ทรงกลมจำลองท้องฟ้า (หรือที่รู้จักกันในชื่ออื่นๆ เช่นแอสโทรลาบทรงกลม , อาร์มิลลาหรืออาร์มิล ) เป็นแบบจำลองของวัตถุบนท้องฟ้า (บนทรงกลมท้องฟ้า ) ประกอบด้วยโครงสร้างทรงกลมที่มีวงแหวน หลายวง โดยมีจุดศูนย์กลางอยู่ที่โลกหรือดวงอาทิตย์ซึ่งแสดงถึงเส้นลองจิจูดและละติจูดท้องฟ้าและลักษณะทางดาราศาสตร์ที่สำคัญอื่นๆ เช่นสุริยวิถีดังนั้นจึงแตกต่างจากลูกโลกจำลองท้องฟ้าซึ่งเป็นทรงกลมเรียบที่มีจุดประสงค์หลักในการทำแผนที่กลุ่มดาว ทรงกลมจำลองท้องฟ้าถูกประดิษฐ์ขึ้นแยกกัน ในจีนโบราณอาจจะเร็วที่สุดในศตวรรษที่ 4 ก่อนคริสต์ศักราช และกรีกโบราณในช่วงศตวรรษที่ 3 ก่อนคริสต์ศักราช และมีการนำไปใช้ในโลกอิสลามและยุโรปยุคกลาง ใน ภายหลัง

ทรงกลมจำลองท้องฟ้าที่มีโลกเป็นศูนย์กลางเรียกว่าทรงกลมจำลองท้องฟ้าแบบปโตเลมี ส่วน ทรงกลมจำลอง ท้องฟ้าที่มีดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางเรียกว่าทรง กลมจำลองท้องฟ้าแบบ โคเปอร์นิคัส^{[ 1 ]}

ธงชาติโปรตุเกสมีรูปทรงกลมจำลองระบบสุริยะ ทรงกลมจำลองระบบสุริยะยังปรากฏอยู่ในตราประจำตระกูล ของโปรตุเกส ซึ่งเกี่ยวข้องกับการค้นพบของชาวโปรตุเกสในช่วงยุคแห่งการสำรวจตัวอย่าง เช่น พระเจ้า มานูเอลที่ 1 แห่งโปรตุเกสทรงใช้ทรงกลมจำลองระบบสุริยะเป็นหนึ่งในสัญลักษณ์ของพระองค์ โดยปรากฏอยู่บนธงประจำพระองค์ และบนเครื่องปั้นดินเผา ส่งออกของจีนในยุคแรกๆ ที่ผลิตขึ้นเพื่อราชสำนักโปรตุเกส นอกจากนี้ ธงของจักรวรรดิบราซิลก็มีทรงกลมจำลองระบบสุริยะอยู่ด้วยเช่นกัน

อาคาร ผู้โดยสารหมายเลข 3 ของสนามบินนานาชาติปักกิ่งมีประติมากรรมโลหะทรงกลมจำลองระบบสุริยะขนาดใหญ่ จัดแสดงเป็นนิทรรศการสิ่งประดิษฐ์ของจีนสำหรับนักท่องเที่ยวทั้งในและต่างประเทศ

ส่วนประกอบภายนอกของเครื่องจักรนี้เป็นโครงสร้างที่ทำจากวงแหวนทองเหลือง ซึ่งเป็นตัวแทนของวงกลมหลักในท้องฟ้า:

1. เส้นศูนย์สูตรAซึ่งแบ่งออกเป็น 360 องศา (เริ่มต้นที่จุดตัดกับสุริยวิถีในราศีเมษ ) เพื่อแสดง ค่าไรต์แอสเซนชันของดวงอาทิตย์เป็นองศา และยังแบ่งออกเป็น 24 ชั่วโมง เพื่อแสดงค่าไรต์แอสเซนชันของดวงอาทิตย์เป็นเวลา
2. ระนาบสุริยวิถีBซึ่งแบ่งออกเป็น 12 ราศี และแต่ละราศีแบ่งออกเป็น 30 องศา และยังแบ่งออกเป็นเดือนและวันของปีด้วย โดยที่องศาหรือจุดบนระนาบสุริยวิถีที่ดวงอาทิตย์ปรากฏในแต่ละวัน จะตรงกับวันนั้นในวงกลมของเดือน
3. เส้นทรอปิกออฟแคนเซอร์Cสัมผัสกับเส้นสุริยวิถีที่จุดเริ่มต้นของแคนเซอร์ในeและเส้นทรอปิกออฟแคปริคอร์นDสัมผัสกับเส้นสุริยวิถีที่จุดเริ่มต้นของแคปริคอร์นในfโดยแต่ละวงกลมอยู่ห่างจากวงกลมวิษุวัต23 1/2 องศา
4. วงกลมอาร์กติก ( E ) และวงกลมแอนตาร์กติก(F)แต่ละวงอยู่ห่างจากขั้วโลกเหนือและขั้วโลกใต้ ตามลำดับ 23 1/2 องศา
5. เส้นวิษุวัตGผ่านขั้วโลกเหนือและขั้วโลกใต้ของท้องฟ้าที่NและSและผ่านจุดวิษุวัตในราศีเมษและราศีตุลย์ในระนาบสุริยวิถี
6. เส้นครีษมายันHผ่านขั้วโลกของท้องฟ้า และผ่านจุดครีษมายันในราศีกรกฎและราศีมังกรบนระนาบสุริยวิถี แต่ละส่วนของเส้น วิษุวัต แบ่งออกเป็น 90 องศา จากจุดวิษุวัตไปยังขั้วโลกของโลก เพื่อแสดง ค่าเดคลิ เนชันของดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดวงดาว และแต่ละส่วนของเส้นครีษมายัน จากระนาบสุริยวิถีเป็นeและfไปยังขั้วโลกbและdเพื่อแสดงค่าละติจูดของดวงดาว

