專利名稱：自動(dòng)應(yīng)象儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天文學(xué)，尤其涉及一種能測(cè)出各星體的位置，顯示天體運(yùn)行與時(shí)間，歷法的關(guān)系的自動(dòng)應(yīng)象儀。
中國(guó)古代的歷法為陰歷與陽(yáng)歷的配合歷，對(duì)農(nóng)事、氣象等助益很大，歷法的優(yōu)越是因?yàn)樘煳陌l(fā)達(dá)所致，而古天文學(xué)的成就很得力于渾天儀的發(fā)明與改進(jìn)，它對(duì)世界天文學(xué)的發(fā)展有不可磨滅的貢獻(xiàn)。
書經(jīng)、堯典云“乃命義、和，欽若昊天、歷象日、月、星辰，敬授人時(shí)”。據(jù)古籍中記載，中國(guó)古天文觀測(cè)儀器由附遊儀的圭表式儀器改進(jìn)為比較完整而同時(shí)可測(cè)高度與東西經(jīng)度的儀器，是由陶唐氏帝堯命義、和立渾儀(公元前2357年)開始。
尚書通考云“車漢延熹中(公元164年)，張衡以銅制渾天儀置于密室中，具內(nèi)外觀、南北極、黃赤道、列二十四氣、二十八宿、中外星官、及日、月、五緯，以漏水轉(zhuǎn)之于殿上室內(nèi)，令司之者閉戶而唱，以告靈臺(tái)之觀天者……皆如合符，機(jī)巧處為用漏水轉(zhuǎn)渾天”。
唐天文志云“開元十一年(公元723年)，高僧一行與率府兵曹參軍梁令瓚，鑄自動(dòng)渾天銅儀，開元十三年，水運(yùn)渾天告成?！阅竟駷榈仄?，令儀半在地下，注水激輪令其自轉(zhuǎn)，周天運(yùn)行，外絡(luò)二輪綴以日、月，令其運(yùn)轉(zhuǎn)……晦明朔望，遲速有率，制器垂象，永傳不朽……立二木人于地平上，共一前置鼓以候刻，至一刻則自擊之，其一前置鐘以候辰，至一辰亦自撞之。皆于柜中，各施輪軸，鉤鍵關(guān)鎖，交錯(cuò)相持，置殿前以示百官”。
水運(yùn)渾天儀是由相當(dāng)于天球大圈的許多環(huán)與球所組成的，利用流水(或水銀)位能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能推動(dòng)轉(zhuǎn)盤、齒輪及鉤鍵等帶動(dòng)諸環(huán)與球繞與地軸平行的極軸旋轉(zhuǎn)，調(diào)定水量及位差(可能也設(shè)置了擺的縱擒控制機(jī)構(gòu))，可以使極軸轉(zhuǎn)速與地軸轉(zhuǎn)速同步，諸環(huán)與球則與天象的運(yùn)行相為呼應(yīng)，且自動(dòng)司辰報(bào)刻，流水不斷，則此運(yùn)作便可永久持續(xù)下去，以利天文觀測(cè)并協(xié)助歷法計(jì)算及校驗(yàn)，后因朝代更替，中原戰(zhàn)亂，水運(yùn)渾天儀遭到破壞，宋室南遷后，天算人才調(diào)零，終至失傳。
宋天文志云“張衡之制，史失其傳，開元舊器，唐世已亡，宋太平興初(公元976年)，蜀人張思訓(xùn)首創(chuàng)其式，制自動(dòng)太平渾儀，……元祐七年(公元1092年)吏部尚書左丞兼待讀蘇頌制水運(yùn)儀象臺(tái)，……大率依仿一行之法……激水運(yùn)轉(zhuǎn)，加以樓板，層高丈余以藏關(guān)柱，冬月用水銀代水以防礙澀……另有玉衡植于屏外，持抳樞斗，其下為機(jī)輪，又為橫輪側(cè)輪斜輪，定身關(guān)中關(guān)小關(guān)，天柱七直神，左搖鈴、右叩鐘、中擊鼓以定刻數(shù)，每一晝夜周而復(fù)始，又以木為十二神，各直一時(shí)，至其時(shí)則自執(zhí)辰牌，循環(huán)而出，隨刻數(shù)以定晝夜長(zhǎng)短，上有天頂、天牙、大關(guān)……以日行度定寒暑進(jìn)退……四十有三鉤鍵，交錯(cuò)相持，次第運(yùn)轉(zhuǎn)，不假人力，多者日行二千九百二十八齒，少者五日行一齒，徐疾相遠(yuǎn)，如此而同發(fā)于一機(jī)……靖康之變，測(cè)驗(yàn)之器盡歸金人，久皆毀棄……南渡后天算人才缺乏，無(wú)復(fù)知其法制者……朱熹家有渾儀，頗考水運(yùn)制度而不可得”。
十七世紀(jì)西方發(fā)明望遠(yuǎn)鏡，此后中國(guó)的天文學(xué)便逐漸式微，古老的成就漸漸從人們生活中淡忘了。
當(dāng)我們把疑惑的眼神，投向浩瀚宇宙的時(shí)候，人仍是渺小的，為區(qū)區(qū)之事同類相殘，并無(wú)意義，對(duì)無(wú)盡奧秘的深淵，古人與今人所知也沒(méi)有多少不同。雖屬過(guò)時(shí)的成就，若能以實(shí)用化面貌重現(xiàn)，不獨(dú)告慰古人，或許也能拋磚引玉，激勵(lì)今人、傳承遺志，追求真理、造福后人。
無(wú)數(shù)繁星彼此相對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)，站在地球上，則以地球?yàn)橹行目此鼈兊倪\(yùn)行，為了方便觀察，將群星分成三類來(lái)看較容易了解。
