浑仪

浑仪                                                                         　　　

　　“浑”字在古代有圆球的意思。汉代张衡说过：“立圆为浑”。浑仪是由许多同心圆环组成的一种仪器，总起来看好象包在一个圆球里。浑象则是一个真正的圆球。浑仪和浑象又是反映浑天说的仪器，因而统称为浑天仪。 　　

　　浑仪中有窥管，是一种观测仪器，其主要用途是测定昏、旦和夜半中星以及天体的赤道坐标，有时也能测黄道经度和地平坐标。唐代天文学家李淳风设计制造的浑仪，其结构分为外、中、内三层（重）。    　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　浑仪中有窥管，是一种观测仪器，其主要用途是测定昏、旦和夜半中星以及天体的赤道坐标，有时也能测黄道经度和地平坐标。唐代天文学家李淳风设计制造的浑仪，其结构分为外、中、内三层（重）。外层称为六合仪，由子午环（天经双规）、地平环（金浑纬规）和赤道环（天常环）交结成固定的框架。中层称为三辰仪，由璇玑环、赤道环、黄道缓和白道环等构成。各环间的相对位置是固定的，但其整体可绕仪器的极轴东西旋转。内层叫四游仪，由极轴、赤经双环和窥管（也称望管）等构成。平行的赤经双环夹着窥管也绕极轴旋转。窥管还可以自由地在双环内转动，因此能指向天空的任何一点。唐以后所制造的浑仪，原理和基本结构都与李淳风浑仪相似，只是把规环或其他零件、部件增减一些罢了。　　

　　浑仪已有悠久的历史。何时发明，目前尚难断定。西汉天文学家落下闳曾造过圆仪。耿寿昌用圆仪测定日、月的视运动。东汉贾逵在圆仪上加黄道环，改称黄道铜仪，用以测定二十八宿的黄道经度等。一直到南北朝的张子信还在使用圆仪来观测日、月、五星的视运动。而后来出版的史书中往往说落下闳造浑仪，张子信用浑仪，可见圆仪和浑仪两种仪器名称虽异而功用实同。早期的浑仪构造如何，史无记载。有确切记载的是东晋时孔挺所造的浑仪。这架浑仪就是六合仪和四游仪合起来的两重铜浑仪，因为这是测量天体赤道坐标所需的最简单的结构，可以推断早期各家的浑仪相去也不会太远。后来因为要直接测量太阳在黄道上的运动，必须增加黄道环；要直接测量月亮在白道上的运动，又必须增加白道环。又因为天球的周日转动，二十八宿和黄道、白道等在天穹上的位置不断变化，为了适应这种变化就必须使黄道环、白道环和赤道环都能随天球转动方向转动，就有三辰仪的产生。这些都在李淳风的浑仪中得到实现。可是，随着浑仪环数的增加，所遮蔽的天区也越来越多。由于唐、宋以来数学的发展，人们已能比较精确地掌握赤道、黄道和白道三种坐标系统的互换，因此，北宋沈括首先去掉三辰仪中的白道环，开始了浑仪的简化过程。到郭守敬时发生了质的飞跃，创造出历史上有名的简仪。明清时代还曾仿制或新制一些浑仪，但已是余波，创新之处不多。　　

　　对于浑仪，中国古代还注意到它的安装位置的校正问题。北魏明元帝永兴四年（公元412年）造的太史侯部铁仪（或称灵台铁仪）有个十字底座。底座上开有水沟，以校正底座平准。北宋皇祐三年（公元1051年）于渊、周琮等造的皇祐新浑仪中，在六合仪的地平环上也开了水沟。仪器极轴的方向，可以从浑仪极轴两端的圆孔观测拱极星的周日运动来校正，北宋的沈括对此有详细的论述。后来郭守敬在简仪中创造了专门的候极仪装置。　　

简仪                                                                         　　　

　　中国元初天文学家郭守敬创造的一种天文仪器。因为是将结构繁复的唐宋浑仪（见浑仪和浑象）加以革新简化而成的，故称简仪。郭守敬摒弃了把测量三种不同坐标的圆环集中在一起的做法，废除黄道坐标环组，把地平和赤道两个坐标环组分解成独立的装置，即今所谓地平经纬仪和赤道经纬仪。同时废弃了浑仪中的一些圆环，赤道装置中只保留四游、百刻、赤道三个环；地平装置中除了地平环外，还增加了一个立运环。其中百刻、地平两个环是固定的，四游、赤道两环可以绕极轴旋转，立运环则绕垂直轴旋转。              　　　　　　　　

　　简仪中的赤道经纬仪与现代望远镜中广泛应用的天图式赤道装置的基本结构相同，有北高南低两个支架，支撑可以旋转的极轴。极轴的南端重迭放置固定的百刻环（唐、宋称之为天常环）和游旋的赤道环。因此，除北天极附近外，可对整个天空一望无余，不象浑仪那样有许多障碍观测的圆环。为了减少百刻环与赤道环的摩擦，郭守敬在两环之间安装四个小圆柱体，这种结构与近代“滚柱轴承”减少摩擦阻力的原理完全相同。　　