ที่ขั้วเหนือของระนาบสุริยวิถีมีน็อตbซึ่งยึดปลายด้านหนึ่งของลวดควอดแรนต์ไว้ ปลายอีกด้านหนึ่งมีดวงอาทิตย์ขนาดเล็กYซึ่งเคลื่อนที่ไปรอบระนาบสุริยวิถีB — Bโดยการหมุนน็อต ที่ขั้วใต้ของระนาบสุริยวิถีมีหมุดdซึ่งมีลวดควอดแรนต์อีกเส้นหนึ่งติดอยู่ โดยมีดวงจันทร์ขนาดเล็กΖวางอยู่บนนั้น ซึ่งสามารถเคลื่อนที่ไปมาได้ด้วยมือ กลไกหนึ่งทำให้ดวงจันทร์เคลื่อนที่ในวงโคจรซึ่งตัดกับระนาบสุริยวิถีทำมุม 5 1/3 องศาไปยังจุดตรงข้ามที่เรียกว่าจุด ตัดวงโคจร ของดวงจันทร์ และทำให้สามารถเลื่อนจุดเหล่านี้ถอยหลังบนระนาบสุริยวิถี ได้เมื่อจุดตัดวงโคจรของดวงจันทร์เคลื่อนที่ไปบนท้องฟ้า

ภายในวงแหวนเหล่านี้มีลูกโลกจำลองขนาดเล็กIซึ่งยึดติดอยู่บนแกนKซึ่งทอดยาวจากขั้วโลกเหนือและขั้วโลกใต้ของโลกที่nและsไปยังขั้วโลกเหนือและขั้วโลกใต้ของทรงกลมท้องฟ้าที่NและSบนแกนนี้มีเส้นเมริเดียนท้องฟ้าแบบแบนLซึ่งสามารถตั้งไว้เหนือเส้นเมริเดียนของสถานที่ใดๆ บนโลกได้โดยตรง เพื่อให้มองเห็นเส้นเมริเดียนเดียวกันตลอดเวลา เส้นเมริเดียนแบบแบนนี้มีการแบ่งสเกลในลักษณะเดียวกับเส้นเมริเดียนทองเหลืองของลูกโลกจำลองทั่วไป และการใช้งานก็คล้ายคลึงกันมาก

ลูกโลกนี้ติดตั้งขอบฟ้าที่เคลื่อนที่ได้Mซึ่งหมุนได้บนลวดสองเส้นที่แข็งแรงซึ่งลากจากจุดตะวันออกและตะวันตกไปยังลูกโลก และเข้าสู่ลูกโลกที่จุดตรงข้ามของเส้นศูนย์สูตร ซึ่งเป็นวงแหวนทองเหลืองที่เคลื่อนที่ได้ซึ่งติดตั้งอยู่ในร่องรอบเส้นศูนย์สูตร ลูกโลกสามารถหมุนด้วยมือภายในวงแหวนนี้ เพื่อวางเส้นเมริเดียนใดๆ ไว้บนลูกโลกโดยตรงใต้เส้นเมริเดียนท้องฟ้าLขอบฟ้าแบ่งออกเป็น 360 องศาโดยรอบขอบนอกสุด ซึ่งภายในนั้นมีจุดของเข็มทิศสำหรับแสดงแอมพลิจูดของดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ทั้งในหน่วยองศาและจุด เส้นเมริเดียนท้องฟ้าLผ่านรอยบากสองจุดที่จุดเหนือและใต้ของขอบฟ้า เช่นเดียวกับลูกโลกทั่วไป หากหมุนลูกโลก ขอบฟ้าและเส้นเมริเดียนจะหมุนไปพร้อมกัน ที่ขั้วใต้ของทรงกลมมีวงกลมขนาด 25 ชั่วโมงซึ่งติดอยู่กับวงแหวน บนแกนจะมีดัชนีซึ่งวนรอบวงกลมนั้น หากหมุนลูกโลกไปรอบแกนของมัน

ชุดลูกโลกตั้งอยู่บนฐานNและสามารถยกขึ้นหรือกดลงบนข้อต่อOได้หลายองศา ตั้งแต่ 0 ถึง 90 องศา โดยใช้ส่วนโค้งPซึ่งยึดติดอยู่กับแขนทองเหลืองแข็งแรงQชุดลูกโลกเลื่อนไปมาบนชิ้นส่วนตั้งตรงRซึ่งมีสกรูที่rเพื่อยึดให้อยู่ในระดับความสูงที่เหมาะสม

