中国古代天文仪器 杂记-基础普及
中国古代天文仪器作者：我是永春 提交日期：2011-12-17 13:48:10 访问：60 回复：0
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璇玑玉衡
"璇玑玉衡"一词出自中国古籍《尚书.舜典》﹐原文是"在璇玑玉衡﹐以齐七政".由于记载简略﹐含意难以理解﹐从汉代起就产生两种不同看法﹕一主星象说﹐一主仪器说.司马迁主张璇玑玉衡就是北斗七星﹐《史记.天官书》上说:"北斗七星﹐所谓l璇玑玉衡以齐七政r."纬书《春秋运斗枢》更把北斗七星的名称与璇玑玉衡联系起来:"北斗七星第一天枢﹐第二璇﹐第三玑﹐第四权﹐第五玉衡﹐第六开阳﹐第七摇光.一至四为魁﹐五至七为杓(柄)﹐合为斗.居阴布阳﹐故称北斗."《晋书.天文志》则三星为玉衡."与司马迁的主张略有不同.此外﹐又有北极(北辰)说﹐例如伏胜在《尚书大传》中写道:"璇者﹐还也﹐玑者几也﹐微也﹐其变几微而行动者大﹐谓之璇玑﹐是故璇玑谓之北极."《说苑》则说:"璇玑谓北辰﹐勺陈枢星也."《周髀算经》称北辰皆曰璇玑﹐而《星经》又有不同的说法:"璇玑者谓北极星也﹐玉衡者谓北斗九星也."以上均主星象说. 从汉代起﹐认为璇玑玉衡是仪器的也大有人在﹐孔安国说﹕璇玑玉衡为"正天之器﹐可运转"﹐肯定璇玑玉衡为仪器.郑玄说:"运动为玑﹐持正为衡﹐以玉为之﹐视其行度."这也是指的仪器.更有人主张璇玑玉衡就是浑仪(见浑仪和浑象)﹐马融说:"上天之体不可得知﹐测天之事见于经者﹐惟玑衡一事.玑衡者﹐即今之浑仪也."三国时王蕃说:"浑仪羲和氏旧器﹐历代相传谓之玑衡."而北宋的苏颂认为璇玑玉衡是浑仪中的四游仪.
圭表
中国最古老﹑最简单的一种天文仪器﹐创制年代已不可考.它包括两个组成部分﹕一为直立在平地上的标竿或石柱﹐汉以后改用铜制﹐叫做表﹔一为正南北方向平放的尺﹐叫做圭.《周礼.大司徒》等篇所称"土圭"﹐即度圭(量度用圭)之意﹐是用玉或石制成的.汉以后改用石或铜制.圭和表互相垂直﹐组成圭表.根据正午时度量表影的长度可以推定二十四节气﹐从表影长短的周期性变化可以确定一回归年(见年)的日数.表影在正北的瞬间就是当地真太阳时(见日)的正午﹐可用以校正漏壶.从《周礼.考工记》可知﹐战国以前人们已懂得使用铅垂线来校正表的垂直﹐用水平面来校正圭的水平.
秦以前的表的高度﹐文献中没有明文记载.汉代以后一致称古代表高8尺﹐西汉《淮南子.天文训》提出10尺的表﹐以符合十进制的要求.但后世大都仍用8尺高表.只有南北朝梁大同十年(公元 544年)太史令虞邝曾在今南京用过9尺高表测影﹐这是少见的例外.元代郭守敬把表高增加到36尺﹐又在表顶上加一根架空的横梁﹐从梁心到圭面共40尺﹐这样来提高测影精度﹔又创制景符﹐以解决表高影淡的缺点﹐并可以测出日面中心的影长(见登封观星台).明代邢云路曾在万历年间制60尺高表﹐是中国历史上最高的高表.到清代又采用10尺高表.
