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浑仪

浑仪（英语：armilla，或armil），变体称为球面星盘（英语：spherical astrolabe）是由有刻度的金属圈组成，这些圆形的骨架代表天体经纬度和天文上其它重要的特征如：天球的赤道、黄道、子午圈等，而浑仪的中央通常是代表地球或太阳的金属球。浑仪是天空中天球的模型，它以地球或太阳为中心，由环的球形框架组成。它与天球仪不同，天球仪是一个光滑的球体，主要目的是绘制星座的图。它们在公元前4世纪的古代中国和公元前3世纪的古希腊分别发明，后来在伊斯兰世界和中世纪欧洲使用。

约斯特·比尔吉和安东·艾森霍伊特（英语：Anton Eisenhoit）：带有天文钟的浑仪，于1585年在卡塞尔制造，现收藏于斯德哥尔摩的北欧博物馆。
西方浑仪
西方浑仪

以地球为中心的浑仪，称为托勒密式。以太阳为中心的，称为哥白尼式（英语：Copernican heliocentrism）[1]。

葡萄牙国旗有象征浑仪特征的球体。浑仪的球体在葡萄牙国徽上，与大航海时代期间的葡萄牙海上探险（英语：Portuguese discoveries）有关。例如，葡萄牙的曼努埃尔一世 将其作为他的标志之一，出现在他的徽章上，并出现在早期中国为葡萄牙宫廷制作出口的为葡萄牙宫廷制作的陶瓷器上。在巴西帝国的旗帜中，也有浑仪的特色。

中国北京首都国际机场3号航站楼以一个大型浑仪金属雕塑为特色，向国际和国内游客展示中国发明。

北京首都国际机场的中国浑仪：紫薇辰恒 （2010年8月）。

说明和使用

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浑仪的图解。

这架仪器的外部结构（或框架）是黄铜环，代表天空主要的环圈。

1.赤道A：被划分为360度（与黄道交会于白羊座之处是起点）以显示太阳的赤经；也可以用24小时，以显示赤经时。

2.黄道B：分为12个宫，每个宫30度，也标示出一年中的月和日；并且以这种方式，在给定的任何一天，太阳会位于黄道圈上特定月份的某一度或点上。

3. 北回归线 C：与黄道在巨蟹宫接触的点e是夏至点，南回归线 D在摩羯宫和黄道接触的点f是冬至点。两者都与天球赤道平行，且距离均是23.5度。

4.北极圈 E，和南极圈 F：两者分别距离北极点N和南极点S23.5度。.

5. 二分圈 G：经过天空上的北极点N和南极点S，并且通过在黄道上的白羊宫和天秤宫的分点。

6.二至圈 H：经过天空上的极点，并且在穿过在黄道上的巨蟹宫和摩羯宫的至点。每个象限都有字母，从黄道的e和f，到黄道极点的b和d，用于显示恒星的纬度；这些圈将每个象限都划分为90度，从赤道到两极，显示太阳、月球和恒星的赤纬。

7.在黄道北极b上有一个螺母，固定了一条90度长线的一端，而在另一端有一个代表太阳的小球Y，转动螺母，它就位会沿着整个黄道B绕行。

8.旋转黄道南极的螺母：栓在d上90度长的饰针另一端上面有代表月球的小球Ζ，这可以用手转：但是这儿有一个特别的巧思，可以让月球的轨道与黄道有5又1/3的夹角移动的特殊装置，相对的这个点称为月球交点；这个交点也可以移动（在黄道上退行），如同月球在天空中的移动。

在这些圆环的内部有一个小地球仪I，固定在轴K上延伸至天球的南极点S和北极点N。在这个轴上固定了一条平板天球子午线L L，这条子午线可以移到世界各地的任何地方，所以在浑仪上只有一条子午线。这条平板子午线上有刻度，就像普通天球仪的黄铜经线一样，它们的用途是相同的。在这个地球上装有可移动的地平圈' M '，这个地平圈的东西两个端点被连接到地球赤道沟槽上相对的两个点，使这个黄铜环可以环绕地球，而地球也仍可以有自转的运动。在这个环内的地球可以用手转动，所以子午线可以在任何的地点之上，直接在天球子午线L之下。地平圈的外缘等分为360度，其作用如同罗盘一样，使用角度和点来显示月球和太阳移动的范围。如同一般的地球仪，天球子午线L，经过地平圈上的南北两个点。两者也都一样，当地球转动时，地平圈和子午线会跟着一起转动。在球的南极有一个24小时的圆，固定在圆环上，轴上是一根指针，如果地球绕着它的轴旋转，该指针会随着围绕该圆（小时圈）旋转。

