渾儀，是中國(guó)古代的一種天文觀測(cè)儀器，是以渾天說(shuō)為理論基礎(chǔ)制造的、由相應(yīng)天球坐標(biāo)系各基本圈的環(huán)規(guī)及瞄準(zhǔn)器構(gòu)成的古代天文測(cè)量天體的儀器。渾儀的制造始于漢落下閎，到了唐朝，由天文學(xué)家李淳風(fēng)設(shè)計(jì)了一架比較精密完善的渾天黃道儀。元代的天文學(xué)家郭守敬將其簡(jiǎn)化，創(chuàng)制了簡(jiǎn)儀。中國(guó)現(xiàn)存最早的渾天儀制造于明朝，陳列在南京紫金山天文臺(tái)。
理論背景
渾天說(shuō)是中國(guó)古代的一種重要宇宙理論，認(rèn)為"渾天如雞子，天體圓如蛋丸，地如雞中黃"，天內(nèi)充滿了水，天靠氣支撐著，地則浮在水面上。天的大圓分為365.25度，渾天旋軸兩端分別稱為南極洲、北極，赤道垂直于天極，黃道斜交著天的大圓，黃赤道交角為23.25度。
命名簡(jiǎn)介
渾儀是以渾天說(shuō)為理論基礎(chǔ)制造的。在古代，“渾”字含有圓球的意義。古人認(rèn)為天是圓的，形狀像蛋殼，出現(xiàn)在天上的星星是鑲嵌在蛋殼上的彈丸，地球則是蛋黃，人們?cè)谶@個(gè)蛋黃上測(cè)量日月星辰的位置。因此，把這種觀測(cè)天體位置的儀器叫做“渾儀”。
組成構(gòu)成
基本構(gòu)造
渾儀是中國(guó)古代用于測(cè)量天體球面坐標(biāo)的觀測(cè)儀器。它是由一重重的同心圓環(huán)構(gòu)成，整體看起來(lái)就像一個(gè)圓球。有資料表明，在公元前4世紀(jì)中葉，中國(guó)就已經(jīng)使用渾儀觀測(cè)天象了，比古希臘早約60年。
渾儀的最基本構(gòu)件是四游儀和赤道環(huán)。四游儀由窺管和一個(gè)雙重的圓環(huán)組成。窺管是一根中空的管子，類似于近代的天文望遠(yuǎn)鏡，只是沒有鏡頭。
雙重圓環(huán)叫四游環(huán)，也叫赤經(jīng)環(huán)，環(huán)面上刻有周天度數(shù)，可以繞著極軸旋轉(zhuǎn)，窺管夾在四游環(huán)上，可以在雙環(huán)里滑動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)四游環(huán)，并移動(dòng)窺管的位置，就可以觀測(cè)任何的天區(qū)。赤道環(huán)在四游環(huán)外，上亦刻有周天度數(shù)，固定在與天球赤道平行的平面上。這樣，就可以通過(guò)窺管觀測(cè)到待測(cè)量的天區(qū)或星座，并得出該天體與北極間的距離，稱“去極度”，以及該天體與二十八宿距星的距離，稱“入宿度”。去極度和入宿度是表示天體位置的最主要數(shù)據(jù)。
改進(jìn)完善
一、多重環(huán)結(jié)構(gòu)
渾儀的改進(jìn)和完善，經(jīng)歷了一個(gè)由簡(jiǎn)而繁，而又由繁而簡(jiǎn)的歷程。從漢代到北宋，渾儀的環(huán)數(shù)不斷增加。首先增加的是黃道環(huán)，用以觀測(cè)太陽(yáng)的位置。接著又增加了地平環(huán)和子午環(huán)，地平環(huán)固定在地平方向，子午環(huán)固定在天體的極軸方向。這樣，渾儀便形成了二重結(jié)構(gòu)。唐朝起，渾儀又發(fā)展成三重結(jié)構(gòu)。最外面的一層叫六合儀，由固定在一起的地平環(huán)、子午環(huán)和外赤道環(huán)組成，因東西、南北、上下6個(gè)方向叫六合，故名。第二重叫三辰儀，由黃道環(huán)、白道環(huán)和內(nèi)赤道環(huán)組成，可以繞極軸旋轉(zhuǎn)。其中白道環(huán)用以觀測(cè)月亮的位置。最里層是四游儀。北宋時(shí)，又增加有二分環(huán)和二至環(huán)，即過(guò)二分（春分、秋分）點(diǎn)和二至（夏至、冬至）點(diǎn)的赤經(jīng)環(huán)。