《周礼》记载﹐圭长为1尺5寸﹐这是指便于移动的土圭.汉代记载﹐太初四年(公元前101年)造的铜表高8尺﹐长1丈3尺﹐后者实指的是圭长.后世的圭长大抵差不多﹐郭守敬增加表高时才把圭长也相应地增加到128尺.这条长圭被称为量天尺.明代又恢复8尺高表和1丈多的长圭.清钦天监在明制表的顶上加了一截﹐使表高达到10尺.这时﹐表影在冬季会落到圭外.为此﹐清人在圭的另一端立了一个高3尺5寸的"小表"﹐相当于圭的延伸﹐叫立圭﹐使表影落在立圭上.量度这段影的高度可以推算得10尺表的表影长度.
影表尺
中国古代用来测定投在圭表上日影长短的一种专用尺.其前身则为《周礼》提及的土圭,摩托车低音炮,即一种石或玉制短尺.1975年10月,在明初所制铜圭而上发现了用于计量影长的残存刻度十余处,经考证测量,判明明代影表尺尺值为24.525厘米,与隋唐小尺同.
日晷
利用一根表投出的日影方向和长度以测定真太阳时的仪器."晷"字的古义是太阳的影子.汉代以及后来很长的时期内把圭表测得的太阳影长也称为"日晷".大约元﹑明以后才把测天体的方位以定时刻的仪器称为"晷".明末以后﹐作为测时器名称的"日晷"才流行于世.中国日晷起源于圭表.日中时﹐表影指向正北的瞬时为正午﹐即当地真太阳时十二时正.《史记.司马穰苴列传》中有"立表下漏"的记载﹐可见远在春秋时代就用表来测定时刻了.但用这种方法一天里只有一次机会得到读数,因此它只能用于校正漏刻的快慢.后来发明了把时角坐标网通过表顶投影到一个平面上﹐这样白天无论何时都能从太阳的影子来得到时刻读数.这种仪器就是日晷.日晷的部件包括一根表(称为晷针)和刻有时刻线的晷面.
日晷按晷面安置的方向可以分为地平日晷﹑赤道日晷﹑立晷(晷面平行卯酉面)﹑斜晷(晷面置于任何其他方向)等.晷面也可以制成半球面形﹐晷针顶点处于球心﹐就是球面日晷.如果在晷面上按当地的地理纬度和节气刻制13条节气晷线(冬至夏至各一条﹐其余每两个节气用一条)﹐则从表影的方向和尖端的位置可以测定节气和时刻﹐这种日晷叫节气日晷.
中国日晷的早期历史尚不清楚.十九世纪末和二十世纪初先后在内蒙﹑洛阳等地发现了几块秦汉时代的石板.在正方形的平面上刻有大小两个同心圆.大圆上每隔1/100圆弧的地方刻有一个浅孔﹐共69孔.每孔向内刻有一条辐射线﹐到小圆周为止.圆心刻有一略大的深孔.这种石刻合于中国古代把一天分为100刻的时刻制度﹐所以有些人认为它是一种日晷.但是﹐它们是地平日晷还是赤道日晷﹐一直有不同意见.也有人认为它们可能不是日晷﹐而是一种置于地平面上﹐用来测定方向或方位角的仪器﹐不过可以用作正午的漏刻校正器罢了.
第一个明确可靠的日晷记载是《隋书.天文志》所载隋开皇十四年(公元 594年)州司马袁充发明的短影平仪.这是一种地平日晷﹐晷面圆周均分为12辰.圆心立表.袁充测定了不同节气里太阳走过一辰所需的时间﹐载列为表.但因每个时辰的时间长度相差悬殊﹐未被后人采纳.
关于赤道日晷﹐据清代梅文鼎说﹐他家乡安徽宣城有一具唐制日晷﹐但并无其他文献佐证.明确的记载初见于南宋曾敏行《独醒杂志》卷二﹐其中说到他的族人曾瞻民(字南仲)发明了"晷影图".所述结构和后世赤道日晷基本相同﹐不过晷面是木制的.后世改用石质晷面﹐金属晷针﹐以求经久﹐称为员石欹晷.今北京故宫等处还保存有一些清代制造的石质赤道日晷.
