An der Sammlung astronom. Instrumente kann man die Interessen eines Fs.en erkennen und ermessen; im Falle des am Hof des Lgf.en Wilhelms IV. von Hessen-Kassel tätigen Uhrmachers Jost Bürgi ist sogar ein besonders herausragender Erfolg festzustellen: die von ihm erfundenen Instrumente wurden in den folgenden Jh.en häufig genutzt. Die ma. Beobachtungsinstrumente gehen z. T. auf antike Erfindungen zurück, die durch arab. Astronomen verbessert worden waren. Da Astronomie Zeit ist und Sternpositionen durch ihre Winkel bestimmt werden, sind die wichtigsten Instrumente Uhren und Winkelmeßgeräte. Sonnenuhren erlauben das Ablesen des Schattens, den ein Gnomon auf einer Skala wirft, benötigen jedoch je nach Jahreszeit unterschiedl. Korrekturen wg. der sog. Sonnenanomalie. Darüber konnten auch die hochkomplexen Zifferblätter, die z. B. die Mathematiker Peter Apian mit seinem Folium populi (Zifferblatt in Form eines Pappelblattes) und Bartholomaeus Scultetus entwarfen, nicht hinweghelfen. Über dieses Problem unterrichtet bereits Ptolemaeus im Almagest; er weist gleichzeitig darauf hin, daß man die Zeit zuverlässig am Umlauf des Großen Wagens um den Nordpol ablesen kann. Arab. Astronomen entwickelten zur Nutzung dieser Methode das Nocturlabium, das seit dem 11. Jh. im christl. Abendland bekannt war. Eine gewisse Unsicherheit konnte nur dadurch eintreten, daß der Nordpol nicht durch einen Stern besetzt ist und die Cirumpolarsterne ihre Position ändern. Die Genauigkeit von Wasseruhren steht und fällt mit der Zuverlässigkeit der Wasserzufuhr, die kontrolliert werden mußte, außerdem – ebenso wie Sanduhren – nur über kurze Zeiträume nutzbar waren. Die Versuche, Zeit durch mechan. Uhren zu bestimmen, brachten erst mit der Pendeluhr von Christian Huygens (1657) befriedigende Ergebnisse.

Die Winkelmessung war mit Hilfe eines mit einer Gradskala versehenen Vollkreises seit der Antike möglich, aber schon Ptolemaeus beschrieb den – tragbaren – Viertelkreis, den Quadranten, der von arab. Astronomen mit weiteren Skalen, einem Senkel zum Ablesen und einer Alhidade zum Visieren erweitert worden ist. Ebenfalls mit runden Skalen war die Dioptra des Heron von Alexandria (um 150 n. Chr.) versehen, ein Gerät mit einem horizontalen und einem vertikalen Kreis, die durch Zahnräder dreh- und kippbar waren. Die Visiereinrichtung Dioptra (arab. Alhidade) war mit den Kreisen schwenkbar. Dieses fragile Instrument war im SpätMA unter dem Namen Torquetum (d. h. drehbares Instrument) oder Polimetrum (vielseitiges Meßinstrument) bekannt und wurde in der Neuzeit mit einem Fernrohr an der Stelle der Dioptra/Alhidade das Standardgerät der Feldmessung. Sehr weit verbreitet waren die Quadranten, die von Jost Bürgi in Kassel auf 60°-resp. 45°-Instrumente (Sextant, Oktant) reduziert wurden.

Neben den runden Instrumenten waren eine Reihe von Stabinstrumenten verbreitet; am populärsten war der bis Hipparch zurückgehende Jakobstab, ein mit einer Skala versehener Stab mit einem bewegl. Querstab, über dessen Enden der zu bestimmende Winkel angepeilt wurde. Andere Instrumente waren Zweistab, Dreistab und Geometrisches Quadrat, die gern in der Geodäsie verwendet wurden, weil eine Seite als Basis für trigonometr. Berechnungen benutzt werden konnte.

Die Visiereinrichtungen wurden in der frühen Neuzeit bedeutend verbessert. Bei der Alhidade war der Sehstrahl nur durch zwei Sehlöcher gelenkt worden, beim Sehrohr (ohne Linsen) – seit dem frühen MA bekannt – gelingt dieses Lenken schon besser, mit dem Fernrohr wird das Ziel vergrößert und deutlich erkennbar. Erst durch Keplers mathemat. Berechnung der opt. Brechung waren Linsen für die Fernrohre aber gezielt herstellbar. Damit begannen mathemat.-physikal. Methoden die handwerkl. Geschicklichkeit der Instrumentenmacher zu ergänzen.