第一類是太陽(yáng)系以外的眾多星體，因?yàn)榫嚯x地球太遠(yuǎn)，彼此間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在地球上短時(shí)期不容易看得出來(lái)，因此可說(shuō)，肉眼所見，那些星星的相關(guān)位置在我們有生之年是不變的。地球繞著地軸以近固定的角動(dòng)量旋轉(zhuǎn)，群星東升西落周而復(fù)始，若以我們常用的太陽(yáng)日來(lái)說(shuō)，群星每天分別早起了約四分鐘，造成春、夏、秋、冬的夜空觀察到的部分不同，但只要把握它們的周期，不難推測(cè)它們的方位。
第二類是太陽(yáng)與月亮，雖然只有兩顆星，但對(duì)地球的影響力，不論日夜交替、四季寒暑、潮汐漲落……均巨大且深遠(yuǎn)。歷法總是根據(jù)日、月、星辰的運(yùn)行周期與位置來(lái)決定，反過(guò)來(lái)根據(jù)已知的歷法，回推星體位置應(yīng)該同樣可行。
第三類是在太陽(yáng)系內(nèi)，除了日、月及地球以外的星體，它們對(duì)地球的影響不及日、月，但因人類對(duì)太空發(fā)展的志趣，使得這些充滿神奇極具有開半價(jià)值的星體成為今后很受重視的目標(biāo)?？上鼈円环矫媾c地球相距太近，相對(duì)于運(yùn)動(dòng)造成關(guān)系位置有巨大的變化，另一方面又沒(méi)有一種簡(jiǎn)單且常用的法則可加以規(guī)范，因此推測(cè)這類星體的位置較為困難。
地球座標(biāo)、天球座標(biāo)、時(shí)間、歷法的訂定是相互依循的。地球自轉(zhuǎn)軸通過(guò)地心及南北極，地軸無(wú)限延伸處為天球南北極，地球赤道面通過(guò)地心垂直于地軸，赤道面無(wú)限延伸處為天球赤道。由地心連線至地表面，此線與赤道面間的夾角為當(dāng)?shù)氐木暥?，同樣做無(wú)限的延伸，則成天球的赤緯度。在地表面，連接兩極而垂直于赤道的弧線為經(jīng)線，以通過(guò)格林威治為起點(diǎn)，分東西各180°經(jīng)線，而在天球上，則以春分點(diǎn)開始分24小時(shí)赤經(jīng)。從地球上看太陽(yáng)的軌道為黃道，回歸年周期365日5小時(shí)48分45.3秒，太陽(yáng)運(yùn)行至黃道上不同位置，形成地球上不同的日期與節(jié)氣。月亮在白道上運(yùn)行，與黃道夾角約5°，朔望月周期約29.53天，恒星月周期27.32天，當(dāng)行至太陽(yáng)與地球之間為陰歷初一(朔)，行至正好地球在太陽(yáng)與月亮之間為陰歷15(望)，不同日期，月形盈虧也不同，是因?yàn)樵铝恋倪\(yùn)行造成由地球連線到太陽(yáng)與到月亮的兩條直線夾角不同，造成的觀看結(jié)果，夾角0°為初一，看不見月光，夾角180°為陰歷15，是一輪滿月。其它日期可按比例估算，每差一日，夾角約差12.2°或?qū)?yīng)天球之上，每差一日，赤經(jīng)約差0.8小時(shí)。
本發(fā)明的目的是參考中國(guó)古代水運(yùn)渾天儀的制度及今天的天球儀、星象儀等造型提出一種新的自動(dòng)應(yīng)象儀，以回推的方法，由已知日期、時(shí)間、地方緯度及星體的赤經(jīng)、赤緯等，再配合同步馬達(dá)及齒輪組的運(yùn)作，可使日、月、星辰與大地在真實(shí)與模型間，維持方位上的立體對(duì)應(yīng)，因此測(cè)出各星體的位置及關(guān)連，可省略天文上的計(jì)算過(guò)程，并將天體運(yùn)行與時(shí)間、歷法的關(guān)系顯示出來(lái)。
本發(fā)明提出的自動(dòng)應(yīng)象儀包括一支架及底座，底座上附指南針，支架內(nèi)藏電源裝置、石英電子電路、同步馬達(dá)、減速齒輪組及一組離合機(jī)構(gòu);
一貫穿地球與天球的極軸，天球上負(fù)黃道差速齒環(huán)、黃道滑環(huán)、日標(biāo)、白道差速齒環(huán)、月標(biāo)，天球與地球間置二組差速齒輪組;
一子午環(huán)與方位環(huán)，子午環(huán)內(nèi)緣凹槽鑲?cè)氲鼐朂X環(huán)及極軸帶動(dòng)齒環(huán)，地緯齒環(huán)可架接極軸;
一乾罩及一坤罩，分別接于方位環(huán)上方與下方，并可以通過(guò)中心的垂線為軸左右旋轉(zhuǎn);
由上述各元件的結(jié)合與動(dòng)作，可令真實(shí)大地、日、月、星辰與模型間維持方位上的自動(dòng)立體對(duì)應(yīng)關(guān)系，并因此推出各星體的仰角與方位角、陽(yáng)歷與陰歷日期及各時(shí)區(qū)的時(shí)間。