ในกล่องTมีล้อสองล้อ (เช่นเดียวกับทรงกลมของดร.ลอง) และเฟืองสองตัว ซึ่งแกนของมันออกมาที่VและUโดยแต่ละแกนสามารถหมุนได้ด้วยรอกขนาดเล็กWเมื่อรอกถูกวางไว้บนแกนVและหมุนไปข้างหลัง โลกพร้อมเส้นขอบฟ้าและเส้นเมริเดียนท้องฟ้าจะอยู่กับที่ และทรงกลมทั้งหมดจะหมุนรอบจากทิศตะวันออก ผ่านทิศใต้ ไปยังทิศตะวันตก โดยพาดวงอาทิตย์Yและดวงจันทร์Zหมุนไปในทิศทางเดียวกัน ทำให้พวกมันขึ้นและตกเหนือและใต้เส้นขอบฟ้า แต่เมื่อรอกถูกวางไว้บนแกนUและหมุนไปข้างหน้า ทรงกลมพร้อมดวงอาทิตย์และดวงจันทร์จะอยู่กับที่ และโลกพร้อมเส้นขอบฟ้าและเส้นเมริเดียนจะหมุนรอบจากเส้นขอบฟ้าไปยังดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ ซึ่งเป็นตำแหน่งที่วัตถุเหล่านี้มาอยู่เมื่อโลกอยู่กับที่ และพวกมันถูกพาไปรอบๆ โลก แสดงให้เห็นว่าพวกมันขึ้นและตกในจุดเดียวกันของเส้นขอบฟ้า และในเวลาเดียวกันในวงกลมชั่วโมง ไม่ว่าการเคลื่อนที่นั้นจะเกิดขึ้นบนโลกหรือบนท้องฟ้า ถ้าหมุนโลกทรงกลม เข็มชั่วโมงจะหมุนตามวงกลมชั่วโมง แต่ถ้าหมุนทรงกลม เข็มชั่วโมงจะหมุนอยู่ด้านล่างเข็มชั่วโมง

ด้วยโครงสร้างเช่นนี้ เครื่องจักรนี้จึงเหมาะสมที่จะใช้แสดงทั้งการเคลื่อนที่จริงของโลก หรือการเคลื่อนที่ปรากฏของท้องฟ้าได้อย่างเท่าเทียมกัน

ในการปรับตั้งทรงกลมเพื่อใช้งาน ขั้นแรกต้องคลายสกรูrในแกนตั้งRจากนั้นจับที่แขนQแล้วเลื่อนขึ้นหรือลงจนกระทั่งองศาละติจูดที่กำหนดสำหรับสถานที่ใดๆ อยู่ด้านข้างของแกนRจากนั้นแกนของทรงกลมจะถูกยกขึ้นอย่างเหมาะสมเพื่อให้ขนานกับแกนของลูกโลก หากต้องการจัดแนวชุดลูกโลกให้ตรงกับทิศเหนือและทิศใต้โดยใช้เข็มทิศขนาดเล็ก เมื่อทำเช่นนี้แล้ว ผู้ใช้ต้องนับละติจูดจากขั้วโลกเหนือ บนเส้นเมริเดียนท้องฟ้าLลงมาทางรอยบากด้านเหนือของเส้นขอบฟ้า และตั้งเส้นขอบฟ้าให้ตรงกับละติจูดนั้น จากนั้นผู้ใช้ต้องหมุนน็อตbจนกระทั่งดวงอาทิตย์Yมาถึงวันที่กำหนดของปีในระนาบสุริยวิถี และดวงอาทิตย์จะอยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้องสำหรับวันนั้น

ในการหาตำแหน่งของจุดขึ้น ของดวงจันทร์ และตำแหน่งของดวงจันทร์จำเป็นต้องปรึกษาปฏิทินดาราศาสตร์ เพื่อตั้งค่าให้ถูกต้อง สุดท้าย ผู้ใช้ต้องหมุนกว้าน Wจนกระทั่งดวงอาทิตย์มาถึงเส้นเมริเดียนLหรือจนกระทั่งเส้นเมริเดียนมาถึงดวงอาทิตย์ (โดยเคลื่อนทรงกลมหรือลูกโลกตามดุลยพินิจของผู้ใช้) จากนั้นตั้งดัชนีชั่วโมงไปที่ XII ซึ่งทำเครื่องหมายเที่ยง ทรงกลมทั้งหมดจะถูกรีเซ็ต จากนั้นผู้ใช้ต้องหมุนกว้านและสังเกตเวลาที่ดวงอาทิตย์หรือดวงจันทร์ขึ้นและตกในขอบฟ้า ดัชนีชั่วโมงจะแสดงเวลาดังกล่าวสำหรับวันนั้นๆ^{[ 2 ]}

ตลอดประวัติศาสตร์จีนนักดาราศาสตร์ได้สร้างลูกโลกจำลองท้องฟ้า ( ภาษาจีน :渾象; พินอิน : húnxiàng ) เพื่อช่วยในการสังเกตดวงดาว ชาวจีนยังใช้ทรงกลมจำลองท้องฟ้าในการช่วย คำนวณ ปฏิทินและการคำนวณอื่นๆ ด้วย

