浑天仪的原理 图解,浑天仪的原理动画视频

首页 > 美食 > 作者:YD1662024-04-04 03:23:00

为了能在夜晚也能进行观测活动,郭守敬还创制了一种辅助仪器—窥几,与圭表、景符共同使用,观测者可不受时间限制,在夜晚能直接观测星光比较微弱的恒星和月亮。

立运仪、候极仪、浑天象和玲珑仪

郭守敬研制的立运仪克服了古代仪器中经纬“结而不动”的不足,候极仪解决了观测中定极位的困难,浑天象和玲珑仪能逼真地模拟群星在天空的位置并随天球运动。

葛衡,三国时期的吴国人,字思真。他通天文,能为极机巧,发明了浑天象。

这个仪器很巧妙,他把所有的星星月亮都画在这个圆上面,转动一下,可以看到星图的变化。

图 玲珑仪图

浑天仪的原理 图解,浑天仪的原理动画视频(13)

玲珑仪,也是元代天文学家郭守敬创制的一种,用于演示天象的天文仪器。有人说玲珑仪,是封闭球体上面钻了十万多个小孔,这些小孔表示星宫的位置,人在里面观看,演示天体的运行情况。玲珑仪在水力驱动下,绕着极轴自动旋转。

图 玲珑仪使用模拟图

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上图就是玲珑仪。他中间那块巨大的圆形石头里面是中空的 ,人走进去之后,通过圆壁上的洞,可以形成一种模拟的天象。

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简仪的赤道装置是:

郭守敬设计、制造的简仪,打破了传统浑仪的模式,是一种崭新的测量天体位置的仪器。

简仪废弃了传统浑仪众多圈环的同心圆构造模式,设计出互相独立的赤道经纬仪和地平经纬仪,每个仪器结构都十分简单,除去北极附近一小块区域以外,整个天空可以一览无余。

简仪的上部有四道圈,由上至下,依次是定极环、四游环、赤道环和百刻环。赤道环与百刻环紧挨在一起。

位于顶部的是定极环,环口内径约当天球上6度。当时,以天枢星为北极星,并测定它离天球北极还有3度。

在简仪南下方观测时,天枢恰好沿定极环内缘每昼夜转动一周。定极环中有十字斜交的两根档子,中心相交处有个直径5厘米的小孔,这个小孔正对着天球的北极。

定极环下面是四游环。四游环是测定天体去极度用的。利用四游环和赤道环及附属的界衡,可以测定天体的入宿度。

利用百刻环与四游环跟界衡,可以测定地方真太阳时。通过数学计算,可以推算出黄道坐标来,所以能够省略掉黄道圈。四游环独立于赤道环之上,从而避免了多环遮掩的弊病。

北高南低的两个支架托着正南北方向的极轴,围绕着极轴旋转的是赤经双环,就是浑仪中的四游仪。赤经双环的两面刻着周天度数,中间夹着窥管,窥管可以绕着赤经双环的中心旋转。

图 简仪示意图

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窥管两端架有“十字线”,这便是后世望远镜中“十字丝”的祖先。这样,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,并且从环面的刻度上读出天体的去极度数。把去极度数乘以360/365.25,再从90°减去这个乘积,就得到现代用的赤纬值。(天周度数变成360°对于计算天文数据超级麻烦啊!)

