书城自然中国历代科技成就(大中国上下五千年)
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第13章 自动化的天文台──水运仪象台

苏颂发明的水运仪象台是我国古代的一种综合性观测仪器,它集观测天象的浑仪、演示天象的浑象、计量时间的漏刻和报告时刻的机械装置于一体,充分体现了我国古代人民的聪明才智和富于创造的精神,是一部自动化的天文台。

苏颂(1020~1101),字子容,厦门同安人,北宋天文学家、药物学家。

苏颂出生在一个书香仕宦之家,他的祖父、伯父、堂叔、兄长都是宋朝的进士,他的父亲苏绅担任过大理寺丞、尚书员外郎、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、博览群书,22岁那年便与王安石同榜考中进士。从那时开始,苏颂步入仕途,从地方到中央,担任了一系列重要的官职,最后位及宰相,为官50多年,政绩颇丰。

实际上,苏颂在处理宋朝政府事务时,已经显示出作为一个科学家严谨治学的行事风格。苏颂曾在宋朝的文史馆和集贤院任职九年。工作的便利,让他每天能接触到皇家收藏的许多重要典籍和资料,其中有不少是稀世珍本。苏颂对这些资料很感兴趣,每天背诵两千字文章,回家后再将它默写记录保存下来。经过长期的积累,苏颂的学识变得更加渊博。在这九年里,苏颂还与掌禹锡、林亿等编辑补注了《惠佑补注神农本草》,校正出版了《急备千金方》等书。又主持编著了《本草图经》21卷。明代著名医学家李时珍对《本草图经》的科学价值亦予以极高的评价。

苏颂一生标志性的贡献,在于他制成了

水运仪象台。1085年(元丰八年),苏颂组

织了一批科学家,并运用自己丰富的天文、数学、机械学知识开始设计制作水运仪象台,历时3年终于告成。仪象台以水力运转,集天象观察、演示和报时三种功能于一体,是世界上最早的天文钟。其后,苏颂又写了《新仪象法要》3卷,详细介绍了水运仪象台的设计及使用方法。

根据《新仪象法要》记载,水运仪象台是一座底为正方形、下宽上窄略有收分的木结构建筑,高大约有十二米,底宽大约有七米,共分为三层。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。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。下层包括报时装置和全台的动力机构等。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。

水运仪象台的构思广泛吸收了以前各家仪器的优点,尤其是吸取了北宋初年天文学家张思训所改进的自动报时装置的长处;在机械结构方面,采用了民间使用的水车、筒车、桔槔、凸轮和天平秤杆等机械原理,把观测、演示和报时设备集中起来,组成了一个整体,成为一部自动化的天文台。

因此,英国科学家李约瑟等人认为水运仪象台“可能是欧洲中世纪天文钟的直接祖先”,并称赞苏颂是中国古代甚至是中世纪世界范围内最伟大的博物学家和科学家之一。

知识小百科

《新仪象法要》

《新仪象法要》是苏颂为水运仪象台所作的设计说明书,成书于宋神宗绍圣初年,约1094~1096年间。这本书的开头有苏颂《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。正文以图为主,介绍水运仪象台总体和各部结构。各图附有文字说明。

卷上介绍浑仪,有图十七种。卷中介绍浑象。除五种结构图外,另有星图二种五幅,四时昏晓中星图九种。卷下则为水运仪象台总体、台内各原动及传动机械、报时机构等,共图二十三种,附别本作法图四种。本书是中国现存最早的水力运转天文仪器专著,反映了中国十一世纪的天文学和机械制造技术水平。