明朝科技史之天文学

天文学
　　（一）行星运动控制力
　　１。基本思想
　　中国在千百年的天文学发展史上曾经产生过有关行星运动的物理机制的思想。中国天文学发展到明末清初，就有一些天文学家在研究行星运动时提出了朴素的天体引力的思想。他们所使用的概念是 气 和磁石吸力。
　　据薄树人先生研究，明朝末年，有一位研究传统天文学的天文学家叫邢云路，他在１６０８年出版了一部书，叫《古今律历考》。在这部书中他提出了一连串的问题：月亮和行星都在天空中不断运动着，可是为什么月亮轨道对黄道的交角却没什么变化呢？为什么行星的运动周期又那么准确不变呢？邢云路对这一类问题的回答是，这都是太阳的缘故。
　　太阳为万象之宗，居君父之位，掌发敛之权；星月借其光，辰宿宣其气。故诸数一禀于太阳，而星月之往来，皆太阳一气之牵系也。 邢云路的这一段话虽然有错误，但是有两点却很值得注意。首先，他认为行星和月亮一样，也是因反射太阳光而发光的。第二，更重要的是他提出，行星之所以能往来运动，都是因为受到了一种力量的牵引控制，这种力量乃是太阳发出的一股气。邢云路在这里发展了宣夜说的思想，明确指出了支配行星运动的气的来源是太阳。
　　２。思想渊源邢云路之作出这个结论，是根源于中国的传统历法计算。中国古代的历法实际上是一部天文年历，其中除了年月日的安排外，还包括太阳运动、月亮运动、日食和月食预报、五星运动等极为丰富的内容。邢云路从这些项目的计算中发现，其中无不与太阳有关。各种与月亮及五星运动有关的天象，它们的推算过程中都必须考虑太阳，即所谓 诸数一禀于太阳.从这个事实出发，邢云路作出了进一步的推理： 太阳为万象之宗.邢云路几乎把太阳比作了宇宙的中心。可惜，他没有讨论太阳和地球的关系。不管怎样，他把行星运动的控制力量归之于太阳，这无疑是一个很大的进步。这个 太阳一气之牵系 的思想，可以说就是太阳引力的概念。所不足的是他的太阳系概念还不清楚，把月亮放在了和行星同等的地位上，而实质上月亮乃是地球的一颗卫星，它主要在地球引力的支配下，绕地球旋转，只是被地球带动着、随地球一起绕太阳旋转而已。
　　３。意义邢云路的思想已经接近了近代天文学的大门，而他的思想正是从传统天文学的基础上发展出来的。这就证明，中国的传统天文学尽管与欧洲古典天文学不同，尽管有它自己内部的缺陷，但决不是阻碍它本身向近代天文学发展的根本原因。这个发展过程终于以引进欧洲近代天文学而完成，其中的根本原因在于中国和欧洲的社会历史条件。
　　（二）星图
　　１。隆福寺藻井天文图１９７７年夏末，在拆除北京隆福寺残存建筑过程中，发现位于该寺正觉殿藻井顶部的明制天文图。
　　隆福寺位于北京东四人民市场后院，建成于明景泰四年（１４５３年）。
　　隆福寺天文图画在正觉殿藻井天花板上。板厚４厘米，板为边长７５。５厘米的正八角形。板上裱糊着一层粗布为底衬，表面则施用油漆，基色深蓝。
　　星象和有关联线以及宫次文字等，均采用沥粉、油漆、涂金、贴金等工艺手段。其中沥粉技术相当高超，使通过沥粉所表现的星象和文字不仅准备工整，也非常完美传神。
　　图中以北天极为中心，用沥粉圈出半径不等的六个同心圆圈。
　　第一个圆圈（由内向外为序）即图上最小圆圈的半径为１５。８厘米，表示范围内星象绕天极旋转时，在观测者所在纬度总不没入地平，亦即盖天图中的内规。
　　第二个圆圈为天球赤道，半径４７。５厘米。
　　第三个圆圈为盖天图的外规，表示再往外的星象在观测地点看不见，它圈定了观测纬度星象可见的范围，半径为８０。５厘米。