下面結(jié)合最佳實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明詳述如下，其中


圖1是自動(dòng)應(yīng)象儀的外觀圖。
圖2是地球，為圖1中2A的詳圖。
圖3是天球，為圖1中3A的詳圖。
圖4是單向傳動(dòng)軸節(jié)。
圖5是黃道凹槽的斷面圖。
圖6是極軸。
圖7是差速齒輪組的正視圖，為圖1中7A的詳圖。
圖8是差速齒輪組的側(cè)視圖。
圖9是差速齒輪組的俯視圖。
圖10是白道差速齒輪及月標(biāo)的正視圖。
圖11是白道差速齒輪及月標(biāo)的側(cè)視斷面圖。
圖12是黃道差速齒輪及黃道滑環(huán)的正視圖。
圖13是黃道差速齒環(huán)及黃道滑環(huán)的側(cè)視斷面圖。
圖14是地緯齒環(huán)及極軸帶動(dòng)齒環(huán)的正視圖。
圖15是地緯齒環(huán)及極軸帶動(dòng)齒環(huán)的左側(cè)視圖。
圖16是時(shí)標(biāo)正視圖，為圖1中16A的詳圖。
圖17是時(shí)標(biāo)的側(cè)視圖。
圖18是子午環(huán)與方位環(huán)的正視圖。
圖19是子午環(huán)與方位環(huán)的仰視圖。
圖20是乾罩，為圖1中20A的詳圖。
圖21是坤罩，為圖1中21A的詳圖。
圖22是離合機(jī)構(gòu)同步運(yùn)轉(zhuǎn)的正視圖，為圖1中22A的詳圖。
圖23是離合機(jī)構(gòu)同步運(yùn)轉(zhuǎn)的側(cè)視圖。
圖24是離合機(jī)構(gòu)地緯調(diào)節(jié)的正視圖。
圖25是離合機(jī)構(gòu)地緯調(diào)節(jié)的側(cè)視圖。
圖26是離合套的斷面圖。
圖1是自動(dòng)應(yīng)象儀的外觀全圖，其中位于支架2內(nèi)的電源6、石英電子電路8、同步馬達(dá)10及減速齒輪組12部分與一般的石英鐘表機(jī)件類似，與赤道儀自動(dòng)追蹤馬達(dá)結(jié)構(gòu)相同。為利用一適當(dāng)?shù)慕蛔冸娢辉醇佑谑⒕w的電軸方向，以激發(fā)晶體沿力軸方向振動(dòng)，再產(chǎn)生電軸方向的自然頻率振蕩電位來(lái)控制振蕩電路，引發(fā)持續(xù)的諧振并使電動(dòng)機(jī)也維持極為穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速，此轉(zhuǎn)速經(jīng)過(guò)減速齒輪組12后，可使同步轉(zhuǎn)軸126(示于圖22)的轉(zhuǎn)速與地球旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速相同，即每轉(zhuǎn)一周，恰為一個(gè)恒星日，為23小時(shí)56分4秒。中心極軸36(圖6)的轉(zhuǎn)速若與同步轉(zhuǎn)軸126的轉(zhuǎn)速相同，則由中心極軸36所負(fù)載的天球(圖3)的轉(zhuǎn)動(dòng)便與真實(shí)天體的運(yùn)行同步了。而由同步轉(zhuǎn)軸126至中心極軸36的關(guān)連元件須經(jīng)離合套128(圖22)、元齒輪軸102、元齒輪100、極軸帶動(dòng)齒環(huán)44、極軸齒輪50等。在起動(dòng)過(guò)程中，若觀測(cè)地點(diǎn)改變，涉及緯度的變更，須靠地緯齒環(huán)46的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)改變極軸(圖6)的傾斜角，而地緯齒環(huán)46由渦輪104帶動(dòng)，但趨動(dòng)蝸輪104會(huì)干擾元齒輪100及相關(guān)連的元件運(yùn)轉(zhuǎn)，故需有離合機(jī)構(gòu)(圖22)加以分隔。
當(dāng)離合輪124為如圖22順時(shí)針轉(zhuǎn)到底時(shí)(即被轉(zhuǎn)度限制柱122擋住為止)，地緯調(diào)節(jié)蝸桿114被連桿120沿桿槽118往下拉，離開蝸輪104，而離合套128則被推升而套入元齒輪軸102，因離合套128管孔截面、同步轉(zhuǎn)軸126截面及元齒輪軸102的截面均為多邊形132，故此時(shí)同步轉(zhuǎn)軸126的旋轉(zhuǎn)便可透過(guò)離合套128、元齒輪軸102、元齒輪100、極軸帶動(dòng)齒環(huán)44、極軸齒輪50、中心極軸36、單向傳動(dòng)軸節(jié)(圖4)、天球(圖3)一并同步旋轉(zhuǎn)了。且此時(shí)因地緯調(diào)節(jié)蝸桿114已與蝸輪104脫離，故撥動(dòng)地緯旋鈕136只讓地緯調(diào)節(jié)蝸桿114空轉(zhuǎn)而已。
