[发明专利]岁差天球仪

说明书

本发明属天文教学仪器类。

本发明的目的是在一台仪器上直观地表示地球，太阳，天球三者之间相互运动的关系以及地轴的进动与春分点的西移而表示的岁差现象，能演示出历史年代和今后岁月的星空景象。

岁差天球仪由天球，地球仪及其经纬网架，基座，半球形活动坐标网架，半活动辅助弧五大部分组成。

天球（1）系一直径为30cm的透明材料制成的薄壳空心球体。球上绘有若干主要星座，黄道十二宫以及二十八宿及其名称。黄道大圆（6）分成内外两圈层，外圈固定在天球上，上面刻有用来表示天北极和春分点在天球上一定位置的年代，内圈和黄纬读数环（23）联接，随地轴进动而旋转，其上标有二十四节气。天球整体固定在仪器基座上，天球的上方中央为黄北极，下方中央为黄南极（被基座障碍未能表示出来）。

地球仪（2）及其经纬网架（3）安装在天球的内部中央，以表出地心天球的位置关系。经纬网架（3）实际上是地球仪经纬网线的扩大，随地球仪的转动而转动，透过天球仪可清楚地识别经纬网线，为的是便于观测天体在天球上的赤经和赤纬，以及其它与经纬网有关的一切现象，天轴（地轴（24）的延长线）与天球的交点（即天北极）在天球仪上以黄北极为中心，以23.5度为半径作反时针方向（在天球仪外面向下看，则作顺时针方向）运动。与此同时，黄道上的二十四节气作同步进动。在地轴的进动过程中，从仪器上可以清晰看出黄道与赤道平面始终保持23.5度的交角，天北极在天球上的运动轨迹;与此同时，还可观察到黄赤两道的交点之一-春分点的西移，及其在黄道十二宫中位置的变化。

基座（11）匣内装有控制地球仪（及其经纬网架）自转和地轴进动的齿轮传动系统，用传动电机（12）和电源（交直流两用）（17）作为动力。基座面上有电源开关（9），控制自转、进动的转换掣（8），调速电位器（19），换向开关（20），微调（21）。打开电源开关（9），按下转换掣（8），和转换掣一体的齿轮（10）和齿轮（14）啮合，通过轴（15）带动齿轮（7）转动，继而传递到齿轮（22）上，使和齿轮（22）配合的地轴转动，即使地球仪产生自转。当提起转换掣（8），齿轮（10）和齿轮（13）啮合，而齿轮（13）是和空心轴（16）紧密配合的，从而使空心轴（16）转动，空心轴又和黄纬读数环（23）联接，使天轴绕黄极转动，即地轴的进动。实心轴（15）是套在空心轴（16）中的。微调（21）的作用是使春分点准确地对准所需年代或所需要的经度对准刻划所代表的日期，调速电位器（19）可调节地球仪自转和地轴进动的速度。换向开关（20）可改变地球自转和地轴进动的方向，为的是更方便地对准春分点的位置。

半球形活动坐标网架（4）结构与地球仪上的经纬网架（3）相同，大小恰能罩在天球上。当半球形网架的极点与观测地点的天顶一致时，则其主圈可视作该测点的地平圈，用之可以读出任一天体的地平经度，地平纬度;当其主圈与黄道一致时，用之可以读出任一天体的黄经和黄纬。

半活动辅助弧（5）由三瓣组成，呈“山”字形，安置在天球的下方，可绕基座主轴旋转。中瓣上端有一表示太阳的小灯泡，可在黄道上移动，其余两瓣各与中瓣相距96度，与活动坐标网架相配合，以示不同日期和时刻晨昏圈的约略位置。此外，辅助弧还可以配合紧贴南半部经纬网架的黄纬读数环，读出黄道以南天体的黄经，黄纬。

还可以将本发明进一步简化，做成更为简单的岁差天球仪。也即去掉基座内的传动装置用手动控制代替机械传动部分，那么只要在天球下部挖一个洞，用手拨动地球的自转，同时用旋扭控制地轴的进动，这样整个岁差天球仪的尺寸可做小些，可使本发明结构更加简单，更利于普及推广。

岁差天球仪可以直观地表示地球，太阳，天球三者相互运动的关系。以及因地球自转而引起的若干天文现象，使人对日月星晨东升西落，一年四季中太阳的出没位置和中天高度变化，四季成因，节气更替，昼夜长短变化等自然现象一目了然。同时可借助活动坐标网架演示地理坐标和天球坐标间的简易换算关系。若不计恒星的自行，由于地轴的进动，可观测到在黄赤交角不变的情况下所引的天极，二分，二至和二十四节气在黄道十二宫和恒星间的变迁轨迹。还可看出恒星的黄经，赤经，赤纬所发生的变化。由于天球上标有北斗，二十八宿等我国传统星象，并在黄道上标有二十四节气，故可使历史上任何年代和日期以及未来任何年月的星空景象展现在眼前，使学者可以对照分析古天文图和古文中叙述的古代星空景象。也即本发明和普通天球仪相比，具有功能上的扩大，时间上的延展这样一种性质。

图1是岁差天球仪示意图。

图2是不带传动装置的岁差天球仪示意图。