元代郭守敬创制的仰仪﹐兼有球面日晷的作用.后来朝鲜﹑日本制作的仰釜日晷则把仰仪中心的璇玑板等取消﹐改成尖顶的晷针﹐成为纯粹的球面日晷.
节气日晷以及其他各种形式的立晷﹑斜晷等大概都是明末来华的欧洲耶酥会士传入中国的﹐或由中国学者学习刚传入的欧几里得几何学之后自己再创作的.明末天启年间(公元1621~1627年)陆仲玉著有《日月星晷式》一书﹐介绍了各种类型日晷的制作法﹐并涉及测星﹑月用的星晷和月晷.
浑仪和浑象
"浑"字在古代有圆球的意思.汉代张衡说过:"立圆为浑".浑仪是由许多同心圆环组成的一种仪器,总起来看好象包在一个圆球里.浑象则是一个真正的圆球.浑仪和浑象又是反映浑天说的仪器,因而在早期常常统称为浑天仪.
浑仪
浑仪中有窥管,是一种观测仪器,其主要用途是测定昏、旦和夜半中星以及天体的赤道坐标,有时也能测黄道经度和地平坐标.唐代天文学家李淳风设计制造的浑仪,其结构分为外、中、内三层(重).外层称为六合仪,由子午环(天经双规)、地平环(金浑纬规)和赤道环(天常环)交结成固定的框架.中层称为三辰仪,由璇玑环、赤道环、黄道环和白道环等构成.各环间的相对位置是固定的,但其整体可绕仪器的极轴东西旋转.内层叫四游仪,由极轴、赤经双环和窥管(也称望管)等构成.平行的赤经双环夹着窥管也绕极轴旋转.窥管还可以自由地在双环内转动,因此能指向天空的任何一点.唐以后所制造的浑仪,原理和基本结构都与李淳风浑仪相似,只是把规环或其他零件、部件增减一些罢了.
浑仪已有悠久的历史.何时发明,目前尚难断定.西汉天文学家落下闳曾造过圆仪.耿寿昌用圆仪测定日、月的视运动.东汉贾逵在圆仪上加黄道环,改称黄道铜仪,用以测定二十八宿的黄道经度等.一直到南北朝的张子信还在使用圆仪来观测日、月、五星的视运动.而后来出版的史书中往往说落下闳造浑仪,张子信用浑仪,可见圆仪和浑仪两种仪器名称虽异而功用实同.早期的浑仪构造如何,史无记载.有确切记载的是东晋时孔挺所造的浑仪.这架浑仪就是六合仪和四游仪合起来的两重铜浑仪,因为这是测量天体赤道坐标所需的最简单的结构,可以推断早期各家的浑仪相去也不会太远.后来因为要直接测量太阳在黄道上的运动,必须增加黄道环;要直接测量月亮在白道上的运动,又必须增加白道环.又因为天球的周日转动,二十八宿和黄道、白道等在天穹上的位置不断变化,为了适应这种变化就必须使黄道环、白道环和赤道环都能随天球转动方向转动,就有三辰仪的产生.这些都在李淳风的浑仪中得到实现.可是,随着浑仪环数的增加,所遮蔽的天区也越来越多.由于唐、宋以来数学的发展,人们已能比较精确地掌握赤道、黄道和白道三种坐标系统的互换,因此,北宋沈括首先去掉三辰仪中的白道环,开始了浑仪的简化过程.到郭守敬时发生了质的飞跃,创造出历史上有名的简仪.明清时代还曾仿制或新制一些浑仪,但已是余波,创新之处不多.
对于浑仪,中国古代还注意到它的安装位置的校正问题.北魏明元帝永兴四年(公元 412年)造的太史侯部铁仪(或称灵台铁仪)有个十字底座.底座上开有水沟,以校正底座平准.北宋皇祐三年(公元1051年)于渊、周琮等造的皇祐新浑仪中,在六合仪的地平环上也开了水沟.大约在唐代以前人们就知道从浑仪极轴两端的圆孔观测拱极星的周日运动来校正仪器极轴的方向.北宋沈括把这个方法发展到很成熟的地步.因此,后来郭守敬在简仪中创造了专门的候极仪装置.
