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古代天文成就——天文仪器
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古代天文成就——天文仪器
天文仪器
元代郭守敬对于在使用传统的浑仪观测时,感到浑仪的环圈过于繁复,相互遮挡了不少天区且妨碍观测等缺失, 因而产的生了要简化浑仪的想法。至元十三年(公元 1276 年),郭守敬毅然进行革命性改革,去掉不必要圆环,取消了原浑仪中的白、黄道环;并把保留的圆环从层层套圈中分离出来,组成为两个互相独立、结构简单的赤道装置 (赤道经纬仪) 和地平装置,另外增加立运仪,创立了「简仪」。

简仪的赤道装置是由极轴以及围绕着极轴旋转的四游双环所组成,四游双环两面刻着周天度数,中间夹着可以绕四游杯中心旋转的窥管 (镜筒)。窥管两端安有十字架,这是后世望远镜中十字丝的始祖,大大提高了观测之准确度。为了校正仪器的极轴,简仪上安装了一「候极仪」,其由定极环 (安装于北支架上,环中斜放一个十字交叉,交叉中心有一小孔) 和一块铜板(安装于南支架上,板中央有一小孔) 组成。铜板和定极环小孔联线与仪器转动轴线平行。校正时就从铜板孔观测北极星周日视运动轨迹中心在定极环内的中心位置。
为了校正仪器安装的方向,简仪的底座上安装了「正方案」,其不仅能如同圭表般测日影,而且可以当量角器使用。简仪的地平装置是「立运仪」,它包括一固定的地平环 (阴纬环) 和一直立可旋转的「立运环」。这立运仪在我国仪器史上尚属首创,其可同时量测天体的地平方位及地平高度;其结构与近代测量上实用的经纬仪、航空导航罗盘同类型。
简仪的创制是我国仪器制造史上的一大创举,不但是世界科学发展史上的重要例证,亦为现代天文望远镜的先驱。它独立的赤道装置,是近代许多测量仪器的鼻祖。
浑象
浑象是古代中国人根据天文观测的结果而制造出来仿真天体运行的仪器,它是一种教学、表演天体视运动的仪器,为公元前70 ~ 50 年间 耿寿昌创制,公元132年,张衡用水的力量发动齿轮系统,稳定带动浑象转动,创制「水运浑天仪(象)」。它将太阳、月亮、二十八宿等天体以及赤道、黄道都绘制在一个圆球上,让人们不受日夜时间的限制,随时了解当时的天象,白天可以知道当时无法以肉眼看到的猩猩与月球的所在方位,因雨天和夜晚也能晓得太阳与月亮的精确位置。它不仅补足肉眼无法观测的空白,并且能帮助人们了解日、月、五星运行的运动规律。
石刻纪录
中国在殷商时期就有天文观测的纪录,从古代的甲骨文出土就看到有关太阳月亮等的图腾,因此在历史上由文字和图形记载的天文纪录当然也不计其数。
古星象图大致可依性质区分为具示意性或科学性两类,一类是为装饰或宗教目的制作的示意性星象图,如汉唐以来的墓室顶部,经常发现有彩绘的或石刻的星象图,这类星图显然绘制得比较粗糙,且象征意义远比精确性来得凸显,内容往往也不完整,有的只绘出单一的星宿(可能和当事人生前的官位相关);另一类是常出现在书籍、画卷、石刻仪器等上面具科学性的星图,是古代天文观测者为认知教学和记录天空星星位置而绘制的,其内容除了受肉眼能见度而局限于个数较少的恒星,无法和现代望远镜能观测到的众多恒星个数和星座数目相比较外,星图内容较准确、记载的天象也比较完整,有助于我们了解古代人对恒星的观测,和研究地球自转和公转运行的变迁,如「岁差」规律的探研。可惜这类星图流传下来的不多,依文献记载所提及的战国时代的甘、石、巫三家星图、三国时期陈卓编制的星图等都早已失传。现存的星图有唐代的敦煌星图、宋代苏颂《新仪象法要》中的星图及苏州石刻《天文图》等较具科学价值。
历史上有非常多具有高科学研究价值的古星图都已经失传,得以流传至今的大多是以石刻的方式记载。 -
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- 30在古观象台上
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- 赤道
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