第320章 制作古代天文简易仪器（4 / 7）

圆形（0°~90°），可用现成的塑料量角器或自制。

3. 窥管\/瞄准器：吸管、笔管或细纸筒（长度约10cm）。

4. 铅垂线：细线+小重物（如螺母、钥匙扣）。

5. 工具：剪刀、胶水、笔、指南针、打孔器。

三、制作步骤

1. 制作刻度盘

在硬纸板上画一个1\/4圆（90°扇形），半径约10cm。

标记角度：从底边（0°，地平线）到顶端（90°，天顶），每5°或10°画一条刻度线。

替代方案：直接使用半圆量角器（只需用其0°~90°部分）。

2. 安装窥管（瞄准器）

沿象限仪的直边（0°~90°的半径边）固定一根吸管，作为瞄准器。

确保吸管与底边平行（可用胶水或胶带固定）。

3. 悬挂铅垂线

在圆心（0°与90°的交点）打一个小孔，穿入细线，末端悬挂重物。

铅垂线自然下垂时应对准0°刻度（需校准水平）。

四、校准与使用

1. 校准水平：

将象限仪放在平稳表面，确保底边完全水平（可用水瓶气泡校准）。

铅垂线应自然指向0°。若偏移，调整底座直到归零。

2. 测量天体高度：

白天测太阳：通过窥管对准太阳，读取铅垂线所指的刻度（如45°）。

夜间测星星：瞄准亮星（如北极星），同理读取角度。

注意：直接观测太阳可能伤眼，可在窥管末端贴半透明纸投影观察。

3. 计算纬度（进阶）：

在夜晚测量北极星高度角，其角度近似等于当地纬度（如北京约40°）。

五、简化改进方案

1. 便携式：用衣夹固定量角器，手机指南针App辅助校准方向。

2. 数字升级：用手机倾斜仪App对比手动测量结果。

3. 航海版：在底座加装指南针，便于测量方位角。

六、科学原理

重力基准：铅垂线始终指向地心，提供垂直参考。

角度几何：天体高度角=视线与地平线的夹角。

应用场景：

古代航海：通过测量北极星高度确定纬度。

日影计算：结合日晷可推算时间。

七、误差与注意事项

1. 铅垂线摆动：测量时保持仪器稳定，待垂线静止后读数。

2. 大气折射：靠近地平线的天体测量值会略偏高（可忽略）。

3. 材料限制：纸板易变形，建议用木板或塑料板提高精度。

八、教学与拓展

1. 实验对比：用象限仪和手机测角App同时测量，分析误差原因。

2. 历史联系：讲解哥伦布、麦哲伦等航海家如何使用类似仪器。

3. 数学应用：结合三角函数计算建筑物或树木高度。

除圭表、日晷、浑仪和象限仪外，古代天文观测和测量还有许多有趣的简易仪器可以手工制作。以下是其他几种适合自制的古代科学仪器，附带功能说明和简易制作方法：

1. 简仪（简化版浑仪）

功能：测量天体的赤道坐标（比浑仪结构更简单）

材料：硬纸板、吸管、铁丝、量角器

制作方法：

用铁丝弯成两个垂直的圆环（赤道环+子午环），固定在纸板底座上。

赤道环倾斜角度等于当地纬度（如北京40°）。