浑象
属于表演性的仪器,在一个大球上刻画或镶嵌有星宿、赤道、黄道、恒隐圈、恒显圈等,和现代的天球仪相似.浑象可能是西汉人耿寿昌发明的.东汉张衡的浑象是他设计的漏水转浑天仪的核心部分.张衡以后,中国天文学家多次制造过浑象,而且多数和水力机械联系在一起(古代也称为水运浑天,今通称水运浑象),以取得和天球周日转动同步的效果 ,其中有名的制造者有三国时陆绩、王蕃,南北朝时钱乐之等.钱乐之于南朝宋文帝元嘉十七年(公元440年),制造的小浑象周6尺6寸,有二十八宿、中外星官,以白青黄三色珠为星,以区别甘氏、石氏、巫咸氏星官,黄道上还有日、月、五星.到唐代,一行、梁令瓒把日、月缀于二轮上,可绕浑象运行,并且又和自动报时装置结合起来,开创了中国独特的天文钟传统.到郭守敬,才把报时装置和水运浑象分离开来.现存最古的浑象为清初南怀仁所作,称为天体仪,置于北京古观象台.
三国时吴国天文学家葛衡曾经改造浑象.他把围在浑象天球之外代表地的机构移入天球中,天球转动时地仍不动.为了能看到天球中的地,必须把天球挖去多块.这种仪器古代称之为浑天象,后来就发展成为假天仪.假天仪是人们进入天球里面抬头向上看的,犹如现今天文馆的天象厅.中国第一架假天仪是北宋时苏颂、韩公廉等人制造的.他们在竹架纸糊的天球上"因星凿窍",外面点上灯,人在里面看窍眼如同星星一样.元代郭守敬所造玲珑仪,也是一架假天仪.可惜这些仪器都已散失了.
简仪
是中国元朝天文学家郭守敬简化浑仪而创造的一种天文测量仪器,它把唐宋的浑仪结构精简并重新组合而成,故称简仪.
一,制造沿革
郭守敬使用传统浑仪测量天体时,感到浑仪层层交错环圈过于繁复,相互遮挡不少天空视野,且妨碍观测等,因而萌生简化浑仪的想法.他把黄道圈除去,分立其上之地平与赤道测量装置,再以云架与龙柱把两者合并之,能无遮挡的有效测量南北天极附近以外的其余广大天区之目标天体赤道坐标,简仪亦成为郭守敬在天文测量仪器方面的代表作.
二,结构与原理
1.赤道系统
亦称赤道经纬仪,包括赤道仪和四游仪.
赤道仪内为带二十八宿周天刻度之赤道环,外套标上时辰刻度百刻环,有两个界衡并过环心,由南极云架与十字框架支撑与承托;赤道环与界衡均可绕环心水平转动,以此来测量入宿度(该天体与它西侧相邻宿内距星的赤经差).
四游仪主体为四游双环,安装南北极轴上,南极立于赤道环环心上而北极则接上规,双环以南北极成轴绕北天极转动;两环上刻有周天度数,双环间有直距支撑(亦可看成两环以直距为心斜立着转动,此直距亦相当于极轴),其上有一窥衡绕该环转动,窥衡上有横耳并内藏细丝(类似寻星镜十字丝定位原理);以此对好目标天体即可在集双环读出天体的去极度(天体与北极的夹角).
国立自然科学博物馆展出之简仪,图中可见最外大圆之北极云架接上最高之候极仪,其中间方型之北极龙柱立着(较黑之铜环)为地平装置之立运环
2.地平系统
亦称地平经纬仪,即立运仪.
立运仪在北极云架下方,下接底座;阴纬环垂直平放于立运环之下,绕环心转动;而立运环则垂直转动并立于云架之下;两环均有刻度,以其上之界衡与窥衡对准目标天体则可在环刻度上读出天体之地平方位角与天体高度.
