古代测控技术与仪器的发展历史
仪器网 · 2012-07-15 08:58 · 71240 次点击
我国有悠久的历史,我们的祖先种在认识自然、改造自然方面,为人类的发展做出了巨大的贡献,特别是在天体测量技术和测试仪器方面、地震检测技术与地震仪器,ii时、大地勘测等技术都曾领先于世界各国。找国古代四大发明之一的指南针,对人类的航海活动做出了巨大的贡献。
找国古代发明的天体侧量仪器主要有浑仪、圭表及漏壶,地震测从仪器有地动仪。
汉代又创制了浑象.浑象类似现代的天球仪。西汉太初历制定期间,落下闳改进了浑仪,用它重新测量了二卜八星宿距度等数据。至迟到两汉之际,浑仪己经山一个固定的赤道环和绕极轴旋转并附有窥管的赤道环组成.两环面上都刻有周天度数,可以测定天体的入宿度和去极度。到东汉前期,民间天文学家傅安第一次给浑仪添加了一个黄道环,它和赤道环成24'夹角,利用黄道环可以测得日月行度。东汉天文学家张衡又给浑仪增加了地平环和子午环,使浑仪逐渐完善。
东晋末年永兴年间,在太史令结染和鲜卑族天文学家解兰的主持下,铸成了一台铁制浑仪,底部设有十字水准,用来校正仪器安装,提高了浑仪的安装精度,这是我国历史上水准仪的开端。
关于漏壶的制造,自从东汉张衡开始,已经有两级补偿式漏壶的创制。两级补偿式漏壶就是上下有两个漏壶,上一级漏壶的水漏滴到下一级漏壶,去补偿下一级漏壶滴出去的水,使一「一级漏壶的水保持一定的高度,以保证下一级漏壶滴水的快慢基本保持不变。到了晋代,已经有了三级漏壶的改进,使时间的测量更加精确。
西汉宣帝时,耿寿昌首创了用来演示天象的仪器,叫浑象。用铜铸成,跟现今的天球仪相似。东汉的张衡发明了水运浑仪,他用一个大约直径5尺的空心铜球表示天体,上面画有列宿和互成24'交角的黄道赤道,球外有地平圈和子午圈,子午圈上支架一根天轴,天轴与地平圈成24'的交角,天球可以绕天轴转动。天球转动时,有一半露在地平圈之上,和四时的天空星象相符。有一半隐在地平圈之下。张衡还利用翻壶滴水的等时性,用漏水作动力,巧妙地通过齿轮系统的转动,驱使天球每日均匀地绕天轴旋转一周。这样浑象也就自动地、近似正确地把天象一日里的变化演示出来。这是后fit充分发展的水运象仪的鼻祖。
三国时期东吴的葛衡创制了一台别致的浑象,叫浑天象。它是一个比较大的空心球,球面上布置星宿,各星都钻出孔隙,人能钻进空心球,看到空隙漏进的光,就像看到天上的星星一般。空心球可以绕轴旋转,这样就更加逼真地演示星辰的视运动,这是近代天文馆里天象仪的雏形。
南北朝时期,刘宋元嘉十三年(公元436年),太史令钱乐之又仿葛衡的浑象仪,并加以改进,使浑象仪自动跟天象的运动同步。宋代燕肃发明了“莲花翻”,他在翻壶中第一次用上了“漫流系统”,漏壶保持恒定水位,克服了以经流最变化对N壶记时准确性的影响。宋代张思训在979年采用水银作为浑天仅的动力。1088-1092年,苏颂和韩公廉等人发明的“水运仪象台”,既能演示和观察天象,又能自动记时报时,具有多种用途,在天文学史上具有重大意义。
苏颂在天文学上的最大贡献表现在他所领导研制的大型天文仪器上。北宋元枯元年(1086年)十一月,他奉皇上诏旨赴翰林院和太史局检查新旧浑仪,当即发现熙宁年间(1072年左右)沈括领导制造的浑仪己经“难于行使”,对其他手动浑仪也感到甚不遂意,极力主张取新制造一种自动运行的天文仪器。元佑二年(1087年)八月十六日皇上批准,以他为首组成“祥定制造水运浑仪所”,于元枯三年(1088年)五月完成小木样的制作,于当年十二月制成大木样,经认真校验,于第二年察报朝廷,经批准后,动用大量铜材(2万市斤)正式制造此仪器。至元祷七年(1092年)六月一t-四日,水运仪象台大功告成,放置汁京(今河南省开封市)西南的“合台”。35年后的靖康二年(1127年),金兵攻破注京城,水运仪象台惨遭破坏。
元代郭守敬(1231-1316年)是一位出色的天文仪器专家,他设计和制造了圭表、简仪、仰仪、七宝灯漏、址针定时仪、水运浑象、11月食仪、玲珑仪等十多种天文仪器。郭守敬在宋代沈括研究的基础上创制的简仪在1276年获得成功。它的制造水平在世界上领先了300多年,直到1598年第谷(丹麦天文学家)发明的天文仪才能和它相比。现代天文台里大型望远镜的赤道装置、多种用途的经纬仪、航空导航的天文罗盘等仪器,从构造上说和简仪相当相似。郭守敬创造的仪器在1715年被西方来华的传教士纪里安当作废铜熔掉,这架十分珍贵的仪器竟遭此厄运。明代正统二年至七年(1437-1442年)有人复制了郭守敬的简仪,但这种仪器在1900年八国联军人浸北京时,被法国军队抢走,藏在法国大使馆,几年后才还给我国,现存放在南京紫金山天文台。
