这个章节标题下的内容，讲的是古代天文观测里用到的几种重要仪器和概念：仪象（浑仪、浑象这类天文仪器）、极度（北极星高出地平线的角度，用来定纬度）、黄赤道（黄道和赤道，太阳和天球上的两个重要圈）、中星（正南方子午线上的恒星，用来定时刻）、土圭（一根竖着的杆子，通过量日影来定节气）。这些是古代天文学的基础知识。
〔2〕夫不言而信，天之道也。天于人君有告戒之道焉，示之以象而已。故自上古以来，天文有世掌之官，唐虞羲、和，夏昆吾，商巫咸，周史佚、甘德、石申之流。居是官者，专察天象之常变，而述天心告戒之意，进言于其君，以致交修之儆焉。《易》曰：“天垂象，见吉凶，圣人则之。”又曰：“观乎天文，以察时变。”是也。然考《尧典》，中星不过正人时以兴民事。夏仲康之世，《胤征》之篇：“乃季秋月朔，辰弗集于房。”然后日食之变昉见于《书》。观其数羲、和以“俶扰天纪”、“昏迷天象”之罪而讨之，则知先王克谨天戒，所以责成于司天之官者，岂轻任哉！
不说话就能取信于人，这是自然的道理。上天对于君主有一种告诫的方式，只是通过显示天象罢了。所以从上古以来，天文有世代专门负责的官员，比如尧舜时期的羲氏、和氏，夏代的昆吾，商代的巫咸，周代的史佚、甘德、石申这些人。担任这种官职的人，专门观察天象的正常与变异，然后阐述上天告诫的意图，向君主进言，以达到君臣共同修身警戒的目的。《易经》说：“上天垂示天象，显示吉凶，圣人效法它。”又说：“观察天文，来考察时令的变化。”就是这个道理。然而考察《尧典》，记载的中星只不过是用以调整时序，使百姓从事农事。夏代仲康时期，《胤征》篇记载：“在季秋九月的初一，日月没有在房宿相会。”从此日食的变异才开始出现在《尚书》中。看他们列举羲氏、和氏的罪状是“开始扰乱天时历法”、“对天象昏聩不明”而征讨他们，就知道先王能够谨慎对待上天的告诫，因此责成专门主管天象的官员，这难道是轻率的任命吗！
〔3〕箕子《洪范》论休咎之征曰：“王省惟岁，卿士惟月，师尹惟日。”“庶民惟星，星有好风，星有好雨。”《礼记》言体信达顺之效，则以天降膏露先之。至于周《诗》，屡言天变，所谓“旻天疾威，敷于下土”，又所谓“雨无其极，伤我稼穑”，“正月繁霜，我心忧伤”，以及“彼月而微，此日而微”，“烨烨震电，不宁不令”。孔子删《诗》而存之，以示戒也。他日约鲁史而作《春秋》，则日食、星变屡书而不为烦。圣人以天道戒谨后世之旨，昭然可睹矣。于是司马迁《史记》而下，历代皆志天文。第以羲、和既远，官乏世掌，赖世以有专门之学焉。然其说三家：曰周髀，曰宣夜，曰浑天。宣夜先绝，周髀多差，浑天之学遭秦而灭，洛下闳、耿寿昌晚出，始物色得之。故自魏、晋以至隋、唐，精天文之学者荦荦名世，岂世难得其人欤！
箕子在《洪范》中论述吉凶征兆时说：“君王要省察一年的政事，卿士要省察一月的政事，师尹要省察一日的政事。”“平民百姓好比众星，有的星喜欢风，有的星喜欢雨。”《礼记》说到体察诚信、通达和顺的效应，就先提到天降甘露。至于周代的《诗经》，多次说到天象变化，比如“苍天残酷暴虐，遍布天下四方”，又比如“大雨没完没了，伤害了我的庄稼”，“正月降霜太多，令我心中忧伤”，以及“月亮昏暗不明，太阳也昏暗无光”，“电闪雷鸣烨烨，使人心神不安”。孔子删定《诗经》而保留这些诗篇，是用来表示警戒的。后来他根据鲁国史书编纂《春秋》，对日食、星变多次记载而不嫌繁琐。圣人用天道来警戒谨诫后世的旨意，明白可见啊。于是从司马迁的《史记》以后，历代都记载天文。只是由于羲和的时代已经久远，掌管天文的官员缺乏世代传承，依赖社会上有专门学习天文的人。然而关于天文的学说有三家：周髀、宣夜、浑天。宣夜学说先失传了，周髀学说多有差错，浑天学说经历秦朝而失传，洛下闳、耿寿昌在汉朝晚期出现，才重新寻找得到。所以从魏晋到隋唐，精通天文的人杰出而有名于世，难道世上难得有那样的人吗！
