環形球儀

希臘天文學家喜帕恰斯（c. 190 – c. 120 BCE）稱許埃拉托斯特尼（276 – 194 BCE）是環形球儀的發明者[1][2][3][4][5]。此設備的名稱最終的來源是拉丁文的圓環（armilla），因為它有一個有刻度的金屬圈連結極點，還有代表黃道、赤道、子午圈和平行圈。 通常，在它的中心有一個球代表地球，後來改成太陽。 它也用來演示恆星環繞地球的運動。在17世紀望遠鏡發明之前，環形球儀是歐洲天文學家測量天體位置的主要工具。

它最簡單的形式是一個固定在赤道平面上的圓環，這種環形球儀是一種最古老的天文儀器。稍後它有了改進，有另一個圓環穿過平面並固定在子午線上。第一個是二分圈，第二個是二至圈（可能類似於簡儀）。組合的環被以等分的角度刻畫，陰影被用來指示太陽的位置，就成為環形日晷。當更多的大圓組合代表著天球上不同的環圈時，這個儀器就是渾儀。

埃拉托斯特尼最有可能是使用分至圈來測量黃道的轉軸傾角；喜帕恰斯使用的環形球儀可能有四個環。托勒密在他的著作Syntaxis（第五冊第一章）描述了他的儀器，它包含了一個有刻度的環圈，在裡面還有一個可以滑動，由在直徑兩端的兩個小管來移動。這台儀器有著垂圈和分度圓。

在西元前三世紀，希臘人已經將環形球儀開發成教學工具。更大和更精密的形式則被作為觀測儀器。

原始的圖出自蘇頌1092年的書，顯示它的鐘塔內部的工作，在頂端有一個機械轉動的渾儀。

在中國歷史上，天文學家曾經創造渾象（天球儀）來協助觀察恆星。中國也使用渾儀以協助制曆和進行曆算的計算。在韓國，也得利於中國的天文思想和天文儀器進一步發展。

根據李約瑟的研究，環形球儀的發展最早可以追溯至西元前四世紀的石申和甘德，他們已經配置了原始的單環環形球儀[6]。這讓他們可以測量各個星宿的去極度（緯度）和經度（赤經）[6]。李約瑟推算的日期，西元前四世紀，否定了英國漢學家克里斯多夫·卡倫仁所追溯這些設備出現在西元前一世紀的觀點[7]。

西漢的天文學家落下閎、Xiangyu Wangren和耿壽昌發展並製造出早期階段的環形球儀。在西元前52年，耿壽昌首次提出了有永久固定赤道環的環形球儀[6]。在隨後的東漢時代，天文學家符安（Fu An）和賈奎（Jia Kui）在西元84年添加了黃道環[6]。著名的政治學家、天文學家兼發明家張衡在西元125年將地平圈和子午環加入，完成了渾儀[6]。張衡還完成世界上第一座由水力驅動的渾儀，它是利用水流轉動由擒縱器控制速度的渾儀（參見渾儀、水運儀象台條目，有更詳細的介紹）。

漢朝以後的發展，讓環形球儀的使用有了許多改進與演變。在西元323年，天文學家Kong Ting重新組合了渾儀的環，以便黃道可以和赤道在任何需要的點上結合[6]。之後，唐朝的李淳風在西元633年使用三層環的環形球儀，稱為'nests' (chhung)，從多方位來校準天文觀測[6]。他也負責安裝窺管的一項計畫，以使緯度的觀測能更為精確。然而，到了下個世紀，一行（Yi Xing，參見下文）才完成在渾儀內安裝窺管的工作[8]。在1050年，Zhou Cong和Shu Yijian為環形球儀安裝了赤道裝置，沈括在11世紀晚期也做了相同的改進。但直到歐洲的耶穌會士來到中國，他們才不再使用渾儀。

