时费力，也容易导致附加误差。
到康熙晚年，传教士纪理安（德意志人）又监制了地平经纬仪，放在观象台台顶，主要用来测天体方位角和地平高度。为制造这台新仪器，元代郭守敬创制的简仪被其当作废铜熔化（注：现保存在南京紫金山天文台的简仪是明代正统二年即1437年的复制品），这不能不说是中国传统天文学文物的重大损失。
尽管当时还未引进欧洲的望远镜技术，但是这些仪器较传统的天文仪器在精度上都有很大提升。利用这些仪器，中国的天文学家进行了长达200多年的观测工作。南怀仁设计监制的仪器，典雅精美，不仅是观测天象的仪器，也是瑰丽的艺术品，它们作为中西科学交流的历史见证，至今仍陈列在北京古观象台。
南怀仁除了将天文历法进一步编订外，还在三藩之乱时替清军铸造大炮。南怀仁所设计的火炮有三种被选入清代国家典籍——《钦定大清会典》。其一是“神威将军”炮，其二是“武成永固大将军”炮，其三是“神功将军”炮。为表彰南怀仁的功绩，康熙授南怀仁工部右侍郎职衔。
03
青铜古典天文仪器的最后杰作
康熙晚年，由于所谓的中国礼仪问题，天主教遭到禁止。雍正上位后，继承了康熙晚年的禁教政策，但在宫廷中仍然保留了西洋人的位置，还戴上了西洋进贡的眼镜。
雍正在宫中看到康熙时代留下来的西洋温度计、望远镜、玻璃镜之类，有些不认得的，就让传教士进宫来“认看”。有些东西，雍正觉得“甚好”，然后交给内务府造办处仿制，并把上面的西洋字改成中文。
在康雍乾三代，钦天监长期由西洋传教士主持，德国天文学家、耶稣会来华传教士戴进贤后来就当上了钦天监监正。乾隆九年（1744年），乾隆皇帝到观象台，看到台上的仪器都是西洋的构造和制度，遂下令钦天监按照浑仪的制度、西法的刻度铸造一架中西合璧的新仪，玑衡抚辰仪被誉为“大型青铜古典天文仪器的最后杰作”。玑衡抚辰仪仪重 5145 千克，仪高 3.379 米，现位于北京古观象台台顶。
康熙初年南怀仁监制的天体仪、赤道经纬仪、黄道经纬仪、地平经仪、象限仪和纪限仪，康熙末年纪理安监制的地平经纬仪，到了乾隆年间，戴进贤创制的玑衡抚辰仪，几代耶稣会士结合当年西洋天文学成果制造的大型天文仪器，在观象台矗立多年之后，迎来又一批西洋人。这是19世纪末的一批西洋旅行者，他们把观象台的仪器照片传回西方，甚至传到1889年的世界博览会上。
1900年，八国联军侵入北京，德、法两国侵略者曾把这8件仪器连同台下的浑仪、简仪平分，各劫走5件。法国将仪器搬到法国使馆，在1902年归还观象台。德国则将其运至波茨坦宫展出，在第一次世界大战后，根据凡尔赛和约规定，这批天文仪器于1921年被装运回国，重新安置在观象台上。
南怀仁：中西文化交流史上的先驱
南怀仁，比利时人，天主教耶稣会传教士。1658年随卫匡国神父来华，最初在陕西传教。顺治十七年（1660年），南怀仁奉诏入京，成为钦天监监正、德国传教士汤若望的助手。后来，他成为康熙皇帝的科学启蒙老师，他擅长机械制造，精通天文历法，懂兵器，是清初最有影响的传教士之一。
南怀仁不仅对中国天文历学的发展、火炮的铸造有非常大的功劳，而且在开阔中国人对世界的视野方面也有很大贡献。他曾编撰了数种地理学著作、绘制了数种地图，它们成为17世纪地理学和地图学在中国发展的标志。其中最具代表性的就是1674年刊刻的《坤舆全图》及《坤舆图说》。
《坤舆全图》是中国古代中文版世界地图的集大成者，是近代以来第一份两半球式比较完整的世界地图。南怀仁的《坤舆全图》与利玛窦的《坤舆万国全图》一样，是来华传教士绘制的比较有影响力的世界地图。
1688年，南怀仁去世，康熙皇帝亲自撰写祭文：“尔南怀仁，秉心质朴，四野淹通。来华既协灵台之掌，复储武库之需……追念成劳，易名勤敏。”康熙此谕，用满汉两种文字刻在南怀仁碑碑阴，碑阳用汉文和拉丁文镌刻。迄今为止，用三种文字刻写碑文实属少见。康熙皇帝还为他举行隆重葬礼，并赐谥号“勤敏”。
在明清之际来华而后来客死中国的传教士中，南怀仁是唯一一位身后得到谥号的。
罗山、吴沂玲/文