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计量科普丨简仪:敬天以心,观天以器
发布时间:2023-10-28 08:54:58

芒芒元运,莫莫三辰

譬彼辐辏,转于一轮

简仪是用于测量天体位置的仪器

是世界上最早的赤道仪

在中国古代天文测量仪器史中

占有里程碑式的地位

在国内外的天文史界得到高度评价

接下来我们一起来了解一下它吧!














简仪的来历














简仪(Abridged Armilla)是元代天文学家郭守敬于公元1276年创制的一种测量天体位置的仪器,是世界上最早的赤道仪。

简仪由浑仪而来,是把中国传统的浑仪简化分解成两种独立的仪器——赤道经纬仪地平经纬仪,克服了传统浑仪上环规众多,遮住观测视线的缺点。

浑仪的主要部件是表示地平、赤道、黄道(太阳运行的轨道)、白道(月亮运行的轨道)、子午圈(经线圈)、卯酉圈(纬线圈)等的许多圆环,它们大都集中在一个中心上。借助这些圆环,可以测量出日月星的位置。在使用中,由于圆环太多,每个环有二三寸宽,往往会相互遮掩视线,影响观测。直到郭守敬制订《授时历》时,才下决心改革浑仪,并在零部件、刻度分划上做了许多项重大改进,故称简仪。














简仪的构造















简仪主要由一架赤道经纬仪和一架地平经纬仪组成。

它的上部有四道圈,构成赤道经纬仪,由上至下,依次是定极环、四游环、赤道环和百刻环。位于顶部的是定极环,用以校正仪器的极轴指向。定极环下面是四游环,用来测定天体的去极度,而利用四游环和赤道环以及附属的界衡,可以测定天体的入宿度

简仪的下部有两道圈,组成地平经纬仪。竖直的由东向西转动的是立运环,当旋转窥衡(窥管)瞄准日月星辰时,可以测量天体的地平高度。平卧在下面的是阴纬环(地平圈),用以测量天体的方位角。此外,它的底座上开有水平沟,并装有一只正方案,用以校准仪器的水平和朝向。


简仪不仅在浑仪的基础上简化了结构

为测量天体位置提供了便利

还有几项为人称道的创新设计














简仪的创新















其一,郭守敬在窥衡上添加了十字丝,用以精确对准天体。这个设计至今还在绝大多数天文望远镜寻星镜上应用,而且还被推广应用到狙击步枪瞄准镜上。

其二,在简仪的结构中,赤道环可以在固定的百刻环上转动,试想如果一个扁平的大铜圈在紧挨着的另外一个扁平大铜圈上旋转,那么滑动摩擦的阻力就会很大,旋转起来必然费劲。郭守敬在两环之间平放四个圆筒形的短铜棒,让两个接触面之间,由原来的滑动摩擦改变为滚动摩擦,旋转起来非常灵便。它可以说是近代滚珠轴承和滚柱轴承的祖先。郭守敬发明和应用的轴承,比西方文艺复兴时期达·芬奇设计滚筒轴承大约要早两个世

其三,近代工程测量、地形测量以及实用天文测量用的经纬仪、航空导航用的天文罗盘,其结构与简仪的地平装置立运仪基本相同,可以说简仪是这些近代仪器的鼻祖


简仪的创新至今仍在不同的领域应用

做出了独特的贡献

除此之外

它还有一些功绩也值得我们铭记














简仪的贡献















利用简仪和其他仪器,郭守敬取得了一系列天文成果。例如,他精确测得一年为365.2425日(该数据与地球绕太阳公转一周的实际时间只差了26秒);通过全天星表测定,测得恒星约2500颗;重新测定了黄道与赤道的交角……

简仪是我国天文仪器制造史上的一大飞跃,它比西方同类仪器早诞生三百多年,欧洲直到1598年才由丹麦天文学家第谷发明与之类似的装置。它作为中国古代科技的代表,被多次印在邮票上和宣传画上,传播到了世界各地。


敬天以心,观天以器

简仪能测日月五星,候春夏秋冬

它为天文事业做出伟大贡献

让无数仰望苍穹的人

于茫茫黑夜中点亮星火之光

找到前行的方向