　　第四个圆圈半径为８２。９厘米。在三、四两个圆圈之间，标有二十八宿文字。
　　第五个圆圈半径为８６。３厘米。在四、五两个圆圈之间，标记宫次分野。
　　宫次分野跨度大体上均分，仅个别有所出入，不完全相等。
　　第六个圆圈是天文图的外轮廓线，半径为８７厘米，距木板边线４厘米。
　　天文图描绘观测者所在纬度能够看到的全天星象。画面除前面提及的几个坐标圈外，还有连接内外规，通过二十八宿距星的２８条赤经线，但没有标出黄道。
　　透过长年香火熏燎的污黑涂层，还可以看出个别小楷细书的星名。画在天文图圆心的星，是属于北极座的天枢星（又名纽星）。据伊世同先生研究，天枢星和天球北极星最接近的年代约为公元８５０年。虽然在此前后几百年内都可近似地把天枢星当做北极星，但显然与明初所见之北极星不符。图中一些星座的形象和位置也都表明，天文图所依据的原始资料非当年实测数据，很可能是一份历代承传的古星图。
　　隆福寺藻井天文图画面现存星数１４２０颗，星数、星官部位都与《步天歌》吻合得相当好，应属于《步天歌》系统。它所依据的原件当然也不能超越 隋、唐之交 这一年代上限。
　　经过几个方面的初步分析，该图所依原件很可能是唐开元（或稍后）年间的作品。隆福寺藻井天文图做为一幅更古老的星象抄本看待，有一很关键的背景因素不容忽略：即北京隆福寺是明代皇家两大香火院之一，完全有条件以大内秘宝为母本，经临摹而敬献于佛前。即或原件也是摹本，其抄转承传次数也应较外面流传的要少，该是一幅认真和可靠的作品。北京隆福寺藻井天文图在类似古星图中，图幅相当大（仅次于杭州吴越古墓石刻星图），星数很多（比苏州石刻天文图略少），星象联线遗留着某些古风（如八谷、造父等星座的象形联法）等等。
　　２。常熟石刻天文图常熟县文管会现存放一块明石刻天文图碑。碑石因年久风化，部分表面有损，但是，线条星点、十二辰次和分野以及部分星名还较清晰。
　　据王德昌等先生研究：《常熟石刻天文图》成于明朝正德元年（１５０６年），原存于常熟邑学礼门东西两边。由杨子器所刻，计宗道于弘治十五年任常熟县令，正德元年重刻此图，该天文图碑高２米有余，宽１米左右，厚２４厘米。
　　此碑在外形大小以及上半部以北极为中心的星图和下半部的说明文字（即图跋）等方面，与《苏州石刻天文图》都很相似。上半部星图周围还有云霓四布，以资点缀。
　　整个星图以北极为中心投影有三个大小不同的同心圆，另外有一个与中圆斜交的圆。
　　小圆直径１８。４厘米，由于中圆赤道离极９０°u65288X古时为９１°u65294X３），不难算出小圆就是北纬３６°u65294X８的地方所见环极附近常年不隐的星区范围。
　　和小圆同心代表赤道的中圆直径是４５厘米，与它斜交的中圆直径为４４。５- ４５。０厘米，代表黄道。
　　大圆的直径为７０。８厘米，是可见范围的界限，在此大圆之外的星是常隐不见的。
　　三个同心圆的中心为赤极。今以勾陈一为极星。隋唐以北极第五星为极星，《宋史？天文志》、《明史？天文志》及苏州石刻天文图等均如此。常熟图上之赤极在纽星与勾陈一之间，偏近前者。
　　黄道之极点为黄极。在常熟图上的，近靠五尚书，与实际黄极略有角距。
　　从星图平面上测量黄赤交角得近似值为２３°u8212X ２５°u65292X与实际黄赤交角基本上一致。
　　两个中圆相交的，为春分点和秋分点。介乎此两个点之间，在黄道上最北的一点为夏至点，最南的为冬至点。图上只标上秋分点和夏至点。