離合輪124若如圖24逆時(shí)針轉(zhuǎn)到底時(shí)，離合套128被推下降落脫離元齒輪軸102，同步轉(zhuǎn)軸126成空轉(zhuǎn)，地緯調(diào)節(jié)蝸桿114被連桿120沿桿槽118上頂，而與蝸輪104相嚙合，轉(zhuǎn)動(dòng)地緯旋鈕136，帶動(dòng)地緯調(diào)節(jié)蝸桿114、蝸輪104及地緯齒環(huán)46旋轉(zhuǎn)，再帶動(dòng)架于地緯齒環(huán)46上的極軸(圖6)，及附于其上的天球(圖3)、地球(圖2)等一起旋轉(zhuǎn)。由支撐地緯齒環(huán)46的子午環(huán)32(圖18)上的標(biāo)度可看出極軸(圖6)的傾斜角，是否與觀測(cè)當(dāng)?shù)氐木暥认嗟?。若南北方向也取正，則極軸(圖6)與真實(shí)地球的自轉(zhuǎn)軸便相平行了。
天球(圖3)與地球(圖2)均附于極軸(圖6)上。地球(圖2)上繪有經(jīng)緯度及世界全圖，并鑲有赤道齒環(huán)40。透明天球(圖3)上繪有赤經(jīng)、赤緯、主要星座及亮星，并于黃道上對(duì)應(yīng)太陽(yáng)全年運(yùn)行的位置，標(biāo)示出陽(yáng)歷的日期。天球(圖3)始終隨著中心極軸36一起旋轉(zhuǎn)，而地球(圖2)通常為靜止?fàn)顟B(tài)，只有在觀測(cè)地點(diǎn)改變時(shí)才調(diào)整，故與中心極軸36間有空心管48隔開，管端有地球旋鈕26，必要時(shí)可帶動(dòng)地球(圖2)旋轉(zhuǎn)，此地球旋鈕26與附于地緯齒環(huán)46上的摩擦墊片28相接觸，以防止被任意帶動(dòng)。
為了表示時(shí)間及太陽(yáng)、月亮的位置，在天球(圖3)外緣，沿黃道加黃道滑環(huán)20與月標(biāo)18。黃道滑環(huán)20上則標(biāo)以時(shí)間、日標(biāo)21、陰歷日期及月象圖，雖然地球自轉(zhuǎn)，造成日、月、星辰皆東升西落，但尚有月亮繞地球旋轉(zhuǎn)及地球繞日公轉(zhuǎn)，造成日、月、星辰轉(zhuǎn)速稍有不同。每日的變動(dòng)令黃道滑環(huán)20慢慢在天球(圖3)上退移，一年退移約一周，而月標(biāo)18則一年退移約13.4周，而此退移有賴差速齒輪組(圖7)完成。為了達(dá)成平衡，以利動(dòng)力運(yùn)轉(zhuǎn)，此差速齒輪組(圖7)以對(duì)稱方式設(shè)立二組(圖1)。黃道與赤道夾角23°27′，相交于春分點(diǎn)與秋分點(diǎn)，為使黃道滑環(huán)20與月標(biāo)18能沿黃道順利推移，而將黃道滑環(huán)20與月標(biāo)18分別鑲?cè)朦S道差速齒環(huán)24與白道差速齒環(huán)22的環(huán)槽16上，以利載運(yùn)及滑移。而黃道差速齒環(huán)24與白道差速齒環(huán)22則約在天球(圖3)的黃道凹槽52中。
因天球(圖3)在同步運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，地球(圖2)則在相對(duì)靜止下，而介于二者之間的差速齒輪組(圖7)的作用在使天球(圖3)每轉(zhuǎn)一周，同時(shí)令黃道滑環(huán)20相對(duì)天球(圖3)退行近1°，月標(biāo)18則退行約13°，一年中天球(圖3)若旋轉(zhuǎn)366圈，黃道滑環(huán)20連同日標(biāo)21正好相對(duì)天球(圖3)退行一圈，為共繞265圈;而月標(biāo)18則相對(duì)天球(圖3)退行13.4圈。此需以各齒數(shù)比值的安排達(dá)成，例如令黃道差速齒環(huán)(24)的齒數(shù)共366齒，而天球(圖3)每轉(zhuǎn)一圈，黃道差速齒環(huán)24相對(duì)天球(圖3)退一齒。令白道差速齒環(huán)22共273齒，天球(圖3)每轉(zhuǎn)一圈，白道差速齒環(huán)22相對(duì)天球(圖3)則退10齒，或以此相當(dāng)?shù)谋戎到钥蛇_(dá)成相應(yīng)的進(jìn)退目標(biāo)。差速齒輪組(圖7)中的各輪軸均架于天球(圖3)上，齒輪74與赤道齒環(huán)40相嚙合，天球(圖3)旋轉(zhuǎn)，令齒輪74沿赤道齒環(huán)40上轉(zhuǎn)進(jìn)，使與齒輪74接于同一軸上的蝸桿84及蝸桿88一并旋轉(zhuǎn)，蝸桿84趨動(dòng)蝸輪92減速旋轉(zhuǎn)，與蝸輪92接于同一軸上的蝸桿86隨蝸輪92一并旋轉(zhuǎn)，再起動(dòng)蝸輪94減速旋轉(zhuǎn)，使得與蝸輪94接于同一軸上的齒輪80一并旋轉(zhuǎn)，齒輪80可伸出天球(圖3)縫隙，帶動(dòng)黃道減速齒環(huán)24及附于環(huán)上的黃道滑環(huán)20沿天球黃道移動(dòng)埃另一方面蝸桿88則趨動(dòng)蝸輪96減速旋轉(zhuǎn)，與蝸輪96接于同一軸上的蝸桿90隨蝸輪96一并旋轉(zhuǎn)，再趨動(dòng)蝸輪98減速旋轉(zhuǎn)，使得與蝸輪98接于同一軸上的齒輪76一并旋轉(zhuǎn)，齒輪76可伸出天球(圖3)縫隙，帶動(dòng)白道差速齒環(huán)22及綴于其上的月標(biāo)18，沿天球(圖3)黃道移動(dòng)。
