更让观测不再受人眼所限 不仅是崭新的天文仪器 一张画意识第谷与他的天文台

上物理课教到克卜勒（Johannes Kepler）的三大定律时，教员特意也引见了对克卜勒的定律有很大奉献的 第谷．布拉赫 （Tycho Brahe）。

第谷是一位丹麦的贵族，鼻子由于决斗而失去了一局部，领有过后资料最多、最精准的天文台。他的助手约翰尼斯．克卜勒（Johannes Kepler）之后会靠著这些资料，成功地发现椭圆行星轨道。惋惜第谷逝世的早，无缘见证到克卜勒的旷世巨著《新天文学》的出版。

课堂投影片上，教员放了一张画作，其中第谷用右手指著墙上的小洞。我心中很快地列出了某些想像，以为第谷是一位脑袋内建「量角器」、每天有闲情逸致仰望天空的贵族。

等到我有了时机钻研更多无关第谷的资料时，才赫然发现，现在看到的画作，就曾经告发了第谷在乌兰尼堡（Uranib）的多种精细观星仪器。

一幅画带你意识第谷如何观星

引见第谷时，无法漠视这张雕描写，外面有着他永世的钻研心血。它出自于第谷在西元 1598 年出版《Astronomiae Instauratae Mechanica》（中译：新天文学仪器）中的雕描写，画里分明地绘画出第谷的仪器，并隐含了他的观星技术。

回到稍早的西元 1597 年，第谷由于和新继位的丹麦国王克里斯蒂安四世（Christian IV）常年的争论无法处置，最终自愿退出了哥本哈根。第谷带着仪器，临时借住到贵族好友海因里希．兰卓（Heinrich Rantzau） 的城堡。

在逃亡的这一年中，他实现了此书，宿愿借此让国王了解他的奉献以及丢弃他的损失。但丹麦国王并不领情，最后第谷将此书献给了神圣罗马帝国鲁道夫二世（Rudolf II），并很快地取得了赏识，第谷因此得以设立新的天文台，进而约请克卜勒参与。起初沿用多个世纪、精准的「鲁道夫星表」（Tabulae Rudolphinae）也是由此为开局建设的。

第谷如何取得鲁道夫二世的青眼？他的书中又提到了哪些观星的技术呢？咱们可以从雕描写里的内容谈起。

画中泄漏了第谷领有三种重要的观星仪器区分为： 四分仪 （Quadrant）、 六分仪 （Sextant）、 浑天仪 （Armillary）。每一种仪器都有各自不凡的用途。

四分仪：建设天体的相对座标

四分仪，望文生义，仪器角度为全圆周的四分之一，即 90 度。 90度是地平线到天顶的范畴，繁难间接从地平线开局量测 ， 是一切天体量测的基准。 第谷以四分仪建设精准的天体座标。

在画作中，占据更大版面的壁画四分仪（Mural Quadrant），就是第谷在乌兰尼堡的主力观察仪器， 常年固定面对着子午线，启动天体座标的测量与批改，半径 1.94 公尺的宏大身躯上刻满了粗疏的刻度。须要三团体单干，一人看纬度，一人看期间，一人指挥，能力够实现观测。此仪器精度可达 10 角秒，远远逾越人类的裸眼极限。

除了定点观测外，第谷也设计了另一个室外四分仪，用来观察太阳相对绕行的位置。此仪器领有和壁画四分仪一样半径（1.94公尺）的方形设计，它能旋转到恣意方位。特意的是第谷选择铁材来 ... 方形四分仪，可谓一切仪器中的杰作，坚挺、笨重、可移动、同时又兼具惊人的 10 角秒精准度。

六分仪：量测天体间的角度差

六分仪，仪器角度为全圆周的六分之一，即 60 度。 特意的是它并不是测量物体水平或垂直角度，而是测量物体在天地面的角度差。可以再透 过几何运算与其余测量新闻，来取得 相对天体座标 。

第谷设计六分仪时，应用 60 度结构与等腰三角形的个性，简化了许多简约的几何运算，并透过经久不息的重复量测，让这身长 1.55 公尺的宏大仪器精度仍可达 24 角秒。

