天文儀器 3.
測量天體的渾儀和簡儀
測量天體的儀器已有近2000年的曆史。在曆史進程中，我們的祖先在不同的時期發明和製造了各種測量天體的儀器，適應了當時社會經濟發展和人們的生活需求。
我國古代測量天體的儀器最著名的是渾儀和簡儀。這兩件儀器的製造，是我國天文儀器製造史上的一大飛躍，是當時世界上的一項先進技術。
渾儀是我國古代天文學家用來測量天體坐標和兩天體間角距離的主要儀器。簡儀是重要的觀測用儀器，由渾儀發展而來。
我國古代渾儀的誕生，經曆了從簡單發展至複雜又回到簡單的過程。大致來說，戰國至秦是它的誕生時期；漢唐時期是研製、創新和定型的階段；宋元時期是它的高峰時期；明代以後的鑄造已經帶有西學元素。
渾儀由於它的重要性，曆代均有研製。保存至今的明製渾儀和清製渾儀結構合理、鑄造精良、裝飾華麗，成為古代天文儀器的精品，甚至成為我國古代科技文明的象征。
渾儀的構造包括3個基本部件，首先是窺管，通過這根中空管子的上下兩孔觀測所要測的天體；其次是反映各種坐標係統的讀數環，當窺管指向某待測天體時，它在各讀數環中的位置就是該天體的坐標。
此外就是各種支撐結構和轉動部件，保證儀器的穩固和使窺管能 自由旋轉以指向天空任何方位。
最初的渾儀結構比較簡單，隻有一根窺管和赤道係統的讀數環並兼做支架的作用，在《隋書.天文誌》中最早留下了南北朝時孔挺於323年製的渾儀結構，即如上述古法所製。
北魏鮮卑族天文學家斛蘭於412年受詔主持鑄成我國曆史上第一台鐵渾儀。鐵渾儀增加了帶水槽的十字底座，底座上立4根柱子支撐儀器。這樣，讀數係統與支撐係統就分開了。
鐵渾儀的基本結構與前趙孔挺渾儀基本上相同，但又有些新創造。如在原有的底座上鑄有“十”字形水槽，以便注水校準水平，這是在儀器設備上利用水準儀的開端。
鐵渾儀是一台質量很高的儀器，北魏滅亡後，曆經北齊、後周、隋、唐幾個朝代一直使用了200多年，直至唐睿宗時，天文學家瞿曇悉達還奉敕修葺此儀，可見其使用壽命之長。
至唐代，由於天文學家李淳風、一行和天文儀器製造家梁令瓚等人的努力，渾儀的三重環圈係統建立起來，成為後世渾儀結構的定型式。
渾儀的三重環圈各有名稱，最裏麵的是四遊環或四遊儀，它夾著窺管可使之自由旋轉；中間一重是三辰儀，包括赤道環、黃道環、白道環，上麵都有刻度，是各坐標係統的讀數裝置；外麵一重是六合儀，包括地平、子午、赤道三環，固定不動，起儀器支架作用。
考察曆代所製渾儀，都可以按這三重環圈體係來分析它們的結構。其構造科學合理，觀測精確，造型優美而享譽世界。
由於天體的周日運動是沿赤道平麵的，所以隻有赤道係統能最方便地表示天體的坐標，黃道和白道就顯得很麻煩，而且由於歲差的原因，赤道和黃道的交點不斷變化，使黃赤道的位置不固定。
唐代一行和梁令瓚所鑄黃道遊儀就是為了解決這個問題而設計的，他們在赤道環上每隔1度打一個孔，使黃道環能模仿古人理解的歲 差現象不斷在赤道上退行。
類似的情況是白道和黃道，李淳風就在他製造的渾天黃道儀的黃道環上打249個孔，每過一個交點月就讓白道在黃道上退行一孔。這樣的設計雖說巧妙，但使用上卻帶來不便，精度上也受影響，後來遂被廢除。
宋代的渾儀鑄造主要在北宋時期，大型的就有5架，每架用銅總在10000千克以上，可見其規模之大。
宋代渾儀也注意到精度方麵的改良。如窺管孔徑的縮小，降低人目移動所造成的誤差，並調整儀器安裝的水平和極軸的準確，降低係統誤差。
當時發明的轉儀鍾裝置和活動屋頂，成為我國天文儀器史上兩大重要發明。