第315章 古代天文工具与测量原理宇宙地球人类三篇

接下来几章讲一下不同时期测量过程工具以及其中的测量原理 古代： 古人测量的核心不是直接测量天体本身而是测量角度和时间。

一切测量都基于两个最基本的参考系：地平坐标系（以观测者为中心）和赤道坐标系（以天球极为中心）。

测量工具： 肉眼 简易仪器： 圭表、日晷、浑仪、象限仪等。

记录： 纸笔。

核心仪器与测量方法 1. 圭表 (Gnomon) —— 测影定历 这是最古老、最简单的天文仪器。

构成： 表 (Gnomon): 一根直立的杆子。

圭 (Ruler): 一把平放在地面上正南北方向的尺子用于测量影长。

测量方法： 1. 测定方向： 首先用表影确定正北方向。

记录一天中表影顶端移动的轨迹轨迹中最短的影长所在的线就是正南北方向。

2. 测定节气： 每天正午时分测量表影的长度。

一年中影长最长的那天是冬至最短的那天是夏至影长适中的两天为春分和秋分。

3. 测定回归年长度： 通过连续多年测量冬至点（影长最长之日）的时间间隔可以精确算出一回归年（阳历年）的长度。

中国古代历法中的回归年长度数值极为精确正是靠圭表长期测量得出的。

测量目标： 时间（节气、回归年）、方向（南北子午线）。

2. 浑仪 (Armillary Sphere) —— 测角定位 这是古代最复杂、最精密的测量仪器用于测量天体的赤道坐标（赤经、赤纬）。

构成： 一套嵌套在一起的多个金属圆环分别代表： 子午环： 代表南北方向的经线。

地平环： 代表地平圈。

赤道环： 代表天球赤道上面刻有度数（如365.25度或360度）。

白道环/黄道环： 代表月球的轨道或太阳的轨道。

窥管： 一根贯穿仪器中心、可以自由旋转瞄准的管子。

测量方法（以测量某颗恒星为例）： 1. 校准： 将浑仪对准北天极（北极星附近）调整各环的位置使赤道环平行于天球赤道子午环对准南北方向。

2. 瞄准： 转动窥管使其对准要测量的恒星。

3. 读数： 窥管被多个环“固定”在空中此时： 窥管与赤道环的交角就是该恒星的赤纬（去极度）。

窥管与子午环的夹角或它在赤道环上对应的刻度就是该恒星的赤经（入宿度）。

古人常用“距星”（标志星）来作为参考点。

测量目标： 天体的精确位置（赤经、赤纬）。

3. 象限仪 (Quadrant) / 简仪 —— 简化测角 浑仪很复杂环圈会互相遮挡。

元代郭守敬发明了简仪将浑仪的各环圈分解开来独立使用功能相同但更简便。

象限仪是其中用于测量地平高度或赤纬的部分。

构成： 一个90度的扇形板上面刻有度数一端悬挂有铅垂线以确保垂直。

测量方法： 1. 将象限仪立直铅垂线确保其垂直于地平线。

2. 通过象限仪边缘的窥管或照准器瞄准天体。

3. 读取铅垂线在刻度盘上所指的度数这个度数就是天体的地平高度。

4. 如果已知观测地的纬度通过数学换算（赤纬 = 90° 纬度 ± 地平高度）就可以求出天体的赤纬。

测量目标： 天体的地平高度或赤纬。

好的中国的节气历法是一个博大精深的体系它是中国古代天文学和农耕文明的智慧结晶。

下面为您详细解释。

核心概念：什么是节气？ 节气是根据地球绕太阳公转的轨道（黄道）位置划分的24个特定点每个点对应一个时刻以及由此延伸出的一个时间段。

它本质上是一种阳历成分反映的是地球与太阳的关系因此能精确反映气候和物候的变化。

一、历法基础：阴阳合历 中国的传统历法（俗称农历）是一种独特的阴阳合历： 阴历部分： 以月相变化周期（朔望月约29.53天）为基础制定月份。

初一为朔月（新月）十五为望月（满月）。

这保证了日历与月相的同步。

阳历部分： 以地球绕太阳公转周期（回归年约365.24天）为基础制定了二十四节气。

这保证了日历与四季寒暑的同步。

为了解决回归年（365.24天）和12个朔望月（约354天）之间的11天差古人通过增设闰月（“十九年七闰”法则）来调整使历年的平均长度与回归年保持一致。

因此节气在阳历日期上是相对固定的而在农历中的日期则会有较大波动。

二、二十四节气的由来与划分 1. 起源： 起源于黄河流域最初通过观测“圭表”日影长度来确定。

日影最长的一天定为“冬至”最短的一天定为“夏至”影长适中的为“春分”和“秋分”。

这四大节点称为“四象”或“四分点”。

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