浑仪
浑仪
“浑仪”是我国古代的一种天文观测仪器。在古代，“浑”字含有圆球的意义。古人认为天是圆的，形状像蛋壳，出现在天上的星星是镶嵌在蛋壳上的弹丸，地球则是蛋黄，人们在这个蛋黄上测量日月星辰的位置。因此，把这种观测天体位置的仪器叫做“浑仪”。
最初，浑仪的结构很简单，只有三个圆环和一根金属轴。最外面的那个圆环固定在正南北方向上，叫做“子午环”；中间固定着的圆环平行于地球赤道面，叫做“赤道环”；最里面的圆环可以绕金属轴旋转，叫做“赤经环”；赤经环与金属轴相交于两点，一点指向北天极，另一点指向南天极。在赤经环面上装着一根望筒，可以绕赤经环中心转动，用望筒对准某颗星星，然后，根据赤道环和赤经环上的刻度来确定该星在天空中的位置。
后来，古人为了便于观测太阳、行星和月球等天体，在浑仪内又添置了几个圆环，也就是说环内再套环，使浑仪成为多种用途的天文观测仪器。
简仪
简仪
简仪是我国古代的一种天文观测仪器，它与浑仪一样用于测量天体的位置。但是，浑仪的结构比较繁杂，观测时经常发生环与环相互阻挡视线的现象，使用极不方便。元朝天文学家郭守敬将浑仪化为两个独立的观测装置，安装在一个底座上，每个装置都十分简单实用，而且除北极星附近以外，整个天空一览无余。因此，古人称这种装置为“简仪”。
简仪的主要装置是由两个互相垂直的大圆环组成，其中的一个环面平行于地球赤道面，叫做“赤道环”；另一个是直立在赤道环中心的双环，能绕一根金属轴转动，叫做“赤经双环”。双环中间夹着一根装有十字丝装置的窥管，相当于单镜筒望远镜，能绕赤经双环的中心转动。观测时，将窥管对准某颗待测星，然后在赤道环和赤经双环的刻度盘上直接读出这颗星星的位置值。有两个支架托着正南北方向的金属轴，支撑着整个观测装置，使这个装置保持着北高南低的形状。这是我国首先发明的赤道装置，要比欧洲人使用赤道装置早500年左右。
仰仪
仰仪
仰仪是我国古代的一种天文观测仪器，由元朝天文学家郭守敬设计制造。
仰仪的主体是一只直径约三米的铜质半球面，好像一口仰放着的大锅，因而得名。仰仪的内部球面上，纵横交错地刻划出一些规则网格，用来量度天体的位置。在仰仪的锅口上刻有一圈水槽，用来注水校正锅口的水平，使其保持水平设置；在水槽边缘均匀地刻划出24条线，以示方向。在正南方的刻线上安置着两根十字交叉的竿子，呈正南北方向，一直延伸到仰仪的中心，把一块凿有中心小孔的小方板装在竿子的北端，并且小方板可以绕着仰仪中心旋转。
仰仪是采用直接投影方法的观测仪器，非常直观、方便。例如，当太阳光透过中心小孔时，在仰仪的内部球面上就会投影出太阳的映像，观测者便可以从网格中直接读出太阳的位置了。尤其在日全食时，利用仰仪能清楚地观看日食的全过程，连同每一个时刻，日面亏损的位置、大小都能比较准确地测量出来。因此，仰仪是很受古代天文工作者喜爱的一种天文观测仪器。
日晷
日晷
日晷又称“日规”，是我国古代利用日影测得时刻的一种计时仪器。通常由铜制的指针和石制的圆盘组成。铜制的指针叫做“晷针”，垂直地穿过圆盘中心，起着圭表中立竿的作用，因此，晷针又叫“表”，石制的圆盘叫做“晷面”，安放在石台上，呈南高北低，使晷面平行于天赤道面，这样，晷针的上端正好指向北天极，下端正好指向南天极。在晷面的正反两面刻划出12个大格，每个大格代表两个小时。当太阳光照在日晷上时，晷针的影子就会投向晷面，太阳由东向西移动，投向晷面的晷针影子也慢慢地由西向东移动。于是，移动着的晷针影子好像是现代钟表的指针，晷面则是钟表的表面，以此来显示时刻。
由于从春分到秋分期间，太阳总是在天赤道的北侧运行，因此，晷针的影子投向晷面上方；从秋分到春分期间，太阳在天赤道的南侧运行，因此，晷针的影子投向晷面的下方。所以在观察日晷时，首先要了解两个不同时期晷针的投影位置。