ตามที่โจเซฟ นีดแฮมกล่าว การพัฒนาทรงกลมจำลองท้องฟ้าในยุคแรกเริ่มในประเทศจีนย้อนกลับไปถึงนักดาราศาสตร์ชื่อชิเซินและกานเต๋อในศตวรรษที่ 4 ก่อนคริสต์ศักราช เนื่องจากพวกเขามีเครื่องมือทรงกลมจำลองท้องฟ้าแบบวงแหวนเดี่ยวแบบดั้งเดิม^{[ 3 ]}ซึ่งจะช่วยให้พวกเขาสามารถวัดระยะทางขั้วโลกเหนือ (เดคลิเนชัน) ซึ่งเป็นการวัดที่ให้ตำแหน่งในซิ่ว (ไรต์แอสเซนชัน) ^{[ 3 ]}อย่างไรก็ตาม การกำหนดอายุในศตวรรษที่ 4 ก่อนคริสต์ศักราชของนีดแฮมนั้นถูกปฏิเสธโดยคริสโตเฟอร์ คัลเลน นักจีนวิทยาชาวอังกฤษ ซึ่งสืบย้อนจุดเริ่มต้นของอุปกรณ์เหล่านี้ไปถึงศตวรรษที่ 1 ก่อนคริสต์ศักราช^{[ 4 ]}

ในสมัยราชวงศ์ฮั่นตะวันตก (202 ปีก่อนคริสต์ศักราช – 9 ปีคริสต์ศักราช) การพัฒนาเพิ่มเติมโดยนักดาราศาสตร์Luoxia Hong (落下閎), Xiangyu Wangren และ Geng Shouchang (耿壽昌) ได้พัฒนาการใช้ทรงกลมท้องฟ้าในระยะเริ่มต้นของการพัฒนา ในปี 52 ก่อนคริสต์ศักราช Geng Shouchang นักดาราศาสตร์เป็นผู้ริเริ่มวงแหวนเส้นศูนย์สูตรแบบถาวรวงแรกของทรงกลมท้องฟ้า^{[ 3 ]}ใน สมัย ราชวงศ์ฮั่นตะวันออก (23–220 ปีคริสต์ศักราช) นักดาราศาสตร์ Fu An และ Jia Kui ได้เพิ่มวงแหวนสุริยวิถีในปี 84 ปีคริสต์ศักราช ^{[ 3 ]}ด้วยฝีมือของรัฐบุรุษ นักดาราศาสตร์ และนักประดิษฐ์ชื่อดังZhang Heng (張衡, 78–139 ปีคริสต์ศักราช) ทรง กลมท้องฟ้าจึงสมบูรณ์ในปี 125 ปีคริสต์ศักราช โดยมีวงแหวนขอบฟ้าและเส้นเมริเดียน^{[ 3 ]}ลูกโลกท้องฟ้าที่ขับเคลื่อนด้วยน้ำลูกแรกของโลกถูกสร้างขึ้นโดยZhang Hengซึ่งใช้งานทรงกลมท้องฟ้าของเขาโดยใช้นาฬิกา แบบ ไหลเข้า

การพัฒนาต่อมาเกิดขึ้นหลังราชวงศ์ฮั่นซึ่งช่วยปรับปรุงการใช้ทรงกลมท้องฟ้าจำลอง ในปี ค.ศ. 323 นักดาราศาสตร์ชาวจีนคงติงสามารถจัดระเบียบการจัดเรียงวงแหวนบนทรงกลมท้องฟ้าจำลองใหม่ได้ ทำให้สามารถวางวงแหวนสุริยวิถีไว้ที่เส้นศูนย์สูตรได้ทุกจุดที่ต้องการ^{[ 3 ]}นักดาราศาสตร์และนักคณิตศาสตร์ชาวจีนหลี่ชุนเฟิง (李淳風) แห่งราชวงศ์ถังได้สร้างทรงกลมท้องฟ้าจำลองขึ้นในปี ค.ศ. 633 โดยมีชั้นทรงกลมสามชั้นเพื่อสอบเทียบการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์หลายด้าน โดยเรียกสิ่งเหล่านี้ว่า 'รัง' (ชุง) ^{[ 3 ]}เขายังเป็นผู้เสนอแผนการติดตั้งท่อเล็งบนสุริยวิถีเพื่อการสังเกตละติจูดท้องฟ้าที่ดีขึ้น อย่างไรก็ตาม นักดาราศาสตร์ นักคณิตศาสตร์ และพระภิกษุชาวจีนสมัยราชวงศ์ถัง อี้ซิงในศตวรรษถัดมา เป็นผู้ที่ทำให้แบบจำลองทรงกลมท้องฟ้าจำลองนี้สำเร็จ^{[ 5 ]}การติดตั้งสุริยวิถีแบบนี้พบได้ในเครื่องมือทรงกลมท้องฟ้าของโจวฉงและซู่อี้เจี้ยนในปี พ.ศ. 2493 เช่นเดียวกับทรงกลมท้องฟ้าของเสิ่นกัวในช่วงปลายศตวรรษที่ 11 แต่หลังจากนั้นก็ไม่ได้ใช้ในเครื่องมือทรงกลมท้องฟ้าของจีนอีกต่อไปจนกระทั่งการมาถึงของคณะ เยซูอิ ต ชาวยุโรป

