圖片：古希臘著名學者克勞狄烏斯・托勒密(Claudius Ptolemy;Claudius Ptolemaeus)與他所使用的環形球儀(圖片引自維基共享資源)。
渾儀(Armillary sphere，也被稱為球形等高儀或環形球儀，英文縮寫為armilla或armil)是古中國和古希臘等地區測定天體位置的一種儀器，渾儀在古中國與古希臘被分別獨立發明，然後也各自推展到東亞 地區與地中海地區。它是由相應天球坐標系各基本圈的環規及瞄準器構成，帶有刻度的金屬圈環環相扣 ，這些圓形的金屬圈骨架代表天體的赤道、黃道與子午圈等。整顆金屬球代表整個天體，而渾儀的中央 通常代表地球或太陽。一般來說可以展演星體在黃道、赤道以及子午等組合立體方向上的變化和軌跡。 渾儀也是較早期出現的複雜機械儀器，渾儀的發展也促進了其他機械儀器的改良與設計。像是中國宋朝的水渾儀象台或是古希臘安提基特拉機械(Antikythera mechanism)。渾儀在希臘化後期曾經為托勒密所積極推廣，並且製作大型的渾儀。雖然在黑暗時期，渾儀曾被遺棄過。但文藝復興時代，渾儀則再度成為西方科學家所重視的儀器。
圖片：宋朝蘇頌所創製的水渾儀象台，現今在臺中的國立自然科學博物館有復原較完整的機械模型(圖片引自維基共享資源)。
水渾儀象台是東方渾儀系統劃時代的發展，發明者是宋朝的蘇頌。水渾儀象台高12公尺，寬7公尺，運用水力推動運轉整台儀器，兼具觀測天體運行、演示天象變化，以及隨天象推移而有木人自動敲鐘、擊鼓、搖鈴，並且準確報時的多種功能。英國科技史學者李約瑟(Joseph Needham)在曾對蘇頌給予這樣：「蘇頌把時鐘機械和觀察用渾儀結合起來，在原理上已經完全成功。因此可以說他比羅伯特·虎克(Robert Hooke)先行了六個世紀，比夫朗和斐（Joseph von Fraunhofer)先行了七個半世紀。」(這裡應該主要是指計時方面)。西方的計時器到了十七世紀虎克的階段，主要是由惠更斯以伽利略的單擺原理發明了擺鐘，虎克發現了彈簧的規律以及惠更斯所創制的游絲彈簧精準時針等等，在此之前的報時還沒有蘇頌的水渾儀象台要精準，但虎克與惠更斯所發展的系統其實對後續現代機械鐘的影響卻是更為深遠的。
圖片：在希臘化時期結束之後，隨著古羅馬帝國的崩潰，中世紀黑暗時期渾儀系統曾經被遺棄相當久。但到了文藝復興時期，隨著古希臘羅馬時代的文書再現，渾儀再度成為學者流行的配備(圖片引自維基共享資源)。
圖片：北京古觀象台的渾儀(圖片引自維基共享資源)。
東方渾儀的使用最初可以推溯自公元前四世紀。到了西漢時期 (公元前一世紀) 的 『璇璣玉衡』則是被認為影響後世較大的渾儀體系儀器；到了東漢時又在這種儀器上加了黃道環，改稱『黃道銅儀』；東晉時期出現兩重環銅渾儀；但東方渾儀在早期的結構比較缺乏歷史記載，最重要的發展者則是唐朝的李淳風。李淳風之後，渾儀結構正式明確化。他在唐貞觀七年 (公元633 年)，增加環數變成三重環，並讓渾儀成為真正完整的儀器，此後的渾儀規格大致都是修改自李淳風的渾儀設計。三重環包括: (一)外重環，在支架上固定不動，包括地平環、子午環 (此為雙環) 與赤道環，合稱為 『六合儀』 (六合包含東西、南北、上下六個方位，但實際上只有這三個固定的環來定位六個方位，而不是六個圓環)。 (二)中間重環，包括黃道環(太陽軌道)、白道環 (月球軌道) 與赤道環，合稱為『三辰儀』 (因為這三個環分別代表太陽、月球與其他恆星的方位，日、月、星在古書又稱為三辰，因此取了這個名字)。(三) 內重環，包括南北極軸，赤經環 (這是雙環)，與窺管等，合稱為『四游儀』 (是指能夠四方游動的意思)，平行的赤經雙環夾著窺管可以繞行極軸旋轉，窺管又可在赤經雙環內自由轉動，而指向天空中的任何一點。西方也有類似的設計，在窺管的部分，後來也曾被望遠鏡所取代。東方古代所說的『渾天儀』其實是包括了渾象和渾儀這兩種儀器的統稱。