혼천의는 천문 시계이며 각종 천체의 운행을 관측하는 천문 관측 기구이다. 중국에서는 기원전 2세기경에 제작되었지만 우리 나라에서는 삼국시대 후기나 통일신라시대에 혼천의로써 천문을 관측했으리라고 생각된다. 세종이 이천, 장영실 등에게 혼천의를 만들게 한 후 조선 천문학의 가장 기본적 천문 기구가 되었고, 이때부터 물을 동력으로 이용한 천문 시계가 천문, 역법 관측의 표준 시계 구실을 했다.
세종이 만든 수력식 천문시계 이후, 서양 천문학이 전래된 인조와 효종 대를 거치며 혼천의는 몇번 새롭게 제조되었다. 특히 현종 때(1664년) 송이영이 제조한 새로운 혼천시계는 서양식 자명종의 원리를 적용한 새로운 것이었다. 지름 40cm, 중심에 있는 지구의의 지름은 8.9cm로서, 시계장치와 혼의의 두 부분으로 나누어져 있다. 시계장치에는 추 2개가 있는데, 그 중 하나는 시각을 위한 톱니바퀴를 회전시키며, 다른 하나의 추는 여러개의 쇠방울을 홈통 안으로 굴려 종치는 망치가 종을 치도록 한 타종장치를 작동시킨다.
송이영의 천문시계는 서양식 자명종의 원리를 살려 시계 장치의 동력을 '물'에서 '추'로 개량하고 실내에 두어 정확한 시간을 측정하고 천체의 운행을 한눈으로 알아볼 수 있게 제작된 것으로, 동서 천문시계의 장점을 결합하였다. 장영실이 만든 자격루와 옥루의 자동 시보(時報) 장치의 원리를 아라비아 과학의 업적과 적절히 결합한 기구라고 할 수 있다.
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