　　依照岁差推算出１９７５、１５０６、１１９０和６００年的春分点和秋分点的实际位置，标在图上，分别与苏州天文图、常熟天文图作比较，可知常熟图的春分点基本上照刻《苏州石刻天文图》上的位置，与隋唐时代的春分点位置相仿；苏州图上以纽星为赤极，也取自隋唐。比较苏州图和常熟图，可以发现，秋分点位置偏差很大。这是由于在平面上两个半径相等圆的二交点相距不可能是１８０°u65292X因此，两个图上秋分点不准确是毫不奇怪的。这完全是由于投影方法所引起的，并非人为偏差。
　　在苏州图和常熟图上都有从小圆出发并由赤极向四方散射出的二十八条经线。它们应该通过二十八宿的距星。
　　常熟图和苏州图及《新仪象法要星图》都一样，二十八宿赤道宿度，完全抄用了宋元丰年间所测的结果。
　　《常熟石刻天文图》标有２８４座、１４６６星，其中紫微垣３７座１６３星；太微垣２０座７８星；天市垣１９座８７星。东方七宿４６座１８６星；北方七宿６５座４０８星。西方七宿５４座２９８星；南方七宿４３座２４６星。（胃宿大陵多一星，鬼宿天记旁多一座一星，共多一座二星）
　　常熟天文图和苏州天文图都在星图的大圆外沿刻上十二辰、次和分野，两者内容完全一样。形式上稍有区别。
　　常熟天文图共订正苏州天文图二十个星名，填补苏州天文图有星无名者共二十二处，有名无星者四处。常熟天文图订正《苏州石刻天文图》星数，其中苏州天文图二十八处星官少星４５颗，十一处星官多星１１颗，星官无故增加４座１４星，星官无故减少５座６星。常熟天文图共２８４座１４６６星，故苏州天文图应为２８０座１４３３星。
　　苏州天文图中星名重复者有毕宿之 听 和 附耳.星名和星点远离者有天市垣之 列肆 和室宿之 垒壁阵 ，在常熟天文图中都作了纠正。
　　苏州天文图中，某些不同星官间有线相连，这不合从古以来星图的习惯，常熟天文图作了大部分改正。
　　常熟天文图是仿照苏州天文图而刻制，并订正了苏州天文图的星位缺乱部分，但未改正岁差，星官名称基本依照《宋史？天文志》，另考甘石巫氏星经、星官连线等多数根据《新仪象法要星图》。
　　对常熟天文图的初步考察来看，虽然某些星官的位置准确度较低于苏州天文图，但此图仍不失为是《敦煌星图》、《新仪象法要星图》和《苏州石刻天文图》之后的一幅重要星图。无疑，它在我国古天文历史上也占有不可忽视的地位。
　　３。涵江天后宫星图解放初期，福建省莆田县文化馆从本县涵江镇天后宫收集到明代星图一幅。据该馆报道：这幅明代星图为大型卷轴式画幅，残长１５０、宽９０厘米。
　　中央绘星图，上下为文字说明。
　　星图以北极为中心，用墨线画三个同心圆，用红、黄线分别画两个相交的不同心圆。三个同心圆之中，内圆直径仅３厘米，周圈书写四卦、八干、十二支组成的二十四方位。中圆即内规，直径１７厘米，表示星象绕天球北极旋转时不没入地平的范围，在圆周线旁注明 常现不隐图.外圆即外规，直径６２厘米，表示在观测点可见的空中最大限度，故在星图最下端南极老人星旁又注明 常隐不现界.两个相交的不同心圆直径均为３５。７厘米，交角为２４度，圆心距北极同为３。８厘米，给人印象似乎是表示黄道和赤道。但是我国现存星图上所画的赤道多以北极为圆心，以内外规为等距离。像此图这样画赤道，还是第一次见到。