ในปี ค.ศ. 723 อี้ซิง (一行) และข้าราชการเหลียงหลิงจ้าน (梁令瓚) ได้รวมลูกโลกจำลองท้องฟ้าที่ขับเคลื่อนด้วยน้ำของจางเหิงเข้ากับ กลไก การปล่อยคลื่นโดยมีกลองตีทุกๆ 15 นาทีและระฆังดังโดยอัตโนมัติทุกๆ ชั่วโมงเต็ม อุปกรณ์นี้จึงเป็นนาฬิกาบอกเวลา ด้วย ^{[ 6 ]}หอนาฬิกาที่มีชื่อเสียงซึ่งนักปราชญ์ชาวจีนซูซ่งสร้างขึ้นในปี ค.ศ. 1094 ในสมัยราชวงศ์ซ่งจะใช้กลไกการปล่อยคลื่นของอี้ซิงร่วมกับใบพัดกังหานน้ำที่เติมน้ำหยดจากนาฬิกาทราย และขับเคลื่อนทรงกลมจำลองท้องฟ้าที่อยู่ด้านบน ลูกโลกจำลองท้องฟ้าตรงกลาง และหุ่นจำลองที่ทำงานด้วยกลไกซึ่งจะออกมาจากประตูที่เปิดด้วยกลไกของหอนาฬิกาในเวลาที่กำหนดเพื่อตีระฆังและฆ้องเพื่อประกาศเวลา หรือถือป้ายประกาศเวลาพิเศษของวัน นอกจากนี้ยังมีนักวิทยาศาสตร์และรัฐบุรุษเสินกัว (ค.ศ. 1031–1095) ในฐานะหัวหน้าเจ้าหน้าที่ของสำนักงานดาราศาสตร์ เชินกัวเป็นนักวิชาการดาราศาสตร์ตัวยง และได้ปรับปรุงการออกแบบเครื่องมือทางดาราศาสตร์หลายอย่าง ได้แก่นาฬิกาแดดทรงกลมจำลองท้องฟ้า นาฬิกานาฬิกา และท่อเล็งที่ติดตั้งไว้เพื่อสังเกตดาวเหนืออย่างไม่มีกำหนด^{[ 7 ]}เมื่อจามาล อัล-ดินแห่งบูคาราได้รับมอบหมายให้จัดตั้ง 'สถาบันดาราศาสตร์อิสลาม' ในปักกิ่ง เขาได้สั่งทำเครื่องมือทางดาราศาสตร์จำนวนหนึ่ง รวมถึงทรงกลมจำลองท้องฟ้า มีบันทึกว่า "นักดาราศาสตร์ชาวจีนได้สร้าง [สิ่งเหล่านี้] มาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1092 เป็นอย่างน้อย" ^{[ 8 ]}

ทรงกลมจำลองท้องฟ้าถูกใช้เพื่อการสังเกตการณ์ในอินเดียมาตั้งแต่สมัยโบราณ และมีการกล่าวถึงในงานเขียนของอารยภตะ (ค.ศ. 476) ^{[ 9 ]}คัมภีร์โกละทีปิกาซึ่งเป็นตำราโดยละเอียดเกี่ยวกับลูกโลกและทรงกลมจำลองท้องฟ้า ถูกประพันธ์ขึ้นระหว่างปี ค.ศ. 1380 ถึง 1460 โดยปรเมศวร [ ^{9 ] ใน}เรื่องการใช้ทรงกลมจำลองท้องฟ้าในอินเดีย โอฮาชิ (2008) เขียนว่า: "ทรงกลมจำลองท้องฟ้าของอินเดีย ( โกละยันตรา ) ใช้พิกัดเส้นศูนย์สูตร ซึ่งแตกต่างจากทรงกลมจำลองท้องฟ้าของกรีกที่ใช้พิกัดสุริยวิถี แม้ว่าทรงกลมจำลองท้องฟ้าของอินเดียจะมีวงแหวนสุริยวิถีอยู่ด้วยก็ตาม น่าจะเป็นไปได้ว่าพิกัดท้องฟ้าของดาวฤกษ์ที่เชื่อมต่อกันของกลุ่มดาวจันทร์ถูกกำหนดโดยทรงกลมจำลองท้องฟ้าตั้งแต่ศตวรรษที่ 7 หรือประมาณนั้น" ^{[ 10 ]}

นักดาราศาสตร์ชาวกรีกฮิปปาร์คัส ( ประมาณ 190  – ประมาณ 120 ปีก่อนคริสตกาล ) ยกย่องเอราโตสเธเนส (276 – 194 ปีก่อนคริสตกาล) ว่าเป็นผู้ประดิษฐ์ทรงกลมจำลองท้องฟ้า^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}ชื่อเรียกอุปกรณ์นี้ในภาษากรีก ได้แก่ἀστρολάβος astrolabosและκρικωτὴ σφαῖρα krikōtē sphaira "ทรงกลมวงแหวน" ^{[ 16 ]}ชื่อภาษาอังกฤษของอุปกรณ์นี้มาจากภาษาละตินarmilla (วงกลม, กำไล) เนื่องจากมีโครงสร้างที่ทำจากวงกลมโลหะที่มีขนาดไล่ระดับเชื่อมต่อขั้วและแสดงถึงเส้นศูนย์สูตร สุริยวิถีเส้นเมริเดียนและเส้นขนานโดยปกติแล้วจะมีลูกบอลที่แทนโลกหรือในภายหลังแทนดวงอาทิตย์วางไว้ตรงกลาง ใช้เพื่อแสดงการเคลื่อนที่ของดวงดาวรอบโลก ก่อนการประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์ ของยุโรป ในศตวรรษที่ 17 ทรงกลมจำลองระบบสุริยะเป็นเครื่องมือหลักของนักดาราศาสตร์ทุกคนในการกำหนดตำแหน่งของวัตถุบนท้องฟ้า

