元代天文仪器的制造
http://www.newdu.com 2024/11/29 02:11:19 华夏风韵 佚名 参加讨论
| 元代天文台站的建立，天文观测的广泛开展，从对观测手段现代化要求的角度来看，促进了天文仪器的制造；反过来天文仪器的制造又促进了天文台站的建立与天文观测的进一步深入开展。如郭守敬就说： 历之本在于测验，而测验之器莫先仪表。今司天浑仪，宋皇裕中汴京所造，不与此处（指大都天文台）天度相符，比量南北二极，约差四度；表石年深，亦复欹侧。所以元代对天文仪器的改进制造非常重视。先后制造了简仪、仰仪、圭表、景符、闚几、正方案、候极仪、立运仪、证理仪、定时仪、日月食仪、悬正仪、座正仪等。这些仪器“皆臻于精妙，卓见绝识，盖有古人所未及者”。 1.简仪 简仪是世祖至元十三年（1276年），在元政府主持和领导下，由郭守敬等人参与设计，对古代的浑仪进行了重大改革后创制的。元以前所使用的浑仪，将测量赤道坐标、地平坐标和黄道坐表等三种不同坐标的机构都装在一个系统内，环非常多，致使环圈相互交错，遮挡了视线，影响使用。元简仪不但取消了原浑仪的白道环 （月球视运动轨道），而且又取消了黄道环（太阳视运动轨道），并且把地平坐标（由地平圈和地平经圈组成）和赤道坐标（由赤道圈和赤经圈组成）分成了两个独立装置。简仪的赤道装置由四根斜立的支柱托着一根正南北方向的轴，围绕此轴旋转的是赤经双环。赤经双环两面刻着周天度数，中间夹着窥管，窥管可绕着赤经双环的中心旋转。窥管两端架有十字线，这就是后世望远镜中十字线的发轫。只要转动赤经双环和窥管，就可以观测空中任何方位的一个天体，并从环面的刻度上读出天体的去极度数。紧挨赤道圈的里面，固定着百刻环。百刻环等分100刻，又分成12个时辰，每刻又分作36分，用来测定时间。为了便于赤道圈的旋转，简仪还应用了滚珠轴承装置。这要比达·芬奇发明滚动轴承早400多年。 元简仪是我国科技史上的珍品，其制造水平遥遥领先于世界300多年，直到1598年丹麦天文学家第谷发明了新的仪器，才可与简仪媲美。西方天文学家德雷尔在评价简仪的历史意义时说：“中国13世纪时已有第谷式赤道浑仪，更惊人的是，他们还有同第谷用以观测1585年的彗星以及观测恒星和行星的大赤道浑仪相似的仪器。”可惜元简仪在清初被法国传教士纪理安（任职于钦天监）别有用心地当作废铜烧掉了。现存南京紫金山天文台的简仪系明正统年间的仿制品，可也遭八国联军破坏而不完整了。 2.仰仪 仰仪是铜制的中间空的半球面仪器，像一口朝天的大锅。半球的大圆面上刻着东、南、西、北和十二时辰，半球面上刻有与观测地纬度相应的赤道坐标。大圆面上用竿架着一块板，板上有小孔，小孔正好对着半球面的球心上，太阳光通过小孔在半球面上投下一个圆形的倒像映在坐标上，即可读出太阳在天空上的位置。仰仪的优点是毋需直接用肉眼观看强烈的太阳即可得出太阳的位置，并可直接观测日食的方向、亏损及时刻。 3.圭表 圭表是我国古代通过观日中影长变化以测定时间，求得周年常数、黄赤道交角，划分春分、夏至、秋分、冬至等一年四季，以及编制历法所用的天文仪器。其中“圭”与“表”是两个不同部件。“表”是垂直立在地面上的标竿，“圭”是从表下端向北延伸出的一条石板，圭表成垂直状。每当正午时，表的影子就落在圭上面，根据表影长短来测定时间和一年四季变化。我国从汉代起即用铜、铁作圭表，但由于铜铁圭表较短，加之太阳半影干扰，影长尺寸很难精确测定。虽然不同时期均有人想出了不少改进办法，如沈括、苏颂等人，但均收效甚微。直到元代郭守敬等人对圭表进行了改造，才提高了其精确度。元代改制的圭表主要是把宋代八尺长的表提高到36尺，表上再用两条铜龙抬着一根很细的横梁，使梁心到圭面达40尺。由于高度增加，加之不再测量圭表的表端投影，而改测附于表端之上的横梁投影，所以使投影清晰，提高了精确度。圭的刻度很精细，有尺、寸、分、厘、毫。现存河南登封元代观星台的石圭，由36方青石圭面和砖砌圭座组成，长31.19米，宽0.53米，高0.56米，石圭水平程度较好，石圭方位与当地子午线方位在时隔700多年后仍相符合。 4.景符、闚几 景符、闚几都是圭表的专用附件。景符是为了克服圭表“景虚而淡，难得实影”的困难而创制的。其为一中间有小孔的薄铜片，在太阳过子午线时将其装在一个小架上在圭面来回移动，使太阳光通过小孔，利用几何光学中的微孔成像原理，在圭面上形成一米粒大的、中间带有一条细而清晰的横梁影子的太阳像，克服了由于日光在空气中的散射，造成表顶影子落在圭面上不清晰的弱点。用这种清晰的横梁影子来确定圭面日影长度，可精确到±2毫米以内。这是旧圭所不能达到的。闚几形如一长方桌，桌面开一长缝，两边刻上度数，将桌放在圭面上，其缝正对南方向，人可在桌下从缝中直接观测星、月，得到和太阳影长性质一样的量。是辅助圭表测量星、月影长的仪器。 (责任编辑：admin) |
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