浑天仪

浑天仪是浑仪和浑象的总称。浑仪是测量天体球面坐标的一种仪器，而浑象是古代用来演示天象的仪表。浑天仪发明者是我国西汉阆中人落下闳，后又被我国东汉天文学家张衡所改进。中国现存最早的浑天仪制造于明朝，陈列在南京紫金山天文台。

1、理论背景

浑天说是中国国古代的一种重要宇宙理论，认为"浑天如鸡子，天体圆如蛋丸，地如鸡中黄"，天内充满了水，天靠气支撑着，地则浮在水面上。浑仪和浑象是反映浑天说的仪器，即是“物化”和“浑天说”。

浑天仪述

2、历史发展

浑象

浑天仪详细结构

历史上最早记载制造浑象的西汉宣帝时的大司农中丞耿寿昌。他把从浑天说认识到的天球形象化地表现出来，可见浑象的大体形状应该是个大圆球，在球上布列了许多星辰，大圆球的旋转就表演出天象的变化。

有关浑象的最早记载为东汉张衡的《浑天仪图注》。张衡在前人制造浑象的基础上也制作了一架水运浑天仪(又叫“漏水转浑天仪”，)，实际上就是一个浑象。

三国时陆绩、王蕃，南北朝时钱乐三，唐代一行、梁令瓒，元代郭守敬等都曾制造过浑象，而且都同水力和机械联系在一起，以取得与天球的周日转动同步的效果。

浑仪

中国浑仪的发明大约是在公元前四世纪至公元前一世纪之间(即战国中期至秦汉时期)。

约公元前3世纪，希腊人制造了西方最早的浑仪。

史籍记载浑仪的制造始于汉落下闳。他是蜀郡人，汉武帝时应召到京师长安参与制订《太初历》。落下闳以他制造的浑仪观测天象，测定了二十八宿的距度、五大行星的运动情况等等，为制定《太初历》取得了第一手资料。浑仪并不是落下闳最先发明的，他说：年轻的时候就能做这种仪器，那时只根据尺寸制作而已。用这架只有赤道坐标的仪器来度量太阳月亮的运动，发现两者的运动都不均匀，这同西汉天文学家们的想法不同，于是大家都在找原因，后来发现，日月的运动都是沿黄道的(当时月亮依白道而行的认识还未达到)，它们即使在黄道上均匀运动，以赤道来度量当然就是不均匀的了。

公元104年，东汉和帝下令贾逵另制一架仪器，用来测量日月的运动，他在浑仪上增设了黄道环，以黄道来测量日月运动，这就是我国历史上第一架黄道铜仪。

贾逵用他的黄道铜仪来测量日月的运动，发现太阳的运动显得均匀了(其实也应该是不均匀的，因他的仪器精度不够，当时也没有这样的认识)，而月亮的运动仍是不均匀的。贾逵根据自己的实际观测，得出结论：月亮的运动是不均匀的。这一发现是改进仪器得到的第一个结果，它导致了历法的进步，也丰富了人们对天体运动的知识，为以后太阳运动不均匀的发现打下了思想基础。

唐代，由天文学家李淳风设计了一架比较精密完善的浑天黄道仪。

由于浑仪的圈环过于复杂、遮掩天区，影响观测，沈括取消白道环并改变一些环的位置。

元代郭守敬取消了黄道环，并把浑仪分为两个独立的仪器：简仪和立运仪。

组成构造

浑天仪是浑象和浑仪的总称。

浑象的构造是一个大圆球上刻画或镶嵌星宿、赤道、黄道、恒稳圈、恒显圈等，类似天球仪。

浑仪是一观测仪器，内有窥管，亦称望管，用以测定昏、旦和夜半中星以及天体的赤道坐标，也能测定天体的黄道经度和地平坐标。浑仪由早期四游仪和赤道环组成。从汉代到北宋浑仪增加了黄道环、地平环、子午环、六合仪、白道环、内赤道环、赤经环等。北宋的沈括取消白道环、改变一些环的位置。元代郭守敬取消了黄道环，并把原有的浑仪分为两个独立的仪器：简仪和立运仪。