ในรูปแบบที่ง่ายที่สุด ซึ่งประกอบด้วยวงแหวนที่ตรึงอยู่ในระนาบของเส้นศูนย์สูตร อาร์มิลลาเป็นหนึ่งในเครื่องมือทางดาราศาสตร์ที่เก่าแก่ที่สุด เมื่อพัฒนาเล็กน้อย ก็จะมีวงแหวนอีกวงหนึ่งที่ตรึงอยู่ในระนาบของเส้นเมริเดียนตัดผ่าน วงแรกเรียกว่า อาร์มิลลาแบบวิษุวัต วงที่สองเรียกว่า อาร์มิลลาแบบอายันต์ เงาถูกใช้เป็นดัชนีของตำแหน่งของดวงอาทิตย์ ร่วมกับการแบ่งมุม เมื่อรวมวงแหวนหรือวงกลมหลายวงเข้าด้วยกันเพื่อแสดงถึงวงกลมใหญ่ของท้องฟ้า เครื่องมือนี้ก็กลายเป็นทรงกลมอาร์มิลลา^{[ 1 ]}

ทรงกลมจำลองท้องฟ้าได้รับการพัฒนาโดยชาวกรีกสมัยเฮลเลนิสติกและถูกใช้เป็นเครื่องมือการสอนตั้งแต่ศตวรรษที่ 3 ก่อนคริสต์ศักราช ในรูปแบบที่ใหญ่ขึ้นและแม่นยำยิ่งขึ้น พวกมันยังถูกใช้เป็นเครื่องมือสังเกตการณ์ด้วย อย่างไรก็ตาม ทรงกลมจำลองท้องฟ้าที่พัฒนาอย่างสมบูรณ์ซึ่งมีเก้าวงกลมอาจจะยังไม่มีอยู่จนกระทั่งกลางศตวรรษที่ 2 หลังคริสต์ศักราช ในสมัยจักรวรรดิโรมัน^{[ 17 ]}เอราโตสเธเนสอาจใช้ทรงกลมจำลองท้องฟ้าแบบครึ่งปีเพื่อวัดความเอียงของสุริยวิถี ฮิปปาร์คัสอาจใช้ทรงกลมจำลองท้องฟ้าที่มีสี่วง^{[ 17 ]}นักภูมิศาสตร์และนักดาราศาสตร์ชาวกรีก-โรมันปโตเลมี ( ประมาณ ค.ศ. 100  – ประมาณ ค.ศ. 170 ) อธิบายเครื่องมือของเขา แอสโทรลาบอนในหนังสืออัลมาเกสต์ของเขา[ 17 ^{]มันประกอบด้วย}วงแหวนอย่างน้อยสามวง โดยมีวงกลมที่มีมาตราส่วนอยู่ภายในซึ่งสามารถเลื่อนวงกลมอีกวงหนึ่งได้ โดยมีท่อขนาดเล็กสองท่อวางอยู่ตรงข้ามกันและรองรับด้วยลูกดิ่งแนวตั้ง^{[ 1 ] [ 17 ]}

นักดาราศาสตร์ชาวเปอร์เซียและอาหรับเช่นอิบราฮิม อัล-ฟาซารีและอับบาส อิบนุ ฟิร์นา ส ยังคงสร้างและปรับปรุงทรงกลมจำลองท้องฟ้าต่อไป แอสโทรลาบทรงกลม ซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของทั้งแอสโทรลาบและทรงกลมจำลองท้องฟ้า น่าจะถูกประดิษฐ์ขึ้นในช่วงยุคกลางในตะวันออกกลาง^{[ 18 ]} ประมาณปี ค.ศ. 550 นักปรัชญาคริสเตียนจอห์น ฟิโลโพนัสได้เขียนตำราเกี่ยวกับแอสโทรลาบเป็นภาษากรีก ซึ่งเป็นตำราที่เก่าแก่ที่สุดที่ยังหลงเหลืออยู่เกี่ยวกับเครื่องมือนี้^{[ 19 ]}คำอธิบายแรกสุดของแอสโทรลาบทรงกลมย้อนกลับไปถึงนักดาราศาสตร์ชาวเปอร์เซียนายริซี ( มีชีวิตอยู่ ระหว่างปี ค.ศ. 892–902) สมเด็จพระสันตะปาปาซิลเวสเตอร์ที่ 2ทรงใช้ท่อเล็งกับทรงกลมจำลองท้องฟ้าของพระองค์เพื่อกำหนดตำแหน่งของดาวเหนือและบันทึกการวัดสำหรับเขตร้อนและเส้นศูนย์สูตรและทรงใช้ทรงกลมจำลองท้องฟ้าเป็นอุปกรณ์การสอน^{[ 20 ]}

