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明朝制渾儀(複製品) 拍攝:辛蕊
圖片上的這架儀器無論在教科書上還是電視上,它的曝光率都很高,它是中國傳統的天文儀器——渾儀,用來測量天體赤道座標,也可以透過儀器的結構制度來顯示天地關係及日月星辰的執行軌跡。
渾儀是由“渾天說”為理論基礎所創制的天文儀器。“渾天說”起源於戰國時期,形成體系於東漢時期的天文學家張衡。他經過常年對天象的觀察,寫下了《靈憲》一書,在書中用雞蛋來比喻渾天,天是圓的,像是一枚雞蛋,而地像是蛋黃,漂浮在天中。
根據每個朝代的需求不同,渾儀也經歷了由簡到繁的過程。
最早的渾儀由兩個圓環和一個四遊環組成,一個是固定的赤道圈,另一個是赤經圈,還有一個以極軸(與地球自轉軸平行)為中心旋轉的四遊環。在四遊環上裝有一個窺管,類似於現代望遠鏡的鏡筒,只不過沒有鏡片裝置,而是用肉眼直接進行觀測的。窺管以四遊環的中心為軸旋轉,這樣無論天體在什麼方位,都可以進行觀測了。兩個環圈上均勻的刻畫著周天度數365.25°(明朝之前的天文儀器周天刻度均為365.25°,清朝後改360°)。最早渾儀的樣子類似於北京古觀象臺上的赤道經緯儀。
為了能夠觀測太陽、月亮的運動,東漢賈逵時期增加了黃道圈;張衡時期,又增加了地平圈和子午圈。
到了唐朝,李淳風對渾儀進行了重大的改造,為了更準確的觀測月亮的運動,又增加了白道圈,並將渾儀分成三層:最外層是固定的,由地平圈、赤道圈、子午圈構成,稱六合儀;中層由黃道、白道、赤道構成,稱三辰儀,三辰儀可以繞著極軸在六合儀中旋轉;最內層是四遊環和窺管構成,稱四遊儀,可在三辰儀中旋轉。
到了宋朝,由於環圈較多,相互交錯,觀測時會有遮擋現象,沈括便取消了白道環,用計算的方法來確定月亮的位置,至此渾儀的結構已基本定型。
在28宿中,每個宿選出一個標準星作為本宿的距星。中國古代用去極度(如下圖:PA角距離)和入宿度(如下圖:ab角距離)來表示天體的位置。
渾儀在使用時,將窺管對準待測天體, 四遊儀上指示出該天體的去極度(90 °-去極度=赤緯 ),從赤緯圈上,可讀出該天體的入宿度。待測天體入宿度相當於赤經度,只是起算點不同。
現存最早的渾儀制造於1437年,放在觀星臺(現稱北京古觀象臺)上使用。1900年八國聯軍入侵北京,渾儀被德國強佔,安放于波茨坦離宮,1921年歸還。9·18事變爆發,為了保護儀器,1933年渾儀被迫送至南京,至今仍安放在南京紫金山天文臺。