　　星图上还画二十八根经线，从拱极圈向四周辐射，间隔的宽度不等，分别等于二十八宿的距度。最宽的是井宿，有 三十度三十分余 ，最窄的是觜宿，只有 半度二十五分余.这种画法同苏州石刻天文图大体相同，但计度与苏州图不大一样，而与罗盘上的二十八宿计度基本一致。穿过参宿的一根经线特别突出地画了红色，上面还画着一百八十八短划，表示纬线。
　　在上述三个同心圆的外圆周围２。５厘米内，画有两圈长方形小格的刻度，内圈以墨线画三百七十七格，外圈以红线画三百九十一格。这既不同于我国传统的周天刻度３６５又１／４度，也不同于西洋的３６０度。
　　星图上的星官，是仿照我国传统的三垣、二十八宿为主的画法。经初步核对统计，全图共画有二百八十八个星官，约一千四百颗星（模糊难辨的不计在内）。其中北斗七星和二十八宿主座特别用红色突出，其余的星都画成黑圈白点。各星大小不同，表示星辰的视亮度。在星图最外围宽１２厘米的周框内，以工笔重彩精绘九曜二十八宿神像，衬以云纹。
　　文字说明部分共分三大组。第一组在星图的上方，第二、三组在星图的下方。第一组文字因残缺严重，无法校读。第二、三组文字说明，分别用楷书和仿宋体书写，除右边头几行残缺外，其余尚完整。第二组文字说明除中间一段列 四方、二十八宿 名称外，其余各段尚未查出其所本。从内容看大体分为三部分：第一部分是 太阳行度过宫 的歌诀；第二部分主要是 太阳躔度过度 的歌诀；第三部分则是说 中天紫微垣 各星官所处的方位。
　　第三组文字说明是针对二十八宿的。每段第一句叙述该宿的躔度，然后放空一格，接下基本照录《步天歌》原文。
　　根据这幅星图上王良——阁道之旁画出的一颗客星，表明绘制星图的年代上限当在万历年间。至于此图的年代下限，由于图中第二、三组文字说明中，对孔丘的 丘 字和清康熙帝玄烨的 玄 字都不避讳，故大致可定为明末清初。从此图的绘画风格、颜色、纸张等进行鉴定，也可以认为是明末清初的作品。
　　这幅星图基本上继承了我国传统星图的画法。它和苏州石刻星图相比，有许多相同之处，如紫微垣部分、北斗形式、黄道、赤道以及某些星官的形状等等。但是由于此图绘制于明末清初，也出现了西方传教士来华后所画星图的某些特点，如画出红标尺，用大小表示星等，用带毛的星来表示 气 等等。
　　在我国古星图的发展史上，这幅星图补充了自宋至清的星图中的某些缺环，对有些星官的认证很有帮助。如：增星，例如器府、东瓯、天庙等等都已画出，而这些星在清康熙刻本《灵台仪象志》里却都找不到；神宫、傅说、鱼等星的位置关系，与已发现的自宋至清的其他星图画法有所变化；天渊、积府等星官的星数和联线保存了古星图的画法，而与清代星图里的画法迥然不同。所以，这幅星图是认证古代星官变迁的宝贵资料。
　　值得特别指出的是，这幅星图的中央即内圆，贴上了罗盘；图上关于二十八根经线及其距度的文字说明，也都和罗盘的外圈相一致。这无疑是象征航海时所使用的罗盘。图上内圆相当于罗盘的内圈，外圆相当于罗盘的外圈。
　　这种画法在我国古代星图中还是首次见到。显然，这幅星图与航海有密切的关系。但它又不是实际应用于导航的，只作供奉用的。
　　（三）周述学与计时器
　　１。水晶漏周述学对计时器进行过大量研究，尤其是对沙漏的研究更为突出。其研究成果，在他的《神道大编历宗通议》一书中有详细记载。
　　周述学在《神道大编历宗通议》（以下简称《通议》）中记述了不少前人的计时器，有些内容是其它史籍上所未见的，白尚恕等先生认为：这对进一步研究我国古代计时器是有相当价值的。