แนวคิดด้านดาราศาสตร์และเครื่องมือทางดาราศาสตร์ของจีนได้ถูกนำเข้ามาในเกาหลี ซึ่งได้มีการพัฒนาเพิ่มเติมขึ้นอีกชาง ยองซิล นักประดิษฐ์ ชาวเกาหลีได้รับคำสั่งจากพระเจ้าเซจงมหาราชแห่งโชซอนให้สร้างทรงกลมจำลองระบบสุริยะ ทรงกลมนี้สร้างเสร็จในปี ค.ศ. 1433 และได้รับการตั้งชื่อว่า ฮอนชอนอุย (혼천의,渾天儀)

โดมท้องฟ้าจำลอง ( Honcheonsigye )ซึ่งทำงานด้วยกลไกนาฬิกา ถูกสร้างขึ้นโดยนักดาราศาสตร์ชาวเกาหลี ซง อียอง ในปี ค.ศ. 1669 เป็นนาฬิกาดาราศาสตร์ เพียงเรือนเดียวที่ยังหลงเหลืออยู่ จากราชวงศ์โชซอนกลไกของโดมท้องฟ้าจำลองนี้สืบทอดมาจากโดมท้องฟ้าจำลอง (Honŭi 渾儀, 1435) และโดมท้องฟ้าจำลอง (Honsang 渾象, 1435) ในสมัยราชวงศ์เซจง รวมถึงเครื่องมือวัดดวงอาทิตย์ของนาฬิกาแดดหยก (Ongnu 玉漏, 1438) กลไกเหล่านี้คล้ายคลึงกับโดมท้องฟ้าจำลองของ ชเว ยูจี (崔攸之, 1603-1673) (1657) โครงสร้างของกลไกการตั้งเวลาและกลไกการปล่อยเสียงตีบอกเวลาในส่วนของนาฬิกาได้รับอิทธิพลจากกลไกปล่อยลูกตุ้มซึ่งได้รับการพัฒนาตั้งแต่ศตวรรษที่ 14 และนำไปใช้กับระบบเฟืองซึ่งได้รับการปรับปรุงจนถึงกลางศตวรรษที่ 17 ในกลไกนาฬิกาแบบตะวันตก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อุปกรณ์ตั้งเวลาของนาฬิกาอาร์มิลลารีของซ่งอียองใช้ระบบนาฬิกาลูกตุ้มในช่วงต้นศตวรรษที่ 17 ซึ่งสามารถปรับปรุงความแม่นยำของนาฬิกาได้อย่างน่าทึ่ง^{[ 21 ]}

ความก้าวหน้าเพิ่มเติมในเครื่องมือนี้เกิดขึ้นโดยนักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์กTycho Brahe (1546–1601) ซึ่งสร้างทรงกลมจำลองระบบสุริยะขนาดใหญ่สามลูกที่เขาใช้สำหรับการวัดตำแหน่งของดาวฤกษ์และดาวเคราะห์อย่างแม่นยำสูง ทรงกลมเหล่านี้ได้รับการอธิบายไว้ในAstronomiae Instauratae Mechanicaของ เขา ^{[ 22 ]}

ลูกโลกจำลองระบบสุริยะเป็นหนึ่งในอุปกรณ์เชิงกลที่ซับซ้อนที่สุดชิ้นแรกๆ การพัฒนาลูกโลกจำลองระบบสุริยะนำไปสู่การปรับปรุงเทคนิคและการออกแบบอุปกรณ์เชิงกลอื่นๆ อีกมากมาย นักวิทยาศาสตร์และบุคคลสำคัญ ในยุคเรเนสซองส์มักมีภาพวาดบุคคลที่แสดงให้เห็นว่ามือข้างหนึ่งวางอยู่บนลูกโลกจำลองระบบสุริยะ ซึ่งเป็นสัญลักษณ์ของจุดสูงสุดแห่งปัญญาและความ รู้

ทรงกลมจำลองท้องฟ้ายังคงมีประโยชน์สำหรับการสอน และอาจอธิบายได้ว่าเป็นทรงกลมท้องฟ้าโครงร่าง โดยมีวงแหวนหลายวงแทนวงกลมใหญ่ของท้องฟ้า และหมุนรอบแกนภายในขอบฟ้า ทรงกลมดังกล่าวที่มีโลกเป็นศูนย์กลางเรียกว่าทรงกลมปโตเลมี ส่วนทรงกลมที่มีดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางเรียกว่าทรงกลมโคเปอร์นิคัส^{[ 1 ]}