二、簡(jiǎn)化、分立
多重環(huán)結(jié)構(gòu)的渾儀雖是一杰出的創(chuàng)造，在天文學(xué)史上也起過(guò)重要的作用，但其自身也存在著兩大缺陷。一是要把這么多的圓環(huán)組裝得中心都相重合，十分困難，因而易產(chǎn)生中心差，造成觀測(cè)的偏差。一是每個(gè)環(huán)都會(huì)遮蔽一定的天區(qū)，環(huán)數(shù)越多，遮蔽的天區(qū)也越大，這就妨礙觀測(cè)，降低使用效率。
為解決這兩個(gè)缺陷，從北宋起即開始探索渾儀的簡(jiǎn)化途徑。這個(gè)渾儀改革的途徑由北宋的沈括開辟，元代的郭守敬完成。沈括由兩個(gè)方面進(jìn)行改革，一是取消白道環(huán)，借助數(shù)學(xué)方法來(lái)推算月亮的位置；一是改變一些環(huán)的位置，使遮蔽的天區(qū)盡量減少。
郭守敬取消了黃道環(huán)，并把原有的渾儀分為兩個(gè)獨(dú)立的儀器，即簡(jiǎn)儀和立運(yùn)儀。
1、簡(jiǎn)儀
簡(jiǎn)儀由四游儀、赤道環(huán)和百刻環(huán)組成。赤道環(huán)的位置移至旋轉(zhuǎn)軸的南端，這一方式，至今在各國(guó)的天文臺(tái)上安裝望遠(yuǎn)鏡時(shí)，還廣泛地被采用。百刻環(huán)的安裝是一創(chuàng)新，環(huán)上等分成100刻，分為12個(gè)時(shí)辰，每刻又分作36分。
它固定在赤道環(huán)內(nèi)，既可承托赤道環(huán)，又可得到真太陽(yáng)時(shí)的讀數(shù)。四游儀窺管兩端各設(shè)有十字線，這是后世望遠(yuǎn)鏡中十字絲的肇始。
2、立運(yùn)儀
立運(yùn)儀與簡(jiǎn)儀裝于同一底座上，由兩個(gè)圓環(huán)組成。一個(gè)是平鋪的“經(jīng)緯環(huán)”，代表地平環(huán)，環(huán)面上刻有方位。一個(gè)是“立運(yùn)雙環(huán)”，中夾有窺管，可測(cè)量天體的地平經(jīng)度和緯度。
簡(jiǎn)儀和立運(yùn)儀的設(shè)計(jì)和制造，在世界上領(lǐng)先300多年。近代天文臺(tái)的赤道裝置，測(cè)量?jī)x器經(jīng)緯儀等，都可從中找到其原始形態(tài)。
中國(guó)古代渾儀采用的是赤道坐標(biāo)系統(tǒng)，比西方采用的黃道坐標(biāo)系統(tǒng)要先進(jìn)得多，已為各國(guó)天文臺(tái)所廣泛采用。
人們還可以在南京紫金山天文臺(tái)，看到明代正統(tǒng)二年到七年（1437～1442）間制造的渾儀和簡(jiǎn)儀。
歷史發(fā)展
中國(guó)渾儀的發(fā)明大約是在公元前四世紀(jì)至公元前一世紀(jì)之間（即戰(zhàn)國(guó)中期至秦漢時(shí)期）。