天球(圖3)在天頂處與中心極軸36之間的連結(jié)由一單向傳動(dòng)軸節(jié)(圖4)完成，當(dāng)天球(圖3)以人工撥動(dòng)時(shí)，若順向撥，即如圖順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，鋼珠62退后空轉(zhuǎn)，不致帶動(dòng)中心極軸36跟著轉(zhuǎn)，故可輕松撥動(dòng)。若反方向撥，即逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，鋼珠62立刻被咬緊于天球連結(jié)套56與嵌合件60中，成為楔的作用，而撥動(dòng)天球也就帶動(dòng)了中心極軸36及相連結(jié)的各元件一起反轉(zhuǎn)，而受到很大的抗力，故只宜順向轉(zhuǎn)，不宜反向轉(zhuǎn)。
當(dāng)位置、轉(zhuǎn)速均已調(diào)妥，對(duì)應(yīng)也已完成，日、月、星辰可以直接在天球(圖3)上看出，但若想知道它們位置的詳細(xì)數(shù)據(jù)，則有賴乾罩(圖20)、坤罩(圖21)及方位環(huán)30的作用了。方位環(huán)30(圖19)相當(dāng)于一個(gè)地平圈，環(huán)緣有刻度，0°表正北、90°表正東、180°表正南、270°表正西。乾罩(圖20)、坤罩(圖21)皆為透明半球體，連同支架2將全部自動(dòng)應(yīng)象儀各元件均封護(hù)于其中，以防塵埃及碰觸，但不礙觀測(cè)。乾罩(圖20)上有0°至90°標(biāo)示的仰角槽138，槽中有一可沿槽滑動(dòng)的仰角標(biāo)140，乾罩套于方位環(huán)緣66上，天頂螺絲38穿過(guò)天頂插孔142，以通過(guò)天頂?shù)拇咕€為軸，可行360°全圓旋轉(zhuǎn)，使俯角標(biāo)140可標(biāo)示在方位環(huán)30上方天球(圖3)上任一星體的位置。坤罩(圖21)上亦有0°至90°標(biāo)示的俯角槽144，槽中有一可沿槽滑動(dòng)的俯角標(biāo)146，坤罩套于支架2上方凸出的坤罩托盤154上及方位環(huán)緣66下方，同樣以中心垂線為軸，可做360°全圓旋轉(zhuǎn)，并使俯角標(biāo)146可標(biāo)示出在方位環(huán)30下方天球(圖3)上任一星體的位置。另設(shè)一坤罩活門156，以利內(nèi)部調(diào)整。
自動(dòng)應(yīng)象儀(圖1)一旦調(diào)妥，開始運(yùn)轉(zhuǎn)后，便可長(zhǎng)年不需人工操作，而成自動(dòng)對(duì)應(yīng)，除非停電、更換觀測(cè)位置、模擬其它地區(qū)天象狀況，或模擬過(guò)去、未來(lái)不同時(shí)間的天象對(duì)應(yīng)狀況，才需人為調(diào)整，而調(diào)整的步驟如下(一)經(jīng)度調(diào)節(jié)推開坤罩活門156后，將離合旋鈕14逆時(shí)針轉(zhuǎn)到底，再轉(zhuǎn)動(dòng)地緯旋鈕136，使極軸(圖6)開始移動(dòng)至地球旋鈕26移到坤罩活門156開口處，便可轉(zhuǎn)動(dòng)地球旋鈕26，見方位環(huán)30上方的子午環(huán)32的投影，正好與地球(圖2)上顯示觀測(cè)處的經(jīng)度相合為止。
(二)緯度調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)地緯旋鈕136，見極軸(圖6)指向，對(duì)準(zhǔn)子午環(huán)32上刻度的位置與觀測(cè)處的緯度相同為止，再把離合旋鈕14順時(shí)針轉(zhuǎn)到底。
(三)日期與時(shí)間的調(diào)節(jié)將黃道滑環(huán)20沿黃道差速齒環(huán)24上滑行至其上的日標(biāo)21移到天球(圖3)黃道上所標(biāo)示的日期，與觀測(cè)當(dāng)天的日期相同處為止。查出這一天的陰歷日期，再將月標(biāo)18沿白道差速齒環(huán)22上滑至對(duì)應(yīng)黃道滑環(huán)20上的陰歷日期標(biāo)示為同一天處為止。在黃道滑環(huán)20上，日標(biāo)21正好位于時(shí)間標(biāo)示為12時(shí)處。這表示太陽(yáng)凌于某經(jīng)度上方之時(shí)，在地球此經(jīng)度的全部地區(qū)時(shí)間皆為正午12時(shí)。地球上各時(shí)區(qū)，通常涵蓋±7.5°的經(jīng)度范圍，觀測(cè)處的經(jīng)度與當(dāng)?shù)貨Q定地方時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)度常略有不同。