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第315章 古代天文工具与测量原理（第7页）

浑仪的设计哲学是“浑天如鸡子”的浑天说宇宙模型。它是一套由多个纯金属（通常是青铜）圆环嵌套组合而成的复杂仪器。主要组成部分包括：

基本框架（固定部分）：

这些环固定在一起，代表了宇宙的基本参考系。

子午环（双环）：安装在正南北方向上的固定双环，代表子午圈。它是仪器的基本骨架，用于校准方位。

地平环：水平放置的单环，代表地平圈。上面刻有方位（如二十四向）。

天常环：一个与地平成特定角度（等于当地纬度）固定的环，有些设计中它代表赤道环的基座。

可旋转部分（测量部分）：

这些环可以绕极轴旋转，用于瞄准和读数。

赤道环：这是最核心的环。它平行于天赤道安装，上面精确地刻有度（与中国古度一周天度数一致）或更精细的刻度（如又度）。所有天体的位置最终都以此环为基准进行测量。

四游环（双环）：嵌套在赤道环内的一对双环，可以绕极轴在赤道平面内东西方向旋转。它相当于现代望远镜的赤经轴。

窥管（望筒）：一根贯穿四游环南北极轴的管子和一条照准线。它可以南北方向在四游环的环面内俯仰转动，相当于现代望远镜的赤纬轴。

窥管是真正的“瞄准器”，天文学家通过它来对准要观测的星星。

三、工作（测量）原理：如何用它测星？

以测量一颗恒星为例，古代天文学家的操作流程如下：

校准：

先调整整个浑仪，确保子午环精确对准正南北方向。

调整赤道环的倾角，使其平面与天赤道平行（即与地平面的夹角等于o°减去当地纬度）。

瞄准：

松开四游环和窥管的卡扣。

转动四游环（调整赤经方向），然后俯仰转动窥管（调整赤纬方向），直到能从窥管中看到目标恒星正好位于照准线的中央。

读数：

一旦瞄准，立即锁紧所有卡扣。

读取去极度：在四游环上读取窥管所指的刻度，这就是该恒星距离北天极的角度（“去极度”）。

读取入宿度：在赤道环上读取四游环所指向的刻度。这个刻度通常以“距星”（宿中的标志星）为参考，表示该恒星与某个距星之间的赤经差（“入宿度”）。

通过这两个读数，就唯一地确定了这颗恒星在天空中的位置。

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四、历史演变与意义

起源与展：相传为西汉的落下闳等人明，历经历代天文学家（如东汉的贾逵、张衡，唐代的李淳风、一行，元代的郭守敬）不断改进，结构从简单到复杂，精度越来越高。

简化与巅峰：元代郭守敬现过于复杂的环圈会互相遮挡，影响观测。于是他大胆革新，创造了结构简化、精度更高的简仪。简仪将赤道坐标和地平坐标分离为两个独立的装置，是当时世界最先进的天文仪器。

意义：

科学价值：凭借浑仪，中国古代天文学家编制了空前精确的星表（如《甘石星经》），详细记录了行星运动、彗星、新星等天象，为世界天文学做出了巨大贡献。

象征意义：浑仪是中华文明追求天人合一、探索宇宙秩序的象征，代表了古代中国在科学、技术和工艺上的极高水准。

总结

浑仪不是一件简单的教具或装饰品，而是一台集科学理论、机械工程、精密制造于一身的大型科学仪器。它通过金属环圈模拟天球，用窥管进行照准，通过刻度系统进行读数，完美地将抽象的宇宙模型转化为可操作的测量工具。

它代表着中国天文学实测传统的核心，是古代天文学家“仰望星空”时手中最强大的武器。

象限仪（adrant）深度解析

象限仪是一种古老的天文和航海测量工具，主要用于测量天体的高度角（仰角），从而辅助导航、天文观测和大地测量。它的历史可以追溯到古希腊、伊斯兰黄金时代和欧洲大航海时期，对科学展起到了重要作用。

象限仪的历史展

起源与早期应用

古希腊时期（约公元前世纪）：数学家希帕克斯（hipparch）可能最早使用象限仪测量恒星位置。

伊斯兰天文学（世纪）：阿拉伯学者（如阿尔·巴塔尼、乌鲁伯格）改进了象限仪，制造了大型固定式墙壁象限仪（如撒马尔罕天文台），精度可达弧分级别。

欧洲中世纪：第谷·布拉赫（tychobrahe）在世纪制造了巨型象限仪，用于高精度天体测量，为开普勒行星运动定律奠定基础。

航海应用（世纪）

大航海时代：葡萄牙和西班牙航海家（如哥伦布、麦哲伦）使用简易航海象限仪（如“雅各布杆”）测量太阳或北极星高度，计算纬度。

被六分仪取代：世纪后，六分仪（可测量o°范围，抗船体晃动）逐渐取代象限仪，但仍用于教学和辅助测量。

象限仪的结构与类型

基本组成

o°圆弧（四分之一圆，刻有角度刻度）。