在地震测量方面,世界领先的。我国的地震测量技术与地震检测仪器都是汉代科学家张衡创造了当时的地震仪—(后汉书·张衡传》记载地动仪以精铜制成.候风地震仪。据圆径八尺,合盖隆起形似酒尊。”里面结构精巧,主要有立于中间的“倒立型的振摆)和它周围的“八道”都柱”(相当于一种(振摆周围的八组机械装置),外面相地设置八条口含小铜丸龙,每个龙头下各有一只张口向上的蟾蛛。一旦发生较强的地震,“都柱”因震波的冲击失去平衡,震波从哪一个方向来.“八道”中哪一个就被触动,使相应的龙「J张开,小铜丸于是落人下面燎蛛口里,观测的人便可以知道地震发生的时间和方位。
据记载,汉顺帝永和三年(公元138年)二月初三日,地动仪西侧一条龙口突然突出铜丸,当时京城(洛阳)的人丝毫没有感觉到地震。没过儿天,陇西(今甘肃东南部)有人飞马来报,说那里二月初三日的确发生了地震。说明了张衡的地动仪的可靠和准确性。我国古代的勘测技术也是世界领先的。
我国古代的勘测技术也是世界领先的。
公元前5世纪至前3世纪(战国时期),我国已经有利川磁石制成最早的指南工其“司南”的记载。公元前350年(战国时期)左右,我国的甘德、石巾和编制了世界上的第一个星表,LIU"it石星表”。公元3-4世纪,魏晋时期刘徽著的“海岛算经”记述了有关计算海岛长度及高度的方法。4世纪后,秦姜岌发现大气的折射现象并给以正确解说。
宋代科学家沈括曾在1076-1087年绘制“天下洲县图”,还在1072-1074年间应用分层筑堰法,利声”水平尺、罗盘进行地形洲量,并制成了表示地形的立体模型,比欧洲最旱的地形模型早了700年。沈括测量的从今天的河南洛阳到安徽寿县的儿百公里长的运沟地理高度,与当今技术测量结果只有儿厘米的误差。
724年(唐代)山右史监南宫说负责自滑县经浚仪、扶沟到上蔡直接丈最了300km的子午线长,并利用太阳的阴影来定纬度,是我国第一次应用弧度测址的方法测定地球的大小,也是最早的子午线弧长的测量。
中世纪以来,西方国家在利用杂光学方面的研究成果,对天文学及天体测且方面做出了贡献。
第谷·布拉赫1546年出生在丹麦的一个贵族家庭,他自己动手制作一些天文测量仪器,并用这些天文仪器进行天文观测,取得了重大发现。丹麦国王非特烈二世对他非常器重,拨巨款修建天文台,于1580年竣工,是世界上第一个设备完善的天文观测攀地。
牛顿在光学领域进行了大量研究,更为重要的是他自己亲手制造光学零件与仪器,并进行了一些著名的光学实验。1665-1666年欧洲发生了流行性鼠疫,剑桥大学停课,人员疏散,牛顿回到沃尔思索普农村。他利用闲居时问磨制了各种形状的光学透镜,)t-利用自己磨制的砚凌镜进行了光谱实验,让太阳光从圆形小孔射到三棱镜的一个平面上,经棱镜折射,在对面墙_卜出现了红、检、黄、绿、青、蓝、紫的彩色条纹.为今后科学家的光谱分析开辟了一条思路。通过光潜分析实验找到了折射式望远镜产生成像误差的原因。原来太阳光是混合光,其中各种色光对透镜有各种不同的折射率,这是造成色差(出现彩色光圈)的原因。因此牛顿放弃研究折射式望远镜的计划,转向一r设计反射式望远镜的工作。1668年,牛顿制成了一台梢巧的反射式望远镜,这台望远镜长度为15.24cm(6英寸),直径为2.54厘米(1英寸),放大倍数为40倍。牛顿川这台望远镜对准木星,可以清楚地沂到木星的4个卫星,也可以准确地观察到金星的盈亏现象,一与长度几十m的折射式望远镜相比,牛顿制造的这台反射式望远镜显得特别精致。接着,1671年牛顿制造了一台更为精良的反射式望远镜(长度26.42cm(10.4英寸),直径5.08cm(2英寸)),交送英国皇家学会,得到英国国王和一大批科学家的赞赏。这年,他仅29岁。牛顿制造的反射式望远镜在1671年是世界.I.A好的望远镜,至今仍珍藏在英国皇家学会,.L面标注着“牛顿爵一1一亲造的世界第一台反射式望远镜”。
1608年,荷兰的一位服镜商人利伯西.偶然发现通过一些镜片的叠加,能够看到远处肉眼看不到的物体。1609年意大利物理学家伽利略得知了这一消息,立即动手磨制了镜片,到1610年初,伽利略在1:人的协助下,共制造了100多台望远镜,分送给欧洲各14王公和科学家,同时伽利略还着手设计用来放大近距离物像的显微镜。当他用白己制造的显微镜观察昆虫的眼睛时,发现了昆虫具有复眼结构。意大利医生马尔比基也在1660年用显微镜研究了青蛙的毛细血管。
1675年,荷兰生物学家列文·虎克用显微镜发现了十分微小的原生动物和红血球,甚至用显微镜研究动物的受精作用。列文·虎克掌握了很高的磨制镜片的技艺,制成了当时世界上最精致的、可以放大270倍的显微镜。当时还出现了一位制造显微镜的高手,他就是著名科学家虎克。虎克巧妙地利用透镜的组合,制造了复式显微镜,开辟了显微镜研究方面的新的发展方向。
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