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星空划分成三十一个天区，是一种星官分布比较均匀、可分区认星的完整的星官体系。这一体系一直沿用到近代。《步天歌》七言有韵，介绍星官名称、星数和位置等，简明通俗，便于记忆，是后来天文学家初学天文时的必读之书，古人称誉它“句中有图，言下见象，或约或丰，无余无失”。例如关于柳宿的歌诀为：“八星曲头垂似柳，近上三星号为酒，享宴大酺五星守。”将柳宿的星数、外形、周围星官的名称及星数都说得非常清楚。
星官体系的完善带来了星象知识的进一步普及。流传至今的唐代二十八宿铜镜，是星象知识在用具装饰中的应用，并赋予其一种神秘的色彩。敦煌藏经洞中发现的唐代星图抄本，是当时人们重视星象知识的证明。敦煌星图，一说绘于八世纪初，一说绘于十世纪中。图上有1350 多颗星，这是世界上现存最早且星数最多的一份星图，现藏于英国伦敦大不列颠博物馆①。除这些绘制有所依据的星图外，唐代还有许多表意性星图，如贞观四年（630）的李寿墓以及懿德太子、永泰公主、章怀太子等墓，都有墓室天象图，图中绘有日月、银河及星象。甚至在远距长安的新疆吐鲁番，也有唐墓星图，但与长安的那几幅星图比较，少了表意性，多了装饰性，并且二十八宿图案经过艺术化处理。五代时期留存的吴越国墓室星图，更优越于上述星图，其二十八宿连同辅官附座有180 多颗星，且星象相对位置比较符合实际天象。
① 席泽宗：《敦煌星图》，《文物》1966 年第三期。
第三节天文仪器的复杂化和功能综合化隋唐时期天文仪器有许多新的创造。如隋文帝时耿询根据张衡制作过水运浑象的记载，重新制成一台不用人力的水运浑象，他还发明了马上刻漏，以作在行进中计时之用，世称其妙。他与宇文恺合作仿照北魏道士李兰的作品制作了称水漏器，这种称漏后来在唐代曾风行一时。
贞观年间天文学家李淳风制造出一台浑天黄道仪，这是一台很复杂的浑仪。这台仪器有三重环组，即六合仪、三辰仪和四游仪，李淳风的创造主要为其中的三辰仪。为了更好地测算太阳和月亮的运动，仪器上安装了黄道环与白道环。而增加两个圆环，就要解决仪器上的黄道与天空黄道在观测时刻的平行问题，要解决岁差改变黄道与赤道的交点问题，还要解决黄道与白道的相对位置和黄白交点移动的问题等等，所以这是一台大大复杂化了的仪器。浑天黄道仪于贞观七年（633）制成并为世所称赞，后将该仪置放在皇宫内的凝晖阁。
开元十一年（723），一行为改历实测天象，与梁令瓒研制了新的天文仪器，叫做黄道游仪。顾名思义，这是一台黄道环能在赤道环内游动的仪器。其基本原理与李淳风的浑天黄道仪相同，不同的是，赤道环上每隔一度有一孔，用以固定黄道环，使黄道环能模仿古人所理解的岁差现象，不断沿赤道退行。一行用黄道游仪作了许多观测工作，为修订大衍历、推算交食等提供了大量准确的数据。通过这台仪器对二十八宿天体位置测量的结果，还发现了恒星位置与古代测量值不相同。这种现象反映了岁差对测定天体位置的影响。
一行还和梁令瓒合作制造了一台水运浑天俯视图。据《旧唐书·天文志》所载，它的主体是一个缀有星象、赤道和刻度的铜球，铜球有轴可以转动，球外设置两个圆环，是为黄道与白道，环上分别有太阳与月球，日月可与铜球同时运行。该仪装在木柜中，并以木柜为地平，仪器半在地下，其运转以水为动力“注水激轮，令其自转，一日一夜，天转一周”。这台仪器除表演天象外还能报时，地平之上立有二木人，每刻自动击鼓，每辰自动撞钟，从而使这台仪器成为具有钟表和表演给定时刻的星象及日月位置功能的多功能综合天文仪器。水运浑天俯视图展现了盛唐时期天文仪器的风貌与特点，北宋苏颂、韩公廉等正是在此基础上加以改进和创新，创制出举世闻名的水运仪象台。
第四节一行的大地测量创举古籍《周礼》说：在地中测影“日至之景，尺有五寸”，《周髀》将它发挥为“日影千里差一寸”。隋代刘焯就怀疑《周髀》的说法未经实测，不一定可靠，很希望用实测结果加以检验。他曾说：“参之算法，必为不可。寸差千里，也无典说。明为意断，事不可依。”他提出的检验办法是：“取河南北平地之所，可量数百里，南北使正，审时以漏，平地以绳，随气至分，同日度影。。超前显圣，效象除凝。”可惜他的愿望未能实现。
