第4章
◆天體儀
天體儀，古稱“渾象”，是我國古代用於演示天象的一種儀器。在古代，人們很早就會製造這種儀器，並且用它來了解日、月、星辰的相互位置和運動規律，不僅直觀，而且形象。天體儀可以說是現代天球儀的直接祖先。北京古觀象台上安置的天體儀，是我國現存最早的天體儀，製於清康熙年間，重達3850公斤。
天體儀的主要組成部分是一個空心銅球，球麵上刻有縱橫交錯的網格，用於量度天體的具體位置；球麵上凸出的小圓點代表天上的亮星，它們嚴格地按照亮星之間的相互位置標刻。
整個銅球可以繞一根金屬軸轉動，轉動一周代表一個晝夜，球麵與金屬軸相交於兩點：北天極和南天極。兩個極點的指尖，固定在一個南北正立著的大圓環上，大圓環垂直地嵌入水平大圈的兩個缺口內，下麵四根雕有龍頭的立柱支撐著水平大圈，托起整個天體儀。
利用渾象，無論是白天還是陰天的夜晚，人們都可以隨時了解當時應該出現在天空的星空圖案。
◆紀限儀
紀限儀是清朝製造的八件大型銅鑄天文儀器之一，建造於1673年，重達802千克。現存於北京古觀象台的觀測平台上。
紀限儀是專門用來測量天空中任意兩顆星星之間距離的古儀，它的基本觀測方法是測量兩顆待測星到觀測者的兩條視線所張開的角度。在天文學上，這一角度叫做“天體角距離”。
紀限儀的主體是一段60度的弧麵，弧麵半徑約為兩米，上麵飾有精細的對稱型花紋，以弧邊中央點為零度，向左右兩邊各刻30度。從零度點到弧麵頂點預設一根銅竿，整個弧麵固定在銅竿上，並能上下左右轉動。
銅竿後麵的圓柱與銅竿上的橫軸相連，穩穩地插入一米高的遊龍底座內。在銅竿的上端還有一根橫軸，掛有窺尺和遊表，貼附在弧麵上。
實際觀測時，應將弧麵與兩顆待測星移動到同一平麵上，一人用窺尺對準一顆待測星，另一人用遊表對準另一顆待測星，窺尺和遊表兩者所指出的弧邊刻度差，就是這兩顆待測星之間的角距離。
◆象限儀
象限儀製造於1673年，是專門用來測量天體地平高度的觀測儀器現存於北京古觀象台上。
所謂“地平高度”，就是觀測者到某顆星星的視線與地平麵的夾角。在天文學上，這一角度叫做“天體地平高度”。
象限儀的下端是一根方形橫梁和一對十字底座，在兩個十字底座的交叉點上，各豎起一根高三米多的圓柱，兩邊均有一條龍扶持，起到裝飾和加固雙重作用。
兩根圓柱支撐著一根雕有雲紋圖案的橫梁，一根可以旋轉的立軸連接在上下兩梁的中間，固定著整個扇形的象限環。
象限環內雕有騰雲駕霧的巨龍，既增添了儀器的生氣，又起到了平衡作用，象限環的橫邊呈水平狀，並且與立邊垂直，在兩邊的交叉點處掛有一根遊表，貼附在象限環麵上。
實際觀測時，轉動象限環，將遊表對準待測星，觀看遊表所指的弧麵上的刻度，就可以推算這顆待測星的地平高度。
◆赤道經緯儀
赤道經緯儀是清朝製造的八件大型銅鑄天文儀器之一，也是我國重要的古天文觀測儀器。建於1673年製成，重達2720千克，至今仍完好地保存在北京古觀象台的觀測平台上。
赤道經緯儀的觀測部分由三個大環和一根軸承組成。最外麵的大環叫做“子午環”，呈正南北方向豎立著，兩麵有刻度盤。
中間的圓環呈南高北低，與天赤道平行，叫做“赤道環”。
赤道環麵上均勻地刻有24個大格，代表24小時，每個大格再分成4個小格，代表15分鍾。在赤道環麵的中心垂直地豎立著一根軸承，叫做“極軸”，與子午環相連，朝上的一點指向北天極，朝下的一點指向南天極，並由南極伸出的兩個象限弧支撐著。
最裏麵的圓環叫做“赤經環”，可以繞極軸旋轉。
整個觀測部分鑲嵌在一個半圓雲座內，由一條南北正立、昂首修尾的蒼龍托起，龍的四隻利爪分別抓住下麵十字交梁的一端，每端都裝有調整儀器水平的螺栓。該儀器主要用於測量恒星以及太陽、月球、行星等天體的位置。