至于赤经数值,可以由安放在“旋转轴南端的赤道环”求出。这种把“赤道环”不放在旋转轴的正中腰而搁在南端的方法,在今天各国的天文台上安装望远镜的时候,还广泛地使用着。

当然,今天的赤道环很小,而不是像简仪中那样,赤道环的尺寸和四游环的完全一样。赤道环的环面上刻有二十八宿的度数;另有两根“界衡”,每条界衡的心就是赤道环的中心,可以绕中心沿环面移动。每条界衡的两端都用细线和极轴北端连接起来,构成两个三角形,两个三角形平面的夹角就是赤经差。

观测的时候把一个界衡形成的平面对准某宿的距星,把另一个界衡平面对准所要观测的天体,就得到这个天体的入宿度。把入宿度加上从这个天体西侧宿起到春分点所在宿止相应各宿的距度,并且减去春分点位置的宿度,然后乘以360/360.25,就是现代用的赤经值。

在赤道环的内部,还固定着一个百刻环,用来承托赤道环,使它旋转方便。百刻环等分成一百刻,又分成十二个时辰,每刻又分作三十六分,这是古代任何仪器上都没有过的。

用界衡来观测太阳,从百刻环上得到的读数就是真太阳时时刻。(由于太阳的视运动沿黄道,而百刻环和赤道面是一致的,因此,从简仪上读到的时刻和用漏壶测得的时刻实际上会有一些差别。)

简仪的地平装置:

简仪把它安放在赤道装置北面支柱的横梁底下。简仪的下部有两道圈,是地平经纬仪。它由一对圆环组成。一个是平铺的“阴纬环”,代表地平圈,环面上刻着方位。一个是“立运双环”,代表地平经圈,垂直立于阴纬环上,并且可以绕轴旋转。

双环中间夹有窥管,窥管可以绕立运环的中心旋转。

竖直的由东向西转动的是立运环,当旋转窥衡瞄准日月星辰时,可以测量天体的地平高度。

平卧在下面的是阴纬环,用以测量天体的方位角。原先的浑仪只能测天体在中天时的地平高度,无法用来测量天体的方位角和处于其他位置的地平高度。

此外,简仪又以“窥衡”代替传统的窥管,即以两线取齐的照准法取代两圆孔面之间的照准法,起到了提高照准精度的作用。

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简仪对近代天文仪器的影响

简仪的设计和制造水平,在世界上遥遥领先三百多年,据说西方直到1598年丹麦天文学家第谷所发明的仪器才能和它相比。著名的《星云星团新总星表》(NGC)的作者丹麦德雷耶尔(1852—1926)在评价简仪的历史重要性的时候指出,不少伟大的发明,常常在西方国家享有它们以前的许多世纪,中国人民就已经作出了。

“浑天仪”是测定星球在天体中位置的仪器,用它测量天体的赤道坐标、黄道坐标和地平坐标的读数,每个系统都需要有专门的环圈,互相圈套的环圈有八九个之多,每个都有一两寸厚,很影响观测的准确性,而且转动不便,妨碍观测。浑仪的环圈震复交错遮掩了大片天区,观测范围也缩小了。

沈括关于浑仪的改革和设计思想,到元代经郭守敬的努力,得到了充分的发展,遂有简仪的出现。

基本来自于古代浑天仪的继承发展。

1、窥管 十字丝(望远镜十字丝祖先)

简仪由四根斜立的支柱托着一根正南北方向大轴,围绕着这根轴旋转的是赤经双环。赤经双环的两面刻着度数,最小分格是三十六分之一度。赤经双环的中间央着窥管,窥管可以绕着赤经双环的中心旋转。

窥管两端架有十字线,这便是后世望远镜上十字丝的祖先。

这样,只要转动赤经双环和窥管,就可以观测天空任何一个方位的天体,并从环面的刻度上读出天体的赤纬数值。赤经数值则由旋转轴南端的赤道环上读出。紧挨赤道环的里面,固定着百刻环,环上刻着十二个时刻,以测定时间。

2、滚珠轴承装置(便于赤道环旋转)

为了便于赤道环旋转,简仪还应用了滚珠轴承装置,使之转动灵活,比据说达芬奇发明滚珠轴承要早200多年。

赤道环可以在固定的百刻环上转动。一个扁平的大铜圈在另外一个扁平大铜圈上旋转,滑动摩擦的阻力很大,旋转起来必然很费劲。

图 滚柱轴承,我国比西方早

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