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北宋皇宫中最独特的标志
来源:汴梁晚报  2012年06月09日18:37

  北宋时期诞生的“水运仪象台”不仅是我国古代科学技术的发明创造,更是一个世界科技文明的划时代创举!但是这个实物随着朝代的更迭,早已淹没在时间的长河中。在现代,我国最早研究“水运仪象台”并且发表论文的是清华大学刘仙洲教授。国家有关部门于1958年做成1∶5的模型,现存于中国国家博物馆。另外,福建同安县(1988年复制原大的1∶8,陈列于苏颂纪念馆)、北京天文台、中国台湾台中自然博物馆(1993年复制)、苏州古代天文计时仪器研究所(1997年复制原大的1/5,现存河南博物院)等也先后制作了按比例缩小的模型。近几十年来,国外也有人研究它,如国际著名研究中国科技史的专家李约瑟博士,也复制了一座模型和一台单独的擒纵机构演示模型,陈列于英国南肯辛顿科学博物馆。

  “水运仪象台”被誉称为“世界时钟鼻祖”,为人类作出了巨大贡献,被尊为中国古代第五大发明。中国古代的日晷、水钟、火钟、铜壶滴漏等只能算计时器,而北宋宰相苏颂在1090年制造的水运仪象台不但计时准确,而且有擒纵器,只有擒纵器工作时才会发出嘀嗒嘀嗒的声音,这也就是钟表与计时器的根本区别。瑞士钟表最权威的第一品牌刊物《百达翡丽》也明确无误地承认:“中国宋朝人苏颂在1090年做了‘水运仪象台’,里边装置了全世界第一个擒纵器,欧洲运用这个原理发展钟表,是在中国这个擒纵器问世3个世纪以后的事情。”现在,“水运仪象台”已经出现在全世界很多权威钟表书籍的封面上。英国科技史家李约瑟在他的书中这样写道:“苏颂把钟表机械和天文观察仪器结合以来,在原理上已经完全成功。他比罗伯特·胡克先行了6个世纪,比方和斐(与胡克同被西方认为是天文钟表的发明人)先行7个半世纪。”

  尤其值得一提的是,日本精工等公司用了8年和大约6亿日元,成功仿制了“水运仪象台”,并且于1997年3月17日正式对外展出,引起国际计时仪器史学界的极大关注,也令今人能够目睹这一发明的伟大之处。它坐落于日本长野县的“仪象堂”(Gishodo)博物馆,其红色的外表在蓝天、绿树的掩映下,显得更加醒目而神秘。更加重要的是,它不仅是按照实物大小进行完全复原,而且能够经久不息地运转。充分体现了中国北宋时期的科技水平,这是中华民族的骄傲,也是水运仪象台的故乡——开封人民的荣耀。

  水运仪象台始末

  在北宋统治的168年间,前后颁行了七部历法。熙宁七年(公元1074年),沈括对旧浑仪进行改造,取消白道环,校正浑仪轴,虽取得很大进步,但熙宁八年(公元1075年)颁行的《寿元历》等均不尽人意。沈括上书解释,要求制作精密观测仪器。因为观测数据和推算方法是编制历法准确度的关键,而观测数据的准确度又取决于观测仪器的精度,这是促使苏颂研制水运仪象台的重要原因。

  北宋元祐元年(公元1086年),朝廷批准了苏颂制造水运仪象台的报告,向朝廷推荐精通数学运算和天文学的韩公廉等人共同研制。宋元祐三年(公元1088年)5月,苏颂制成了全部仪器的小木样。经过检验之后,在当年的12月又制成了大木样。大木样制成以后,朝廷命令把大木样放置在皇宫内的集英殿,同时又命令翰林学士许将前来鉴定。许将率领水运浑仪所里的天文学者周日严、苗景等人检测了3个多月,认为这台水运仪象台与实际天象是相合的。于是朝廷命令用铜来制造正式的仪器。

  苏颂水运仪象台高按宋时木矩尺计算是三丈五尺六寸(约12米),宽两丈一尺(约7米),是一座以水为动力,集浑仪、浑象、报时为一体的,上窄下宽呈长方形的木结构建筑,用木板做台壁,板面画有飞鹤,在当时属大型设备,其中制作浑仪等铸铜件就用了一万多公斤的铜材。由于传动系统复杂,要求动静态平衡及相互配合。既要解决水动力能源,时间显示精度,又要准确调整与天体运行同步。特别是在当时全靠手工制作、装配,其难度是非常大的。

