해와 별들이 북극을 중심으로 일정하게 회전한다는 원리를 적용하고 있는데, 측정된 시각은 당시 궁중에 알려주었으며, 자동시보장치인 자격루의 시각 교정에도 사용되었다. 그 구조는 주천도분환(周天度分環), 일구백각환(日晷百刻環), 성구백각환(星晷百刻環), 정극환(定極環), 계형(界衡), 용주(龍株), 부(趺) 등으로 이루어져 있다. 용이 물고 있는 십자 받침 위에는 세 개의 환이 놓여 있는데, 계형 위에 위치한 두 마리의 작은 용이 정극환을 물고 있다. 그리고 계형 양 끝으로부터 올라온 두 실은 정극환을 통과하는데, 계형을 회전시킬 때 두 실이 함께 움직이게 되며, 두 실과 천체를 일치시켜 천체의 위치와 시각을 측정한다. 과학관에 전시된 것은 2002년 복원된 것이다.
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