題目

中國古代的天文科技

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明代渾儀
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日晷有兩種形式:一種是水準放在地面上、刻度不均勻的地平式日晷。另一種是日晷面與赤道面平行、刻度均勻的赤道式日晷。晷針在石面上投下影子,影子不停地移動,每移一格就是百刻制中的一刻。

 

漢代以後,中國測量天體入宿度去極度的儀器就長期使用渾儀。現今發現有明確結構的最早渾儀,由東晉時期前趙的孔挺於光初六年(公元323年)建成。它有兩層圈環,最外一層由固定的地平單環、赤道單環和子午雙環組成。地平環和赤道環上有刻度,可以讀取資料;子午雙環之間相距三寸,在南北兩極處焊接在一起。裡邊一層是一個有刻度的雙環,後稱四遊環,安裝在通過子午環焊接處的軸上,可以繞此軸隨意轉動。雙環之間夾有一個八尺長的中空管子,稱為窺管,可以繞雙環中心在其面上旋轉。測量時,先轉動四遊環,讓窺管與天體的赤經線重合;再轉動窺管,讓天體落在窺管視界中心。從四遊環上讀取天體的去極度,從外層赤道環上的讀數可以間接求得天體的入宿度。

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入宿度

首先在二十八宿的每一宿中選擇一個代表星,古人稱作距星,然後測量天體和距星之間的赤經差,古人把它叫做入宿度。

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去極度

去極度是古人給天體定位的另一個量,測量的是天體距離北極的距離。利用入宿度和去極度,古人就可以確定天體的位置。

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簡儀結構圖
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元代的郭守敬對渾儀做了大膽的簡化。他首先把渾儀分解成赤道經緯儀和地平經緯儀兩件儀器;其次撤掉了多餘的圈環。赤道經緯儀僅留下了四遊、赤道和百刻環,並且赤道環和百刻環被套在一起移到了四遊環的最下端。地平經緯儀只有地平環和立運環。這樣有效地解決了渾儀圈環遮蔽天空的問題。

 

渾象是渾天家發明用來演示天球運動,說明渾天學說的一種儀器。最早的渾象是西漢耿壽昌製造的,而有明確記載的渾象當屬東漢張衡製造的水運。這架儀器的主體是一個直徑四尺六寸的大圓球,球上畫有二十八宿、中外星官、赤道、黃道、北極常顯圈、南極常隱圈、二十四節氣點,整個球安裝在南北極軸上,可以繞軸旋轉。張衡還在渾象上裝了一套齒輪機械傳動裝置,利用漏壺中流出的水,推動整個渾象均勻地與天球做同步運轉。這樣一來,晝夜交替,星辰出沒就和實際天象相一致了。張衡的水運渾象是一個劃時代的發明,在當時已經具有了機械天文鐘和自動日曆的雛形,對後世製造自動天文儀器產生了很大的影響。

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水運儀象台
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北宋元佑七年(1092年),吏部尚書蘇頌和吏部守當官韓公廉建造的水運儀象台集渾儀、渾象、圭表、報時儀器於一身,是中國古代最宏偉、最複雜的一架天文儀器。整個水運儀象台以漏壺中的水為驅動力,通過一套傳動裝置和一個機輪聯結在一起,與天球同步運轉,逼真自動地演示了天象的變化。

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水運渾象圖
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上載日期:
2019年08月26日

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