守敬課堂｜中國古代天文儀器——仰儀

2020年6月21日，一場“日環食”穿過我國境內，被網友們評為2020年最有趣的天文現象。那一枚在天空中閃著金光的“指環”在大家心裡留下了深刻印象。回望歷史，古人又是如何觀日的呢？

日環食

在科學尚不發達的古代，人們不明白日食發生的原因，以為太陽被“天狗”吃掉了。因此，每當發生日食，人們都非常恐慌，敲盆擊鼓要把“天狗”轟走。古代統治者把日食看作是上天的警告，因此對日食觀測很重視，設有專門機構和官員負責。

我們的古人是如何逐漸學會在不傷害眼睛的情況下觀測太陽的呢？

漢代時人們已經學會用水盆照映的辦法，日食時觀察水中映出的太陽影像，從而避免了眼睛直接接觸陽光而被灼傷的問題。後來，人們用油代替水，進一步減少了日光的刺激。13世紀，元代天文學家

郭守敬

發明了一種叫

仰儀

的半球形儀器，裡面有刻度，可以比較準確地測定各個食相的時刻，並估計出食分。

郭守敬紀念館仰儀模型

仰儀

形似一口仰放著的大鍋，因而得名。“仰”字在古代有“把覆合著的物體翻過來，使底部朝上。”之意。

仰儀結構示意圖

仰儀的結構

仰儀的主體是一隻直徑約一丈二尺（元代天文尺）的銅質半球面。儀唇（半球面的邊緣）上邊刻著時辰和方位，相當於地平圈，上面還有水槽，用以校正水平。

在儀唇的南部放置東西向和南北向的杆子各一根，稱為縮竿。南北向縮竿末端延伸到半球的中心，頂端裝置一小方板，稱為璇璣板。

璇璣板

板可以南北向和東西向轉動。板的中央開一小孔，小孔的位置正好在半球的中心。

仰儀的內部球面上，縱橫交錯地刻劃出一些規則網格，是赤道地平座標網。用來量度天體的位置。

鍋口水槽

在仰儀的鍋口上刻有一圈水槽，用來注水校正鍋口的水平，使其保持水平設定；在水槽邊緣均勻地刻劃出24條線，以示方向。

那麼仰儀是如何使用呢？

觀測過程

模擬日食觀測過程

轉動璇璣板，使它正對太陽。太陽光透過小孔在球面上成像，從座標網上立刻可以讀出太陽去極度數和時角，由此可知當地的真太陽時和季節。

仰儀是採用直接投影方法的觀測儀器，非常直觀、方便。例如，當太陽光透過中心小孔時，在仰儀的內部球面上就會投影出太陽的映像，觀測者便可以從網格中直接讀出太陽的位置。尤其在日全食時，它能測定日食發生的時刻，利用仰儀能清楚地觀看日食的全過程，連同每一個時刻、日食的方位角、食分多少和日面虧損的位置、大小都能比較準確地測量出來。