水運儀象臺在歷史上的地位,毫不亞于渾天地動儀。
這是由北宋時期的韓公廉、蘇頌等發(fā)明家設(shè)計的,以水力驅(qū)動的復(fù)雜儀器。水運儀象臺既可用于天文觀測,又能模仿星象運轉(zhuǎn),還具備精準報時的功能??梢哉f,隨著水運儀象臺的發(fā)明,中國古代的天文儀器制造史達到了巔峰。
元祐元年,在司天監(jiān)的主持下,水運儀象臺的設(shè)計如期展開了。最終,經(jīng)歷了七年時間,蘇頌、韓公廉等參與設(shè)計的發(fā)明家,完成了水運儀象臺的設(shè)計工作,并著手制造了水運儀象臺所需的精密元件。
因為,水運儀象臺中應(yīng)用了擒縱器,所以一些西方科學(xué)家認為這件來自中國的水運儀象臺,很有可能是世界史上首個真正意義的天文鐘。
從古籍的描述中我們可以看到,水運儀象臺的底座呈正方形,其結(jié)構(gòu)上寬下窄。從規(guī)模來看,與其稱其為儀器,倒不如說這是一座天文建筑。它的高度約為十二米,僅基座便有七米高。除了基座之外,水運儀象臺的主體結(jié)構(gòu)可分為三層。
位于最下層的,是一套精密的報時裝置。整個水運儀象臺的驅(qū)動結(jié)構(gòu),大多位于下層。人們可通過向南打開的木門進入水運儀象臺,而水運儀象臺的下層總共由五層木閣組成,每一個木閣的背后都有一套傳動系統(tǒng)。
位于中層的是立方形的封閉結(jié)構(gòu)密室。在這間密室,可以看到一座恢宏壯觀的渾象儀,也就是最早的天文模型。受“天圓地方”思維的影響,渾象儀的主體部分是由“天球”與“地平”構(gòu)成的。因為有機械帶動天球旋轉(zhuǎn),所以這座渾象儀可以模擬晝夜交替,在這個天文模型上我們還能觀察到天象在晝夜間的變化。
位于頂層的是露天高臺,此處設(shè)置了一座高大的渾天儀,整體由龍柱支撐,頗為壯觀。為了維持渾天儀的水平,在基座下還設(shè)置了水槽。除此之外,渾天儀的上方覆蓋了用以遮風(fēng)擋雨的木質(zhì)隔板。在觀測時,可隨時打開隔板,轉(zhuǎn)動渾天儀。
“水運儀象臺”這個名字,是蘇頌命名的。不過,按照封建王朝的慣例,類似的發(fā)明創(chuàng)造需請示皇帝進行定名,因此蘇頌在為儀器取名之后,仍循規(guī)蹈矩地請示圣上:“若但以一名命之,則不能盡其妙用也,恭俟圣鑒,以正其名也?!?/p>
然而,蘇頌沒想到,自己此前為儀器取的臨時名字竟為他招致殺身之禍,許多蘇頌的政敵站出來彈劾蘇頌,想要將其置于死地。
太史局直長趙齊良奏疏宋哲宗,說:宋代以火德立國,蘇頌以“水運”為儀器命名,對江山社稷不敬。要知道,水火不相容,在當時若趙齊良給蘇頌羅織的罪名成立,那么,蘇頌必定被處以極刑。好在,宋哲宗向來重視蘇頌,并沒有在意他給儀器取的名字,只是將渾天儀改名為“元祐渾天儀象”便作罷了。
那么,這尊天文儀器最終的命運如何呢?
北宋末年,金兵南下攻陷汴京,在城內(nèi)奸淫擄掠無惡不作?;蕦m中珍藏的寶貝均被洗劫一空,水運儀象臺亦被運往金地。然而,在運輸?shù)倪^程中,由于路途顛簸,以至于,水運儀象臺內(nèi)的部件多有損壞,等到水運儀象臺被送到燕京時,基本已失去了報時功能。
此外,由于燕京與汴京之間的經(jīng)緯度存在差異,所以水運儀象臺變得不再精準。金人將水運儀象臺棄置于燕京城內(nèi),后來在一個陰雨天氣水運儀象臺遭到雷擊,位于上方的渾天儀摔落。隨著金為元所滅,水運儀象臺最終被拆毀。
南宋建國之后,高宗曾多次主張再修一座儀象臺。不過,當年參與水運儀象臺設(shè)計的工程師多已亡故,因此高宗只能找來蘇頌的助手袁惟幾??上У氖?,袁惟幾雖然參與了當年的制造工程,但并未掌握水運儀象臺的核心技術(shù),袁惟幾研制了多年仍無法復(fù)刻當年老師所作的水運儀象臺。
無奈之下,宋高宗又召見了蘇頌的兒子蘇攜,希望他能以其父留下的筆記復(fù)制天文臺。遺憾的是,蘇攜雖然也是一名出色的天文工作者,但他的水平有限,“亦不能通也”。到了后來,秦檜、朱熹等重臣也參與到水運儀象臺的研制中,可這些大臣都是文臣,根本沒有多少天文知識,仰仗他們發(fā)明天文臺簡直是天方夜譚。
從南宋復(fù)刻水運儀象臺失敗這件事里我們也能看出,蘇頌的水運儀象臺結(jié)構(gòu)有多精妙。中華人民共和國成立后,清華大學(xué)劉仙洲于1953年─1954年發(fā)表《中國在原動力方面的發(fā)明》、《中國在傳動機件方面的發(fā)明》兩篇關(guān)于對此儀動力研究的論文,另外英國科技史學(xué)者李約瑟對此儀的動力也有研究,在1956年於《自然》雜志發(fā)表論文。
中國考古學(xué)家王振鐸于1958年最先復(fù)原水運儀象臺模型,除了發(fā)表《揭開了中國“天文鐘”的秘密》論文外,還繪制了復(fù)原詳圖存世。該復(fù)原原件存放於中國歷史博物館;主要由蘇州市古代天文計時儀器研究所復(fù)原并送至各地科技館或天文館收藏。
參考資料:
【《新儀象法要》、《宋史·藝文志》】
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