-
渾儀
鎖定
渾儀理論背景
渾天説是中國古代的一種重要宇宙理論,認為"渾天如雞子,天體圓如蛋丸,地如雞中黃",天內充滿了水,天靠氣支撐着,地則浮在水面上。天的大圓分為365.25度,渾天旋軸兩端分別稱為南極、北極,赤道垂直於天極,黃道斜交着天的大圓,黃赤道交角為23.25度。
渾儀命名簡介
渾儀是以渾天説為理論基礎製造的。在古代,“渾”字含有圓球的意義。古人認為天是圓的,形狀像蛋殼,出現在天上的星星是鑲嵌在蛋殼上的彈丸,地球則是蛋黃,人們在這個蛋黃上測量日月星辰的位置。因此,把這種觀測天體位置的儀器叫做“渾儀”。
渾儀組成構成
渾儀基本構造
渾儀是中國古代用於測量天體球面座標的觀測儀器。它是由一重重的同心圓環構成,整體看起來就像一個圓球。有資料表明,在公元前4世紀中葉,中國就已經使用渾儀觀測天象了,比古希臘早約60年。
雙重圓環叫四遊環,也叫赤經環,環面上刻有周天度數,可以繞着極軸旋轉,窺管夾在四遊環上,可以在雙環裏滑動。轉動四遊環,並移動窺管的位置,就可以觀測任何的天區。赤道環在四遊環外,上亦刻有周天度數,固定在與天球赤道平行的平面上。這樣,就可以通過窺管觀測到待測量的天區或星座,並得出該天體與北極間的距離,稱“去極度”,以及該天體與二十八宿距星的距離,稱“入宿度”。去極度和入宿度是表示天體位置的最主要數據。
渾儀改進完善
一、多重環結構
渾儀的改進和完善,經歷了一個由簡而繁,而又由繁而簡的歷程。從漢代到北宋,渾儀的環數不斷增加。首先增加的是黃道環,用以觀測太陽的位置。接着又增加了地平環和子午環,地平環固定在地平方向,子午環固定在天體的極軸方向。這樣,渾儀便形成了二重結構。唐代起,渾儀又發展成三重結構。最外面的一層叫六合儀,由固定在一起的地平環、子午環和外赤道環組成,因東西、南北、上下6個方向叫六合,故名。第二重叫三辰儀,由黃道環、白道環和內赤道環組成,可以繞極軸旋轉。其中白道環用以觀測月亮的位置。最裏層是四遊儀。北宋時,又增加有二分環和二至環,即過二分(春分、秋分)點和二至(夏至、冬至)點的赤經環。
二、簡化、分立
多重環結構的渾儀雖是一傑出的創造,在天文學史上也起過重要的作用,但其自身也存在着兩大缺陷。一是要把這麼多的圓環組裝得中心都相重合,十分困難,因而易產生中心差,造成觀測的偏差。一是每個環都會遮蔽一定的天區,環數越多,遮蔽的天區也越大,這就妨礙觀測,降低使用效率。
為解決這兩個缺陷,從北宋起即開始探索渾儀的簡化途徑。這個渾儀改革的途徑由北宋的沈括開闢,元代的郭守敬完成。沈括由兩個方面進行改革,一是取消白道環,藉助數學方法來推算月亮的位置;一是改變一些環的位置,使遮蔽的天區儘量減少。
郭守敬取消了黃道環,並把原有的渾儀分為兩個獨立的儀器,即簡儀和立運儀。
1、簡儀
簡儀由四遊儀、赤道環和百刻環組成。赤道環的位置移至旋轉軸的南端,這一方式,至今在各國的天文台上安裝望遠鏡時,還廣泛地被採用。百刻環的安裝是一創新,環上等分成100刻,分為12個時辰,每刻又分作36分。
2、立運儀
立運儀與簡儀裝於同一底座上,由兩個圓環組成。一個是平鋪的“經緯環”,代表地平環,環面上刻有方位。一個是“立運雙環”,中夾有窺管,可測量天體的地平經度和緯度。
人們還可以在南京紫金山天文台,看到明代正統二年到七年(1437~1442)間製造的渾儀和簡儀。
渾儀歷史發展
中國渾儀的發明大約是在公元前四世紀至公元前一世紀之間(即戰國中期至秦漢時期)。
史籍記載渾儀的製造始於漢落下閎。他是蜀郡人,漢武帝時應召到京師長安參與制訂《太初曆》。落下閎以他製造的渾儀觀測天象,測定了二十八宿的距度、五大行星的運動情況等等,為制定《太初曆》取得了第一手資料。渾儀並不是落下閎最先發明的,他説:年輕的時候就能做這種儀器,那時只根據尺寸製作而已。用這架只有赤道座標的儀器來度量太陽月亮的運動,發現兩者的運動都不均勻,這同西漢天文學家們的想法不同,於是大家都在找原因,後來發現,日月的運動都是沿黃道的,還是西漢的天文學家司馬遷描述更準確。《史記·天官書》:“月行中道,安寧和平
[1]
。東漢班固給出了更詳細的描述《漢書·天文志》:“日有中道,月有九行。中道者,黃道,一曰光道。
[2]
”這也就是後來所説的月行九道的來源。
賈逵用他的黃道銅儀來測量日月的運動,發現太陽的運動顯得均勻了(其實也應該是不均勻的,因他的儀器精度不夠,當時也沒有這樣的認識),而月亮的運動仍是不均勻的。賈逵根據自己的實際觀測,得出結論:月亮的運動是不均勻的。這一發現是改進儀器得到的第一個結果,它導致了曆法的進步,也豐富了人們對天體運動的知識,為以後太陽運動不均勻的發現打下了思想基礎。
渾儀典籍記載
《夢溪筆談·極星測量》:天文家有渾儀,測天之器,設於崇台,以候垂象者,則古機衡是也。渾象,象天之器,以水激之,或以水銀轉之,置於密室,與天行相符,張衡、陸績所為,及開元中置於武成殿者,皆此器也。皇祐中,禮部試《機衡正天文之器賦》,舉人皆雜用渾象事,試官亦自不曉,第為高等。漢以前皆以北辰居天中,故謂之“極星”。自祖亙以機衡考驗天極不動處,乃在極星之末猶一度有餘。熙寧中,餘受詔典領歷官,雜考星曆,以機衡求極星。初夜在窺管中,少時復出,以此知窺管小,不能容極星遊轉,乃稍稍展窺管候之。凡歷三月,極星方遊於窺管之內,常見不隱,然後知天極不動處,遠極星猶三度有餘。每極星入窺管,別畫為一圖。圖為一圓規,乃畫極星於規中。具初夜、中夜、後夜所見各圖之,凡為二百餘圖,極星方常循圓規之內,夜夜不差。餘於《熙寧歷奏議》中敍之甚詳。
- 參考資料
-
- 1. 史記卷二十七,天官書第五 .國學導航[引用日期2023-06-10]
- 2. 志·天文志原文 .古詩文網[引用日期2023-06-10]