唐开元九年（721），一行受命制定新历，他考虑到由于全国各地昼夜的长短不同，看到同一交食的食分也不相同，这些具体数据都需要经过实测才能确定，日影是否千里差一寸，也是需要检验的。于是，他组织进行了一次大规模的天文测量，其最南方的测点选在林邑（今越南中部），最北方的测点选在铁勒（今蒙古乌兰巴托西南）。其间再设多个测量点，在各测量点上测量北极出地高度和二分二至时正午八尺表的日影长度。在这次测量中，由一行领导、南宫说等人主持的、在河南四个测量点的测量结果最为重要。这四个点分别是白马（今河南滑县，地理纬度35°3′）、浚仪（开封西北，地理纬度34°8′）、扶沟（纬度34°3′）和上蔡（纬度33°8′），它们差不多在一条经度线上，测量的北极高度差实际上就是这四个地点的地理纬度差。由于丈量了四个地点之间的距离，得到南北相距526 里270 步，北极高度相差1。5 度，同一时刻日影相差2。1 寸，这一实测结果否定了《周髀》“日影千里差一寸”的说法，同时，由于这一说法以前曾长期作为计算天地远近和天体大小的基本数据，因此，新的测量结果实际上也否定了过去奢谈宇宙大小的各种计算，从而对中国古代天文学发展作出了重大贡献。
一行还从实测中得出了南北两地“大率三百五十一里八十步，而极差一度”①的结论。从现代测量学的理论看，他实际上已经测量出地球子午线一度的弧长。由当时的数据换算成现在的计量单位，可知一行测出的数值是子午线1°的长度为123。7 千米，虽然这比今测值110。6 千米有较大误差，但作为中国历史上也是世界上第一次用科学方法对地球子午线的实测，是重大的创举。一行所取得的测量结果，本可作为地球是球形的证明，但他没有深究这一测量对地球形状认识的意义，可以说他走到了通过实测证明大地是球形的重大发现的边缘，却未能迈出这重要的一步。
① 《新唐书》卷三一《天文志》。
第五节唐代的历法中国古代天文历法至唐代走向成熟，其主要标志是历法进一步规范，历术进步，发现历法与实际天象出现较大误差后能及时编造新历，并出现了许多很有特色的历法。
李渊建唐之初，沿用隋《大业历》。武德二年（619）又颁用傅仁均的《戊寅元历》，开创了中国历史上第一个在民用历中采用定朔法的历法。该历关于日行盈缩、月行迟疾等计算方法，与大业历大致相同。但采用定朔法可能会出现连大月或连小月的特殊现象，如贞观十九年（645）出现了四个连大月，因而《戊寅元历》受到攻击，不得已又改用平朔，失去了其历法的特征。唐高宗麟德二年（665）起，颁用李淳风编造的《麟德历》。《麟德历》是一部著名的历法，有不少创新，在中国历法史上占有重要地位。该历再次采用定朔并独创了一种进朔法，即根据朔日小余数据的具体情况，将朔日上退一日或下推一日，使相应大月变成小月或小月变成大月，从而解决了出现连续四个大月或三个小月的违反日常习惯的问题。《麟德历》还采用“总法”1340作为各天文数据的统一分母，立法巧捷，为后世历家所遵用。《麟德历》的又一创举是正式废除沿袭已久的章蔀纪元之法，不用闰周而直接以无中气之月置闰。由于该历是以《皇极历》为基础而编制的，在推算五星运动时考虑到日月五星的不均匀运动，并吸取了《皇极历》的先进计算方法，且所得数据更为精确。《麟德历》的主要缺点是没有在历法中考虑岁差。这部历法虽然是比较好的历法，但毕竟存在误差。《麟德历》用到开元九年（721）已显疏漏，于是唐玄宗诏令一行编撰新历，于开元十五年编成《大衍历》。这年十月，一行随玄宗巡幸途中病逝。开元十七年（729），《大衍历》正式颁行全国。
《大衍历》分“历议”和“历术”两大部分，历议论述编历的原理，历术则又细分为步中朔术、发敛术、步日躔术、步月离术、步轨漏术、步交会术和步五星术等，这些是说明计算日月五星位置、运动、时刻和日月交食的方法。为了取得制历的数据，一行组织了大规模的天文测量，研制了新的天文仪器，测量了二十八宿距星及许多恒星的位置，对日月五星进行了大量的新的观测，从而使《大衍历》有了深厚的观测基础。通过观测，一行发现：“日南至，日行最急，急而渐损，至春分及中，而后迟。至北日至，其行最舒，而渐益之，以至秋分，又及中，而后益急”，也就是说冬至时日行最急，夏至时日行最缓。这是对太阳周年视运动比较正确的认识，改正了刘焯以春分前一日日行最急，后一日最舒；秋分前一日最舒，后一日最急的错误说法。《大衍历》的重要成就还有在计算太阳运动时创用定气法，发明不等间距二次差内插法的数学方法，用以计算太阳的位置等。与《皇极历》相比，《大衍历》在计算日食的时候，不但考虑了不同地理纬度对日食的影响，还考虑了季节的影响，月亮视差对日食的影响等，并提出判别日食亏起方位角的方法。《大衍历》也吸收了《