(1)候极仪
包括位南极云架顶端的上规与其内之定极环,以此加上赤道系统即可调整仪器的极轴方向及测量北极星上中天时刻.
(2)正方案
此部份部件已散夫,明朝仿制品由原来测定方向变为地平式日晷,同时也可作为南北定向之用.
(3)底座
包括:北极云架、南极云架与四方底座,两云架北高南低,云架的龙柱精致刻上栩栩如生的云中游龙,扩音器,云架下有鳌承托.底座有水准糟以测定整座简仪之水平水平.
三,成就
该仪之赤道系统为世界上最早的赤道装置,原理相当于现在的越轴式(即叉式赤道仪).欧洲至1598年才由丹麦天文学家第谷发明与之类似的装置.而赤道环与百刻环之间有四个圆筒形的短铜棍,以减低两者之摩擦力,为世界上滚筒轴承的最早利用之处.另外以窥衡加上丝线测量,与及环上的分刻度亦有所提高之下,大大提高了当时观测准确度和方便性.
四,纪念邮票
中国邮电部于1962年12月1日发行编号"纪m92"的一组八枚"中国古代科学家"纪念邮票中,一枚是郭守敬半身像,另一枚是其代表作m简仪.但邮票中简仪绘画时不甚仔细,看不出赤道装置立体感与细致而导致出现错觉.
五,成品去向
郭守敬当年制作的简仪原本置于大都司天台(即现在北京建国门内大街路北中国社会科学院),曾被搬迁至鸡鸣山观测台至清康熙七年(1668年)迁回北京,但于清康熙五十四年(公元1715年)被传教士纪理安故意当作废铜熔掉.
六,仿制与复制品
现存最古老的简仪是在明正统二年(1437年)按郭守敬所制并安放在南京之原物仿制,明清两代钦天监以此于北京古观象台用于测量,1900年八国联军侵略,德国于12月12日把简仪拆卸运往位于东交民巷的法国外交使馆收藏,至1902年迫于世界舆论压力才归还给清政府.1933年6月,简仪因逃避战火南迁至南京,于1934年2月初安顿在紫金山天文台上,但历经风吹雨打、受腐蚀剥落以致1980年代初已近乎被毁,南京市当局于1988年花了11个月对该仪进行维修,现于南京紫金山天文台露天陈列展览,其他的简仪复制品皆以此为蓝本复制.此简仪本体以青铜铸成,高约2.84米,长4.4米,宽2.98米,重约14吨.结构稳固,工艺华美,近看高大,远看玲珑;体现中国古代科学技术、冶铸技巧与机械制造等方面的结晶.1993年8月,台湾台中市国立自然科学博物馆展出按实际比例制作的复制品(另外还有浑仪与水运仪象台复制品),现于该馆"中国的科学与技术展区"展出.
2002年1月11日,北京古观象台(即北京古代天文仪器陈列馆)投资100万元启动简仪的复制工程.把副件安放在北京古观象台上陈列.
另在河北省邢台之"郭守敬纪念馆"与在2006年春节启用之浙江省温岭市石塘镇之"石塘天文馆"亦有简仪的复制品存放.
仰仪
中国元代天文学家郭守敬创制的一种天文仪器.它的形状好像一口平放的锅,直径一丈二尺(元代天文尺).锅口上边刻着时辰和方位,相当于地平圈,上面还有水槽,用以校正水平.在锅口的南部放置东西向和南北向的杆子各一根.南北向杆子延伸到半球的中心,顶端装置一小方板,称为璇玑板.板可以南北向和东西向转动.板的中央开一小孔,小孔的位置正好在半球的中心.在仰仪的内半球面上刻着赤道地平坐标网.不过,这个坐标网与天球的坐标网,东西相反,以南极替代北极.转动璇玑板,使它正对太阳.太阳光通过小孔在球面上成像,从坐标网上立刻可以读出太阳去极度数和时角,由此可知当地的真太阳时和季节.仰仪基本是一种球面日晷.不过,仰仪的功能比球面日晷广泛,它能测定日食发生的时刻,还可以估计日食的方位角,食分多少和日食发生情况的全过程.它甚至还能观测月球的位置和月食情况.这架仪器利用针孔成像的原理,避免人眼对强烈的太阳光作直接观测.仰仪流传到朝鲜和日本后,取消了璇玑板,改成尖顶的晷针,从而成为纯粹的日晷,被称为仰釜日晷.
