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浑天仪是浑仪和浑象的总称。浑象，相当于现在的天球仪，是中国古代一种表现天体运动的演示仪器，类似现代的天球仪。公元前4世纪，周朝战国时的石申、甘德最早制作浑象。 浑象与浑仪不同，浑象主要用于表演天象的变化；浑仪则用于测量天体黄、赤道坐标的观测仪器，浑仪发明者是我国西汉的落下闳，东汉时期伟大的科学家张衡进行改进。北宋苏颂发明将浑象与浑仪合一的自动化机械化天文演示设置——水运仪象台。 中国现存最早的浑天仪制造于明朝，陈列在南京紫金山天文台。

理论背景

浑天说是中国古代的一种重要宇宙理论，认为“浑天如鸡子，天体圆如蛋丸，地如鸡中黄”，天内充满了水，天靠气支撑着，地则浮在水面上。浑仪和浑象是反映浑天说的仪器，即是“物化”和“浑天说”。

组成构造

浑天仪是浑象和浑仪的总称。

浑象的构造是一个大圆球上刻画或镶嵌星宿、赤道、黄道、恒隐圈、恒显圈等，类似天球仪。

浑仪是一观测仪器，内有窥管，亦称望管，用以测定昏、旦和夜半中星以及天体的赤道坐标，也能测定天体的黄道经度和地平坐标。浑仪由早期四游仪和赤道环组成。从汉代到北宋浑仪增加了黄道环、地平环、子午环、六合仪、白道环、内赤道环、赤经环等。北宋的沈括取消白道环、改变一些环的位置。元代郭守敬取消了黄道环，并把原有的浑仪分为两个独立的仪器：简仪和立运仪。

历史发展

中国天文学发展的历史是悠久的。到汉代已有盖天、宣夜和浑天等学派。盖天说认为，天如盖，盖心是北极，天盖左旋，日月星辰右转。宣夜说认为天无定形，日月星辰“自然浮生虚空之中”，并不附着于“天体"”之上。浑天说认为天如蛋壳，地如蛋黄，天地乘气而立，载水而行。

宣夜说后来不幸失传了，盖天、浑天两说并行，竞相争鸣，比较科学的浑天说渐占上风。同时，观测天象的仪器也不断出现，如武帝时洛下闳制造了浑天仪，宣帝时耿寿昌又造了浑天仪，和帝时崔瑗的老师贾逵更制造了黄道铜仪。

张衡继承和发展了前人的成果。任太史令后，他更加勤奋地“研核阴阳”，终于“妙尽璇玑之正”。元初四年（公元117年），一件成就空前的铜铸浑天仪，被张衡造了出来。浑天仪主体是几层均可运转的圆圈，最外层周长一丈四尺六寸。各层分别刻着内、外规，南、北极、黄、赤道，二十四节气，二十八列宿，还有“中”外“星辰和日、月、五纬”等等天象。仪上附着两个漏壶，壶底有孔，滴水推动圆圈，圆圈按着刻度慢慢转动。于是乎各种天文现象便赫然展现在人们眼前。这件仪器被安放在灵台大殿的密室之中。夜里，室内人员把某时某刻出现的天象及时报告给灵台上的观天人员，结果是仪器上、天上所现完全相符。

铜仪的两侧附有玉虬（龙）各一，吐水入壶，左为夜，右为昼。壶上分别立着金铜仙人和胥徒，“皆以左手抱箭，右手指刻，以别天时早晚”。更有妙者：台阶下还有内装机关与两壶相联的瑞轮、荚，靠着滴水的推动，依照月亮出入圆缺的变化，不停地旋转开合，表示着朔、望、弦、晦等日期，有如活动日历一般，可见这件浑天仪及其附器，与近世的假天仪有许多相似之处。在此仪诞生的前一年，张衡先用竹篾制成一个模型，名曰“小浑”，进行了一系列的试验和校正，然后才铸作大仪。浑天仪是张衡血汗的结晶。他接着写了《浑天仪图注》和《漏水转浑天仪注》两本说明书，又撰成《灵宪》一部，绘制《灵宪图》一份。

