汉代科学家张衡在《浑天仪注》中写道：“浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡中黄，孤居于内，天大而地小。”张衡认为天包着地，天像蛋壳，地球如蛋黄浮在中间，他以蛋壳和蛋黄的相对位置比喻天地关系。
《史记·天官书》中记载“斗为帝车，运于中央，临制四方”。古人认为，北极是天空的中心，所有恒星围绕北极星旋转。而现在我们知道，其实是脚下的大地在转动。因为地球的自转，使得斗转星移，我们生活的世界有了白天和黑夜，才会有“一天”的概念。地球除了自转，还围绕着太阳进行公转，地球每过一年会绕太阳公转一圈。
早在望远镜发明之前，古人以肉眼观天并对夜空中所见的天体加以记录，发明了各种用于演示天体运动的机械装置。其中比较著名的有浑象、假天仪和水运仪象台。
浑象，是古人用来演示天体在天球上运动的仪器。古人把日、月、二十八星宿等天体，以及赤道和黄道都绘制在一个圆球面上，这样便能随时了解当时的天象。浑象与浑仪的不同在于，浑象主要用于表现天象变化，而浑仪主要是用于测量天体黄道、赤道坐标的观测仪器。
宋代苏颂、韩公廉共同研制了假天仪，这是一种人能进入到浑天象内部来观察星象的仪器。使用假天仪，古人便能更直观地理解星宿在天空中的运动。
假天仪的球体用竹条制成，古人在球面上根据星体位置和星体大小开凿小孔。球体基座为一方形木柜，球体半隐柜中，半出柜上，人进入球内时，可以看到点点亮光如同夜空繁星。
△假天仪示意图
有着“世界上最早的天文钟”之称的水运仪象台，是北宋时期建造的一种集计时报时、天文观测、星象演示多种功能于一体、利用水力运作的天文钟。它由韩公廉等人设计、苏颂主持建造。台体为木质框架结构，高约12米，台基长宽约7米，上窄下宽，分上下三层。顶层为浑仪，用于观测星空，上方台顶板可在观测时揭开；中层为浑象，用于显示星象；底层为动力装置及计时、报时机构，通过齿轮传动系统与浑仪、浑象相连，使各层装置环环相扣，与天体同步运行。不仅体现了中国古代高超的机械制造技艺，也体现了华夏文明对于宇宙规律亘古不变的探索精神。
1913年，德意志博物馆馆长奥斯卡·冯·米勒想开发一种能够逼真展示恒星、行星、日月位置和运动的演示装置。于是，他向蔡司公司咨询制作这种装置的事宜。1919年，蔡司的首席工程师鲍尔斯菲尔德提出基于光学机械投影式天象仪的设计理念，他和他的团队着手深化细节并最终付诸于现实。
△蔡司Ⅰ型天象仪
1923年，在德国慕尼黑，蔡司公司展示了世界上第一台光学天象仪，这是人造星空的首次公开演示。经过进一步开发和完善，1925年，这台天象仪在德意志博物馆的天象厅正式向公众开放，标志着现代天文馆的诞生。天象厅直径10米，中央安装了蔡司I型天象仪，可以投影出4500颗恒星、银河以及星座名称，但只能演示慕尼黑当地的星空。
在回顾天象仪诞生和发展的历程中，我们不得不提到中国制造的天象仪及其在中国天文馆事业中所扮演的角色。我国天象仪的研制始于20世纪50年代，北京工业学院（现北京理工大学）自主开发了第一台国产天象仪原理样机。此后，该校和其他工厂合作研制出具有中国特色的大型天象仪。从1976年至2007年，这台天象仪在北京天文馆连续运转了31年之久，可表演黄道上的二十四节气、反映中国星空文化的二十八宿。
2008年，北京天文馆完成更新改造，天象厅升级为数字投影系统和蔡司光学天象仪，退役后的这台国产天象仪被作为藏品陈列于常设展厅中。
近百年来，科学技术的发展日新月异，天象仪也随着时代的变迁有了一系列革命。1983年，美国推出了数字天文系统，完全抛弃了传统的光学投影模式，运用计算机技术制作出电脑绘图的数字天象仪。如今，光学天象仪与数字天文系统相结合，成为现代大型天文馆主要的天象演示方式。
现在的天象仪能逼真地展示任意时间和地点所见的星空，包括太阳、月球、主要行星的视运动；银河、大小麦哲伦星系；月相变化及月食、流星雨等天象；也能投映城市地景、自然景色等全景图像，包括晨昏蒙影、极光、黄道光及模仿城市光污染的大气效果；显示全天88星座连线、图案和中文名称，以及中国古代星宿连线、图案和中文名称等。
星空能给人带来安定与幸福，它是人类好奇心与探索精神的起点。你上次看见繁星点点的夜空是什么时候呢？随着社会发展造成的空气污染和光污染，城市居民已经很难看到漫天繁星的夜空了。天文馆建立天象厅的初衷就是利用特殊的光学和数字投射技术逼真模拟自然星空，让观众在纯净的星空下沉静心灵，产生对宇宙的崇敬和思考。
二十八星宿：中国古代天文学家为了观测日、月、水星、金星、火星、木星、土星运行，划分了二十八个星区，由东方青龙、南方朱雀、西方白虎、北方玄武各七宿组成。
黄道：太阳移动的路径，即地球公转轨道在天球上的反映，称为黄道。
天象厅：天象厅是一种用于天象演示的半球型穹顶建筑，是人们了解和认识星空的场所，是传统天文馆的核心。
来源：《科学故事会》2024年6月刊
排版：沈 丹
编辑：闫进芳
审定：李红林