在地緯齒環(huán)46上與赤道面相交兩處各有一時(shí)標(biāo)插孔72，將位于上方插孔的時(shí)標(biāo)指針112沿時(shí)標(biāo)槽110少許移動(dòng)，使此指針正好投影在地球(圖2)上表示此時(shí)區(qū)時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)度處。再順向撥轉(zhuǎn)天球(圖3)，帶動(dòng)黃道滑環(huán)20上所顯示觀測(cè)時(shí)的時(shí)間標(biāo)示，移于此時(shí)標(biāo)指針112線下方，并將坤罩活門156關(guān)上即完成。
(四)方位調(diào)節(jié)移動(dòng)底座1，使極軸(圖6)的垂直投影指向?qū)φ戏脚c北方，此可以指南針4的指向來(lái)觀察，若為避免磁偏角帶來(lái)差異，可再以北極星或其它更佳方法校驗(yàn)。
調(diào)妥以上四個(gè)步驟并接通電源6，自動(dòng)應(yīng)象儀(圖1)所顯現(xiàn)的標(biāo)繪便與真實(shí)天地星象自行對(duì)應(yīng)了。
撇開誤差，應(yīng)象意指將此儀諸標(biāo)示由中心向無(wú)限天際投影，會(huì)與真實(shí)大地、日、月、星辰由真實(shí)地心同樣向遙遠(yuǎn)天際的投影相重合。也可看成遙遠(yuǎn)的日、月、星辰與大地向地心的一個(gè)小球上投影的結(jié)果，會(huì)與這個(gè)自動(dòng)應(yīng)象儀如影隨形般相映成趣。
相知道某星位置的確切數(shù)據(jù)，可轉(zhuǎn)動(dòng)乾罩(圖20)或坤罩(圖21)，使仰角槽138或俯角槽144通過(guò)此星，再移動(dòng)槽上仰角標(biāo)140或俯角標(biāo)146正投影于此星上，則此標(biāo)所在位置的仰角度或俯角度，即為此星的仰角或俯角，而此時(shí)仰角槽138或俯角槽144與方位環(huán)30相交處的方位標(biāo)示即為此星的方位角。若將此星標(biāo)示向地球(圖2)投影，投影處的地理區(qū)應(yīng)見此星正凌頭頂。
在黃道滑環(huán)20上位于時(shí)標(biāo)指針112下的時(shí)間標(biāo)示即為觀測(cè)處的時(shí)間。若將黃道滑環(huán)20上的全部時(shí)間標(biāo)示向地球(圖2)投影，沿各經(jīng)線可以知道地球(圖2)上各地區(qū)當(dāng)時(shí)的地方時(shí)間。
在時(shí)間標(biāo)示為12時(shí)處，亦為陰歷初一標(biāo)示處，有一日標(biāo)21表示太陽(yáng)的位置，對(duì)應(yīng)至天球上的標(biāo)示可知陽(yáng)歷的日期。月標(biāo)18表示月亮的位置，對(duì)應(yīng)至黃道滑環(huán)20上的月象圓標(biāo)，可知月形、陰歷日期或月齡。
自動(dòng)應(yīng)象儀可以把天的許多繁星標(biāo)繪在天球上加以推測(cè)，但對(duì)太陽(yáng)系以內(nèi)，除日、月與地球外的其它星體卻難以標(biāo)繪，因?yàn)檫@些星體距離地球近，相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成位置巨大變化，又無(wú)簡(jiǎn)單常用的法則加以規(guī)范，縱使可在天球上增加一些軌道來(lái)表示它們的運(yùn)行，也會(huì)阻礙其它星體的觀測(cè)，且使儀器變得更加復(fù)雜，而失去實(shí)用的目的。想知道這些星體的位置狀況，需先在天文年
等書上找出它們近日在天球上的位置，再鑷取代表各星體的小吸盤等物，沾附在天球各關(guān)系位置上來(lái)觀察，且每經(jīng)數(shù)日須依次加以位置修飾。
未來(lái)如有需要，自動(dòng)應(yīng)象儀的結(jié)構(gòu)與推測(cè)方式同樣可以推演到別的星球上使用。例如以火星為中心來(lái)觀測(cè)天象，可將地球換成火星，火星黃道與火星赤道的夾角，火星自轉(zhuǎn)軸的指向，火星及其衛(wèi)星的自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)周期等所涉及的地方加以修改后，仍可構(gòu)成完好的對(duì)應(yīng)狀況。
造成自動(dòng)應(yīng)象儀推測(cè)星體的誤差影響有(一)白道與黃道夾角5°9′，但為求簡(jiǎn)化，此處將日標(biāo)與月標(biāo)均置于黃道上滑行，造成月亮位置向垂直黃道方向最高達(dá)約5°角的偏差。
