简仪(Simplified Instrument),是元代天文学家
郭守敬于元至元十三年(公元1276年)创制的一种测量
天体位置的仪器。
简仪是郭守敬在改革、简化测天工具浑仪的基础上创造出来的。简仪把地平坐标(由地平圈和地平经圈组成)和赤道坐标(由赤道圈和
赤经圈组成)分为两个独立的装置:赤道装置和地平装置,因为每个装置都很简单,故名“简仪”。简仪除了北天极附近以外,整个天空可一览无余。其赤道装置中,四游双环的两面刻着周天度数,中间夹着窥管,窥管可以绕四游双环的中心旋转。只要转动四游双环和窥管,就可以观测空中任何方位的一个
天体。地平装置中,阴纬环代表地平圈,环面上刻着方位;垂直立于阴纬环上的立运双环,则代表地平经圈,它可以绕轴旋转;双环中间夹有窥管,窥管可以绕立运环的中心旋转。地平装置能够同时测量
天体的地平方位和地平高度。
现代化天文台内大望远镜的赤道装置,尤其是
英国式的类型,以及近代工程测量、地形测量及实用天文测量所用的
经纬仪、航空导航用的天文罗盘等近代仪器最早的基本型式,都可说是脱胎于简仪。简仪是中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,比西方
丹麦天文学家
第谷·布拉赫(TychoBrahe)的同类仪器早300多年。
历史发展
创始于
战国初期的浑仪是中国天文仪器中最重要的测天工具,但是它有两个缺点:一是装配复杂,二是环圈交错,彼此遮掩,观测不便。于是,从
北宋开始,就出现改造浑仪的趋势,金元时,简仪应运而生。
完颜璟承安四年(公元1276年),有个名叫丑和尚的人向朝廷进呈天文仪器的图纸,其中有“简仪”一项,后来是否做成,没有下文。
元至元十三年(公元1276年),天文学家
郭守敬在改革、简化浑仪的基础上,创制了测量
天体的新型天文仪器——简仪。简仪不但取消了浑仪的白道环,还取消了
黄道环,而且把地平坐标(由地平圈和地平经圈组成)和赤道坐标(由赤道圈和
赤经圈组成)分为两个独立的装置:赤道装置和地平装置,因为每个装置都很简单,故名“简仪”。
康熙五十四年(公元1715年),
德国传教士纪理安为了制造地平经纬仪 ,把浑仪、简仪等仪器当作废铜进行熔毁。现存于南京紫金山天文台的简仪,是明代正统二年到七年间的复制品。
发明者
郭守敬(公元1231年—公元1316年),字若思,顺德邢台(今
河北省邢台)人,元朝时期天文学家、
水利工程专家、数学家、仪器制造家。在天文方面,郭守敬主持制定了《授时历》,主持了大规模的天文数据测定,设计制作简仪、景符、窥几、仰仪等多种
天文观测仪器,还在
元大都修建了天文台;在数学方面,郭守敬使用“割圆求矢术”“割圆求矢术”等方法开辟了通往球面三角形的途径;在水利方面,郭守敬主持
疏浚了多处河道,为元大都的水利建设提供多条建议,还主持凿通了
通惠河,连通南北的运输。
结构
明制简仪总高2202毫米、总重 14吨,主要由两个互相独立的装置:赤道装置和地平装置、以及基座和支架组成。
赤道装置
赤道装置只保留了浑仪中的四游、赤道、百刻三个环。该装置北高南低的两个支架托着正南北方向的极轴,围绕着极轴旋转的是四游双环。四游双环中间夹着窥管,窥管可以绕四游双环的中心旋转。
简仪南端的赤道环面上装有两根铜条,铜条中心恰在赤道环中心。它们被称为界衡。每条界衡的两端分别用细线和北极轴相连接,从而构成了两个三角形,这两个三角形平面也就是两个
赤经平面。
地平装置
