四、中星仪

然而，随着 1690 年前后奥劳斯·勒麦发明了中星仪，十七世纪末年开始出现一种要抛弃这些基本上属于前望远镜设计的笨重仪器的倾向。勒麦的仪器主要是一个可自由地仅在子午圈中绕一根正东西向的水平轴转动的望远镜（今天这类仪器仍是这样）。它主要用来测定星的赤经。为此，当被测星越过望远镜焦平面上照明的准线时，测定其时间。1704 年，勒麦接着又建造了最早的子午仪——附加了一个完全分度的圆环的中星仪。圆环与转动轴成直角，并跟望远镜一起转动。中天星的中天高度可通过两个固定显微镜从分度环读出，这样并可得出它们的赤纬。天文学家迟迟没有注意勒麦有价值的发明。英国人似乎最早认识它们。1721 年，哈雷在格林威治天文台装置了一架中星仪（但没带分度环）供自己使用。

罗伯特·史密斯在他的《光学》（Opticks，1738，Vol.Ⅱ，pp.321ff.）一书中描述了一种（他所称的）“中天望远镜”，它和哈雷在格林威治所用的属于同类，不过按他的描述，好象包含了后来的一些改良。似乎有理由相信十八世纪一些著作家的说法，他们说，哈雷的仪器实际上是胡克（他死于

1703年）建造的。望远镜ab的长度约为5 1 英尺，孔径为1 3 英寸；

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它被成直角地固定于一根由坚固黄铜板制成的轴cd，轴长3 1 英尺，沿

其背部侧向焊接着另一条黄铜板来加固。这两条黄铜板的两端焊接着两个被车削成了真圆柱体的实心黄铜块，作为轴的支枢。接着用螺钉把一块十字形黄铜板牢牢固定于轴 cd 上。十字板的上下两端均向上弯曲，与其平面成直角，并锉出半圆形开口，以容纳望远镜的黄铜圆柱形镜筒，镜筒位置由两个半圆的黄铜箍环牢牢固定。支承轴的支枢的轴承是 V 形槽口 efg、hik，在厚黄铜板上锉成。为了使轴能精确地与子午圈垂直，两个轴承中，一个可通过调节螺钉而略有升降，另一块则可前后移动。（其中一个轴承的升降装置示于图 52。）这些黄铜板被调整后，便用螺钉牢牢固定在砖石柱上。哈雷的仪器与上述仪器的不同之处，在于他的望远镜离一个支枢较近，离另一个较远。借助一个气泡水准器（图 53）来调整望远镜的转动轴，使之处于水平位置。盛酒精的管 st 安装在一根长的金属直尺上，有两个钩子 oq、pr，借助这两个钩子，水准器悬挂在支枢上。水准器挂

图 51──哈雷的中星仪图 52──哈雷中星仪的调节机构

好以后，旋动可使酒精管一端升降的螺钉 z，使气泡处于酒精管 st 中心附近的一标记处。然后，把两个钩子交换位置悬挂，使水准器在支枢上翻转位置。如果气泡不在原来的位置上，就升高或降低一个轴承，使气泡返回至离原来位置一半的距离。记下气泡的新位置后，再把水准器翻转过来，并象前面一样，使气泡移动一半距离而加以校正。如此以往，直到水准器的位置翻转不改变气泡位置。这种悬挂式水准器比原来各种型式有很大革新。为了使连接

目镜光心和十字准线交点的直线垂直于望远镜转动轴，可调节十字准线，直到交点总是吻合于同一个远距离标记，即便望远镜在支座上翻转过来，也是如此。完成这些校正工作后，还可能存在望远镜的转动轴不在正东西方向的问题。检测这种偏离的方法是记下一颗周极星在天极上下方越过子午圈的时间，改变转动轴的方向，直到每隔相等的十二小时间隔发生一次中天。望远镜的调整工作完成以后，仪器被转向某一遥远目标，在十字准线刚好覆盖住的那点上作一标记。这一标记可用作为一个比较点，使以后能检测出瞄准误差和地平经度误差。哈雷的子午线标记（由于他的望远镜不在轴的中央，所以严格说来，他本应有两个这样的标记）“在霍西尔将军宅附近公园的围墙上”（S.P.里高德所引布莱德雷的话，见 Memoirs of the R.Astron. Soc.， 1836，Ⅸ，p.209）。当用望远镜进行夜间观测时，必须让烛光从固定于镜筒侧边一个小洞中的一个角射进来，以照亮中心线（显然布莱德雷时代之前一直只用一根线）。日间观测时，用一个与转动轴成直角的垂立分度圆和指针来得方便，这样就便于把仪器定位于待测中天的星的中天高度（图 55）。

