文档介绍：天文地理仪器设备
地震仪的鼻祖
公元年东汉都城洛阳发生了一件事,太史令张衡发明了一种仪器,
它能知道什么时候、哪里发生了地震。只要那个方向发生了地震,仪器上那
个方向的龙口就张开,龙口中的小铜珠就落入下方的蟾蜍口中而发出响声。
这件事引起朝中大臣们的纷纷议论,有不相信的,也有表示怀疑的。但时间
一久,人们对这件事也就淡忘了。过了几年,公元年的一天,张衡发明
的那架仪器朝西方向的龙口突然张开,小铜珠落人蟾蜍口中。这说明小钢珠
落人蟾蜍口中的时候西方发生了地震,但当时洛阳并没有人感觉到有什么震
动。于是满朝文武又是议论纷纷,说张衡的那架仪器不可靠。但过不多久,
现在甘肃境内的地方官府奏报来到,奏报称那里发生了一次强烈地震。这件
事使当时的人们对张衡的那架仪器十分信服,史籍中也称其“验之以事,合
契若神”。
张衡发明的那架仪器就是世界上第一架地震仪——候风地动仪。《后汉
书·张衡传》记载说“地动仪以精铜制成,圆径八尺,合盖隆起,形似酒尊。”
其里部主要构件是中间一根高而细的铜柱,张衡称之为“都柱”。都柱在接
受到地震产生的地震波后,就向波源方向倾倒。在都柱周围架设有条通道,
使倾倒的都柱只能往一道中滑倒,其所倒方向即是地震发生的方向。尊外相
应地设置条口含小钢珠的龙,分别朝着个方向。每个龙头下面都有一只
蟾蜍张口向上,准备接住落下的小铜珠。都柱受地震波的震动而倾倒时,敲
动一个像弩机装置似的牙机,利用杠杆原理传动,使龙首张开口,小铜珠便
落入蟾蜍口中发出声响,人们就知道什么时候什么方向发生了地震。
张衡发明的候风地动仪虽然只能测知地震震中发生的大概方位,但在文
明发展史上却是一项了不起的发明。一直到世纪,世界才出现真正用来观
测地震的仪器。候风地动仪领先世界地震科技达年,因此被公认为地震
仪的鼻祖。
著名的浑仪
浑仪是中国古代用于测量天体球面坐标的观测仪器。它是由一重重的同
心圆环构成,整体看起来就像一个圆球。有资料表明,在公元前世纪中叶,
中国就已经使用浑仪观测天象了,比古希腊约早年。
浑仪的最基本构件是四游仪和赤道环。四游仪由窥管和一个双重的圆环
组成。窥管是一根中空的管子,类似于近代的天文望远镜,只是没有镜头。
双重圆环叫四游环,也叫赤经环,环面上刻有周天度数,可以绕着极轴旋转,
窥管夹在四游环上,可以在双环里滑动。转动四游环,并移动窥管的位置,
就可以观测任何的天区。赤道环在四游环外,上亦刻有周天度数,固定在与
天球赤道平行的平面上。这样,就可以通过窥管观测到待测量的天区或星座,
并得出该天体与北极间的距离,称“去极度”,以及该天体与二十八宿距星
的距离,称“入宿度”。去极度和入宿度是表示天体位置的最主要数据。
浑仪的改进和完善,经历了一个由简而繁,而又由繁而简的历程。从汉
代到北宋,浑仪的环数不断增加。首先增加的是黄道环,用以观测太阳的位
置。接着又增加了地平环和子午环,地平环固定在地平方向,子午环固定在
天体的极轴方向。这样,浑仪便形成了二重结构。唐代起,浑仪又发展成三
重结构。最外面的一层叫六合仪,由固定在一起的地平环、子午环和外赤道
环组成,因东西、南北、上下个方向叫六合,故名。第二重叫三辰仪,由
黄道环、白道环和内赤道环组成,可以绕极轴旋转。其中白道环用以观测月
亮的位置。最里层是四游仪。北宋时,又增加有二分环和二至环,即过二分
(春分、秋分)点和二至(夏至、冬至)点的赤经环。
多重环结构的浑仪虽是一杰出的创造,在天文学史上也起过重要的作
用,但其自身也存在着两大缺陷。一是要把这么多的圆环组装得中心都相重
合,十分困难,因而易产生中心差,造成观测的偏差。一是每个环都会遮蔽
一定的天区,环数越多,遮蔽的天区也越大,这就妨碍观测,降低使用效率。
为解决这两个缺陷,从北宋起即开始探索浑仪的简化途径。这个浑仪改革的
途径由北宋的沈括开辟,元代的郭守敬完成。沈括由两个方面进行改革,一
是取消白道环,借助数学方法来推算月亮的位置;一是改变一些环的位置,
使遮蔽的天区尽量减少。而郭守敬又取消了黄道环,并把原有的浑仪分为两
个独立的仪器,即简仪和立运仪。
简仪由四游仪、赤道环和百刻环组成。赤道环的位置移至旋转轴的南端,
这一方式,至今在各国的天文台上安装望远镜时,还广泛地被采用。百刻环
的安装是一创新,环上等分成刻,分为个时辰,每刻又分作分。
它固定在赤道环内,既可承托赤道环,又可得到真太阳时的读数。四游仪窥
管两端各设有十字线,这是后世望远镜中十字丝的肇始。
立运仪与