Starrix 星匯點 – 縱觀中國古代天文儀器 (下)

縱觀中國古代天文儀器 (下)

8 月 03, 2017 Einstein 天文資料庫, 專題文章 0

(編者：林燕婷)

圭表

圭表，又稱日圭，是中國最古老及最簡單的計時器，透過觀察圭表上日影長度，能夠確定一年長度及四季。原始的圭表，圭垂直於水平面，圭置於水平面，子午線對正南北。

左圖為現存最早圭表—東漢銅圭。右圖為巨型圭表–登封觀星台

到了明代，郭守敬把圭表改良，提高了測量的精準度。主要是在原有基礎上加上立圭和表上景符的小孔。下圖左為加了立圭的圭表，圖右為表上景符的小孔，主要是能清晰找出表的投影。

左圖為香港天文公園彷圖。右圖為1.4景符上的小孔

明代圭表

明代圭表運用了相似三角形原理和小孔投影把原始圭表出現的誤差大大調低。

圭表上的相似三角形

真實的表影(BC)可透過相似圖形比例計算得知。E為日光投影點，透過量度DE 及利用相似圖形比例關係，若得出比例數值越大，則表影越大。

圭表最先出現是作為計時器，當表影落在圭上時，就是那一天的正午。每一天正午落在圭表的位置都不同。簡單圭表上刻有四季分割線，分別是冬至線、春分線、秋分線及夏至線。如若日光影子投射在冬至線時(即表影最長)，代表該日是一年的冬至，如此類推。

圖1.6圭表上的四季分割線

此外，圭表也可以測量太陽年的長度，即是地球繞日一周所需要的天數。過往，一般以一年365日計算。但利用圭長可以觀察到某一年(圖第一年)的秋分，9月23日，那一天正午時日光剛好落到秋分線上，但那年開始之後的秋分卻不落在秋分線。由那年開始之後的第五年秋分落在了第一年的9月22日上，所以連續計算4個春秋就有1461天，因此一個太陽年的時間便是365.25日了。

渾儀

渾儀出現源於中國古代一宇宙論—渾天說。此說認為天似雞蛋，地則像是蛋黃包在其中，天由氣支持，水位於天的底部，地則浮於水上。而渾儀則是測量記錄星體位置以及演示星體運動位置的儀器。

左圖為南京紫金山天文台渾儀圖。右圖為渾天說示意圖。

渾儀主要由三層結構組成，最外層為六合儀，中層為三辰儀，內層為四遊儀。

唐代李淳風渾儀示意圖

1. 六合儀

六合儀–最外層，由三個聯結一起並固定不動的環圈組成。分別為天元子午圈、地平圈及天常赤道圈。

天元子午圈為一正立雙環，兩面都刻著周天度數三百六十五又四分一度，沒有數字。地平圈是平臥的單環，外弧面刻八干十二支和四維以表示方向，內弧面刻十二國分野，環面上有水渠，用來定水平。天常赤道圈是斜立單環，與天球赤道相對應，刻有12時辰100刻，每時辰分初正兩段，每段四大刻一小刻(一小刻相當於一大刻的1/6, 12時辰有100刻)。

六合儀(取自天文公園儀器簡介)

2. 三辰儀

二至圈為南北向的雙環，穿越黃道圈的夏至點和冬至點，兩面各從南極起刻半周天182又5/8度。而二分圈為南北向的單環，穿越黃道的春分點和秋分點，沒有刻度。遊旋赤道圈為東西向的單環，興天常赤道相對應。去極各91度多，上面刻著28宿的名稱和距度。黃道圈為雙環，與赤道相交24度，內面斜刻著28宿的名稱和距度。

三辰儀(取自天文公園儀器簡介)

3. 四遊儀

四遊圈為南北向的雙環，環面從南極開始刻著半周天182度多，並有「南極」和「北極」。而天軸為南北向的雙條，指向天球的南北極。窺管呈方形，中有圓孔，貫於天軸中心，管長質四遊圈直徑齊，可以在四遊圈雙環及天軸雙條之間轉動。

四遊儀(取自天文公園儀器簡介)

除環圈外，還有雲山和座架以作支撐及定方位之用。鼇雲柱承托著天元子午圈。鼇為傳說中海裹的大鼇，即是甲魚，鼇頭向南。飛龍柱一共有4根，各以一龍爪托著地平圈，座面有水槽，用以調校水平。趺座為田字形，承托著鼇雲柱及飛龍柱，座底正中和四角有方形基礎五個。雲山-四座置於四維方位，分別有乾山(西北)、坤山(西南)、艮山(東北)和巽山(東南)，本有銅鏈鎖著四條飛龍。

雲山和座架