 
中国科学家苏颂在1092年著作的原始图表，显示了他的钟塔内部工作原理：顶部有一个机械旋转的浑仪。

整个结构支撑在一个基座N上，并且可以在一个固定在R上的O连接到黄铜臂Q，并以O为轴心，从固定在坚固黄铜臂Q上，穿过R的半圆弧滑片P，调整出在0到90度之间的任何角度，而滑片P可以用螺丝'r '在适当的角度上固定住。

在T盒中有两个轮子（如龙博士的球体）和两个小齿轮，其轴位于V和U 处；其中任何一个都可以通过小绞车W转动。当绞车放在V轴上并向后转动时，地球及其地平圈和天球子午线保持静止；整个圆球从东、从南向西旋转，带着太阳Y和月亮Z，以同样的方式绕行，使它们在地平线上升起和落下。但是，当绞车放在U轴上并向前转动时，带有太阳和月亮的球体保持静止； 地球，连同它的地平圈和子午线，相对于太阳和月亮转动，当地球静止时，这些物体相对于太阳和月亮，它们被带着绕着太阳和月亮旋转；这表明无论是地球还是天球在运动，在时圈的相同时间，它们在地平圈的同一点升起和落下。如果地球转一圈，小时指针就绕着它的小时圈转；但如果旋转球体，则指针下的小时圈旋转。

因此，通过这种构造，机器同样适合于显示地球的真实运动，或者天空的视运动。

为了校正球体以供使用，首先抓住臂Q，然后松开垂直杆R中的螺钉r，使滑片P可以随着Q的上下移动滑动，直到任何位置的给定纬度位于垂直杆R的侧面；这时，如果浑仪由一个小罗盘设定妥南北，则球体的轴K将适当升高或降低，以与真实世界的地球自转轴平行。完成此一操作后，从北极开始，在天球子午线L上，朝着地平圈的北方向下计算纬度，并将地平圈设定为该纬度，（此时地平圈应该与真实的地面平行）；然后，转动螺母b，直到太阳Y到达黄道中一年中的给定日期，并且太阳将在该天的适当位置。再通过星历找到月球上升交点的位置，以及月球的位置，并相应地将其设定正确。最后，转动绞盘W，直到太阳到达子午线L，或直到子午线到达太阳（根据您希望球体或地球移动），并将小时指数设定为XII(12时)，标记为中午，整个机器将被校正妥。—然后转动绞车，观察太阳或月亮何时在地平圈上升起和落下，小时指针将显示给定日期的时间[2]。

历史

浑仪在中国一直使用，从未中断。在欧洲则中断了很长时间，在中世纪末期时再度兴起。丹麦天文学家第谷（1546年至1601年）建造了作天文观测用的大型浑仪。文艺复兴时期的科学家和公众人物的画像中，通常画有一个浑仪，画中人其中一只手放在浑仪上，代表他们拥有高度的智慧和知识。

中国

 
北京古观象台的浑仪。

纵观中国历史，天文学家们创造了天球（浑象）协助观察恒星。中国人还使用浑仪辅助历法的估计和计算。

根据李约瑟的说法，中国最早的浑仪发展可以追溯到公元前4世纪的天文学家石申和甘德，因为他们配备了原始的单环浑仪[3]。这使他们能够量测北极星的极距离（赤纬），并给出xiu（赤经）位置的测量值[3]。然而，英国汉学家克里斯多福·卡伦不认同李约瑟公元前4世纪的年代测定法，他将这些装置的起源追溯到公元前1世纪[4]。

在西汉（公元前202年 – AD 9年）期间，天文学家进行了更多的发展，落下闳[5]、鲜于妄人、耿寿昌在发展浑仪的早期阶段改进了一些功能。公元前52年，天文学家耿寿昌提出了第一个永久固定的赤道环[3]。在随后的东汉时期（公元23-220年），天文学家傅安和贾奎在公元84年新增了黄道环[3]，在著名政治家、天文学家、发明家张衡（公元78年至139年）带领下，带有地平圈和子午线环的浑仪在公元125年完成[3]。世界上第一个以水为动力的浑天仪是由张衡发明的，他用流入的漏壶来操作他的浑天仪（详见张衡的条目）。