圭表
圭表
圭表是我国古代度量日影长度的一种天文仪器，由“圭”和“表”两个部件组成。
很早以前，人们发现房屋、树木等物在太阳光照射下会投出影子，这些影子的变化有一定的规律。于是便在平地上直立一根竿子或石柱来观察影子的变化，这根立竿或立柱就叫做“表”；用一把尺子测量表影的长度和方向，则可知道时辰。后来，发现正午时的表影总是投向正北方向，就把石板制成的尺子平铺在地面上，与立表垂直，尺子的一头连着表基，另一头则伸向正北方向，这把用石板制成的尺子叫“圭”。正午时表影投在石板上，古人就能直接读出表影的长度值。
经过长期观测，古人不仅了解到一天中表影在正午最短，而且得出一年内夏至日的正午，烈日高照，表影最短；冬至日的正午，煦阳斜射，表影则最长。于是，古人就以正午时的表影长度来确定节气和一年的长度。譬如，连续两次测得表影的最长值，这两次最长值相隔的天数，就是一年的时间长度，难怪我国古人早就知道一年等于365天多的数值。
在现存的河南登封观星台上，40尺的高台和128尺长的量天尺也是一个巨大的圭表。
漏刻
漏刻
漏刻是我国古代一种计量时间的仪器。最初，人们发现陶器中的水会从裂缝中一滴一滴地漏出来，于是专门制造出一种留有小孔的漏壶，把水注入漏壶内，水便从壶孔中流出来，另外再用一个容器收集漏下来的水，在这个容器内有一根刻有标记的箭杆，相当于现代钟表上显示时刻的钟面，用一个竹片或木块托着箭杆浮在水面上，容器盖的中心开一个小孔，箭杆从盖孔中穿出，这个容器叫做“箭壶”。随着箭壶内收集的水逐渐增多，木块托着箭杆也慢慢地往上浮，古人从盖孔处看箭杆上的标记，就能知道具体的时刻。
后来古人发现漏壶内的水多时，流水较快，水少时流水就慢，显然会影响计量时间的精度。于是在漏壶上再加一只漏壶，水从下面漏壶流出去的同时，上面漏壶的水即源源不断地补充给下面的漏壶，使下面漏壶内的水均匀地流人箭壶，从而取得比较精确的时刻。
现存于北京故宫博物院的铜壶漏刻是公元1745年制造的，最上面漏壶的水从雕刻精致的龙口流出，依次流向下壶，箭壶盖上有个铜人仿佛报着箭杆，箭杆上刻有96格，每格为15分钟，人们根据铜人手握箭杆处的标志来报告时间。
沙漏
沙漏
沙漏又称“沙钟”，是我国古代一种计量时间的仪器。沙漏的制造原理与漏刻大体相同，它是根据流沙从一个容器漏到另一个容器的数量来计量时间。这种采用流沙代替水的方法，是因为我国北方冬天空气寒冷，水容易结冰的缘故。
最著名的沙漏是1360年詹希元创制的“五轮沙漏”。流沙从漏斗形的沙池流到初轮边上的沙斗里，驱动初轮，从而带动各级机械齿轮旋转。最后一级齿轮带动在水平面上旋转的中轮，中轮的轴心上有一根指针，指针则在一个有刻线的仪器圆盘上转动，以此显示时刻，这种显示方法几乎与现代时钟的表面结构完全相同。此外，詹希元还巧妙地在中轮上添加了一个机械拨动装置，以提醒两个站在五轮沙漏上击鼓报时的木人。每到整点或一刻，两个木人便会自行出来，击鼓报告时刻。这种沙漏脱离了辅助的天文仪器，已经独立成为一种机械性的时钟结构。
天体仪
天体仪
天体仪，古称“浑象”，是我国古代一种用于演示天象的仪器。我国古人很早就会制造这种仪器，它可以用来直观形象地了解日、月、星辰的相互位置和运动规律，可以说天体仪是现代天球仪的直接祖先。北京古观象台上安置的天体仪，是我国现存最早的天体仪，制于清康熙年间，重3 850公斤。
