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星盘的
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导言

Astrolabe一词既指一般意义上的平式星盘,也可以指类似形制的多种变体仪器。平式星盘还可以和其他结构组合使用,以实现多重功能。这些仪器共同组成了古代数学实践的复杂谱系。

平式星盘

平式星盘是最常见的星盘。它流传广泛,各地均有当地语言的版本。星盘内部的差异也很大:不同纬度的人会使用不同的纬盘,制造者的文化决定了星网的图案,窥衡的样式也略有差异,而星盘背面或正面空腔里的图表也不尽相同,以服务于不同目的。

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早期阿拉伯星盘

年代:公元9世纪晚期    

产地:叙利亚
制作者:卡菲夫,阿里·伊本·萨的学徒
牛津科学史博物馆47632号藏品


 

阿拉伯的装饰艺术禁止偶像崇拜。因此星盘的星网上面没有动物形象,取而代之的是繁复的卷叶纹饰。

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阿拉伯文星盘

年代:1713/1714年    

产地:土耳其
制作者:阿卜迪
牛津科学史博物馆39955号藏品


 

波斯艺术风格和阿拉伯大致相似,但更为华美繁复。这体现在星盘上,便是蜷曲缠绕的星网。

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波斯文星盘

年代:回历1057年(公元1647/1648年)    

产地:伊朗
制作者:穆罕默德·穆吉姆·亚兹迪
牛津科学史博物馆45747号藏品

梵文星盘存世稀少。右图这件仪器的特点是它背面的窥衡并非只是使用窥孔,而是中间贯穿有金属管,成为窥管。窥管在古代中国使用的更多,早期天文仪器上多使用窥管。因此有“管窥蠡测”之说。

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梵文星盘

年代:18世纪末19世纪初    产地:印度
牛津科学史博物馆30402号藏品

欧洲星盘的一个特点是后来采用轴对称式窥衡。这样改进消除了窥衡对轴心的力矩,更加容易在观测点停留。右图中的星盘即体现了这一特点。

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哥特式星盘(复制品)

年代: 14世纪        产地:英国
清华大学科学博物馆RE2022008号藏品
原件为剑桥大学惠普尔科学史博物馆1264号藏品

右图这件星盘是欧洲盛期星盘艺术的代表,通体金黄,直径30厘米,装饰精美。星盘一面是平式星盘,一面是杰玛·弗里修斯改进型的扎卡里式通用星盘。

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阿森尼乌斯星盘

年代:1565年    

产地:比利时鲁汶
制作者:雷格纳鲁斯·阿森尼乌斯
牛津科学史博物馆53558号藏品

通用星盘

一般的平式星盘需要根据当地纬度选用不同的纬盘,而通用星盘不需要多个纬盘,就可以适用于任何纬度。通用星盘主要用于天文坐标,例如赤道坐标和黄道坐标之间的转换。历史上的通用星盘主要有两种:扎卡里式和罗哈斯式。

扎卡里式通用星盘(Saphae Arzachelis,又称Azafea)由安达卢西亚天文学家扎卡里( Al-Zarqali,1029–1100)在其著作《论扎卡里式通用星盘》(Tratado de la azafea)中提出。在这种星盘中,坐标网不是由南极点向赤道面投影,而是由赤道上的春分点向子午面(经过南北两极)投影而得。

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扎卡里式通用星盘(复原品)

年代: 11世纪    

产地:伊比利亚地区
发明者:扎卡里
清华大学科学博物馆220207006号藏品
基于阿方索十世编撰的《天文学智慧之书》中的描述,参考巴塞罗那皇家科学艺术博物馆收藏的伊本·胡达伊星盘复原

罗哈斯式通用星盘是由西班牙数学家和天文学家胡安·德·罗哈斯·萨缅托(Juan de Rojas Sarmiento,活跃于1540–1550年)在他的《星盘,又称平球,评注六卷》(Commentariorum in astrolabium, quod planisphaerium vocant, libri sex)中提出。这种星盘运用从赤道上的春分点向子午面(经过南北两极)的正射投影,使得坐标网的纬线相互平行,类似我们现在使用的全球地图。