(二)歷法上對(duì)不成整數(shù)比的年、月、日周期，采彈性配合，造成陽(yáng)歷有閏年，陰歷有大、小月及閏月，而以簡(jiǎn)單齒數(shù)比完成日標(biāo)、月標(biāo)及滑動(dòng)時(shí)環(huán)的退行方式也很難完整配合，且春分點(diǎn)隨地球旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)而在天球上由東向西年移動(dòng)約50弧秒，故回歸年較恒星短約20分鐘，亦將造成配合上的干擾，使日標(biāo)年誤差近0.25°角，時(shí)間顯示年誤差近1分鐘，月標(biāo)年誤差沿黃道方向約有3°角。改進(jìn)齒數(shù)比，可減少誤差，但將使制做的復(fù)雜性增加。
(三)觀測(cè)處與星體的連線未必通過(guò)地球中心，此對(duì)近處星體會(huì)造成一些觀測(cè)數(shù)據(jù)的誤差。
(四)其它，如黃道、白道非正圓，太陽(yáng)系內(nèi)，星體的運(yùn)行遲速稍有不同，大氣折射，儀器本身制做的精密度等也有影響。
雖然自動(dòng)應(yīng)象儀推測(cè)的結(jié)果多少有些誤差，但若能細(xì)心制做及使用，一年中可使月亮的測(cè)定誤差最高約在7°角范圍，太陽(yáng)的測(cè)定誤差最高在3°角以內(nèi)，太陽(yáng)系以外星體則不超過(guò)2°角的誤差范圍，時(shí)間顯示的準(zhǔn)確性等于一般石英鐘表的準(zhǔn)度，增加每年約一分鐘的誤差。
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)應(yīng)象儀，其特征在于它包括一支架及底座，底座上附指南針，支架內(nèi)藏電源裝置、石英電子電路、同步馬達(dá)、減速齒輪組及一組離合機(jī)構(gòu)，一貫穿地球與天球的極軸，天球上負(fù)黃道差速齒環(huán)、黃道滑環(huán)、日標(biāo)、白道差速齒環(huán)、月標(biāo)，天球與地球間置二組差速齒輪組，一子午環(huán)與方位環(huán)，子午環(huán)內(nèi)緣凹槽鑲?cè)氲鼐朂X環(huán)及極軸帶動(dòng)齒環(huán)，地緯齒環(huán)可架接極軸，一乾罩及一坤罩，分別接于方位環(huán)上方與下方，并可以通過(guò)中心的垂線為軸左右旋轉(zhuǎn)，由上述各元件的結(jié)合與運(yùn)作，可令真實(shí)大地、日、月、星辰與模型間維持方位上的自動(dòng)立體對(duì)應(yīng)關(guān)系，并因此推出各星體的仰角與方位角、陽(yáng)歷與陰歷日期及各時(shí)區(qū)的時(shí)間。
2.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)應(yīng)象儀，其特征在于地球赤道處設(shè)赤道齒環(huán)，以與差速齒輪組的一個(gè)齒輪相嚙合。
3.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)應(yīng)象儀，其特征在于中心極軸穿過(guò)地球與天球的南北極架于地緯齒環(huán)上，一端有極軸齒輪，以趨動(dòng)中心極軸運(yùn)轉(zhuǎn)，中心極軸與天球間有單向傳動(dòng)軸節(jié)連接，與地球間有空心管隔開，管端有地球旋鈕，可調(diào)轉(zhuǎn)地球，地球旋鈕與地緯齒環(huán)間有摩擦墊片相觸，使地球不致因天球的運(yùn)轉(zhuǎn)而被任意帶動(dòng)。
4.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)應(yīng)象儀，其特征在于天球?yàn)橐煌该髑蝮w，與中心極軸間接以單向傳動(dòng)軸節(jié)，使中心極軸可順利帶動(dòng)天球運(yùn)轉(zhuǎn)，手動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，順向撥轉(zhuǎn)容易，逆向撥轉(zhuǎn)受阻，天球黃道外緣處有凹槽，以約束接于槽上的黃道差速齒環(huán)及白道差速齒環(huán)的運(yùn)行。
5.如權(quán)利要求4所述的自動(dòng)應(yīng)象儀，其特征在于黃道差速齒環(huán)負(fù)載標(biāo)有全日時(shí)刻、日標(biāo)、陰歷日期及月象圖的黃道滑環(huán)，白道差速齒環(huán)上綴有月標(biāo)，如有需要，黃道滑環(huán)及月標(biāo)皆可沿各自的軌道滑動(dòng)，以調(diào)整位置。