张衡与浑天仪

在说到浑天仪的时候，大多数人脑子里第一个想到的人物可能都是张衡。张衡以发明地动仪而闻名于世，但是浑象和浑仪都不是由他所发明创造的，而是由他进行了改进。就好像提到蒸汽机，几乎所有人想到的都是瓦特，并且认可他就是蒸汽机的发明者，在我们小学的课本里，还有专门讲瓦特受水壶烧开时水蒸气顶起壶盖的启发而发明蒸汽机的故事。但事实上，早在公元1世纪，古希腊数学家希罗就发明了汽转球，这就是蒸汽机的雏形。而瓦特生于1736年，中间足足差了17个世纪。在瓦特之前，也有一些科学家们对蒸汽机的发明进行过发明，只不过他们所制造的蒸汽机都没有效率，直到瓦特这里，才真正意义上创造出有使用价值的蒸汽机。张衡之于浑天仪，也是这个道理。

浑象最初是由我国西汉天文学家耿寿昌发明于公元前2世纪中叶。耿寿昌又称耿中丞，因为耿寿昌在西汉宣帝时任大司农中丞。大司农中丞大概相当于现在的省农业局局长。在古代，农业生产不像现在都是机械化，在古代耕种需要人为，但收获就需要看天了。因此，古代的农业生产和天象息息相关。这就要求农业方面的官员要精通天文学。耿寿昌把从浑天说认识到的天球形象化地表现出来，基本形状是一个大圆球，象征天球，圆球上布满星辰，画有南北极、黄赤道、恒显圈、恒隐圈、二十八宿、银河等等，另有转动轴以供旋转，还有象征地平的圈或框，象征地体的块，利用大圆球的旋转来模拟天象变化，这就是最原始的浑象模型。只是非常可惜，耿寿昌制造的浑象和著作都未能保留下来，有关浑象的最早记载为东汉张衡的《浑天仪图注》。

浑象

到了东汉，张衡发明了水运浑象，对后世制造浑象影响颇大，到了宋朝，浑象的发展到达了历史顶峰。宋朝的著名发明家沈括，在他的著作《梦溪笔谈·象数 一》曾记载：“浑象，象天之器，以水激之，以水银转之，置於密室，与天行相符，张衡、陆绩所为。”这里说的浑象，就是指由张衡所改进过的浑象。

张衡在前人制造浑象的基础上也制作了一架水运浑天仪，以水力推动，与天球转动合拍，这是在我国古代历史上一个很著名的创造。张衡的仪器由于年代久远无法得见，但张衡比耿寿昌幸运的是，他所造浑象的式样已被历代继承下来。

浑仪

浑仪的发明和改进跟张衡关系不大，另有一批古代科学家对此作出了杰出的贡献。浑仪在沈括的《梦溪笔谈·极星测量》中同样有记载：天文家有浑仪，测天之器，设于崇台，以候垂象者，则古机衡是也。

浑仪同样是以浑天说为基础，由相应天球坐标系各基本圈的环规及瞄准器构成。浑仪的发明最直接的推动者当属跟耿寿昌同属于西汉的落下闳，他也是浑天说的提出者之一。浑仪的构造相对浑象要复杂一些。

落下闳所设计的浑仪，由最基本的构件四游仪和赤道环所组成。四游仪由窥管和一个双重的圆环组成。窥管是一根中空的管子，双重圆环称为四游环，也叫赤经环，环面上刻有周天度数，可以绕着极轴旋转，窥管夹在四游环上，可以在双环里滑动。转动四游环，并移动窥管的位置，就可以观测任何的天区。赤道环在四游环外，上亦刻有周天度数，固定在与天球赤道平行的平面上。这样，就可以通过窥管观测到待测量的天区或星座，并得出该天体与北极间的距离，称“去极度”，以 及该天体与二十八宿距星的距离，称“入宿度”。去极度和入宿度是表示天体位置的最主要数据。

在公元前4世纪中叶，中国就已经使用浑仪观测天象了，比古希腊早了差不多60年。提到浑仪，不得不提另外两个人物，一个是唐代的李淳风，一个是元代的郭守敬。李淳风以和袁天罡合作的《推背图》闻名于世，很少有人知道，他曾在落下闳所创的浑仪的基础上，设计了更为复杂和精密的浑天黄道仪。在原先的双重环 上，又增加了一个环，发展成三重结构。最外面的一层叫六合仪，由固定在一起的地平环、子午环和外赤道环组成;第二重叫三辰仪，由黄道环、白道环和内赤道环组成，可以绕极轴旋转;最里层是四游仪。