天体仪的主要组成部分是一个空心铜球，球面上刻有纵横交错的网格，用于量度天体的具体位置；球面上凸出的小圆点代表天上的亮星，它们严格地按照亮星之间的相互位置标刻。整个铜球可以绕一根金属轴转动，转动一周代表一个昼夜，球面与金属轴相交于两点：北天极和南天极。两个极点的指尖，固定在一个南北正立着的大圆环上，大圆环垂直地嵌入水平大圈的两个缺口内，下面四根雕有龙头的立柱支撑着水平大圈，托着整个天体仪。利用浑象，无论是白天还是阴天的夜晚，人们都可以随时了解当时应该出现在天空的星空图案。
我国东汉天文学家张衡，曾经在天体仪上安装了一套传动装置，利用相当稳定的漏刻的水推动铜球，均匀地绕金属轴转动，每24小时转一圈，这一业绩已载入我国光辉成就的史料库中。后来，唐朝的一行和梁令瓒、宋代的苏颂和韩公廉等人，把天体仪和自动报时装置结合起来，发展成为世界上最早的天文钟。
纪限仪
纪限仪
纪限仪是清朝制造的八件大型铜铸天文仪器之一，于1673年制成，重达802千克。 现存于北京古观象台的观测平台上。
纪限仪是专门用来测量天空中任意两颗星星之间距离的古仪，其基本观测方法是测量以两颗待测星到观测者的两条视线所张的角度。在天文学上，这一角度叫做“天体角距离”。
纪限仪的主体是一段60度的弧面，弧面半径约两米，上面饰有精细的对称型花纹，以弧边中央点为零度，向左右两边各刻30度。从零度点到弧面顶点预设一根铜竿，整个弧面固定在铜竿上，并能上下左右转动。铜竿后面的圆柱与铜竿上的横轴相连，稳稳地插入一米高的游龙底座内。在铜竿的上端还有一根横轴，挂有窥尺和游表，贴附在弧面上。
实际观测时，将弧面与两颗待测星移动到同一平面上，一人用窥尺对准一颗待测星，另一人用游表对准另一颗待测星，窥尺和游表两者所指出的弧边刻度差，就是这两颗待测星之间的角距离。
象限仪
象限仪
现存于北京古观象台的象限仪制造于1673年，是专门测量天体地平高度的观测仪器。
所谓“地平高度”，是观测者到某颗星星的视线与地平面的夹角。在天文学上，这一角度叫做“天体地平高度”。
象限仪的下端是一根方形横梁和一对十字底座，在两个十字底座的交叉点上，各竖起一根高三米多的圆柱，两边均有一条龙扶持，起到装饰和加固双重作用。两根圆柱支撑着一根雕有云纹图案的横梁，一根可以旋转的立轴连接在上下两梁的中间，固定着整个扇形的象限环。象限环内雕有腾云驾雾的巨龙，既增添了仪器的生气，又起着平衡作用；象限环的横边呈水平状，并与立边垂直，在两边的交叉点处挂有一根游表，贴附在象限环面上。实际观测时，转动象限环，将游表对准待测星，观看游表所指的弧面上的刻度，就可以知道这颗待测星的地平高度。
赤道经纬仪
赤道经纬仪
赤道经纬仪是清朝制造的八件大型铜铸天文仪器之一，也是我国重要的古天文观测仪器。1673年制成，重达2720千克，至今仍完好地保存在北京古观象台的观测平台上。
整个观测部分由三个大环和一根轴承组成。最外面的大环叫做“子午环”，呈正南北方向竖立着，两面有刻度盘。中间的圆环呈南高北低，与天赤道平行，因此，叫做“赤道环”。环面上均匀地刻有24个大格，代表24小时，每个大格再分成4个小格，代表15分钟， 在赤道环面的中心垂直地竖立着一根轴承，叫做“极轴”，与子午环相连，朝上的一点指向北天极，朝下的一点指向南天极，并由南极伸出的两个象限弧支撑着。里面的圆环叫做“赤经环”，还可以绕极轴旋转。
整个观测部分镶嵌在一个半圆云座内，由一条南北正立、昂首修尾的苍龙托起，龙的四只利爪分别抓住下面十字交梁的一端，每端都装有调整仪器水平的螺栓。该仪器主要用于测量恒星以及太阳、月球、行星等天体的位置。
黄道经纬仪
黄道经纬仪
黄道经纬仪是清朝制造的八件大型铜铸天文仪器之一，也是我国重要的古天文观测仪器。1673年制成，重达2 752千克，至今仍完好地保存在北京古观象台的观测平台上。