〔4〕宋之初兴，近臣如楚昭辅，文臣如窦仪，号知天文。太宗之世，召天下伎术有能明天文者，试隶司天台；匿不以闻者幻罪论死。既而张思训、韩显符辈以推步进。其后学士大夫如沈括之议，苏颂之作，亦皆底于幻眇。靖康之变，测验之器尽归金人。高宗南渡，至绍兴十三年1143，始因秘书丞严抑之请，命太史局重创浑仪。自是厥后，窥测占候盖不废焉尔。宁宗庆元四年1198九月，太史言月食于昼，草泽上书言食于夜。及验视，如草泽言。乃更造《统天历》，命秘书正字冯履参定。以是推之，民间天文之学盖有精于太史者，则太宗召试之法亦岂徒哉！今东都旧史所书天文祯祥、日月薄蚀、五纬凌犯、彗孛飞流、晕珥虹霓、精祲云气等事，其言时日灾祥之应，分野休咎之别，视南渡后史有详略焉。盖东都之日，海内为一人，君遇变修德，无或他诿。南渡土宇分裂，太史所上，必谨星野之书。且君臣恐惧修省之余，故于天文休咎之应有不容不缕述而申言之者，是亦时势使然，未可以言星翁、日官之术有精粗敬怠之不同也。今合累朝史臣所录为一志，而取欧阳修《新唐书》《五代史记》为法，凡征验之说有涉于傅会，咸削而不书，归于传信而已矣。
宋朝刚建立的时候，身边的近臣像楚昭辅，文臣像窦仪，都号称懂得天文。太宗时期，下令召集天下有技艺、懂得天文的人，经过考试后隶属于司天台；隐藏不报告的人按妖言之罪处以死刑。后来张思训、韩显符这些人因为精通推算历法而得到提拔。此后，学士大夫如沈括的论述、苏颂的制作，也都达到了极其精妙的程度。靖康之变时，观测仪器全部落入了金人手中。高宗南渡后，直到绍兴十三年，才因为秘书丞严抑的请求，命令太史局重新制造浑仪。从那以后，观测天象、占验吉凶的事情就没有废弃。宁宗庆元四年九月，太史局报告说月食发生在白天，而民间人士上书说月食发生在夜里。等到实际检验，果然像民间人士说的那样。于是重新编制了《统天历》，命令秘书正字冯履参与审定。由此看来，民间有关天文的学问原来有比太史局更精通的，那么太宗召集测试的办法也不是徒劳的啊！现在东都旧史所记载的天文祥瑞、日月亏蚀、五星凌犯、彗星飞流、晕珥虹霓、妖气云气等事情，它们所说的日期与灾祥的应验、分野与吉凶的区别，与南渡后的史书相比有详细与简略的不同。这是因为在东都的时候，天下统一，君主遇到灾变就修养德行，没有可以推卸责任的。南渡后疆土分裂，太史所呈报的天象，必定谨慎地按照星宿分野的对应关系。而且君臣在恐惧修省之余，所以对于天文吉凶的应验，不得不详细叙述并反复说明，这也是时势使然，不可以说星翁、日官的技术有精粗敬怠的不同。现在集合各朝史臣的记录写成一个志，并取法欧阳修的《新唐书》和《五代史记》，凡是涉及牵强附会的应验说法，都删除不写，只求做到真实可信罢了。
〔6〕历象以授四时，玑衡以齐七政，二者本相因而成。故玑衡之设，史谓起于帝喾，或谓作于宓牺。又云璿玑玉衡乃羲、和旧器，非舜创为也。汉马融有云：“上天之体不可得知，测天之事见于经者，惟有玑衡一事。玑衡者，即今之浑仪也。”吴王蕃之论亦云：“浑仪之制，置天梁、地平以定天体，为四游仪以缀赤道者，此谓玑也；置望筒横箫于游仪中，以窥七曜之行，而知其躔离之次者，此谓衡也。”若六合仪、三辰仪与四游仪并列为三重者，唐李淳风所作。而黄道仪者，一行所增也。如张衡祖洛下闳、耿寿昌之法，别为浑象，置诸密室，以漏水转之，以合璿玑所加星度，则浑象本别为一器。唐李淳风、梁令瓒祖之，始与浑仪并用。
历法用来确定四季，玑衡用来调节日月五星的运行，这两者本来是相互依赖的。所以，玑衡的设置，历史记载说起源于帝喾，也有人说起源于伏羲。还有说法认为璿玑玉衡是羲和时期留下的旧仪器，并不是舜创制的。汉代的马融说："上天的本体无法直接了解，经书中记载的测天方法，只有玑衡这一种。玑衡，就是今天的浑仪。"吴国的王蕃也说："浑仪的构造，设置天梁和地平圈来确定天体的位置，造四游仪来连接赤道，这部分叫做‘玑’；在游仪中放置望筒和横箫，用来观测日月五星的运行，从而推算出它们运行的轨迹，这部分叫做‘衡’。"至于六合仪、三辰仪和四游仪并列为三重仪器，是唐代李淳风制作的。而黄道仪，是僧一行增加的。比如张衡继承洛下闳、耿寿昌的方法，另外制作了浑象，放在密室里，用流水转动它，来与玑衡测定的星度相符合，可见浑象本来就是一种单独的设备。唐代李淳风、梁令瓒遵循张衡的做法，才将浑象与浑仪一起使用。