　　四游双环中的方柱形窥管被撤去三个柱面，称为窥衡。窥衡的两端各有侧立“横耳”，耳中有直径六分的圆孔，孔中央各装一根细线。观测时使两条细线与星重合，以防止人目位置不正所产生的误差。为了观测两个天体的赤经差，在简仪赤道面上安装两条界衡，可容两人同时观测。　　

　　简仪中的地平经纬仪称为立运仪，它与近代的地平经纬仪基本上相似。它包括一个固定的地平环和一个直立的、可以绕铅垂线旋转的立运环，并有窥衡与界衡各一，用以测定天体的高度和方位角。　　

　　简仪的另一成就是提高了刻度分划的精细程度，元以前的仪器只能准确到一度的十二分之一。简仪的百刻环上每刻等分为三十六分，四游环上每度等分为十分，比唐宋时代的浑仪大大前进一步。　　

　　简仪底座架中装有正方案，用来校正仪器的南北方向。座架上开有水沟，用以平准仪器。简仪的极轴两端附有候极仪，用以校正极轴方位。　　

　　明英宗正统二年（公元1437年）按郭守敬所制仪器仿制的仪器中有简仪一架，明清两代钦天监用于观测，以后就留在北京古观象台，抗日战争前迁往南京，现陈列于紫金山天文台。　　

苏州“天文图”                                                      　　　

　　苏州“天文图”是指原位于江苏苏州市南门西北部旧“苏州府学”中“文庙”门口南宋遗留大石碑上的星图，题名“天文图”，是南宋王致远在淳祐七年（1247年）所刻。据王致远说，“天文图”的底本得之于四川，是南宋嘉王赵扩（即后来南宋的第四代皇帝宁宗）的教师黄裳于绍熙元年（1190年）前后所画。　　

　　恒星观测在中国由来已久。《尚书》记载，传说中的尧帝就命人观星以确定季节。 古人把天上的星星分群命名，叫做星官；把它们的位置以图画的形式记录下来，这就是星图。星图是中国古代天文学成就的重要组成部分。中国文明绵延数千年而不衰，留下了许多形式各异、内容独特、日益精确的星图。其中宋代苏州的石刻“天文图”堪称世界珍品。    　　　　　　　　

　 　

　　与古希腊以神话中的人物、动物命名星官的做法不同， 中国古代以人间社会的普通事物命名星官。另外设有沿黄道、赤道带分布的二十八宿，起着天文观测坐标参照点的作用，是中国星官体系的重要特点之一。两汉时有石、甘、巫咸三家星官体系，到三国时由吴国的太史令陈卓把它们综合起来，形成了三垣、二十八宿共283个星官，计1464颗星的星官体系。这就是中国传统的全天星官体系。　　

　　目前发现的早期星图，以汉唐及其以后的墓室中的彩绘或石刻星象图居多，都是示意性的或星官位置不太准确的星图。如在西安发现的西汉墓室顶部的彩绘星图，画有二十八宿示意星图以及与之相配的图像。再如在唐代的敦煌卷子中发现有一套绘在纸上星图，绘有全部传统星官，是极有价值的古星图，但因是抄本，星官位置不太准确，只是画出星官之间大概的相对位置而已。与这些早期星图相比，苏州“天文图”星官完整，位置准确，可以说是一幅科学的全天星图。　　

　　苏州石刻“天文图”碑石总高　216厘米　，宽　108厘米　，碑额题“天文图”三字。碑石上部是一幅圆形全天星图，星图外圈直径约　91厘米　。星图形式与中国古代的盖图一致，以天球北极为圆心，画有三个同心圆，分别表示内规、赤道和外规。内规直径约　20厘米　，相当于北纬35地方的“恒显圈”。外规即外圈，相当于“恒隐圈”。也就是说，天文图是一幅可见星空的全天星图。图上还有以北极为中心的二十八辐射状的线，从“恒显圈”通向外圈，为二十八宿的宿度线，用以标记恒星的赤经坐标。星图外圈刻有与二十八宿相配合的十二辰、十二次及州国十二分野。图上刻有黄道、银河的界线，按三垣二十八宿的体系刻有全部传统星官，共刻画恒星约1436颗，比起传统的数目，遗漏并不多。　　

　　星图下面有文字说明，标题也为“天文图”三字。正文共41行，连中间双行注文，共2140字，概略叙述当时的天文知识，内容包括太极、天体、地体、地体、南北极、赤道、日、月、黄道、白道、经星、七政、天汉、十二辰、十二次和十二分野等，可以说是一部关于天文、宇宙及其与人文关系的极为精练的知识教科书。　　

　　苏州“天文图”具有极重要的科学价值。图上恒星的位置据研究是根据北宋元丰年间（1078-1085年）的实测，位置相当准确。北宋天文仪器的制造技术与观测精度都比以前有很大的提高。天文图上恒星的坐标位置，可以说是保存了一份我国北宋时代的恒星位置实测资料。星图上有一些特殊的星点，可能是新星或超新星的记录。如“天关”附近的星点，有人认为可能是1054年超新星的记录。此说固然需要进一步论证，但说明了“天文图”的科学价值。