在汉朝之后的发展，继续改进浑仪的使用。公元323年，中国天文学家孔庭重新组织了浑仪上环的排列，使黄道环可以在任何需要的点固定在赤道上[3]。唐朝天文学家和数学家李淳风在公元633年创造了一个带有三个球面层的天文观测装置，称为"巢穴"，可从多方面对天文观测进行校正[3]。他还负责提出一项计划，在黄道上安装一个瞄准管，以便更好地观察天体的纬度。然而，直到下个世纪，唐朝的中国天文学家、数学家和僧侣一行才完成了对浑仪模型上的这一扩充[6]。在周琮和舒易简1050年的浑仪，以及11世纪后期沈括的浑仪上发现了这种黄道仪。但从那以后，直到欧洲耶稣会士来到中国，它们才再被用于中国的浑仪。

 
清朝的天球仪（相当于浑象）。

在公元723年，一行禅师和政府官员兵曹参军梁令瓒将张衡的水动力天球与擒纵机构装置结合在一起。由于每一刻钟敲一次鼓，每一整点小时自动敲响一次钟声，该设备也是一个自鸣钟[7]。著名的中国博学者宋朝的苏颂在公元1092年建造的钟楼使用一行的擒纵装置，并带有装满漏壶滴水的水车勺，为一个最高的浑象（在中层的天球仪）和机械操作的假人提供动力，可以在特定时间以机械打开钟楼的门，敲响钟和锣来宣布时间，或举出牌匾宣布一天中的特殊时间。还有科学家和政治家沈括（1031-1095）的参与。曾任司天监的沈括是一位狂热的天文学家，它改进了几种天文仪器的设计：圭表、浑仪、擒纵器，和固定的窥管（作用如同望远镜，但没有镜片），以持续不断的观察北极星[8]。当布哈拉的贾马尔·丁（Jamal al-Din（英语：Jamal al-Din））被要求在忽必烈汗的元朝新首都建立一个"伊斯兰天文机构"时，他启用了一系列天文仪器，也包括一个浑仪。有人指出，"中国天文学家至少从1092年开始建造[它们]"[9]。

中国古代的浑仪还有代表白道的环圈和协助观察用的窥管。由于历代浑仪增加的环圈太多，妨碍观察，元朝郭守敬把环圈简少，称为简仪。

印度

浑仪在印度早就被用于观测，在阿里巴亚塔（英语：Āryabhata，公元476年）的作品中也有提及[10]。"Goladīpikā"：是由帕拉梅·瓦拉（[Parameśvara]）于1380年至1460年间撰写，一篇关于天球仪和浑仪的详细论述[10]。关于在印度使用浑仪的用法，Ōhashi（2008）写道："尽管印度浑仪（"gola-yantra"）也有黄道环，但印度浑仪基于赤道座标，与希腊浑仪不同，希腊浑仪基于黄道座标。大概从七世纪左右开始，月球塔楼连接星的天体座标就由浑仪确定。还有一个由流水旋转的天球仪。"[11]

希腊世界与古罗马

更多信息：天象仪和安提基特拉机械
 
托勒密 和一个浑仪的模型。作者：胡斯特斯·范根特（英语：Justus van Ghent）和佩德罗·贝鲁格特，1476，巴黎卢浮宫。


希腊天文学家喜帕恰斯（约公元前190 – 约120年）将埃拉托斯特尼（公元前276 – 194年）视为浑仪的发明者[12][13][14][15][16]。该装置的希腊文名称包括ἀστρολάβος“astrolabos”和κρικωτὴ σφαῖρα"krikōtē sphaera" "环形球体"[17]。英文名称最终来自拉丁文"armilla"（圆圈，手镯），因为它有一个有刻度的金属圆制成的骨架，连接极并代表赤道、黄道、子午圈和纬线。通常，一个代表地球或后来代表太阳的球被放置在其中心。它用于演示恒星围绕地球的运动。在17世纪，望远镜出现在欧洲之前，浑仪是所有天文学家确定天体位置的主要工具。

"阿米拉"（浑仪的前身）是最古老的天文仪器之一，其最简单的形式是由一个固定在赤道平面上的环组成。稍微复杂一点的，有另一个固定的环穿过子午圈。第一个环是二分圈，第二个环是二至圈（可能类似于简仪）。组合的环被以等分的角度刻画，阴影被用来指示太阳的位置，就成为环形日晷。当更多代表天空大圆的环或圆组合在一起时，仪器就变成了浑仪[1]。

