一、赤经及赤纬
在茫茫大海中，航行的船只遇到危险，求急救时，第一就是要让救援的人知道船只的所在处，也就是说要将船只所在的经纬度告知救援的人。经纬度不仅能在海洋上指出船只的位置。它的最大好处是能将一个物体的确实位置，很简洁地让大家都能明了。同样的，在无际无涯的夜空星海中，一旦发现了新的星体，你如何将它的正确位置，公诸于世呢？你是否想到应该有一种类似经纬度的度量系统，来标定星球位置，制作星图呢？天文学家所使用的度量系统是赤经（Rightascension）及赤纬（Declination），赤纬的单位是度（Degrees），赤经单位是时（Hours）、分（Minutes），我们对这些也许并不熟悉，但要了解也并不难。
由于星辰距我们甚远，单靠眼睛实在辨别不出它们之间的远近差别，因此这些星球在我们看来都好像同样远近。我们就假想有一悬空之球壳罩住了整个地球，这个假想的球就叫做天球（Celestialsphere），而这些星星就固定在球壳内面，每次我们只能看到半个球面。因为地球自转的结果，天球便好像由东至西不断地绕著我们旋转，而天球北（南）极恰在地球地理北（南）极的正上空，天球赤道也恰在地球赤道的正上空，即位在二天极的中央。像地球一样，我们将天球刻划上了经纬度，在天文学中这相当于地球纬（经）度的，便叫做赤纬（赤经）。从天极到天球赤道间，赤纬共分90°；而赤经共分24时，1时又分60分，即1h=60m=15°，这是因为地球或天球每小时旋转15°而得名。这套决定天体位置的方法，看起来相当复杂，但是它有许多好处。例如，天球不断旋转，所以星星的视位置不断改变，像是由东至西横过夜空；同时，又因地球公转结果，虽在同一时刻，隔几天后，星星位置也稍稍偏西；或是你由北向南行走时，星星对地平线之相对位置，也都有所改变。既然星星之视位置，如此善变，故要依照所见来说明其位置，是相当困难的，只能藉著赤经、赤纬来说明了，因为每一个星球恰与一组赤经纬度相对应。但也由于星象瞬息万变，到底应如何去测量其赤经及赤纬呢？二、经纬仪之制作经纬仪（Theodolite）是用来量度赤经、赤纬的，它是一种具有许多天文望远镜特性的观测装置。介绍一种简单的经纬仪做法，所须材料列于表一，各材料之尺寸大小仅供参改，可自斟酌，但各零件之相关位置必须弄清。制作之前先看看图1，图2，图3，及作法：1.用厚(3/8)"之三夹板，锯下二个圆盘，直径比量角器（分度器）稍大约(1/2)"即可。以强力胶在每一圆盘上，黏上二块量角器，量角器底边中点，须确实黏在圆盘中心上。（见图2）。2.把一个圆盘用二根螺丝钉，固定在D上，圆盘之圆心与90°之连线，必须与D之中线重叠，在D之两端各钉上一个螺丝圈，（注意不是钉在有圆盘的那一面，见图2）视线便可通过两个小圈观察。3.在另一圆盘圆心处，凿一(1/4)"的洞，这洞要同时穿过A、C，（见图3），用一螺丝穿过栓好，调整一下松紧程度，使C很容易旋转。4.从附于D之量角器圆心凿洞，以木栓或螺丝将D、C旋紧。但D、C间要能转动，不要固定。5.用铁片截取三个三角形，以螺丝钉或小钉子将它们附于C上，三角形之尖端必须平贴于量角器上。6.以铰链将A、B接好。（见图1）7.G、H上距一端(3/4)"处凿一小洞，距此洞1"处起，沿每一木绦之中线，凿一宽(3/16)"之细缝，直到距另一端1"处。在小洞处以螺丝钉将G、H栓在A之二边，再用座钻通过细缝将G、H栓在B之边上，这是用来调整角度x的。钉螺丝或座钻时，应钉在适当位置，以致当调整至细缝末端时，A、B能够重合。经纬仪这时便可使用了。三、经纬仪之使用将经纬仪支在架子上，像椅子、像机三角架均可，目的只在使视线容易通过D之螺丝圈观察。把经纬仪面向南方放好，首先视臂D不要举起，（即纬度表E指在零），调整B板之倾斜，使视线沿视臂看到地平线，将B板固定在这位置，此时B板即保持水平，现在旋转C、D观察天体，则E即指示出天体之地平纬度（Altitude）。现在将经纬仪A板举高至x角，x=90°－（测量地之纬度），例如，你在台北测量，纬度大约25°3'，角x就等于64°57'；另一个法子是将视臂指向北极星，D保持在这方向，而移动A板，使纬度表E之读数为90°，此时A板即与B成x角了，当然你稍微想想便知道，可用这种方法来测量你所在地的纬度了，为什麽这样子A与B就成x角呢？（注一）仰望天极（即北极星处）时仰角即为你的纬度，因此当E读数为零时，将板A举起x角后，视臂即指向天球赤道，为什么？（注二）调整x角之目的，在于求得星星对天球赤道面之仰角（即赤纬度），而不须顾虑到因观测地之纬度不同，所引起之星星视位置之变化。此时由西至东旋转视臂，便画出了天球赤道位置。为了测度赤经，你必经将经度表F刻成赤经单位——时，每隔15°为1时，由零度起反时针方向刻。现在移动视臂注视南天之一已知星，从星图、天文日历或其它参考星源，决定此星之赤经、赤纬，旋转经度表F，使C之指针指向适当之赤经值。此时纬度表应即自动指在了正确的赤纬值，否则仪器便有了偏差。将F固定住，现在旋转C、D，把视臂指向另一星球，此时从E、F就可读出，此星球之赤纬度、赤经度了。