Der Berechnung der Planetenbahnen dienten verschiedenartige runde Scheibeninstrumente; das älteste war das bis auf Ptolemaeus zurückreichende Astrolabium, dessen Ästhetik die Sammler bis ins 18. Jh. faszinierte. Verschiedene andere, die aus mehreren runden Papierscheiben bestanden, sind in Peter Apians Astronomicum Caesareum enthalten. Der Kartograph Philipps II., Christian Sgrooten, ersann ein großes Kreisinstrument mit einem Ortsverzeichnis am Rande, um die Auswirkungen des Mondstandes zu visualisieren, womit er eine Idee aus Peter Apians Kosmographie wieder aufnahm. Dies war für die Gezeitenberechnung an den Küsten gedacht.

Eine letzte Gruppe von astronom. Instrumenten diente der dreidimensionalen Demonstration und wurden seit dem HochMA (Gerbert von Aurillac) im astronom. Unterricht eingesetzt. An erster Stelle stehen hier die Armillarsphären, bei denen kreisförmig gebogene Metallstreifen die wichtigsten Kreise des Kosmos darstellen: Äquator, Wendekreise, Polarkreise, Ekliptik, Meridiane. Seit dem SpätMA werden astronom. Uhren, seit dem 16. Jh. auch als Tischuhren hergestellt, die v. a. den Planetenlauf – so gut das mit den notwendigerweise kreisförmigen Zahnrädern ging – darstellten. Während die Fs.en aber normalerweise mathemat.-techn. Meisterwerke in ihre Res.en holten, ließ Hzg. Friedrich II. († 1659) von Schleswig-Holstein-Gottorf das Verhältnis umdrehen: Er errichtete im Garten von Schloß Gottorf ein Observatorium mit einem Saal für ein riesiges Weltmodell und nutzte dieses Gebäude als Lustschloß, in dem er auch ein Schlafgemach einrichten ließ. Das Weltmodell war eine doppelwandige Kugel von mehr als 3 m Durchmesser mit bewegl. Himmelskörpern, die entweder durch eine Handkurbel oder durch Wasserantrieb in Bewegung gesetzt werden konnten. In diese Kugel wollte sich der Fs. und seine Begleitung (max. 10 Sitzplätze wurden geschaffen) hineinsetzen. Leider erlebte er die Fertigstellung nicht. Die Arbeiten am Globushaus begannen 1650 und wurden 1664 vollendet. Vollbracht wurde der Riesenglobus vom Limberger Büchsenschmied Andreas Rösch, als wissenschaftl. Berater wirkte der Hofmathematiker, -bibliothekar und Verwalter der hzgl. Kunstkammer, Adam Olearius (1599-1671), der in jungen Jahren auf Reisen bis Persien gekommen war. Später gelangte dieser einzigartige Globus als Kriegsbeute nach Dänemark, dann als Geschenk nach St. Petersburg. Eine Rekonstruktion des Globus befindet sich im Globushaus in Gottorf.

Fsl. Repräsentationswille schlägt sich ebenfalls in den prächtigen silbernen und vergoldeten Instrumenten nieder, die in den Kunstkammern gesammelt wurden und heute noch zu bestaunen sind. Für die Praxis waren diese Instrumente, die häufig mehrere Funktionen vereinigten, nicht gedacht und auch nicht geeignet. Nicht selten waren es »Geschenke« der Handwerker, die dafür eine entspr. Gegengabe und weitere Aufträge oder sogar eine Anstellung erwarteten. Allerdings erhielten die in den fsl. Kunstkammern ausgestellten Instrumente Vorbildcharakter. Der Micrometerschlitten für »Winkelfeinstmessungen«, eine zukunftsweisende feinmechan. Erfindung auf einem Universalinstrument, stammt von dem Dresdner Hofmathematiker und Inspektor der Kunstkammer, Magister Lucas Brunn (um 1575-1628) aus Annaberg im Erzgebirge. Brunn, eine Generation jünger als der geniale Bürgi, kam nicht aus dem Handwerksstand, sondern hatte in Leipzig und Altdorf Mathematik studiert. Auf die Chancen kreativer Freiheit an Fürstenhöfen wurde auch im Stichwort Mechanik hingewiesen.

→ vgl. auch Abb.237