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安托万·梅斯特通用星盘

年代: 1551年    

产地:巴黎
发明者:安托万·梅斯特(Anthoine Mestrel)
牛津大学科学史博物馆10190藏品

球式星盘

球式星盘是星盘的一种变体。不像一般的平式星盘一样使用球极投影,它只是如实地用球面复制天球和地平经纬,因此它的纬盘和星网是半球形的。由于无法安装窥衡,这种星盘只用于演示和计算,无法用于观测。球式星盘是伊斯兰世界的独特传统,拉丁欧洲罕有其踪迹。

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球式星盘

年代: 1480年 (伊斯兰历885年) 

产地:疑为叙利亚
制作者:穆萨
牛津科学博物馆49687 号藏品

线式星盘

线式星盘又称图西杆,是由伊斯兰数学家沙拉弗·丁·图西(Sharaf al-Dīn al-Ṭūsī,约12世纪)发明的。其原理是将平式星盘的经纬网转换到一条直线上,并刻在杆上。杆身两端装有两个瞄准,观测时利用透过两孔瞄准物体,配合悬线,来读取物体的高度角。计算时,则将杆身置于平面,利用悬线进行几何作图,得到想要的信息。线性星盘身轻如杖,舍去了星盘的大部分结构,却仍然能实现星盘的基本功能。

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线式星盘(复原品)

年代:12世纪     

产地:伊斯兰地区
发明者:沙拉弗·丁·图西(约12世纪)
基于马拉库希《汇编》复原

航海星盘

航海星盘由葡萄牙航海家于15世纪末发明,是平式星盘的简化版。航海星盘省去了星网和纬盘等结构,只保留用于观测的窥衡和刻度环。它还增加了母盘的厚度和重量,并采用镂空设计。这些改进确保在颠簸和多风的甲板上,星盘仍能保持悬垂,从而提高了观测精度。

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航海星盘(复制品)

年代:16世纪        

产地:葡萄牙
清华大学科学博物馆220207002号藏品
原件为都铎和斯图亚特海员展廊的藏品

星盘与机械

水银钟

天文和计时关系密切,星盘也和钟表的关系匪浅。13世纪西班牙地区的《天文学智慧之书》(Libros del saber de astronomia)包含大量关于星盘的内容,其中也包括水银钟的制造方法。水银钟以水银下落作为驱动力,以星盘的正面为显示。星盘的纬盘固定,如同时钟刻度;星盘的星网转动,充当指针。

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阿方索十世水银钟(复原品)

年代: 11–12世纪    

产地:伊比利亚地区
制作者:伊本·萨义德(11-12世纪)
清华大学科学博物馆220615013号藏品
基于阿方索十世编撰的《天文学智慧之书》中的描述复原

齿轮式星盘

星盘中另一个有特色的分类是齿轮式星盘。星盘的表面安装有简易的齿轮,盘面上能同时显现天穹运转和日月的相对关系。从而使得星盘具备日历的功能。

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带有日月轮系的星盘(复制品)

年代:1295-1305年    

产地:法国巴黎或芒斯
清华大学科学博物馆RE2022006号藏品
原件为伦敦科学博物馆1880-32号藏品,缺失和隐藏的部件根据马丁·布鲁诺(Martin Bruno)的复原件制作


 

弗朗西斯科·萨尔索索行星正位仪(复制品)

平式星盘只涉及太阳和恒星,而行星正位仪则可用于计算其他行星的位置。后者基于托勒密天文学的行星理论,把本轮–均轮等模型实体化,在精度要求不高时,能够快速提供行星的方位信息。金属行星正位仪的背面常常就是星盘的正面。此外,两者都有廉价的纸质替代品。

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弗朗西斯科·萨尔索索行星正位仪

年代:15世纪后期
产地:法国南部或意大利北部
牛津大学科学史博物馆49847号藏品

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