　　关于 水晶漏 有一条人们熟知的记载： 明太祖平元，司天监进水晶刻漏。中设二木偶要，能按时自击钲鼓。太祖以其无益而碎之。 在《通议》卷十七中不仅有进一步的记载，而且还有一幅非常珍贵的仪器图。现将文字记载抄录于下： 右水晶漏，元制，甚巧，我太祖毁之，失传已久矣。其浑仪周围二尺五寸强，中列十二龃龉，长八寸，以按十二时，龃龉在轮上转。触直使之手，则系鼓以报时。旁列百龃龉以按一日刻，触直符之手，则系钲以报刻。丁甲庙中有十二神骑十二属相，下共一轴，龃龉触其轴，一时一神立水上矣。　水适自混沌天池下吕梁，流中江以激浑仪之轮，至分水亩折入南北海，会于尾轮，注星宿海。黄河逆流，泻入混沌天池，而循环不穷矣。 根据上面的的图形和文字说明，使我们能够大体上知道 水晶漏 的形制和结构。《通议》中关于水晶漏的图形的文字记载，为研究我国计时器史提供了珍贵资料。
　　２。沙漏明初詹希元设计制造的 五轮沙漏 在《明史》和《皇朝文衡》中有较详细的记载，在《通议》中也有所记载，其中最主要的是詹希元使用五轮沙漏的说明。《通议》说： 沙倾斗运用以合天，若一轮拟之，则其势迫而动速，虽微窍约沙以缓之，与天道恒过千有余转，故不得不重其轮，以迟其进，至五加而后吻合。詹君体验可为悉矣。 又说： 沙漏之制：国初新安詹君希元始创之，盖为冰渐窍窒，漏莫能行，及以沙代，沙行太疾，未协天运，于斗轮之外复加四轮，轮有齿皆三十六，犬牙相入，递转益迟，思诚巧矣。 把这两段文字联系起来看，问题就清楚了。詹希元根据水晶漏使用时间长了发生 窍窒 的弊病而改为以流沙为动力，借以消除 窍窒 现象。开始他只用一个斗轮，结果轮子转得太快，于是不得不把漏沙孔弄小一些，但仍然有些快，在一天中指针比实际多转一千多转。于是詹希元又用增加传动齿轮的办法解决指针转速的问题。他进行了一系列实验，一直增加到五轮才获得成功。
　　詹希元为了使沙漏的运转符合实际，缩小了漏沙孔和增加了变速轮。可是时间长了又产生新问题，即北方多风，沙子易带尘土，因此 沙不经水汰，取而用之，阻塞十常八九.针对这种情况，周述学认为： 今欲沙之常流，则莫先扩窍，欲扩其窍，非增轮不可也。 他用大量时间研究 扩窍 和 增轮 问题，反复进行实验，前后设计了五套齿轮系统。
　　周述学试制了许多沙漏，目的是为了使其运转与实际相符合，采取的办法是首先扩大流沙孔，解决阻塞的问题。这样一来，运转速度就又比实际快，因而又设法减慢齿轮的运转速度，他在这个问题上的着眼点是加大全轮系的速比，通过增加大轮的齿数或齿轮的个数来达到这个目的。正因为如此，周述学设计的沙漏的速比都大于詹希元的五轮沙漏的速比，于是他最后选择了第五种方法。《明史？天文志》上说，周述学 微裕其窍，运行始与晷协 ，这是改进的结果。
　　在《通议》中还记有 用沙漏凡例 九条，都是讲使用沙漏的注意事项。
　　周述学对沙漏的研究达到了很高的水平，除了铜人指时外，还有丸子报时装置，两者同装在一个更点楼中，这是詹希元五轮沙漏所没有的。以理推之，更点楼应在时刻盘之下，而丸子应放在时刻盘的边缘上，下面有直立口朝上（下面有底）的更筒。
