조선초기 세종대(世宗代)에는 당시 시각법(時刻法, 또는 時制)인 1일(日)을 12시(時)와 100각(百刻)으로 나누었고, 밤시간은 5경(五更)으로 나누어 시간을 측정하는 많은 종류의 시계가 제작되었다.
그 중에는 자격루, 옥루와 같이 잘 알려져있는 물시계와 앙부일귀(仰釜日晷) 등 여러 종류의 해시계가 있었다. 특히 천문시계의 일종인 일성정시의(日星定時儀)는 독창적인것으로서 당시의 과학 기술을 세계적으로 대표할 수 있는 것이다.
이 천문시계들은 당시에 사용하였던 다른 계시기(計時器)들과 달리 크게 두가지의 특징이 있다. 첫째는 한양의 북극 고도인 한양의 위도를 정확히 측정하여 일성정시의의 정극환의 방향을 한양에서의 북극고도에 맞추어 사용함으로서 한양을 기준으로한 국가 표준시계라 할 수 있다. 둘째 지구의 자전축 방향인 북극에 맞추어 천문에 사용하는 적도좌표계(赤道座標系)와 일치하도록 설치함으로서 지구의 자전운동으로 인한 하늘의 태양이나 천체의 일주운동의 변화량을 측정하여 주야(晝夜)로 시간을 알 수 있는 주야겸용측시기(晝夜兼用測時器)인 정밀한 천문시계이다.
이것은 낮에 태양뿐 아니라 밤에는 당시의 북극성을 중심으로 항성(恒星)이 규칙적으로 일주 운동을 한다는 사실을 알고 북극성을 중심으로 천구상에서 회전하는 북극성 주위의 별들의 위치를 측정하여 밤 시간(夜時刻)을 측정하였고, 그 시간을 궁중에 알려주고 또한 자동시보 장치인 자격루의 시각 교정에 사용하였다.
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