  水运仪象台共分为三大层。上层,是一个露天的平台,设有浑仪一座,用龙柱支持,下面有水槽以定水平。浑仪上面覆盖有遮蔽日晒雨淋的木板屋顶,为了便于观测,屋顶可以随意开闭,构思比较巧妙,这已经具有现代天文观测室的雏型了。露台到仪象台的台基有7米多高。中层,是一间没有窗户的“密室”,里面放置浑象。天球的一半隐没在“地平”之下,另一半露在“地平”的上面,靠机轮带动旋转,一昼夜转动一圈,真实地再现了星辰的起落等天象的变化。下层,设有向南打开的大门,门里装置有五层木阁,木阁后面是机械传动系统。第一层木阁名“正衙钟鼓楼”,负责全台的标准报时。到了每个时辰的时初、时正,就有一个穿红、紫色衣服的木人分别在左右门里摇铃;每过一刻钟,一个穿绿衣的木人在中门击鼓。第二层木阁可以报告十二个时辰的时初、时正名称,相当于现代时钟的时针表盘,这一层的机轮边有24个司辰木人,手拿时辰牌,牌面依次写着子初、子正、丑初、丑正等。每逢时初,时正,司辰木人按时在木阁门前出现。第三层木阁专刻报的时间。共有96个司辰木人,其中有24个木人报时初、时正,其余木人报刻。第四层木阁报告晚上的时刻。木人可以根据四季的不同击钲报更数。第五层木阁装置有38个木人,木人位置可以随着节气的变更,报告昏、晓、日出以及几更几筹等详细情况,计时方面,一天一夜的误差只有一秒,相当精确。五层木阁里共有162个木人,木人能够表演出这些精彩、准确的报时动作,是靠一套复杂的机械装置“昼夜轮机”带动的。因整个机械轮系的运转依靠水的恒定流量,推动水轮做间歇运动,带动仪器转动,因而命名为“水运仪象台”。

  水运仪象台是总结、继承和发展了我国在天文学和天文仪器技术方面卓越的科技成就,它把“仪、象、钟”三者合一,堪称世界上最早的天文钟,其中浑仪的四游仪窥管、水运仪象台顶部的九块活动屋板、擒纵控制枢轮的“天衡”系统等三项为世界首创,在我国和世界科技史上都占有重要的地位。

  苏颂水运仪象台完成后,在开封使用34年,金兵打下开封,北宋灭亡,水运仪象台等天文仪器被金兵缴获。于是金兵把仪象台迁运燕京想重新装配使用,但由于经过长途搬运,一些零件已遭损坏或散失,又缺少有经验的能工巧匠,又因开封和燕京地纬度不同,地势差异,从望筒中窥极星,要下移4度才能见到,连一般观察也不能进行。水运仪象台毁坏后,其影响依然存在,金与南宋都想复制,秦桧曾派人寻找苏颂后人并访求苏颂遗书,还请教过朱熹,想把水运仪象台恢复起来,但始终没有成功,从此,水运仪象台只能作为史书上的记载见证着中国古代天文仪器和机械制造所曾经达到的一个高峰。

  苏颂为水运仪象台

  所作的设计说明书——

  《新仪象法要》

  根据《苏氏宗谱》记载,苏颂(1020年~1101年)是北宋的天文学家、机械制造家和药学家。他年轻时就很聪慧,博学强记,22岁那年便与北宋著名的政治家和文学家王安石同榜中了进士,从此步入一生漫长的仕途,做过刑部尚书、礼部尚书和宰相,官位显赫,为政清廉,勤政爱民,但他给后世留下的最大财富不是政治方面的成就,而是在科技方面的建树,特别是他研制的水运仪象台使他的名字载入了世界科技的史册。

  《新仪象法要》是中国现存最早的水力运转天文仪器专著。成书于宋神宗绍圣初年,约当1095年。它反映了中国十一世纪的天文学和机械制造技术水平,也进一步证明了近代机械钟表的关键性部件——锚状擒纵器是中国发明的。今通行各本都源出南宋乾道壬辰(公元1172年)施元之刻本,共三卷。书首有苏颂《进仪象状》一篇,报告造水运仪象台的缘起、经过和它与前代类似仪器相比的特点等。正文详细介绍了水运仪象台的设计及使用方法,全书总计共有图60种。这些结构图是中国现存最古老的机械图纸。它采用透视和示意的画法,并标注名称来描绘机件。通过复原研究,证明这些图的一点一线都有根据,与书中所记尺寸数字准确相符。另外附星图63种,记录恒星1434颗,比300年后西欧星图纪录的星数还多442颗。英国科学家李约瑟博士把《新仪象法要》译成英文在国外发行。《新仪象法要》也成为苏颂为后世留下的最杰出的著作。

  历史是时间的学问,藏在人类的记忆之中,对于一个人或一件事物,是大名鼎鼎,还是鲜为人知,也许偶然,也许必然。如果水运仪象台像《梦溪笔谈》一样传世,苏颂和水运仪象台会明星耀眼。但水运仪象台在金兵的战火中消失了,以至于人们无法直接去了解它、去认知它。于是,苏颂和水运仪象台一道成了泥土里的珍珠。然而从苏颂到水运仪象台,发明创造总是体现一种自强不息的精神,一种敢为人先的气概,那嘀嗒嘀嗒的钟声更像一种叮咛,催人奋进!


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