　　３。 浑仪更漏 在《通议》中还记有一种 浑仪更漏.其中不仅有文字说明，而且还附有图形，从其构造来看，与历史上同类计时器有所不同，仪器上的某些装置在其他计时器上很少见。其结构和原理如下：浑仪更漏呈方柜形状，底座为正方形，每喧长一尺二寸，高三尺四寸有奇，分上下两部分：上部九寸有余，称为 地仪 ；下部二尺有半，称为 水海 （或 水柜 ）。地仪的上面中开大圆，直径略大于九寸，中间安装一直径为九寸的 浑球.此浑球是一个小形天球仪，球面上有星座、黄、赤二道、上下规、二十八宿分界线，极轴与地仪上面成三十六度倾角（全圆周分为三百六十五又四分之一度），且上下各半。 南极 点处有个窍、 北极 点处有个凸起的 极管 （圆管状），长一寸、径二分。由两根 擎天柱 连接南北极的窍和极管支架着浑球。地仪的上面除有半个浑球露出外，还有辰刻半环、量天尺、时盘、阴阳旗、水则签、指南针等等。这些装置 皆有所司.量天尺就是古代的圭表，把它安装在计时器上是不多见的。时盘相当于现代的表盘，用以指示时刻，除沙漏上有这种装置外，我国其他计时器上在周述学的时代也没有。水则签是测试水位高低的装置，其下端有浮舟在水海的水面上，随水面的高低上下浮动，通过水则签上的刻度即知水位高低。
　　水海就是个水箱，里面装入适当数量的水，水面上有个大浮子，用线索与地轴相连，并将线索绕在轴上，使大浮子上的线索正好拉直。柜下侧有孔，水由此滴此，水位慢慢下降，浮子也便随之下降，同时线索带动地轴旋转，从而浑球就慢慢地转动。
　　在浑仪更漏旁有一特别的报时系统，叫做 更厨 ，由高二尺八寸的四柱子构成正方形的框，长、宽为一尺一寸五分，按高度分为四层，下层高六寸，二层高五寸，三层高一尺四寸，四层高三寸，上边顶盖，可以开合。正面（向南）二、三层有两扇小门。报时机构就在这小厨里。第二层置更筹，其中安装有溜槽、更筒、坠子、金钱、铅子、锣鼓等等，用以报时。报时方法有两种：一是用铅子鸣锣鼓；一是通过坠子推动金钱的小圈，小圈则推动金钱， 以行发筒鸣更 ，可能是打击更筒发声，报告时间。
　　周述学把浑仪更漏与沙漏放在一起叙述，可能是为了配合沙漏，以互相核校。关于这个问题还需进一步探讨。但是，可以肯定地说浑仪更漏是我国计时器发展史上的重要成就之一，它的构造向近代机械钟又跨进了一步。
　　（四）航海天文——过洋牵星术
　　１。过洋牵星图明初，郑和下西洋所用的《郑和航海图》，是我国现存最古的海图，其中有许多牵星资料。
　　《郑和航海图》见于明代茅元仪编辑的《武备志》一书卷二百四十。原图共２４页，其中序１页，海图２０页，过洋牵星图２页（４幅），空白１页，原名为 自宝船厂开船从龙关出水直达外国诸番图.《郑和航海图》绘有山形岸势、浅沙、礁岩；标明各国方位，停泊地点；画出航线，注明针路（航向）、更数（距离）等。海图中标牵星数据，附过洋牵星图，以测天定位，指导航行，是现代海图所没有的，这是《郑和航海图》的最大特点，显示了我国古代劳动人民的高度智慧和创造精神。《郑和航海图》中的牵星记载丰富、具体、准确。《郑和航海图》的２０页海图中，有３页半载有牵星数据，加上２页（４幅）过洋牵星图，有牵星记载的共达５页半，占《郑和航海图》的四分之一。
　　据刘南威等先生研究：《郑和航海图》中有牵星记载的近７０处。其中直接标在航线上的有１６处；标在沿岸和岛屿上的有３４处；标在过洋牵星图上的近３０处（不包括图说明与图注文中重复的记载）。
　　航线上的牵星记载，有些只标牵星数据，如： 在三指觜头山势去到六指二角直达那里寅上，又在六指二角内山 ， 觜头也有十指，在十指山势去到十二指具实记落 ；有些除标牵星数据外，还注针路和更数，表示要观星定位与罗经导航配合使用，如： 在华盖星五指内去到北辰星四指，坐斗上山势，坐癸丑针，六十五更，船收葛儿得风 ， 九指二角用丹辛针一百六十六更船收都里马新富.航线上牵星使用的星辰有北辰、华盖、小斗和布司。