史籍記載渾儀的制造始于漢落下閎。他是蜀郡人，劉徹時(shí)應(yīng)召到京師長(zhǎng)安參與制訂《太初歷》。落下閎以他制造的渾儀觀測(cè)天象。測(cè)定了二十八宿的距度、五大行星的運(yùn)動(dòng)情況等等，為制定《太初歷》取得了第一手資料。渾儀并不是落下閎最先發(fā)明的，他說(shuō)：年輕的時(shí)候就能做這種儀器，那時(shí)只根據(jù)尺寸制作而已。用這架只有赤道坐標(biāo)的儀器來(lái)度量太陽(yáng)月亮的運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)兩者的運(yùn)動(dòng)都不均勻，這同西漢天文學(xué)家們的想法不同，于是大家都在找原因，后來(lái)發(fā)現(xiàn)，日月的運(yùn)動(dòng)都是沿黃道的（當(dāng)時(shí)月亮依白道而行的認(rèn)識(shí)還未達(dá)到），它們即使在黃道上均勻運(yùn)動(dòng)，以赤道來(lái)度量當(dāng)然就是不均勻的了。
公元104年，東漢劉肇下令賈逵另制一架儀器，用來(lái)測(cè)量日月的運(yùn)動(dòng)，他在渾儀上增設(shè)了黃道環(huán)，以黃道來(lái)測(cè)量日月運(yùn)動(dòng)，這就是我國(guó)歷史上第一架黃道銅儀。
賈逵用他的黃道銅儀來(lái)測(cè)量日月的運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)顯得均勻了（其實(shí)也應(yīng)該是不均勻的，因他的儀器精度不夠，當(dāng)時(shí)也沒有這樣的認(rèn)識(shí)），而月亮的運(yùn)動(dòng)仍是不均勻的。賈逵根據(jù)自己的實(shí)際觀測(cè)，得出結(jié)論：月亮的運(yùn)動(dòng)是不均勻的。這一發(fā)現(xiàn)是改進(jìn)儀器得到的第一個(gè)結(jié)果，它導(dǎo)致了歷法的進(jìn)步，也豐富了人們對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，為以后太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)不均勻的發(fā)現(xiàn)打下了思想基礎(chǔ)。
唐朝，由天文學(xué)家李淳風(fēng)設(shè)計(jì)了一架比較精密完善的渾天黃道儀。
由于渾儀的圈環(huán)過(guò)于復(fù)雜、遮掩天區(qū)，影響觀測(cè)，沈括取消白道環(huán)并改變一些環(huán)的位置。
元代郭守敬取消了黃道環(huán)，并把渾儀分為兩個(gè)獨(dú)立的儀器：簡(jiǎn)儀和立運(yùn)儀。
典籍記載
《夢(mèng)溪筆談·極星測(cè)量》：天文家有渾儀，測(cè)天之器，設(shè)于崇臺(tái)，以候垂象者，則古機(jī)衡是也。渾象，象天之器，以水激之，或以汞轉(zhuǎn)之，置于密室，與天行相符，張衡、陸績(jī)所為，及開元中置于武成殿者，皆此器也。皇祐中，禮部試《機(jī)衡正天文之器賦》，舉人皆雜用渾象事，試官亦自不曉，第為高等。漢以前皆以北辰居天中，故謂之“極星”。自祖亙以機(jī)衡考驗(yàn)天極不動(dòng)處，乃在極星之末猶一度有余。熙寧中，余受詔典領(lǐng)歷官，雜考星歷，以機(jī)衡求極星。初夜在窺管中，少時(shí)復(fù)出，以此知窺管小，不能容極星游轉(zhuǎn)，乃稍稍展窺管候之。凡歷三月，極星方游于窺管之內(nèi)，常見不隱，然后知天極不動(dòng)處，遠(yuǎn)極星猶三度有余。每極星入窺管，別畫為一圖。圖為一圓規(guī)，乃畫極星于規(guī)中。具初夜、中夜、后夜所見各圖之，凡為二百余圖，極星方常循圓規(guī)之內(nèi)，夜夜不差。余于《熙寧歷奏議》中敘之甚詳。
參考資料 >