• 
  รูปปั้นของ โรเจอร์ เบคอนนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษในศตวรรษที่ 13 กำลังถือทรงกลมจำลองระบบสุริยะ จัดแสดงอยู่ที่พิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ธรรมชาติ มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด
• 
  ภาพวาดเด็กหญิงกับเครื่องมือทางดาราศาสตร์ โดยแยน กอสแซร์ทประมาณปี ค.ศ. 1520-1540
• 
  ภาพเหมือนในส่วนหน้าของคำทำนายของAntoine Crespin 's par l'astrologue du treschrestien Roy de France et de Madame la Duchesse de Savoye , ลียง, ฝรั่งเศส, 1572
• 
  ภาพเปรียบเทียบความเฉลียวฉลาดโดยจูเซปเป เครสปี ประมาณปี ค.ศ. 1695
• 
  สัญลักษณ์เปรียบเทียบของศิลปะโดยFrancesco de Mura , c. 1750

ภาพจำลองทรงกลมจำลองระบบสุริยะปรากฏอยู่ในธงชาติโปรตุเกส ในปัจจุบัน และเป็นสัญลักษณ์ประจำชาติมาตั้งแต่สมัยพระเจ้า มานูเอล ที่ 1

แบบจำลองทรงกลมจำลองระบบสุริยะที่สร้างขึ้นจากงานศิลปะถูกนำมาใช้ตั้งแต่ 1 มีนาคม 2014 เพื่อจุดเปลวไฟมรดกพาราลิมปิก ที่ สนามกีฬา Stoke Mandevilleในสหราชอาณาจักร ทรงกลมนี้มีรถเข็นที่ผู้ใช้สามารถหมุนเพื่อจุดเปลวไฟ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของพิธีเพื่อเฉลิมฉลองอดีต ปัจจุบัน และอนาคตของขบวนการพาราลิมปิกในสหราชอาณาจักร ทรงกลมจำลองระบบสุริยะนี้สร้างขึ้นโดยศิลปินJon Bausorและจะถูกนำไปใช้ในงานจุดเปลวไฟมรดกในอนาคต เปลวไฟในพิธีครั้งแรกถูกจุดโดยHannah Cockroftผู้ได้รับเหรียญทองลอนดอน 2012 ^{[ 23 ]}

ทรงกลมจำลองระบบสุริยะมักใช้ในศาสตร์แห่งตราสัญลักษณ์และธงโดยเป็นที่รู้จักกันดีในฐานะสัญลักษณ์ที่เกี่ยวข้องกับโปรตุเกสจักรวรรดิโปรตุเกสและ การค้นพบของ ชาว โปรตุเกส

ในช่วงปลายศตวรรษที่ 15 ลูกโลกจำลองระบบสุริยะได้กลายเป็นตรา ประจำตระกูลส่วน พระองค์ของพระเจ้ามานูเอลที่ 1 แห่งโปรตุเกสเมื่อครั้งที่พระองค์ยังทรงเป็นเจ้าชายการใช้ตราประจำตระกูลนี้อย่างแพร่หลายในเอกสาร อนุสาวรีย์ ธง และสื่ออื่นๆ ในรัชสมัยของพระเจ้ามานูเอลที่ 1 ได้เปลี่ยนลูกโลกจำลองระบบสุริยะจากสัญลักษณ์ส่วนพระองค์ธรรมดาไปเป็นสัญลักษณ์ประจำชาติที่แสดงถึงราชอาณาจักรโปรตุเกส และโดยเฉพาะอย่างยิ่งจักรวรรดิโพ้นทะเลในฐานะสัญลักษณ์ประจำชาติ ลูกโลกจำลองระบบสุริยะยังคงถูกใช้ต่อไปหลังจากการสวรรคตของพระเจ้ามานูเอลที่ 1

ในศตวรรษที่ 17 ตราแผ่นดินนี้มีความเกี่ยวข้องกับอาณาจักรโปรตุเกสในบราซิลในปี 1815 เมื่อบราซิลได้รับสถานะเป็นราชอาณาจักรที่รวมกับโปรตุเกส ตราแผ่นดินของบราซิลจึงได้รับการกำหนดอย่างเป็นทางการเป็นทรงกลมท้องฟ้าสีทองบนพื้นสีน้ำเงิน ทรงกลมท้องฟ้าซึ่งเป็นตัวแทนของบราซิลจึงปรากฏอยู่ในตราแผ่นดินและธงชาติของสหราชอาณาจักรโปรตุเกส บราซิล และอัลการ์ฟ ด้วย เมื่อบราซิลได้รับเอกราชในฐานะจักรวรรดิในปี 1822 ทรงกลมท้องฟ้าก็ยังคงปรากฏอยู่ในตราแผ่นดินและธงชาติของบราซิล ทรงกลมท้องฟ้าในธงชาติบราซิล ปัจจุบัน ได้เข้ามาแทนที่ทรงกลมท้องฟ้าในปี 1889

วงกลมระบบสุริยะถูกนำกลับมาใช้ในตราแผ่นดินและธงชาติโปรตุเกส อีกครั้ง ในปี ค.ศ. 1911

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อเกี่ยวกับอาร์มิลลารีสเฟียร์

• Starry Messenger ถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 12 ตุลาคม 2014 ที่Wayback Machine
• ทรงกลมจำลองระบบสุริยะและการสอนดาราศาสตร์ | พิพิธภัณฑ์วิปเปิล
• AstroMedia* Verlag ในเยอรมนีนำเสนอชุดเครื่องมือสร้างด้วยกระดาษแข็งสำหรับอาร์มิลลารีทรงกลม ("Das Kleine Tischplanetarium")