清朝的天球儀（渾象）。

在唐朝開元十一年（西元723 年），一行和尚和兵曹參軍梁令瓚組合完成張衡使用擒縱器的渾象，每15分鐘便會擊鼓，整點便會搖鈴的自動裝置，也就是報時鐘[9]。蘇頌著名的水運儀象台在元祐七年（西元1092年）落成，如同一行的渾象使用擒縱器，並用水車將漏壺注滿水來推動。這架儀器上下分三層；上層是渾儀（天體測量之用），中層是渾象（天體運行演示），下層是司辰（自動報時器）。司辰有機械操作的小人偶，可以打開鐘樓的門，定時擊鼓或搖鈴，可以精確報時。還有政治家兼科學家的沈括（西元1031-1095年），曾任司天監，是熱心的天文學者，改進和設計了許多天文儀器：日晷、擒縱器、渾儀和固定觀察北極星以瞄準極點的窺管[10]。

韓國的發明家蔣英實奉朝鮮世宗之命打造渾儀，在1433年完成，命名為혼천의（Honcheonui）。

1669年，韓國天文學家Song Iyeong重新打造渾儀，做為一座天文鐘。這座天文鐘高度重視製作的技術，是朝鮮王朝留下的唯一一座天文鐘。

中世紀伊斯蘭天文學的球形天球儀。

波斯和阿拉伯天文學家將西元8世紀的希臘環形球儀改良，並由波斯天文學家Fazari（d.c.777年）撰寫出論文Dhat al-Halaq或The instrument with the rings（圓環的儀器）。Abbas Ibn Firnas （d.887年）為哈裡發默罕默德（852-886年的統治者）製造了另一個有圓環的儀器（環形球儀）[11]。球形等高儀是等高儀和環形球儀變化出來的，是中世紀伊斯蘭黃金時代的發明[12]。對球形等高儀的描述，最早可以追溯到波斯天文學家Nayrizi（fl. 892-902）。穆斯林的天文學家也獨立發明了環形球儀，主要用來解決球面天文學的問題。現今，世界上還留存了126件這一類的儀器，最早的製作於11世紀。太陽的高度，或是恆星的赤經和赤緯，都可以從球上的環輸入觀測者的地理經度，計算出來。

桑德羅·波提切利，c. 1480，畫作中環形球儀。

在10世紀晚期，環形球儀經由在安達魯斯的教宗西爾維斯特二世（r. 999–1003）的介紹傳入西歐[13]。教宗西爾維斯特二世使用窺管和這種儀器確認了當時的北極星和紀錄與測量了赤道和熱帶[14]。

第谷·布拉赫（1546－1601）在儀器設計上有了進展，他精心設計的環形球儀進入了等高儀的領域，並繪製在他的新天文學儀器（Astronomiae Instauratae Mechanica）。

環形球儀是第一個複雜的機械設備，它們的發展在許多機械設備的技術和設計上導致了許多改進。文藝復興的科學家和公眾人物經常在他們畫像的手上展示一個環形球儀，代表最高的智慧和知識。

環形球儀也是很有用的教具，框架可以描述天球，系列的環形成代表天空的大圓，而在軸上旋轉的代表地平線。中心的球代表地球的是托勒密的宇宙；中心的球是太陽的，是哥白尼的宇宙。

目前，自從曼紐一世時代，環形球儀就出現在葡萄牙國旗和國徽上。 。

在日內瓦的環形球儀。

在1980年代，愛蜜利薩維奇-史密斯在喀什米爾和拉合爾發現一些沒有任何縫隙的天球。 空心的物體通常使用兩半來澆鑄，儘管滾塑成型等技術在1960年代已經被使用，同樣可以產生無縫的球體，但是薩維奇-史密斯指出鑄造一個無接縫的球體被認為是不可能的。在喀什米爾發現最早的無接縫球是由中世紀天文學家和冶金學家Ali Kashmiri ibn Luqman 在1589-90年（AH998），阿克巴大帝的時期；另一個是在1659-60年（1070AH），穆罕默德·薩利赫賦予阿拉伯文和梵文題字；最後一個是由印度天文學家和冶金學家 Lala Balhumal Lahuri，在Jagatjit Singh Bahadur統治期間，於1842年在拉哈爾製造的。總共製造了21個這樣的球，而這些也是迄今保存無接縫球體的唯一例子。這些蒙兀兒冶金學家是使用脫蠟鑄造的法來生產這些球[15]。