我国最早的天象观察，可以追溯到几千年前。《尚书》已记载公元前2137年掌管天文的羲和其人其事。从汉初到1785年，我国共记录有日食925次，月食574次，堪称世界之最。古人看天，有着实打实的科技。

　　东汉的张衡创制了世界上第一架利用水作为动力的浑象（一种表现天体运动的演示仪器，类似现代的天球仪）。这架仪器的主体是一个直径四尺六寸的大圆球，球上画有二十八宿、中外星官、赤道、黄道、北极常显圈、南极常隐圈、二十四节气点，整个球安装在南北极轴上，可以绕轴旋转。

　　张衡还在浑象上装了一套齿轮机械传动装置，利用漏壶中流出的水，推动整个浑象均匀地与天球做同步运转。这样一来，昼夜交替，星辰出没就和实际天象相一致了。

　　除此之外，张衡还给它配了个“自动日历”，叫瑞轮蓂荚。传说尧帝阶前有种神草“蓂荚”，每月初一长一片叶子，十五后每天落一片。张衡就用齿轮凸轮（关戾）做了个机械板，把它接在浑天仪底下，随着月亮盈亏，叶子每天自动开落一片——这才是真正的“看叶子就知道几号”，比翻日历浪漫多了。

　　汉代以后，中国测量天体的仪器在此基础上不断改进发展。

　　北宋元祐七年，六十二岁的苏颂和五十三岁的韩公廉，在汴京的文明殿东鼓楼下立起了一座十二米高的木楼。它是一座水运仪象台，集观测、演示、报时于一体。仪象台靠水力驱动，楼顶的板子可以开合——这是世界上第一座有活动屋顶的天文台，比欧洲早了好几百年。

　　整个水运仪象台以漏壶中的水为驱动力，通过一套传动装置和一个机轮联结在一起，与天球同步运转，逼真自动地演示了天象的变化。最神奇的是楼里藏着一套“天衡擒纵器”，就像钟表的心脏，每隔一阵“咯噔”一跳，控制着整个系统的节奏。

　　英国人李约瑟后来研究天衡擒纵器的秘密，说这比欧洲同类技术早六百年。此时，西方人才知道十一世纪的中国已经有了一座天文钟。

　　当然，苏颂并不是凭空起高楼。在他之前，有个叫张思训的四川人，已经造过一座太平浑仪。它高四米多，“规天矩地”，内部齿轮咬合精密，机械人按时辰轮流出来报时，左手摇铃，右手扣钟，中间击鼓，一套自动化流程下来，满朝文武都看傻了眼。

　　但张思训遇到了一个最大的麻烦——水力驱动的仪器一结冰就罢工，在冬天无法使用。

　　张思训琢磨来琢磨去，最终想到了一个解决的法子：用水银。《宋史·天文志》记载：“今以水银代之，则无差失。”简单的十三个字，背后却是一个工匠对物理性质的精准拿捏。

　　苏颂的水运仪象台在张思训的基础上，又进了一步。水运仪象台有三层：顶层搁浑仪，专门看星星，屋顶能开合；中层放浑象，是个大圆球，人可以钻进去，能看见满天星斗；底层是动力间，五层木阁里藏着一百六十多个小木人，到点就敲锣打鼓报时。

　　整个装置高十二米，宽七米，像个木头搭的巨人，站在汴京城的晨光里，咯吱咯吱地转着，把日月星辰的运行一五一十地展现出来。

　　元朝时，有个叫郭守敬的邢台人，从小就爱鼓捣天文仪器。他检视了司天台里那台北宋留下的浑仪，发现南北极的度数差了将近四度，石圭也歪了。于是他干脆推倒重来，一口气造了二十多种新仪器，其中最硬核的，叫简仪（一种测量天体位置的仪器）。

　　郭守敬把传统浑仪里那些互相嵌套的环拆开，分成赤道和地平两套独立的系统，视野一下子开阔了。他还给简仪装了个滚柱轴承。

　　简仪的创制，是中国天文仪器制造史上的一大飞跃，是当时世界上的一项先进技术。欧洲直到三百多年后的1598年才由丹麦天文学家第谷发明与之类似的装置。

　　另一个叫仰仪（大型铜质天文观测仪器），是一个半圆形的铜球，直径三米，内壁刻着经纬网。太阳光从小孔射进去，在球内壁投下一个倒影——观测者背对着太阳看，眼睛不晃，日食的时刻、方位、食分，一清二楚。这架仪器还能观测月球的位置和月食情况，被称为“日食观测工具的鼻祖”。

　　还有一个最绝的，叫景符（高表辅助仪器），一块小小的铜片，中间开个小孔，利用小孔成像的原理，把四丈高表投下的日影精确到两毫米以内。2021年，河南省科技馆新馆建成100米圭表塔，就是沿用郭守敬的高表设计原理，并配备景符仪器。

　　有了这些硬家伙，郭守敬奏请忽必烈，在全国设二十七个观测站，东到高丽，西到滇池，南到海南岛，北到贝加尔湖，同一时间测日影、测北极星高度。数据汇到大都，郭守敬带着王恂等人算了一年又一年，最后拿出一部《授时历》。