浑天仪：帮忙启动座标转换

浑天仪，为一个大型的优惠圆形仪器，外部由多个圆环组成天球外框，能够同时选择黄道面、天球赤道面、子午线以及天极。重要会有两个环一个代表 黄道 ，一个代表 天球赤道 ，也意味著自转和公转，再加上其余辅佐环代表行星、垂直面等等。

在过后由于没有电脑，因此有两者的微调须要经过复杂的几何运算，为了简化疑问，才有了这类型的仪器。浑天仪较为相似辅佐仪器，繁难占星学家做座标转换，不像是四分仪或六分仪为间接观测仪器。

第谷在此仪器上的翻新在于，过后的天文学家都是以黄道面当作他们的天体基准面；但第谷以为，从天极获取的纬度要转换到天球赤道坐标系相当不便，于是他将基准面设定为天球赤道面。如此可以透过模拟地球自转来简化观测仪器的操作，间接同时量测出天体的赤经与赤纬，也由于这样的设计，让前人以为第谷是发明望远镜 赤道仪 的天文学家。

浑天仪所有圆环皆以铁材 ... ，宏大繁重的结构能够在天极轴上精准又平衡地旋转，在过后的 ... 工艺是相当大的应战，第谷设计了唯一无二的轴承，处置了天极轴旋转的疑问。因此，此观星巨兽直径达 1.55 公尺，但观测精度却可达 1 角分。

天文仪器的改良：刻度小还要再更小

第谷尝试了多种不凡翻新的刻度划分，包含设计了游标卡尺的前身「Nonius」，但他最终选择了「横向刻度」（Transversal Scale）作为每个仪器的规范刻度划分。

除了圆周刻度划格外，第谷在圆周两侧的刻度间交织画上斜线，并刻上横向刻度，他奇妙的运用 截线定理 ，让刻度划分并不再侷限于圆周上，更能够借由仪器的圆周宽度来参与刻度划分。

举例来说，第谷的壁画四分仪，半径 194 公分，一度的圆周长约有 3.4 公分，划分红六格，每格长约 0.5 公分，代表 10 角分。0.5 公分的圆周曾经无法再划分到更小，横向刻度就能够派上用场了，第谷将四分仪的圆周宽度设计约 13 公分，因此两侧 10 分角刻度距离的对角线约为 13 公分，再细分 10 格，使得刻度到来 1 角分。

此时每角分距离 1.3 公分，此距离足够让第谷再划分 6 格，使得刻度到来 10 角秒，每 10 秒角距离 0.2 公分，裸眼可以轻松识别此距离，到达裸眼 10 角秒的观测精度。

扫除观测者形成的误差

从累积多年观测阅历中，第谷体悟到：假设观察者无法精准的观测星体，再精准的仪器也是白费。

过后人们靠著「针孔」来对准指标物，他很快地发现，观察者无法每次都用单眼将指标物的核心对准在孔洞里，因此形成了 8 角分的误差，这关于领有精度 1 角分仪器的第谷来说，真实是太过荒唐了。

因此他发明了「无视差瞄准器」（Parallax-free Sight），让观察者用双眼经过两侧隙缝，观察指标物经过前方的圆柱孔，当物体都在左右眼的隙缝里，这就是完美对准。

不仅是崭新的天文仪器，让观测不再受人眼所限

广泛人类裸眼最多只能看到 1 角分，第谷过后更好的四分仪就曾经能够看到 10 角秒的精度了，继续上游过后泛滥天文学家 100 年，直到 1660 年代开局开展天文望远镜。

第谷是一位置信主观中立的迷信家，尝试用他超精细的观星仪器，来探求困扰过后天文学家的误差。他坚信着精准资料给予的结果，而建设了介于地心与日心之间的「第谷模型」，让克卜勒在这基础上，更进一步建设了完整的行星轨迹模型。他并且推论，假设地球绕行太阳的话，应该能够观察到星星的视差，殊不知星星与地球的距离超乎了过后人类的想像，视差小于 1 角秒，这超越人类肉眼的极限。

但一切都无妨，在第谷之后的 200 年，人类初次测量到天鹅座 61， 313.6 毫角秒的视差。距离地球 10 光年，星星不再是天地面高无法攀的光点，人类会继续一步一步的了解天空的每个角落。

参考资料