郭守敬跟李淳风所做的改进正好相反，他简化了浑仪。郭守敬取消了黄道环，并把原有的浑仪分为两个独立的仪器，即简仪和立运仪。到今天，现存的浑象仅有两架，一架在南京紫金山天文台，一架在北京建国门古观象台。这两台都是清代所铸造的，其中位于建国门古观象台的浑象是有清朝著名天文学家南怀仁所建。在紫金山天文台，也可以看到明代正统二年到七年间制造的浑仪和简仪。感兴趣的朋友们，如果时间方便，可以过去一窥这些精巧仪器的真颜。

漏水转浑天仪

张衡所造的水运浑天仪，又称漏水转浑天仪，实际上就是一个浑象。那是一个大圆球，周长为1丈4尺6寸1分，相当于4分为1 度，周天共365.25度，上面标有二十八宿中外星官、南北二极、黄赤二道，北极周围有恒显圈，南极附近有恒隐圈，还有二十四节气，日、月、五大行星等。

水运浑象

汉朝（前202年）大司农耿寿昌于前52年发明了浑象，而东汉学者张衡（78年～139年）是第一位将一组由水车传动复杂齿轮用于驱动浑像这种动机付诸实现的科学家。这种水车的动力是由流入的水钟提供持续不断的压力产生。后来张衡在储水器与流入容器间加了个额外的补偿水箱改进了水钟。

水运仪象台

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苏颂在宋元祐七年（1092年）制成“水运仪象台”。

水运仪象台是一个类似于天文台，高约12米，宽7米，上下分三层；上层是浑仪（天体测量之用），中层是浑象（天体运行演示），下层是司辰（自动报时器），全程用水力推动，可精确报时，李约瑟指这是欧洲天文钟的直接祖先。苏颂于绍圣初年著《新仪像法要》一书，详述水运仪象台的整体功能、零件150多种，60多幅插图。

落下闳

落下闳，中国古代西汉时期的天文学家，太初历的主要创立者。汉武帝时任待诏太史，浑天说创始人之一。落下闳完善了古代天文学说浑天说，奠定了我国古代先进的宇宙结构理论基础。他在天文学上的贡献，承前启后，对于推动中国天文学的发展，起到了重要作用。另外需要注意的是，落下闳，不姓落，而是复姓落下，名闳。

史书记载

西汉宣帝甘露二年（公元前52年），大司农耿寿昌“铸铜为象，以测天文”。

东汉贾逵、傅安等在圆仪上加上黄道环，称为“黄道铜仪”（公元103年诏书造“黄道铜仪”）。

117年东汉天文学家张衡创制浑象，用漏壶滴出的水发动齿轮，带动浑象绕轴旋转，并使浑象的转动与地球的周日运动相等，可以将天象准确的表示出来。

早期曾有木仪，《隋志》引吴太史令陈苗的话说：“先贤制木为仪，各曰浑天。”以后多为金属铸造。

十六国的前赵刘曜光初六年（323年），史官丞南阳孔挺曾铸造铜浑仪。北魏道武帝天兴初年（398年），太史令晁崇修浑仪，用以观测星象。至明元帝永兴四年（412年），下诏造候部铁仪。

南北朝时，到宋文帝元嘉十三年（436年），太史令钱乐之铸造了一座浑天铜仪，实际上是一座浑象，即天球仪。元嘉十七年（440年）时，钱乐之又制作了一座小浑天。它的形制，亦是“象天运，而地在其中。” 依旧是“安二十八宿中外星官备足”。宋以后的梁代亦制作过浑天象。浑天象、浑象、浑天仪等，在名称上的区分并不严格，它们都是形象化的星图。它的功能与作用都比星图多，制作亦比星图困难。

南宋史学家李心传于《建炎以来朝野杂记》甲集卷四有以下的记载：

浑天仪，古器也。旧京凡四座，每座约用铜二万斤。至道仪在测验浑仪所，皇祐仪在翰林天文局，熙宁仪在太史局天文院，元祐仪在合台。绍兴三年，工部员外郎晋陵袁正功献浑仪木样，命有司制之，太史局请折半制造，计用铜八千四百余斤。诏工部侍郎提举，后以巡幸不克成。时资州龙水县士人张大橶以木为盖天，言可备军幕中候验。七年汞，席大光为制置大使，献诸朝。其后，上在容中自作浑仪，然制差小。十四年四月，遂命有司制之，内侍邵谔领其事，久之乃成。三十二年，以授太史局焉。

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