黄道经纬仪的外层是南北向正立的“子午圈”，子午圈内的一个大圈叫做“极至圈”，用钢轴契合在子午圈的两个极点上，因此，叫做“黄道经纬仪”。在极至圈内，套着一个斜躺着的大圈，这个大圈平行于地球绕太阳旋转的黄道，叫做“黄道圈”。黄道圈上刻有度数和黄道十二宫的图案，是黄道经纬仪的基本大圈。有一根垂直于黄道圈面的钢轴联接黄道南、北两极。最里面的一个圆环叫做“黄道经圈”，与黄道南、北两极相连，并且可以绕钢轴旋转，圈上也刻有度数。在观测天体时，可根据黄道圈和黄道经圈的刻度来定出太阳和行星的位置。
整个仪器的观测部分放置在一个半圆云座内，由两条背向而立的苍龙托起，苍龙的爪子紧紧抓住雕有云纹斜交的十字交梁上。
地平经仪
地平经仪
地平经仪是我国古代的一种天文观测仪器。重量达到811千克，公元1673年（清康熙十二年）制成， 现存于北京古观象台。
地平经仪主要用于测量天体的地平方位角。其底座是副十字交梁，交梁上有三条屈身直立的苍龙和一条铜柱，作为四个柱脚托着一个直径两米多的大铜圈，铜圈平行于地平面，叫做“地平圈”。圈面按东西和南北正相交成两条直线，将地平圈分割成东南、西南、西北和东北四个方位，以正南和正北为零度，分别向东、西刻划度数。在正东和正西两点各竖一柱，两条升龙盘柱而上，大约在一米半处相向合拢，在中心部分两龙各伸出一爪，友好地捧着火球。再从地平圈中心垂直地竖起一根正方形的空心立表，并且和火球相连，立表上指天顶，下连底座中心的固定立柱。在立表的下端有一根横表，平躺在地平圈上，可以带动立表旋转，横表的两端各有一根直线和立表顶端相连。
实际观测时，转动横表，将待测星置于立表的空心处，与横表两端的直线构成同一平面时，就可以从横表所指的刻度盘上读出待测天体的方位角。
玑衡抚辰仪
玑衡抚辰仪
玑衡抚辰仪是清代制造的八件大型铜铸天文仪器之一，也是我国古代重要的天文观测仪器。于1744年制成，重达五吨，这台具有中华民族特色、精细制造的古仪，至今仍完好地保存在北京古观象台的观测平台上。
玑衡抚辰仪观测部分的外层是一根南北正立着的“子午双圈”，双圈用铜枕固定着，其空隙的中线为子午正线，在双圈内有两个并排着的圆环，叫做“赤道圈”，外面的赤道圈固定在子午双圈上，东西各有龙柱相托，里面的赤道圈连接在极至圈上，且可以沿赤道面移动，因此，又叫“游动赤道圈”。最里面的一个圆环叫做“赤经圈”，由环内的一根空心铜轴连接在子午双圈的两个极点上，赤经圈可以绕铜轴旋转。在空心铜轴中间还有一根窥管，前端圆孔内有十字丝装置，起到提高观测精度的作用。整个观测部分由雕工精细的云座和龙柱托起。
这架由青铜浇铸成的古仪，设计巧妙，制造精美、细腻，几条游龙栩栩如生，气魄宏伟，令人叹为观止，不愧为我国古代天文文物中的瑰宝。
水运仪象台
水运仪象台是我国古代一种大型的天文仪器，由宋朝天文学家苏颂等人创建。它是集观测天象的浑仪、演示天象的浑象、计量时间的漏刻和报告时刻的机械装置于一体的综合性观测仪器，实际上是一座小型的天文台。
整个水运仪象台高12米，宽7米，共分3层，相当于一幢四层楼的建筑物。最上层的板屋内放置着1台浑仪， 屋的顶板可以自由开启，平时关闭屋顶，以防雨淋，这已经具有现代天文观测室的雏型了；中层放置着一架浑象；下层又可分成五小层木阁，每小层木阁内均安排了若干个木人，5层共有162个木人，它们各司其职：每到一定的时刻，就会有木人自行出来打钟、击鼓或敲打乐器、报告时刻、指示时辰等。在木阁的后面放置着精度很高的两级漏刻和一套机械传动装置，可以说这里是整个水运仪象台的“心脏”部分，用漏壶的水冲动机轮，驱动传动装置，浑仪、浑象和报时装置便会按部就班地动作起来。
这台仪器的制造水平堪称一绝，充分体现了我国古代人民的聪明才智和富于创造的精神。
水运仪象台