星盘(planispheric astrolabe)
一种测量天体高度的仪器,可能是希腊天文学家喜帕恰斯(公元前二世纪人)发明的,也有人说是更早的阿波隆尼(公元前三世纪人)所创造.现存文献中最早论述过星盘的是希腊天文学家塞翁 (Theon)的著作(约公元 375年).中国在元朝制造过这种仪器(1267年),在明朝译著过有关星盘的两本书,即《浑盖通宪图说》(1607年)和《简平仪说》(1611年).
仪器的主体是个圆形铜盘,盘的背面安装有一可绕中心旋转的窥管.观测时,将铜盘垂直悬挂,人目用窥管对准太阳或恒星,就可以从盘边的刻度上得到它们的高度.在盘的正面,有用球极平面射影法绘制的星图和地平坐标网.星图上只有最亮的星和黄道、赤道.地平坐标网有以天顶为中心的等高圈和方位角.地平坐标网在下,星图在上,后者是用透明材料绘制的.由观测得到太阳的高度后,将当日太阳在黄道上的位置转到观测到的高度圈上,教学扩音机,二者交于一点.这一点和盘面中心的联线(用游尺)同刻在边缘上时圈的交点,就是观测时间.知道太阳当天的赤纬和中午时的高度,也可以求出观测地的纬度.这种仪器还可以根据不同的需要,在盘面上增加其他的东西,如测影的刻度、罗盘和占星用的符号等.它可以应用于教学、航海和测量等,在欧洲和伊斯兰世界曾经长期使用,直到十八世纪中叶才为六分仪代替.
漏壶(clepsydra)
古代利用滴水多寡来计量时间的一种仪器.漏壶按计时方法大体上可分为两种:一种是观测容器内的水漏泄减少情况来计量时间,叫作泄水型漏壶;另一种是观测容器(底部无孔)内流入水增加情况来计量时间,叫作受水型漏壶.在一些文明古国,如中国、埃及、巴比伦等,都使用过漏壶.巴比伦一般使用泄水型漏壶;埃及人两种类型都用,不过受水型漏壶使用较晚,也较罕见. 中国的漏壶也称刻漏.最早的漏壶是在漏壶中插入一根标竿,称为箭.箭下用一只箭舟托着,浮在水面上.水流出或流入壶中时,箭下沉或上升,借以指示时刻.前者为泄水型漏壶,叫作沉箭漏;后者为受水型漏壶,叫作浮箭漏.这两种类型统称箭漏.另一种是以滴水的重量来计量时间,叫作称漏.此外,还有一种以沙代水的沙漏.中国历史上用得最多、流传最广的是箭漏. 漏壶的发明时代目前尚无定论.《周礼.夏官》有"挈壶氏","掌挈壶以令军井","凡军事县(悬)壶以序聚柝","皆以水火守之"."水守"是在壶旁备水,需要时往壶里添加;"火守"有两方面的意义,即夜间用火照明以观察箭上的刻度,在冬天又要以火温水,防止冻结由这条记载可知,在周朝已经有了漏壶.《史记》上曾记载司马穰苴在军中"立表下漏"以待庄贾,日中而贾违令不至,即被处死刑的事件.由此可见,春秋时期漏壶的使用已很普遍了.早期的漏壶,现已无存.西汉的漏壶现已发现三只,是分别在河北满城、内蒙古伊克昭盟和陕西兴平发现的.这三只漏壶属于同一类型,都是铜制单只泄水型壶,大小稍有不同.壶的形状是圆筒,下有三足,在接近底部的侧面有小孔,安装滴水管,壶上有提梁,梁中央有长方形的孔,用以扶箭直立. 单只泄水型或受水型漏壶结构简单,使用方便.