〔7〕太平兴国四年979正月，巴中人张思训创作以献。太宗召工造于禁中，逾年而成，诏置于文明殿东鼓楼下。其制：起楼高丈余，机隐于内，规天矩地。下设地轮、地足；又为横轮、侧轮、斜轮、定身关、中关、小关、天柱；七直神，左摇铃，右扣钟，中击鼓，以定刻数，每一昼夜周而复始。又以木为十二神，各直一时，至其时则自执辰牌，循环而出，随刻数以定昼夜短长。上有天顶、天牙、天关、天指、天抱、天束、天条，布三百六十五度，为日、月、五星、紫微宫、列宿、斗建、黄赤道，以日行度定寒暑进退。开元遗法，运转以水，至冬中凝冻迟涩，遂为疏略，寒暑无准。今以水银代之，则无差失。冬至之日，日在黄道表，去北极最远，为小寒，昼短夜长。夏至之日，日在赤道里，去北极最近，为小暑，昼长夜短。春秋二分，日在两交，春和秋凉，昼夜平分。寒暑进退，皆由于此。并著日月象，皆取仰视。按旧法，日月昼夜行度皆人所运行。新制成于自然，尤为精妙。以思训为司天浑仪丞。
太平兴国四年正月，巴中人张思训制作了一架浑天仪进献给皇帝。宋太宗下令召集工匠在皇宫内制造，过了一年才完成，下诏放置在文明殿东边的鼓楼下。它的构造是：建起楼高一丈多，机械装置隐藏在内部，效法天地。下面设有地轮、地足；又有横轮、侧轮、斜轮、定身关、中关、小关、天柱；还有七位值日神，左边摇铃，右边敲钟，中间击鼓，以此来确定时间的刻数，每一昼夜周而复始。又用木头制作了十二位神像，各自值守一个时辰，到了相应的时辰就自己拿着时辰牌，轮流出来，根据刻数来判定昼夜的长短。上面有天顶、天牙、天关、天指、天抱、天束、天条，分布着三百六十五度，用来表示太阳、月亮、五星、紫微宫、二十八宿、斗建、黄道和赤道，根据太阳运行的度数来确定寒暑的进退。从唐代开元年间流传下来的方法，是靠水力运转，到了冬天水冻结，运转就会迟缓不灵，因而变得粗略，寒暑的测定没有准头。现在用水银来代替水，就没有差错了。冬至那天，太阳在黄道外侧，距离北极最远，称为小寒，白天短夜晚长。夏至那天，太阳在赤道内侧，距离北极最近，称为小暑，白天长夜晚短。春分秋分，太阳在黄道和赤道的交点，春季温和秋季凉爽，昼夜平分。寒暑的进退，都是由于这个原因。并且还制作了日和月的形象，都是用来仰视观测的。按照旧的方法，太阳月亮的昼夜运行度数都是靠人操作的。新的仪器制成后自动运行，尤其精妙。任命张思训为司天浑仪丞。
〔8〕铜候仪，司天冬官正韩显符所造，其要本淳风及僧一行之遗法。显符自著经十卷，上之书府。铜仪之制有九：
铜候仪是司天冬官正韩显符制造的，它的主要原理依据的是李淳风和僧一行留下的方法。韩显符自己写了十卷经书，进献给了朝廷的书库。铜仪的构造有九个部分：
〔9〕一曰双规，皆径六尺一寸三分，围一丈八尺三寸九分，广四寸五分，上刻周天三百六十五度，南北并立，置水臬以为准，得出地三十五度，乃北极出地之度也。以釭贯之，四面皆七十二度，属紫微宫，星凡三十七坐，一百七十有五星，四时常见，谓之上规。中一百一十度，四面二百二十度，属黄赤道内外官，星二百四十六坐，一千二百八十九星，近日而隐，远而见，谓之中规。置臬之下，绕南极七十二度，除老人星外，四时常隐，谓之下规。
第一种叫做双规，两个圆环的直径都是六尺一寸三分，周长一丈八尺三寸九分，宽度四寸五分，上面刻着周天三百六十五度，南北并排竖立，用水准器（水臬）来校正水平，测出地平面以上三十五度，这就是北极出地的高度。用轴（釭）贯穿两个圆环，它们的四面各是七十二度，属于紫微宫的范围，共有三十七座星官，一百七十五颗星，四季都能看到，叫做上规。中间一百一十度，四面二百二十度，属于黄道赤道内外星官，共二百四十六座星官，一千二百八十九颗星，靠近太阳时隐没，远离太阳时出现，叫做中规。在水准器以下，围绕南极七十二度，除老人星之外，四季常隐不见，叫做下规。