地平装置又叫立运仪,安放在赤道装置北面支柱的横梁底下,包括一个固定的地平环(阴纬环)和一个可以旋转的立运环以及一个窥衡(望筒)。
基座
简仪以长方形的铜铸框架为基座,框架的四角和中梁部位有四条龙柱和四条云柱为支承件。经过对实体特征进行观察可得:基座长4396毫米、宽2971毫米。
支架
极轴倾斜北高南低。北极轴在二根最长的云柱交叉呈“A”形的支架顶端,云柱中部铸有横梁,梁中部装立运环轴栓,二条龙柱支承在横梁两端。南极轴及百刻环用二根云柱交叉呈X支架和二条龙柱支承。
赤道环X形支架声望两柱交叉处有
南极洲轴座,柱上端靠龙柱支承,柱下端嵌入在基座内。柱长2550、2670毫米,柱的截面近似圆形,直径146、140毫米,两柱交叉的下半部铸有横梁,长1410毫米,截面近似圆形直径134毫米。横梁支撑赤道环,且此处素面无纹,其余表面云纹、兽纹。纹饰连贯清晰。在横梁与立柱的交结处,各铸有一兽物,翘首张口趴附在架柱之间。
立运环A形支架中,两云柱相交与
北极圈相连,中间有一横梁,梁长2102毫米,近似圆形截面直径120毫米,两侧立柱成弧形,长为2644毫米,直径约125毫米。A形支架纹饰布局,艺术风格、结构特点与X架相同。
使用
赤道装置的三道环圈中,四游环的两面刻着周天度数,是测定去极度用的,利用四游环和赤道环及附属器件界衡,可以测定入宿度;利用百刻环、四游环和界衡又可测定地方真太阳时;通过数字计算,可以归算出
黄道坐标,所以黄道圈就省略了。四游环独立于赤道环之上,再也不会出现多环掩映、影响观测的现象。另外,
郭守敬还在赤道环和百刻环之间平放了四个圆形短铜棍,使两环接触之间由原来的滑动磨擦变为滚动摩擦,转起来更有力。同时,郭守敬还在赤道装置上安装了一个候极仪,以校正仪器极轴的正确方向,大大提高了观测的精确度。
地平装置中,阴纬环代表地平圈,环面上刻着方位;垂直立于阴纬环上的立运双环,则代表地平经圈,它可以绕轴旋转;双环中间夹有窥管,窥管可以绕立运环的中心旋转。地平装置能够同时测量
天体的地平方位和地平高度。
影响和成就
影响
现代化天文台内大望远镜的赤道装置,尤其是
英国式的类型,是从简仪脱胎而来。近代工程测量、地形测量及实用天文测量所用的
经纬仪,从其型式来看,
方位角和仰角的地平装置,也是简仪阴纬环和立运环的结构。而航空导航用的天文罗盘,其构造也与简仪属于同一类型。因此,简仪可称所有这些近代仪器最早的基本型式,而现存明制简仪则是最完整的原型。
成就
简仪是中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,比西方
丹麦天文学家
第谷·布拉赫(TychoBrahe)的同类仪器早300多年。简仪的结构,不仅在当时居于世界领先地位,而且也是现代赤道式天文望远镜的鼻祖。
英国著名的科技史专家
李约瑟博士在《
中国科学技术史》中引用根舍赞叹中国古仪的话说,欧洲人看作是文艺复兴后
天文学主要进步之一的
赤道仪,中国人在三个世纪以前就已经使用了。
历史上的简仪
后世纪念
纪念邮票
2011年12月10日,
中国邮政与单买联合发行《古代天文仪器》
特种邮票1套2枚,分别为:《简仪》和《大赤道经纬仪》。邮票图案采用雕刻形式,表现元代天文学家
郭守敬创制的“简仪”和
丹麦古代天文学家
第谷·布拉赫发明的“大赤道
经纬仪”。
郭守敬纪念馆
郭守敬纪念馆是位于
河北省邢台市信都区郭守敬大街正北
达活泉公园内,由
邢台市人民政府筹资兴建。郭守敬纪念馆分馆外建筑、主体建筑、附属建筑三个部分,主要景观设施中包括简仪。