浑仪是由希腊人开发的，早在公元前3世纪就被用作教学工具。更大、更精确的浑仪，被用作观测仪器。然而，直到公元2世纪中期罗马帝国时期，才有九个环圈都完全发展出来的浑仪[18]。埃拉托斯特尼很可能使用了一个至点的浑仪来量测的球对黄道的倾角。喜帕洽斯可能使用了一个四环浑仪[18]。希腊-罗马地理学家和天文学家托勒密（约公元100-170年）在其著作的《天文学大成》中描述了他的仪器"星盘"[18]。它由至少三个环组成，其中一个环有刻度，另一个可以在其中滑动，带有两个相对放置的小管子，并由垂直的铅垂线支撑[1][18]。

中世纪中东和欧洲

 
收藏于牛津科学史博物馆（英语：History of Science Museum, Oxford）的中世纪伊斯兰天文学球形星盘（约1480年）[19]。
 
佛罗伦斯共和国时期的意大利艺术家山德罗·波提且利约于1480年创作的圣奥古斯丁在他的书房里（英语：Saint Augustine in His Study (Botticelli, Ognissanti)）的这幅画作中有一个浑仪。
 
16世纪的一幅插图：奥斯曼浑仪。

波斯和阿拉伯天文学家在8世纪制作了希腊浑仪的改进版本，波斯天文学家法扎里（英语：Ibrahim al-Fazari）的论文（d.c. 777）《"Dhat al-Halaq"》或《圆环的仪器》（英语："The instrument with the rings"）中，对此进行了描述。Abbas Ibn Firnas（英语：Abbas Ibn Firnas）（公元887年）被认为在9世纪生产了另一种带环的仪器（浑仪），他将其交给哈里发穆罕默德一世（统治852-886年）[20]。球面星盘星盘和浑仪结合的变体，是在中世纪期间中东的发明的[21]。大约在公元550年，基督教哲学家约翰·费罗普勒斯用希腊语写了一篇关于星盘的论文，这是现存最早的关于星盘的论文[22]。对球面星盘的最早描述可追溯到波斯天文学家阿尔·奈里兹（英语：Al-Nayrizi）（[floruit | fl.]892-902）。穆斯林天文学家还独立发明了天球仪，主要用于解决天文学中的问题。今天，全世界仍有126件这样的乐器，最古老的来自11世纪。通过输入观察者在子午线环上的位置，可以计算太阳的高度或恒星的赤经和赤纬。

10世纪末，在后来成为教宗思维二世（Pope Sylvester II）的奥里拉克的格伯特（Gerbert d'Aurillac）努力下，经由安达鲁斯（现在的伊比利亚半岛）将浑仪重新引入西欧（r.999–1003）[23]。教宗思维二世在他的浑仪上使用了瞄准管，以固定北极星的位置，并记录热带和赤道的测量值[24]。

韩国

中国的天文学和天文仪器思想被介绍到韩国，韩国也取得了进一步的进展。 一位朝鲜王朝时期的发明家蒋英实，被朝鲜世宗下令建造一个浑仪。 于1433建成的浑仪被命名为Honcheonui（혼천의，鸿川的)。

Honcheonsigye（英语：Honcheonsigye）是一个由工作时钟机制启动的浑天仪，由韩国天文学家宋以颖（英语：Song lyeong）于1669年建造。这是朝鲜王朝仅存的天文钟。浑天仪的机构继承了世宗时代的浑仪（Honŭi，1435）、浑象（Honsang，1435，天球）和漏刻（Ongnu，1438，玉漏）的太阳架装置。这种机制类似于崔攸之（1603～1673年）的浑天仪（1657）。计时系列的结构和时钟部分的敲击释放机制受到14世纪发展起来的皇冠擒纵机构的影响，并应用了于17世纪中叶在西方钟表改进的发条齿轮系统。特别是宋以颖的天文钟计时装置，采用17世纪早期的钟摆系统，可以显著提高时钟的精度[25]。

 
第谷·布拉赫的黄道浑仪，摘自他的《新天文学》（Wandesburg，1598），第36页。

文艺复兴

丹麦天文学家第谷·布拉赫（1546-1601）在该仪器方面取得了进一步的进展，他建造了三个大型浑仪，用于对恒星和行星的位置进行高精度量测。 在他的《新天文学仪器》中对这些仪都有描述[26]。