◆黃道經緯儀
黃道經緯儀是清朝製造的八件大型銅鑄天文儀器之一，也是我國重要，古天文觀測儀器。它製成於1673年，重達2752千克，現今保存在北京古觀象台的觀測平台上。
黃道經緯儀的外層是南北向正立的“子午圈”，子午圈內有一個大圈叫做“極至圈”，用鋼軸契合在子午圈的兩個極點上，因此，叫做“黃道經緯儀”。
在極至圈內，套著一個斜躺著的大圈，這個大圈平行於地球繞太陽旋轉的黃道，叫做“黃道圈”。
黃道圈上刻有度數和黃道十二宮的圖案，是黃道經緯儀的基本大圈。有一根垂直於黃道圈麵的鋼軸聯接黃道南、北兩極。
最裏麵的一個圓環叫做“黃道經圈”，與黃道南、北兩極相連，並且可以繞鋼軸旋轉，圈上也刻有度數。在觀測天體時，可根據黃道圈和黃道經圈的刻度來確定太陽和行星的位置。
整個儀器的觀測部分放置在一個半圓雲座內，由兩條背向而立的蒼龍托起，蒼龍的爪子緊緊抓住雕有雲紋斜交的十字交梁上。
◆地平經緯儀
地平經緯儀是我國古代的一種天文觀測儀器。現在保存於北京古觀象台的重達811千克，製成於公元1673年。
地平經緯儀主要用於測量天體的地平方位角。其底座是副十字交梁，交梁上有三條屈身直立的蒼龍和一條銅柱，作為四個柱腳托著一個直徑兩米多的大銅圈，銅圈平行於地平麵，叫做“地平圈”。
圈麵按東西和南北正相交成兩條直線，將地平圈分割成東南、西南、西北和東北四個方位，以正南和正北為零度，分別向東、西刻劃度數。
在正東和正西兩點各豎一柱，兩條升龍盤柱而上，大約在1.5米處相向合攏，在中心部分兩龍各伸出一爪，共同捧著火球。
從地平圈中心垂直地豎起一根正方形的與火球相連的空心立表，立表上指天頂，下連底座中心的固定立柱。在立表的下端有一根橫表，平躺在地平圈上，可以帶動立表旋轉，橫表的兩端各有一根直線和立表頂端相連。
實際觀測時，轉動橫表，將待測星置於立表的空心處，與橫表兩端的直線構成同一平麵時，就可以從橫表所指的刻度盤上讀出待測天體的方位角。
◆璣衡撫辰儀
璣衡撫辰儀是清代製造的八件大型銅鑄天文儀器之一，也是我國古代重要的天文觀測儀器。製成於1744年，重達五噸，這台具有中華民族特色、精細製造的古儀，至今仍完好地保存在北京古觀象台的觀測平台上。
璣衡撫辰儀觀測部分的外層是一根南北正立著的“子午雙圈”，雙圈用銅枕固定著，其空隙的中線為子午正線，在雙圈內有兩個並排著的圓環，叫做“赤道圈”。
外麵的赤道圈固定在子午雙圈上，東西各有龍柱相托，裏麵的赤道圈連接在極至圈上，且可以沿赤道麵移動，精巧致極因此，又叫“遊動赤道圈”。
最裏麵的一個圓環叫做“赤經圈”，由環內的一根空心銅軸連接在子午雙圈的兩個極點上，赤經圈可以繞銅軸旋轉。
在空心銅軸中間還有一根窺管，前端圓孔內有十字絲裝置，起到提高觀測精度的作用。整個觀測部分由雕工精細的雲座和龍柱托起。
這架由青銅澆鑄成的古天文觀測儀，設計巧妙，製造精美、細膩，幾條遊龍栩栩如生，氣魄宏偉，令人歎為觀止，不愧為我國古代天文文物中的瑰寶。
◆水運儀象台
水運儀象台是我國古代一種大型的天文儀器，由宋朝天文學家蘇頌等人創建。它是集觀測天象的渾儀、演示天象的渾象、計量時間的漏刻和報告時刻的機械裝置於一體的綜合性觀測儀器，實際上是一座小型的古代天文台。
整個水運儀象台高12米，寬7米，共分3層，相當於一幢四層樓的建築物。
最上層的板屋內放置著1台渾儀，屋的頂板可以自由開啟，平時關閉屋頂，以防雨淋，這已經具有現代天文觀測室的雛型了。
中層放置著一架渾象儀；下層又可分成五小層木閣，每小層木閣內均安排了若幹個木人，5層共有木人162個，它們各司其職。
每到一定的時刻，就會有木人自行出來打鍾、擊鼓或敲打樂器、報告時刻、指示時辰等。