图 53──悬挂式气泡水准器

P.C. 勒莫尼埃在他的《天体史》（Histoire Céleste）（巴黎，1741

图 54──勒莫尼埃的中星仪

年）一书中描述过一种型式很不相同的中星仪。该书基本上是巴黎天文学家在 1666 到 1686 年间的观测的扼述，不过也包含作者对自己的仪器观测结果的阐述（pp. lxxv ff.）。勒莫尼埃的仪器乃

图 55──拉朗德的中星仪

以莫泊丢在《地球的形状》（Figure de la Terre）（巴黎，1738 年）中所描述的格雷厄姆的一种结构为基础，也可能是格雷厄姆的制作；但它不仅可在子午圈上转动，还可绕垂直轴转动，以便能够测量过任何平经圈的渡越，而不限于过子午圈的渡越。望远镜（图 54）约 2 英尺长，在其焦平面上有带调节装置的十字准线网，它通过镜筒侧面上的一个缝隙引入镜筒，如目镜近傍所示。镜筒上端另一个缝隙中置有一个光亮的金属环，它用作为照明准线的反光镜。望远镜筒插进一个外筒即套壳之中，当不用套壳两端的夹紧环夹紧时，镜筒刚好能在套壳中转动；这样，十字准线就可置于水平和垂直位置。望远镜成直角地绕之转动的轴 AD 由两个中空的截锥组成，它们两端是由 A、D 处轴承支承的支枢。除了支枢用较坚硬材料制成外，镜筒和轴都是铜的。支架 BA、CD 同观测者成约 30°的倾角，这样，望远镜就可置于直至 90°的任何仰角。支架安装在水平黄铜十字横臂 BC 上，BC 的中心固定于一根垂直铁轴，后者绕其下端一点转动。这一点嵌入其中的基座和包围着铁轴的轴环都与支承砖石建筑牢固地相连。利用一个藉钩悬挂在两个支枢上的

气泡水准器来使铁轴处于水平位置，水准器在支枢上翻转位置的程序和哈雷仪器中一样，图中水准器处于正常位置。铁轴水平位置的实际调节乃借助图中所示的螺钉升降低支架 D 进行。为了使望远镜的瞄准线与铁轴相垂直，调节十字准线的竖直线，直到仪器在其支座上翻转位置前后，这竖直线覆盖住同一个远处子午线标记。竖立轴向东或向西偏离垂直位置时，可调节 H 和 M 处的螺钉加以校正，它们控制这竖立轴的轴套。如向南或向北倾斜，则可调节底端的一颗螺钉进行校正，它控制支承竖立轴尖端的基座。每一次都要不断进行这些调节，直到整个仪器绕其竖轴转动时，水准器处于正常位置而气泡保持不动。仪器可藉螺钉 Y 夹持于某一地平经度，而用螺钉 R、S 则可对该坐标的定位进行微调。分度半圆用来使望远镜定位于任何所希望的地平纬度。对这标尺的一个衡重体如图所示乃从仪器的中央部伸出。勒莫尼埃的中星仪主要用来观测子午圈东西方相同地平纬度的星，由此来测定时钟时间。然而，后来证明他的仪器工作不稳定，没有成为基本仪器的标准设计，尽管它可能被认为是地平经纬仪或经纬仪的一种早期形式。

十八世纪中星仪还有一些令人感兴趣的地方，表现在可能是格雷厄姆大约于1730 年制造的一架仪器上，它后来为拉卡伊和拉朗德使用（见La Lande 的 Astronomie，Vol.Ⅱ ，pp.786ff.）。这仪器的支枢乃由特别坚硬的铜锡合金制成，各支枢在其上转动的轴承则由稍软些的锡锑合金制成。支枢的水平误差由图示的一个跨骑水准器来检验，它从上方施于支枢。其中有一个轴承可以通过调节螺钉来升降或者水平地南北移动。图中右上角所示为用于部分地打开天文台屋顶的装置。

卡里曾为沃拉斯顿制造了一架精巧的子午仪，1793 年的《哲学学报》中载有关于这架仪器的描述。这架直径 2 英尺的子午仪通过动丝测微计获得读数，整个仪器可借助一个绞盘在其基座上转动 180°。

卢维尔所发明的一种便携式中星仪（Mém. de l’ Acad. Roy.des Sciences，1719），可以代表中星仪设计方面有些偏离主流的一种很有意思的实验。在这种仪器中，子午望远镜绕其转动的轴本身也是一个正东西向的望远镜。通过这个望远镜可以看到由隔开一段距离的一面镜所反射的它自身的十字准线，以便提供可在最初通过铅垂线和对已知恒星的中天观测调整轴之后，再来检验轴的轻微扰动的手段。整个装置由五条腿支持；可以肯定，它在工作上是不稳定的，也没有被广泛接受。