浑仪是最早的复杂机械设备之一，它们的发展导致了所有机械设备的技术和设计的许多改进。文艺复兴的科学家和公众人物经常画成的肖像上，会在一只手上展示著浑仪，代表着最高的智慧和知识。

浑仪在教学中很有用，一系列代表天空大圆的环，在地平线内绕轴旋转，可以被描述为一个骨架天球。以地球为中心的浑仪称为托勒密的宇宙；以太阳为中心的代表哥白尼的宇宙[1]。

浑仪的代表标志出现在现代的葡萄牙国旗中，并且自曼努埃尔一世统治以来，一直是国家的象征。

 
在日内瓦的浑仪。

无缝天球

 
浑天仪在德克萨斯州拉波特的圣哈辛托战场的6'浑仪。

20世纪80年代，爱蜜利·萨维奇·史密斯（英语：Emilie Savage Smith）在拉合尔和喀什米尔发现了几个没有任何接缝的天球[27]（p. 5）空心物体通常分两半铸造，萨维奇·史密斯指出，铸造无缝球体被认为是不可能的[27]（p. 4），尽管至少从60年代起，人们就开始使用旋转成型（英语：Rotational molding）等科技来生产类似的无缝球体。最早的无缝球仪是由穆斯林天文学家和冶金学家阿里·克什米尔·伊本·卢克曼于1589-90年（AH 998）在阿克巴大帝统治期间在喀什米尔发明的；另一个是穆罕默德·萨利赫·塔塔维（英语：Muhammad Salih Tahtawi）于1659-60年（1070 AH）创作的，带有阿拉伯和梵文的铭文；最后一个是1842年贾加吉特·辛格·巴哈杜尔（英语：Jagatjit Singh Bahadur）统治期间在拉合尔（英语：Lahore）由一位印度天文学家和冶金学家（英语：History of metallurgy in the Indian subcontinent）拉拉·巴尔胡马尔·拉合里（英语：Lala Balhumal Lahori）制作的。生产了21个这样的球体，这些仍然是无缝金属球体的唯一例子。这些蒙兀儿]冶金学家使用脱蜡铸造的方法来生产这些球体[28]。

残奥会

自2014年3月1日起，在英国的斯托克曼德维尔体育场（英语：Stoke Mandeville Stadium）用一个基于艺术品的浑仪模型点燃了残疾人奥林匹克运动会（残奥会运动，英语：Paralympic）传统圣火。作为庆祝英国残奥会运动过去、现在和未来的仪式的一部分，该球体包括一个轮椅，使用者可以旋转该轮椅来点燃圣火。浑仪是由艺术家Jon Bausor（英语：Jon Bausor）创作的，将用于未来的传统火焰活动。首届颁奖典礼上的圣火由2012年伦敦奥运会金牌得主HannahCockroft（英语：HannahCockroft）点燃[29]。

纹章学和旗帜学

 
葡萄牙的小国徽，也是葡萄牙国旗上使用的国徽样式

浑仪经常用于纹章和旗帜，主要被用在称为与葡萄牙、葡萄牙帝国和葡萄牙发现（英语：Portuguese discoveries）相关的符号。

15世纪末，在葡萄牙国王曼纽一世还是葡萄牙王子（英语：Hereditary Prince of Portugal）时，浑仪就是他个人的纹章。在曼纽一世统治期间，这枚纹章在档案、纪念碑、旗帜和与他有关的物件中大量使用，将浑仪从一个简单的个人符号转变为一个国家符号，代表葡萄牙王国，尤其是其海外帝国。曼纽一世去世后，浑仪继续作为国家象征来使用。

在17世纪，它与葡萄牙统治的巴西联系在一起。1815年，巴西王国（英语：Kingdom of Brazil）的徽章与葡萄牙相结合时，其盾徽正式成为蓝色领域中的金色浑仪。代表巴西的浑仪，也出现在葡萄牙－巴西－阿尔加维联合王国的纹章和国旗中。1822年当巴西帝国在1822年成为一个独立的帝国时，浑仪仍然存在于其国家的纹章和国旗中。1889年，巴西国旗上的浑仪才由现在的天球取代。

1911年，葡萄牙国徽和葡萄牙国旗重新引入浑仪。

相关徽章

相关旗帜

相关条目

参考资料

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来源

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外部链接

 
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