3、工作原理

浑天仪

从《浑天仪图注》记载可以看出小浑是一个较浑天仪小些的木质圆球，在圆球上先画出一大圆为赤道，再画一个与之成24度交角的大圆为黄道，在黄赤道上均分成365又¼刻度，两者的起始都在冬至点。在赤道北极及其相冲处(即南极)，各用针一孔，作为圆球旋转轴的两端。取一长条竹篾，在其两头的*各穿一孔，令这两孔之间的距离与圆球半个大圆弧的长度相等，将竹篾的两孔与南北两极相重合，竹篾则纵贯圆球，这时竹篾两孔间的连线必与圆球相切合，这是因为从北极到南极针孔中心间也正好等于182又5/8度，即半个大圆弧。沿中分线把竹篾削去一半，必须使中分线正好是竹篾两端孔中心的连线。从冬至点起，令竹篾的中分线沿赤道每隔一度移动一次，每一次均读出它与黄道相交的度值，就可以得知赤道每增一度时，黄道度或少或多于一度的数值。这多少之数即为黄赤道进退数。赤道度增率大于黄道度增率时，为多，为进数;;相反，为少，为退数。这是我国古代量度黄赤道进退数具体方法的最早、最详尽的记载。

小的浑天仪模型制成后，作为试验，试验准确了，然后再用铜来铸成正式仪器。在张衡谨慎、细心操作下，耗费了许多心血，经过了一年多的努力，这个仪器终于制造成功了。因为这个仪器是根据浑天理论来制造的，所以张衡就把那个用竹蔑编成的模型叫做“小浑”，铜铸的就定名叫做“浑天仪”。张衡的浑天仪在好些地方和近代的假天仪相似，不过近代的假天仪当然比它精密得多。

张衡制造的浑天仪是依据浑天原理而制成。其形状是个球形的东西，相当于现在的天球仪。浑天仪分做内外几层，每层都可以转动，中间有个铁轴贯穿球心，轴的方向就是地球自转的方向，轴和球体的接触有两个交点，即天球上的北极和南极。球的一半隐没在地平圈的下面，另一半显露在地平圈上面。在球的表面排列有二十八宿和其它恒星，球面上还有黄道圈和赤道圈，二者成24度夹角，分列有二十四节气。从冬至点起(古代以冬至作为一年的开始)，把圆分成365¼度，每度又细分成四个小格。球体外面有两个圆圈，一个是地平圈，一个是子午圈，外圈圆周长为一丈四尺六寸一分。天轴支架在子午圈上，和地平斜交成36度，就是说北极高出地平36度。这是洛阳地区的北极仰角，也是洛阳地区的地理纬度。这架仪器的构造，几乎囊括了当时所有先进的天文学知识。

为了使浑天仪能够按照时刻自己转动，张衡又设计了一组滴漏壶。滴漏壶是古代测知时刻的仪器，它用一个特制盛水的器皿，下面开个小孔，水一滴一滴流到刻有时刻记号的壶里，人们只要看到壶里水的深浅，就可以知道是什么时刻。当时没有发明钟表，我们的祖先就用它来测定时刻。张衡运用这个原理，设计了一组滴漏，巧妙地应用两个壶和浑天仪配合起来，利用壶中滴出来的水的力量来推动齿轮，齿轮再带动浑天仪运转，通过恰当地选择齿轮个数，巧妙地使浑天仪一昼夜转动一周，把天象变化形象地演示出来，人们就可以从浑天仪上面观察到日月星辰运行的现象。

张衡制成青铜浑天仪后，把它安装在一间密室里，用流水的力量使它转动。然后，让一个管理人关闭在室内，高声向站在观象台上的观察者报告说：浑仪上哪一颗星正在升起，哪一颗星正在达到天顶，哪一颗正在落下去。一切都准确地同天象相符。

4、典籍记载

西汉末扬雄《法言·重黎》：“或问浑天。曰落下闳营之，鲜于妄人度之，耿中丞象之。”