　　沿岸和岛屿上的牵星记载，比较完整，有地点、星名和指角数，是研究牵星术的重要资料。沿岸和岛屿上牵星使用的星辰仅北辰星和华盖星。
　　过洋牵星图中的牵星记载，其牵星数据直接注在星座图形的近旁，使人一目了然，牵星使用的星辰最多，除北辰和华盖外，还有灯笼骨，织女星，西北布司星，西南布司星，南门双星，北斗头双星，西南水平星，七星等。
　　２。牵星术早期的航海天文，只是利用日月星辰来辨别航行方向。《郑和航海图》的牵星记载，标志着我国元、明时代的航海天文已进入 观日月升坠，以辨东西；星斗高低，度量远近 的过洋牵星阶段。即进入以海上天文定位为特点的牵星术阶段。
　　牵星术就是观测星辰（主要是北极星）的海平高度（仰角），来测定海上船舶在南北方向上相对位置的一种方法。
　　《郑和航海图》的牵星记载，是研究牵星术的重要史料。在这些牵星记载中，主要包括了三个要素，即地名、星辰名称和星辰高度（ 指 数）。
　　其中对于星辰名称和 指 的含义考证还未深入，只有弄清星辰名称和 指 的含义，才能了解牵星术的全貌。
　　《郑和航海图》中记载的星辰有北辰、灯笼骨星、华盖、织女、南门双星、七星、北斗头双星、北辰星第一小星、西北布司星、西南布司星和小北斗等十二星辰。其中最主要的是观测北辰和灯笼骨星。在观测北辰不便时，也常用华盖星。
　　为了证认当时所用的星名，先要确定观测时间和确定北辰星和灯笼骨星。
　　确定了观测时间和北辰、灯笼骨星以后，利用后面定出的 指 所相当的角度，可以证认的其它星名为：华盖是小熊β和γ，南门双星是半人马α和β，七星为昴星团，西北布司星为双子α和β，织女星为天琴α。这些星辰都是易于辨认的，但地平高度变化很大，中天时刻不易确定，所以这些星只是为防止主要牵星用的星辰被云遮盖和认星确切而选作备用和参考的。
　　《郑和航海图》中的牵星 指 数，颇为准确，当是通过仪器观测获得的。观测所用仪器，可从关于 牵星板 的记载作出推断。明李诩（１５０５- １５９２年）撰《戒庵老人漫笔》一书中， 苏州马怀德牵星板一副，十二片，乌木为之，自小渐大，大者长七寸余，标为一指、二指以至十二指，俱有细刻，若分寸然。又有象牙一块，长二寸，四角皆缺，上有半指、半角、一角、三角等字，颠倒相向，盖周髀算尺也。 可见，牵星板是用乌木做成小方形板，共十二板，最大的一块每边长约２４厘米（合明尺七寸七分强），为十二指；最小的一块，每边长约２厘米，为一指。
　　使用牵星板之方法，是观测者手臂伸向前方，手持牵星板，使板面与海面垂直，板下端引一定长之绳以固定板与观测者眼睛之间的距离，观测时，使板下边缘与海天交线相合，上边缘与所测天体相接，便得天体离海平面高度，单位是指 ， 指 以下单位是 角 ，一指等于四角。 角 可从牵星板刻度读出，或用小　象牙块量得。
　　四幅过洋牵星图除第一幅缺图名外，其余均有名称，图名之后有说明。
　　过洋牵星图在结构上是一水平长方框，分为东西南北四边，上北下南，左西右东。框内绘帆船航海上，框外绘牵星使用的星座图形和方位，星座旁有注文，标出星辰的名称和指数，有些还标出地名，牵星使用的那一颗或两颗星，还用直线连及框边，以便于使用。图说明和图注文大同小异，可互相补充。
　　通过对《过洋牵星图》的分析，可以看出我国的牵星术，其牵星使用星辰之众多，观测指角数据之准确，几个星辰并用之方法和过洋牵星仪器之应用都超过当时世界各国的水平。可以说牵星术是我国古代航海天文最重要的成就。