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简仪

简仪,是元代汉族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。郭守敬将结构繁复的唐宋浑仪化为两个独立的观测装置,安装在一个底座上,每个装置都十分简单实用。简仪的结构和使用上都比浑仪简单,而且除北极星附近以外,整个天空一览无余,故称简仪。简仪的创制,是中国天文仪器制造史上的一大飞跃,是当时世界上的一项先进技术。欧洲直到三百多年之后的1598年才由丹麦天文学家第谷发明与之类似的装置。 [1-3]

简仪是元代汉族天文学家郭守敬发明的一种天文观测仪器,它与浑仪一样用于测量天体的位置。但是,浑仪的结构比较繁杂,观测时经常发生环与环相互阻挡视线的现象,使用极不方便。郭守敬的简仪不仅取消了白道环、黄道环,而且把整个浑仪分成了两部分:一个是赤道经纬仪,一个是地动仪。两个装置同放在一个长方形的底座上。其中赤道经纬仪是简仪的主要部分,有时也就把它称为简仪。它由一个赤道环和一个带着望管的四游环组成,并且赤道环被移到四游环的边缘,整个仪器北高南低、倾斜地架在支架上,使赤道环平行于天球赤道,四游环穿过一根垂直于赤道环的轴转动起来,正好和天球转动的方式一样。 [4]

明英宗正统二年(公元1437年)按郭守敬所制仪器仿制的仪器中有简仪一架,明清两代钦天监用于观测,以后就留在北京古观象台,抗日战争前迁往南京,现陈列于紫金山天文台

简仪包括相互独立的赤道装置和地平装置,以地球环绕太阳公转一周的时间 365.25 日分度。

简仪的赤道装置用于测量天体的去极度和入宿度(赤道坐标),与现代望远镜中广泛应用的天图式赤道装置的基本结构相同。它由北高南低两个支架,托着正南北方向的极轴,围绕极轴旋转的是四游双环,四游环上的窥管两端安有十字丝,这是后世望远镜中十字丝的鼻祖。极轴南端重叠放置固定的百刻环和游旋的赤道环。为了减少百刻环与赤道环之间的摩擦,郭守敬在两环之间安装了四个小圆柱体,这种结构与近代"滚柱轴承"减少摩擦阻力的原理相同。

简仪的地平装置称为立运仪,它与近代的地平经纬仪基本相似。它包括一个固定的阴纬环和一个直立的、可以绕铅垂线旋转的立运环,并有窥管和界衡各一。这个装置可以测量天体的地平方位和地平高度。简仪的底座架中装有正方案,用来校正仪器的南北方向。在明制简仪中正方案改为日晷 [5]

简仪的主要装置是由两个互相垂直的大圆环组成,其中的一个环面平行于地球赤道面,叫做“赤道环”;另一个是直立在赤道环中心的双环,能绕一根金属轴转动,叫做“赤经双环”。双环中间夹着一根装有十字丝装置的窥管,相当于单镜筒望远镜,能绕赤经双环的中心转动。观测时,将窥管对准某颗待测星,然后在赤道环和赤经双环的刻度盘上直接读出这颗星星的位置值。有两个支架托着正南北方向的金属轴,支撑着整个观测装置,使这个装置保持着北高南低的形状。这是我国首先发明的赤道装置,要比欧洲人使用赤道装置早500年左右。

郭守敬(1231-1316年),河北邢台人,元代著名的天文学家。

郭守敬自小师从祖父郭荣学习天文、算学和水利。他对天文学尤其感兴趣,常自己动手制造天文土仪器用于观察天象。公元1276年,元太祖忽必烈下令编制新历,郭守敬奉命参加修历。四年后,新历《授时历》基本完成。这是中国古代一部优秀的历法,在制定过程中,郭守敬作出了卓越的成绩。郭守敬在制历之初就提出了"历之本在于测验,而测验之器莫先于仪表"。为此,他在三年之内,共设计出简仪、圭表、星晷定时仪,以及立运仪、日月食仪、玲珑仪等12种新天文仪器,其精巧程度和准确度大大超过前人。除此之外,他还是位杰出的水利专家和地理学家,曾主持了若干重要的水利工程,至今受到中外专家赞誉。

郭守敬创制的简仪,在清康熙五十四年(公元1715年)被传教士纪理安当作废铜熔化。现保存在南京紫金山天文台的简仪是明代正统二年到七年(公元1437-1422年)间的复制品。 [3]

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