但是水流速度与壶中水的多少有关,单只漏壶随着壶中水的减少,流水速度也在变慢.这样,就直接影响到计时的稳定性和精确度.后来人们想到在漏水壶上另加一只漏水壶,用上面流出的水来补充下面壶的水量,就可以提高下面壶流水的稳定性.但这种办法只适用于受水型漏壶,因此泄水型漏壶很快便被淘汰了.发明增加补给壶的办法之后,人们自然会想到,可以在补给壶之上再加补给壶,形成多级漏壶.补给壶的使用大概始于西汉末东汉初.东汉张衡已使用二级漏壶,即一只漏壶和一只补给壶(不计最下面的受水壶,下同),晋代出现了三只一套的出水壶,唐初吕才设计了四只一套的漏壶.北宋燕肃又发明了另一种方法.他在中间一级壶的上方开一孔,使上面来的过量水自动从这个分水孔溢出,让水位保持恒定.燕肃创制的漏壶叫莲花漏,北宋时曾风行各地. 元延三年(公元1316年)的一套漏壶,现保存在北京中国历史博物馆,是三级漏壶.北京故宫博物院中有与此类似的一套清代制的大型漏壶.
据记载,称漏的最早制造者是公元五世纪的北魏道士李兰.称漏盛行于唐、宋.它的构造是一杆吊着的秤,受水壶挂在秤钩上,以受水壶里受水的重量计量时间.按李兰的规定,流水一升,重增一斤,时经一刻.也可以把秤杆上的重量刻度改成时刻刻度,从而直接读出时刻数.沙漏的最早记载见于元代,造沙漏的目的是为了避免水因气温变化而影响计时精度.其原理是通过流沙推动齿轮组,使指针在时刻盘上指示时刻.明初詹希元创制五轮沙漏,后来周述学改进为六轮沙漏.但是流沙容易阻塞,使用并不普遍.
漏刻
中国古代一种等时性的计时系统."漏"是指计时器漏壶﹐"刻"是日以下的时间单位﹐古代分一昼夜为100刻﹐在漏壶的箭上刻的就是这种时间划分."孔壶为漏﹐浮箭为刻"﹐故称漏刻.
百刻制在东汉时早已成为定制.许慎《说文解字》中说:"漏以铜壶盛水﹐刻节﹐昼夜百刻."一般来说﹐汉代经学家常用百刻制来解释先秦经典.到现代﹐有的学者认为﹐百刻制可能起源于殷商时代.
与昼夜100刻平行的还有一昼夜划分为 12时辰的制度.100刻被12时辰除﹐每个时辰等于8刻.由于100刻不能被12整除﹐100刻与12时辰难以配合.西汉建平二年(公元前5年)和居摄三年(公元8年)﹐昼夜100刻改为120刻制﹐但通行未久即废.南北朝梁武帝天监六年(公元507年)曾改一昼夜为96刻﹐大同十年(公元544年)又改为108刻﹐也都只通行了数十年.到陈文帝时(约公元563年)朱史造漏﹐又恢复百刻制﹐唐宋以来﹐仍用百刻法. 古代还划分一日为昼漏和夜漏两种﹐即明确地划分一天中昼长多少刻﹐夜长多少刻﹐昼夜漏刻一般以太阳出没为标准.规定冬至昼漏40刻﹐夜漏60刻﹔夏至昼漏60刻﹐夜漏40刻﹔春秋分昼夜各50刻.每夜分五更﹐每更分五点(筹).由于晨昏蒙影的关系﹐事实上日出前﹑日没后一段时间﹐天还很明亮.为了观测昏﹑旦中星﹐昏﹑旦时刻必须有一定的标准.古代对此也有规定.大约在秦汉以前规定日没后三刻和日出前三刻为昏﹑旦时间﹐秦汉以后才改二刻半为昏﹑旦时间 .这种规定一直沿用到明末.在规定昏,旦时刻以后﹐昼夜的意义也有了相应改变﹐即从旦到昏为昼﹐从昏到旦为夜.
