古代的天文学家在从事天文观测时,发明了很多仪器,重要的有圭表、浑仪、浑象、日晷和仪象台等。
圭表是一种测量天象的仪器,由垂直的表和水平的圭组成。圭表的主要功能是测定冬至日的准确时刻,并确定回归年长度。此外,根据观测表影的变化轨迹可确定日影方向和节气。目前保存完好的圭表在河南登封的观星台上,如图1。
浑仪,又称浑天仪,也是我国古代一种重要的天文观测仪器,如图2。“浑”,在古代有圆球的意思,古人认为天就像一个蛋壳,日月星辰是镶嵌在蛋壳上的弹丸,地球是蛋黄,人们观测天体就像站在蛋黄上观察蛋壳上的弹丸,所以人们把这种观测天体位置的仪器叫作“浑仪”。
浑象,是一种用于演示天象的仪器。通过它的演示,我们可以直观、形象地了解日、月、星辰的相互位置和运动变化,可以说它是现代天球仪的鼻祖。我国现存最早的、保存完好的天体仪安置在北京古观象台上。浑象外形如图3。
日晷,又称“日规”。晷,就是影子。日晷就是利用太阳的影子测时的一种仪器。其主要构件是铜制的指针和石制的圆盘。铜制的指针称“晷针”,在圆盘中心垂直穿过,在圭表中起着立竿成影的作用,因此,晷针又称“表”。石制的圆盘称“晷面”,晷面平行于赤道面。如图4是故宫内的日晷。
水运仪象台,是一座大型天文观测仪器,由宋代苏颂、韩公廉等人设计制造。它高约12米,宽约7米,呈上窄下宽的正方台形,全部为木建筑结构,如图5。它把浑仪、浑象以及报时装置巧妙地融为一体。