6.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)應(yīng)象儀，其特征在于差速齒環(huán)組以對(duì)稱方式，在天球與地球之間設(shè)立兩組，每組有大、小齒輪共三只，各型蝸桿共四只，各型蝸輪共四只，皆軸架于天球中，其中一齒輪與地球赤道處理的赤道齒環(huán)相嚙合，一齒輪穿出天球縫隙，與黃道差速齒環(huán)相嚙合，一齒輪穿出天球縫隙，與白道差速齒環(huán)相嚙合，由于天球相對(duì)地球的運(yùn)動(dòng)，使各嚙合的齒輪間亦相推移，由各齒數(shù)比的組合，可使黃道差速齒環(huán)聯(lián)同附于其上的黃道滑環(huán)相對(duì)天球一年退行一周，而白道差速齒環(huán)聯(lián)同綴于其上的月標(biāo)相對(duì)天球一年退行約13.4周。
7.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)應(yīng)象儀，其特征在于地緯齒環(huán)內(nèi)緣封閉，僅以等間隔設(shè)立四小孔，以利架設(shè)極軸及安插時(shí)標(biāo)，外緣開放，但鑲于子午環(huán)內(nèi)緣凹槽中，外緣一側(cè)呈齒狀環(huán)，以利推轉(zhuǎn)。
8.如權(quán)利要求7所述的自動(dòng)應(yīng)象儀，其特征在于時(shí)標(biāo)插于地緯齒環(huán)內(nèi)緣較上方的插孔中，并投影于黃道滑環(huán)上，時(shí)標(biāo)指尖可在時(shí)標(biāo)座上的時(shí)標(biāo)槽內(nèi)滑移，以利對(duì)正于地方時(shí)間所取的標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)度位置。
9.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)應(yīng)象儀，其特征在于極軸帶動(dòng)齒環(huán)置于地緯齒環(huán)中，極軸帶動(dòng)齒環(huán)側(cè)面一邊有齒，可與極軸齒輪及元齒輪在各相應(yīng)處嚙合，以利同步帶動(dòng)極軸的旋轉(zhuǎn)。
10.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)應(yīng)象儀，其特征在于子午環(huán)與方位環(huán)以正相交接合，子午環(huán)內(nèi)緣有凹槽，以利納入地緯齒環(huán)與極軸帶動(dòng)齒環(huán)，子午環(huán)天頂與天底處鉆孔，以插接乾罩及使無(wú)齒輪軸穿過(guò)，天底附近另開一蝸輪接入口，以利推轉(zhuǎn)地緯齒環(huán)，方位環(huán)外緣向上方及下方凸出，以利連接乾罩及坤罩，并約束其推轉(zhuǎn)。
11.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)應(yīng)象儀，其特征在于乾罩與坤罩皆為透明半球體，可將全部自動(dòng)應(yīng)象儀諸環(huán)與球封入其內(nèi)，坤罩下方開口套于支架上凸出的托盤處，上方接入方位環(huán)外緣下，并設(shè)一可容易開關(guān)的活門，以利內(nèi)部調(diào)整，乾罩上方小孔以天頂螺絲穿過(guò)并鎖于子午環(huán)天頂處，下方接入方位環(huán)外緣上，乾罩與坤罩各有一個(gè)0°至90°標(biāo)示的弧槽，槽內(nèi)有一可沿槽滑動(dòng)的指標(biāo)，推轉(zhuǎn)乾罩與坤罩，撥動(dòng)此指標(biāo)，可將天球上任一星體的位置標(biāo)示出來(lái)。
12.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)應(yīng)象儀，其特征在于安置于支架上的離合機(jī)構(gòu)，設(shè)有離合輪、離合套、離合旋鈕、轉(zhuǎn)度限制柱、連桿、地緯旋鈕、地緯調(diào)節(jié)蝸桿、桿槽、蝸輪、元齒輪、元齒輪軸及同步轉(zhuǎn)軸等元件，可使同步運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，不致擾動(dòng)地緯齒環(huán)，而調(diào)節(jié)地緯時(shí)亦不致與同步運(yùn)轉(zhuǎn)相干擾。
全文摘要
一種自動(dòng)應(yīng)象儀，它是參考中國(guó)古代水運(yùn)渾天儀的制度及今天的天球儀、星象儀等造型提出的，以回推的方法，由已知日期、時(shí)間、地方緯度及星體的赤經(jīng)、赤緯等，再配合同步馬達(dá)及齒輪組的運(yùn)作，可使日、月、星辰與大地在真實(shí)與模型間維持方位上的立體對(duì)應(yīng)，因此測(cè)出各星體的位置及關(guān)連，可省略天文上的計(jì)算過(guò)程，并將天體運(yùn)行與時(shí)間、歷法的關(guān)系顯示出來(lái)。
文檔編號(hào)G09B27/00GK1066523SQ9110299
公開日1992年11月25日 申請(qǐng)日期1991年5月4日 優(yōu)先權(quán)日1991年5月4日
發(fā)明者汪仁虎 申請(qǐng)人:汪仁虎