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简介

  浑仪(armillary sphere,上古时称璿玑玉衡,简称玑衡。)
浑仪

  浑仪[1]是以浑天说为理论基础制造的、由相应天球坐标系各基本圈的环规及瞄准器构成的古代天文测量天体的仪器

构成

  浑仪是中国古代用于测量天体球面坐标的观测
仪器。它是由一重重的同心圆环构成,整体看起来就像一个圆球。有资料表明,在公元前4世纪中叶,中国就已经使用浑仪观测天象了,比古希腊早约60年。

  浑仪的最基本构件是四游仪和赤道环。四游仪由窥管和一个双重的圆环组成。窥管是一根中空的管子,类似于近代的天文望远镜,只是没有镜头。

  双重圆环叫四游环,也叫赤经环,环面上刻有周天度数,可以绕着极轴旋转,窥管夹在四游环上,可以在双环里滑动。转动四游环,并移动窥管的位置,就可以观测任何的天区。赤道环在四游环外,上亦刻有周天度数,固定在与天球赤道平行的平面上。这样,就可以通过窥管观测到待测量的天区或星座,并得出该天体与北极间的距离,称“去极度”,以及该天体与二十八宿距星的距离,称“入宿度”。去极度和入宿度是表示天体位置的最主要数据。

改进完善

  浑仪的改进和完善,经历了一个由简而繁,而又由繁而简的历程。从汉代到北宋,浑仪的环数不断增加。首先增加的是黄道环,用以观测太阳的位置。接着又增加了地平环和子午环,地平环固定在地平方向,子午环固定在天体的极轴方向。这样,浑仪便形成了二重结构。唐代起,浑仪又发展成三重结构。最外面的一层叫六合仪,由固定在一起的地平环、子午环和外赤道环组成,因东西、南北、上下6个方向叫六合,故名。第二重叫三辰仪,由黄道环、白道环和内赤道环组成,可以绕极轴旋转。其中白道环用以观测月亮的位置。最里层是四游仪。北宋时,又增加有二分环和二至环,即过二分(春分、秋分)点和二至(夏至、冬至)点的赤经环。

  多重环结构的浑仪虽是一杰出的创造,在天文学史上也起过重要的作用,但其自身也存在着两大缺陷。一是要把这么多的圆环组装得中心都相重合,十分困难,因而易产生中心差,造成观测的偏差。一是每个环都会遮蔽一定的天区,环数越多,遮蔽的天区也越大,这就妨碍观测,降低使用效率。

  为解决这两个缺陷,从北宋起即开始探索浑仪的简化途径。这个浑仪改革的途径由北宋的沈括开辟,元代的郭守敬完成。沈括由两个方面进行改革,一是取消白道环,借助数学方法来推算月亮的位置;一是改变一些环的位置,使遮蔽的天区尽量减少。而郭守敬又取消了黄道环,并把原有的浑仪分为两个独立的仪器,即简仪和立运仪。

  简仪由四游仪、赤道环和百刻环组成。赤道环的位置移至旋转轴的南端,这一方式,至今在各国的天文台上安装望远镜时,还广泛地被采用。百刻环的安装是一创新,环上等分成100刻,分为12个时辰,每刻又分作36分。

  它固定在赤道环内,既可承托赤道环,又可得到真太阳时的读数。四游仪窥管两端各设有十字线,这是后世望远镜中十字丝的肇始。

  立运仪与简仪装于同一底座上,由两个圆环组成。一个是平铺的“经纬环”,代表地平环,环面上刻有方位。一个是“立运双环”,中夹有窥管,可测量天体的地平经度和纬度。

  简仪和立运仪的设计和制造,在世界上领先300多年。近代天文台的赤道装置,测量仪器经纬仪等,都可从中找到其原始形态。

  还应该指出的是,中国古代浑仪采用的是赤道坐标系统,比西方采用的黄道坐标系统要先进得多,今天已为各国天文台所广泛采用。

  现在,人们还可以在南京紫金山天文台,看到明代正统二年到七年(1437~1442)间制造的浑仪和简仪。

浑天说理论

  浑天说是我国古代的一种重要宇宙理论,认为"浑天如鸡子,天体圆如蛋丸,地如鸡中黄",天内充满了水,天靠气支撑着,地则浮在水面上。天的大圆分为365.25度,浑天旋轴两端分别称为南极、北极,赤道垂直于天极,黄道斜交着天的大圆,黄赤道交角为24度。

浑仪发明史

  浑仪正是以此为基础而设计的。我国浑仪的发明大约是在公元前四世纪至公元前一世纪之间(即战国中期至秦汉时期)。早期的浑仪比较简单,经过历代天文学家的改进,到了唐代,由天文学家李淳风设计了一架比较精密完善的浑天黄道仪。整个仪器分为三层,外层叫六合仪,包括地平圈、子午圈和赤道圈。中层叫三辰仪,是由白道环、黄道环和赤道环构成。里层叫四游仪,包括一个四游环和窥管。现存明制浑仪基本就是这种结构,所不同的是取消了三辰仪中的白道环,而加上了二分环和二至环。由于浑仪的圈环过于复杂,遮掩天区,影响观测,所以元代的天文学家郭守敬将其简化,创制了简仪。

浑仪演变史

  “浑仪”是我国古代的一种天文观测仪器。在古代,“浑”字含有圆球的意义。古人认为天是圆的,形状像蛋壳,出现在天上的星星是镶嵌在蛋壳上的弹丸,地球则是蛋黄,人们在这个蛋黄上测量日月星辰的位置。因此,把这种观测天体位置的仪器叫做“浑仪”。

  最初,浑仪的结构很简单,只有三个圆环和一根金属轴。最外面的那个圆环固定在正南北方向上,叫做“子午环”;中间固定着的圆环平行于地球赤道面,叫做“赤道环”;最里面的圆环可以绕金属轴旋转,叫做“赤经环”;赤经环与金属轴相交于两点,一点指向北天极,另一点指向南天极。在赤经环面上装着一根望筒,可以绕赤经环中心转动,用望筒对准某颗星星,然后,根据赤道环和赤经环上的刻度来确定该星在天空中的位置。

  后来,古人为了便于观测太阳、行星和月球等天体,在浑仪内又添置了几个圆环,也就是说环内再套环,使浑仪成为多种用途的天文观测仪器。

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