在天球赤道以北之星球赤纬度为正，在天球赤道以南之星赤纬度为负，即E盘上朝开口处之量角器度数为正，另一个为负。例如：角宿大星（Spica），在四、五、六月夜空均可见，它的赤经度(R.A.)=13h23m37s，赤纬度(D.)=-11°00'19''，将视臂指向角宿大星，此时纬度表E读数应约为-11°，调整经度表F至13h23m37s。现在旋转视臂D，注视轩辕大星（Regulus），此时在E上就可读出约12°06'，F上约10h07m，于是知道轩辕大星之R.A.=10h07m，D.=12°06'。再举个例，在冬季夜空可见天狼星（Sirius）R.A.约为6h44m，D.约为-16°40'，将F调整至6h44m后，将视臂举高约在25°赤纬度，再向西旋转到赤经度约为3h45m，此时通过D上之螺丝圈，你就可以看到昴宿（Pleiades）了。在秋冬夜晚较早时，在飞马座（Pegasus）大正方形附近，可见朦胧亮带，那是仙女座大星云（Andromeda），它是漩涡星云中唯一能被肉眼清晰看见的，你有兴趣求求它的概略位置吗？大约是R.A.=0h40m，D.=41°。用这样方法求赤经、赤纬的好处，便在于不必顾虑到观测时间不同，引起星球视位置改变的因素，为什么？因为A板经x角修正后，即与天球赤道面重合，E求得的是星星对A板（即天球赤道面）之仰角，自然就是赤纬度了。又天球虽然不断旋转，但各星星差不多全是极远处之恒星，它们之间的相对位置均不变，我们已知一星之赤经度，以此为准，自然便可由此星与他星之夹角，而求出另一星的赤经度了，所以不论你在什么纬度，什么季节，什么时间观察，你所求得星星之赤经、赤纬度数均不会有所差别。一些参考星源列于表二。许多伟大的实验，它所需要的装置，往往是相当简单的，所以你不要小看经纬仪，很可能有一天，你利用它标定出一颗从未为人发现的星球的位置，而驰名于世呢？原文系摘自“Challenge of the Uriverse”117页“Projects and Experiments”1962年由“National Science Teachers Association”出版。原文仅说明制作法，并不讨论原理，译者加入一些原理的简单说明而成。注一：见图4，B板指向南方地平线，D指向天球北极，A板与D垂直，∠Y即观测地之纬度，因北极星距地球甚远，故指向天球北极之D，与北极至地心之联线平行，很容易的我们就可证出∠Z=∠Y，而∠x+∠Z=90°，因此∠x=90°-∠Z=90°-∠Y=90°-（观测地之纬度）。注二：E读数为零时，D与A平行，见图4知，A与天球北极成直角，即指向天球赤道，故D也指向天球赤道。原理经纬仪是根据测角原理设计的。为了测定水平角，必须在通过空间两方向线交点的铅垂线上，水平地放置一个带有角度分划的圆盘──水平度盘（图2）。图上，OAA1竖直面与水平度盘的交线在度盘上得到读数ɑ,OBB1竖直面与水平度盘的交线在度盘上得到读数b,b减ɑ就是圆心角β,即为水平角A1O1B1的角值β1。为了测定竖直角,又必须竖放一个圆盘──竖直度盘。由于竖直角的一个方向是特定的方向（水平方向或天顶方向），所以只需在竖直度盘上读取视线指向欲测目标时的读数，即可获得竖直角值。类别经纬仪的种类很多，按精度可分为普通经纬仪和精密经纬仪，有一定的系列标准。中国生产的精密光学经纬仪，一测回水平方向中误差不大于±0.7″,其望远镜放大倍数为56倍、45倍、30倍,水平度盘直径158毫米，最小读数值0.2″，竖直度盘直径88毫米,最小读数值 0.4″。经纬仪按读数设备分为游标经纬仪、光学经纬仪和电子经纬仪；按轴系又可分为复测经纬仪和方向经纬仪。最常用的是光学经纬仪。为使作业方便，提高效率，这类仪器在原有基础上又有所改进。例如采用正像望远镜；快调焦、慢调焦机构；同轴制动、微动机构；度盘读数数字化，用带有分划尺的读数显微镜或带有光学测微器的读数显微镜；两个度盘影像呈现不同颜色；粗、精配置度盘机构以及竖盘指标自动归零装置等。还有某些具有特殊功能的经纬仪，例如，带有光学测距装置的视距经纬仪；利用磁针定磁北方位的罗盘经纬仪；将陀螺仪和经纬仪组合，能测定真北方位的陀螺经纬仪（见矿山测量）；利用激光形成可见视准轴，能进行导向、定位和准直测量的激光经纬仪；进行地面摄影的摄影经纬仪；自动跟踪测量的电影经纬仪；自动测角和记录的电子经纬仪；以及将电子经纬仪、电磁波测距装置、微型信息处理机和记录器等综合成单体整机的电子速测仪。电子速测仪不仅可在现场迅速获得斜距、平距、高差（或高程）和坐标增量（或坐标）等数据，并能自动显示、打印和穿孔记录，或在磁带上存贮数据，还可建立数字地形模型，或利用专用接口与计算机连接自动成图。在如隧道工程等黑暗环境下作业时，利用 LDT520对测点发射的可见激光束可高效率实施方向控制和点位定位。阴天环境下，激光束有效作业半径达600m，黑暗环境下则更远。
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