苏颂建造水运仪象台
文/开封迷赵祥
朋友们一定去过开封市新建的市愽物馆吧。那里可看的历史实物,图片,资料,…很多。如果细看下来二、三个小时也看不完。大家还记得有一座很高的仪器设备一一水运仪象台吧。今天借此机会,与朋友们闲聊一下:水运仪象台。
北宋时期有一位名人叫苏颂(公元1020年12月10日一一公元1101年6月18日),字子容,福建路泉州同安县(今属福建省厦门市同安区)人。他是北宋朝的杰出的天文学家,天文机械制造家,药物学家。
苏颂出生于同安县的一个书香仕宦之家,他的祖父丶伯叔和兄长都是宋朝的进士,而他的父亲苏绅,担任过直史馆、翰林学士等官职。在如此的家庭环境下,苏颂自幼便勤奋好学、愽览群书,且很早就从事天文学研究。
公元1042年,22岁的苏颂即以一篇《历者天地之大纪赋》的文章,与王安石同榜登进士及第。从那时开始,苏颂步入仕途。从地方到中央,担任了一系列的重要的官职,最后位及宰相。他在处理朝廷的政府事务时,就显示出作一个科学家严谨治学的行事风格,为官五十多年,政绩颇丰。
苏颂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。
在北宋时期,朝廷前后共颁布发行了七部历法。由于观测数据和推算方法是编制历法准确度的关健,而观测数据的准确度又取决于观测仪器的精度。沈括在公元1074年,对旧浑仪进行了改造。公元1075年颁布的《寿元历》不尽如人意,沈括上书要求制作精密观测仪器。这就是促使苏颂研制水运仪象台的重要原因。
元祐年间,苏颂奉命检验天文院、太史局的天文仪器,发现多数仪器年久失修,无法使用,便奏请皇上再重新另制新的仪器。宋哲宗批准了苏颂制造水运仪象台的报告,诏命他主持这项新造仪器的工作。于是苏颂就组织了一支包括行政和科研人员在内的十余人的攻关队伍,其中韩公廉就是这项工程中的高级工程师。
韩公廉是苏颂在吏部任职时认识的一位官员,这个人精通《九章算术》、天文、历法。苏颂把从东汉张衡以来一直到夲朝张思训的水运浑天仪设计思想告诉了韩公廉。韩公廉听了苏颂的想法后,表示运用数学知识是可以重新设计制造水运浑天仪的。没多久,韩公廉就交给苏颂一卷《九章勾股测验浑天书》和一座木样机轮。
北宋元祐三年,公元1088年的五月,苏颂和他的工作小组造成了全部仪器的小木样。经过检验之后,在当年的十二月份又造成了大木样。大木样造成以后,朝廷命令把大木样放置在宫内的集英殿。同时又命令翰林学士许将前来鉴定。许将率领着水运浑仪所里的天文工作者周日严,苗景等人检测了三个多月,认为这台水运仪象台与实际天象是相合的,朝廷这才命令用铜来制造正式的仪器。
四年后,铜制的仪器铸成了,宋哲宗命令将此仪器立在元祐浑天仪象所。因为这台仪器是一座三丈多的高台,台上又合有浑仪与浑象两种仪器,所以又称为合台。苏颂水运仪象台高度按宋时木矩尺计算是三丈五尺六寸,宽二丈一尺,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木结构建筑,用木板做合壁,板面画有飞鹤,在当时属大型设备,其中制作浑天仪等铸铜件就用了两万多斤铜材。由于传动系统复杂,要求动静态平衡及相互配合。即要解决水动力能源,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。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,帶动仪器转动,因而命名为“水运仪象台”。
水运仪象台共分三大层。上层放置观测用的浑仪,它的结构和一般浑仪大体相同。在十字型底座上立起四龙柱,它们是固定在一起的,下面有水槽以定水平。浑仪上面覆盖有遮敞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空的雏形了。露台到仪象台的台基有七米多高。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,靠机轮帶动旋转,一昼夜转动一圈,真实地再现了星后的起落等天象的变化。下层设有南打开的大门,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。让人称奇的是,每到时初和时正,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丶时正名称,相当于现代时钟的时针表盘,这一层的机轮边有二十四个司辰木人,手拿时初、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。共有九十六个司辰木人,其中有十四个木人报时初丶时正,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。五层木阁里的木人的各种动作是靠一套复杂的机械装置“昼夜轮机”带动的。
在水运仪象台铸成之前的两个月,宋哲宗皇帝就下诏给苏颂,命他撰写一篇《浑天仪象铭》。苏颂于是在公元1095年,就写好了《新仪象法要》,详细介绍了水运仪象台的设计及使用方法,绘制了我国现存最完备的机械设计图。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健性部件一一锚状擒纵器是中国发明的。
苏颂水运仪象台在东京开封城使用了三十四年。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,由于经过长途搬运,一些零件损坏,整台仪器已不能使用。
中国水运仪象台被誉为“世界时钟鼻祖”,为人类做出了巨大贡献,它被尊为中国古代第五大发明。在现代,国家有关部门于1958年做成1比5的模型,现存于中国国家博物馆。
我叫赵祥,男,现年78岁,原在开封市公安局工作。因是开封人,非常热爱故乡,所以网名叫开封迷。为了过好老年人的生活,发挥余热,为宣传开封出一把力,经过在市内扫街(即走街串巷采集有关资料),自己背熟后,再向各界朋友义务导游!
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