由于冬至和夏至时间相隔182~183天﹐而昼夜漏刻相差20刻﹐因此在东汉以前规定从冬至起﹐每隔9日昼漏增一刻﹐从夏至起相应减一刻.事实上每日昼长的变化并不相等﹐误差可能达到二﹑三刻.东汉以后由于漏刻测量逐渐精确﹐自永元十四年(公元102年)起﹐按太阳去极度﹐每隔二度四分漏刻增减一刻.这虽然还是一种近似值﹐但已比前法合理.清代以后﹐又将百刻制改为96刻制﹐和12时辰相配合.
漏水转浑天仪
东汉科学家张衡创制的一件天文仪器﹐简称浑天仪﹐是一种水运浑象(见浑仪和浑象).它是一个直径四尺多的铜球﹐球上刻有二十八宿﹑中外星官以及黄赤道﹑南北极﹑二十四节气﹑恒显圈﹑恒隐圈等(见天体的视运动).有一套转动机械﹐把浑象和漏壶结合起来.以漏壶流水控制浑象﹐使它与天球同步转动﹐以表演星空的周日视运动﹐如恒星的出没和中天等.这架仪器还有一个附属机构﹐叫做瑞轮荚﹐是一种机械日历.它有传动装置和浑象相连﹐从每月初一开始﹐每天生一叶片﹔月半以后﹐每天落一叶片.漏水转浑天仪用的是两级漏壶.这是现今所知最早的关于两级漏壶的记载.它的受水壶也是两个﹐壶盖上各有一个金仙人﹐左手抱箭﹐右手指刻.一个指示白天的时间﹐一个指示夜间的时间.漏水转浑天仪对中国后来的天文仪器的影响很大.唐﹑宋以来就在它的基础上发展出更复杂更完善的天象表演仪器和天文钟.
水运仪象台
北宋时代把浑仪﹑浑象和报时装置结合在一起的大型天文仪器﹐是苏颂﹑韩公廉等人设计制造的.宋元佑元年(公元1086年)开始设计﹐到元佑七年全部完成.... http://aeea.nmns.edu.tw/2001/0103/ap010327.html
2001 年 3 月 27 日
中國古天文觀測儀器 (6) : 窺管、窺衡
提供者 :陳輝樺 (AEEA 小組 , NMNS )
說明:窺管或窺衡是我國古天文觀測中極重要且特殊的設施， 它位在依據渾天說研製而成的渾天儀正中央， 扮演著整個觀測儀的靈魂組件，它相當於現今的天文望遠鏡。窺管原本可能僅是根銅管， 但由於管璧會反光而造成觀測的不便，但該怎麼辦呢？是該讓近端（目鏡處）較寬？ 還是該讓遠端（物鏡處）較寬？是該使用圓筒管？還是使用方形管？ 為此原因發展出了除兩端外空無一物的「窺衡」，而免去了星光在管璧上反射所帶來的困擾。 元代郭守敬這種除去管子結構的窺衡觀測裝置，至少比公元 1659 年， 惠更斯以框架吊透鏡省略受風影響的長焦距望遠鏡筒之構思早了三百多年。除此之外， 郭守敬還在窺衡的兩端加裝「十」字裝置，來增加觀測的精準度， 這就是現代精密望遠鏡中加裝「十字絲」的鼻祖。上 圖左上角的窺衡和圖右下方惠更斯以框架吊透鏡省略受風影響的長焦距望遠鏡筒。 目前在國立自然博物館中國科學與技術廳中展出。
视频: 05.以管窥天与中国古代天文仪器
http://v.youku.com/v_show/id_XMTE3NzI1NDY4.html小孔成像观日全食
http://q.xxt.cn/singleq/recarticledetail.action?cid=10004217&artId=1304612&id=1954067小孔成像
http://baike.baidu.com/view/47463.htm 学习的，古人观天的方式还不少啊。
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