但渾儀和渾象卻不是相同的儀器。渾象是一種展現天象變化與天體運動的演示儀器，比較類似於近現代的天球儀；而渾儀則是使用於定位天體球面坐標的觀測儀器，與測量天體運動較有關係。張衡的《渾天儀圖注》主要是針對渾象的改良，他對渾儀改良的貢獻則比較少。到了十三世紀元代時期的郭守敬，他採用了類似現今球面三角算法的『弧矢割圓術』來處理黃道與赤道的座標換算，並以『招差法』(與十七世紀德國數學家Johann Faulhaber、瑞士數學家Jacob Bernoulli等人在求解高階等差級數時所發展的福爾哈伯公式或白努利公式十分相近)來計算太陽、月亮和行星位置的關係。郭守敬覺得原先多層的渾儀系統太過繁複而不好應用，因此簡化了渾儀。不僅取消了黃道環，還把原有的渾儀分開為兩個獨立的儀器，也就是簡儀和地平經緯儀(立運儀)。在後面的東方時空中，無論是李淳風體系的渾儀或是郭守敬所創建的簡儀和地平經緯儀，也都曾被西方傳教士與學者所研究和改造。
圖片：M. Blundeville的《關於宇宙學第一原理與球體特論的論文》。渾儀。A.D. 1636。(圖文譯自wikisource原文 From M. Blundeville’s Treatise of the first principles of Cosmography and specially of the Spheare. Armillary Sphere. A.D. 1636. https://en.wikisource.org/wiki/1911_Encyclop%C3%A6dia_Britannica/Armilla )
圖片：托勒密體系的宇宙(地心說)(圖片引自維基共享資源)
西方渾儀最早的發明者可推溯自埃拉托斯特尼(Eratosthenes，公元前276年－前194年)，他是著名學者阿基米德的好朋友，也是托勒密三世倚重的亞歷山大圖書館館長。西方渾儀最簡單的形式是由固定在赤道平面上的環所組成，之後則日益複雜化，將數個環或圓圈組合起來代表天空的大圓圈以顯示星體的相對方位。據信埃拉托斯特尼曾以solstitial armilla來測量黃道的傾斜度。他後來又根據亞歷山大港與賽印(現在埃及的亞斯文)之間不同正午時分的太陽高線及三角學計算出地球的直徑。埃拉托斯特尼也是地理學(geography)一詞的創建者以及西方經緯度系統的設計者。而後到了喜帕恰斯(Hipparkhos，或譯為希帕求斯或伊巴谷，公元前約190年－前120年)，這位具有『方位天文學之父』美譽的天文學家，他使用了具有四環的渾儀。喜帕恰斯的眼力非凡，他標記了850顆肉眼可見的恆星位置，並依亮度(星等)將它們區分為六群，這套系統持續使用至今，也就是視星等(apparent magnitude)的概念。據信喜帕恰斯透過了渾儀的運用，也發現了歲差現象。同時他也是三角函數重要的創始者。我們今日對喜帕恰斯的生平了解不多，主要是透過天文學家克勞狄烏斯・托勒密(Claudius Ptolemaeus，約100年－170年)的著作來加以了解。托勒密是古羅馬希臘化時期的代表科學家，也是著名的天動說(地心說)的發表者。他運用希臘天文學家的大量觀測數據(特別是喜帕恰斯的研究成果)，大量運用均輪和本輪的概念來解釋天體運動的地心學說。他的學說要到哥白尼、克卜勒、伽利略與牛頓等人的陸續研究才完全被打破。十六世紀時期，克卜勒的老師第谷布拉赫(Tycho Brahe)是完整化西方渾儀體系極為重要的學者，由於和喜帕恰斯很類似，第谷是一個非常擅長觀測天體的科學家，因此渾儀(環形球儀)在第谷的發展之下，成為相當精細兼具天文觀測與教學演示的儀器。不過隨著後來新式的天文儀器陸續出籠，渾儀最終在十九世紀日漸沒落，被其他天文儀器所取代，現今多半作為古代天文學的見證者與相關的演示教具。
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