蘇頌建造水運(yùn)儀象臺
文／開封迷趙祥
朋友們一定去過開封市新建的市愽物館吧。那里可看的歷史實(shí)物，圖片，資料，…很多。如果細(xì)看下來二、三個(gè)小時(shí)也看不完。大家還記得有一座很高的儀器設(shè)備一一水運(yùn)儀象臺吧。今天借此機(jī)會，與朋友們閑聊一下：水運(yùn)儀象臺。
北宋時(shí)期有一位名人叫蘇頌（公元1020年12月10日一一公元1101年6月18日），字子容，福建路泉州同安縣（今屬福建省廈門市同安區(qū)）人。他是北宋朝的杰出的天文學(xué)家，天文機(jī)械制造家，藥物學(xué)家。
蘇頌出生于同安縣的一個(gè)書香仕宦之家，他的祖父丶伯叔和兄長都是宋朝的進(jìn)士，而他的父親蘇紳，擔(dān)任過直史館、翰林學(xué)士等官職。在如此的家庭環(huán)境下，蘇頌自幼便勤奮好學(xué)、愽覽群書，且很早就從事天文學(xué)研究。
公元1042年，22歲的蘇頌即以一篇《歷者天地之大紀(jì)賦》的文章，與王安石同榜登進(jìn)士及第。從那時(shí)開始，蘇頌步入仕途。從地方到中央，擔(dān)任了一系列的重要的官職，最后位及宰相。他在處理朝廷的政府事務(wù)時(shí)，就顯示出作一個(gè)科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的行事風(fēng)格，為官五十多年，政績頗豐。
蘇頌給后世留下的最大財(cái)富不是政治方面的成就，而是在科技方面的建樹，特別是他研制的水運(yùn)儀象臺使他的名字載入了世界科技的史冊。
在北宋時(shí)期，朝廷前后共頒布發(fā)行了七部歷法。由于觀測數(shù)據(jù)和推算方法是編制歷法準(zhǔn)確度的關(guān)健，而觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度又取決于觀測儀器的精度。沈括在公元1074年，對舊渾儀進(jìn)行了改造。公元1075年頒布的《壽元?dú)v》不盡如人意，沈括上書要求制作精密觀測儀器。這就是促使蘇頌研制水運(yùn)儀象臺的重要原因。
元祐年間，蘇頌奉命檢驗(yàn)天文院、太史局的天文儀器，發(fā)現(xiàn)多數(shù)儀器年久失修，無法使用，便奏請皇上再重新另制新的儀器。宋哲宗批準(zhǔn)了蘇頌制造水運(yùn)儀象臺的報(bào)告，詔命他主持這項(xiàng)新造儀器的工作。于是蘇頌就組織了一支包括行政和科研人員在內(nèi)的十余人的攻關(guān)隊(duì)伍，其中韓公廉就是這項(xiàng)工程中的高級工程師。
韓公廉是蘇頌在吏部任職時(shí)認(rèn)識的一位官員，這個(gè)人精通《九章算術(shù)》、天文、歷法。蘇頌把從東漢張衡以來一直到夲朝張思訓(xùn)的水運(yùn)渾天儀設(shè)計(jì)思想告訴了韓公廉。韓公廉聽了蘇頌的想法后，表示運(yùn)用數(shù)學(xué)知識是可以重新設(shè)計(jì)制造水運(yùn)渾天儀的。沒多久，韓公廉就交給蘇頌一卷《九章勾股測驗(yàn)渾天書》和一座木樣機(jī)輪。
北宋元祐三年，公元1088年的五月，蘇頌和他的工作小組造成了全部儀器的小木樣。經(jīng)過檢驗(yàn)之后，在當(dāng)年的十二月份又造成了大木樣。大木樣造成以后，朝廷命令把大木樣放置在宮內(nèi)的集英殿。同時(shí)又命令翰林學(xué)士許將前來鑒定。許將率領(lǐng)著水運(yùn)渾儀所里的天文工作者周日嚴(yán)，苗景等人檢測了三個(gè)多月，認(rèn)為這臺水運(yùn)儀象臺與實(shí)際天象是相合的，朝廷這才命令用銅來制造正式的儀器。
四年后，銅制的儀器鑄成了，宋哲宗命令將此儀器立在元祐渾天儀象所。因?yàn)檫@臺儀器是一座三丈多的高臺，臺上又合有渾儀與渾象兩種儀器，所以又稱為合臺。蘇頌水運(yùn)儀象臺高度按宋時(shí)木矩尺計(jì)算是三丈五尺六寸，寬二丈一尺，是一座以水為動力，集渾儀、渾象、報(bào)時(shí)為一體的上窄下寬呈長方形木結(jié)構(gòu)建筑，用木板做合壁，板面畫有飛鶴，在當(dāng)時(shí)屬大型設(shè)備，其中制作渾天儀等鑄銅件就用了兩萬多斤銅材。由于傳動系統(tǒng)復(fù)雜，要求動靜態(tài)平衡及相互配合。即要解決水動力能源，時(shí)間顯示精度，又要準(zhǔn)確調(diào)整與天體運(yùn)行同步。特別是在當(dāng)時(shí)全靠手工制作、裝配，其難度是非常大的。因整個(gè)機(jī)械輪系的運(yùn)轉(zhuǎn)依靠水的恒定流量，推動水輪做間歇運(yùn)動，帶動儀器轉(zhuǎn)動，因而命名為“水運(yùn)儀象臺”。
水運(yùn)儀象臺共分三大層。上層放置觀測用的渾儀，它的結(jié)構(gòu)和一般渾儀大體相同。在十字型底座上立起四龍柱，它們是固定在一起的，下面有水槽以定水平。渾儀上面覆蓋有遮敞日曬雨淋的木板屋頂。為了便于觀測，屋頂可以隨意開閉，構(gòu)思比較巧妙，這已經(jīng)具有現(xiàn)代天文觀測空的雛形了。露臺到儀象臺的臺基有七米多高。中層是一間沒有窗戶的“密室”，里面放置渾象。天球的一半隱沒在“地平”之下，另一半露在“地平”的上面，靠機(jī)輪帶動旋轉(zhuǎn)，一晝夜轉(zhuǎn)動一圈，真實(shí)地再現(xiàn)了星后的起落等天象的變化。下層設(shè)有南打開的大門，門里裝置有五層木閣，木閣后面是機(jī)械傳動系統(tǒng)。
第一層木閣名“正衙鐘鼓樓”，負(fù)責(zé)全臺的標(biāo)準(zhǔn)報(bào)時(shí)。讓人稱奇的是，每到時(shí)初和時(shí)正，就有一個(gè)穿紅、紫色衣服的木人分別在左右門里搖鈴。每過一刻鐘，一個(gè)穿綠衣的木人在中門擊鼓。第二層木閣可以報(bào)告十二個(gè)時(shí)辰的時(shí)初丶時(shí)正名稱，相當(dāng)于現(xiàn)代時(shí)鐘的時(shí)針表盤，這一層的機(jī)輪邊有二十四個(gè)司辰木人，手拿時(shí)初、時(shí)正，司辰木人按時(shí)在木閣門前出現(xiàn)。第三層木閣專刻報(bào)的時(shí)間。共有九十六個(gè)司辰木人，其中有十四個(gè)木人報(bào)時(shí)初丶時(shí)正，其余木人報(bào)刻。第四層木閣報(bào)告晚上的時(shí)刻。木人可以根據(jù)四季的不同擊鉦報(bào)更數(shù)。第五層木閣裝置有38個(gè)木人，木人位置可以隨著節(jié)氣的變更，報(bào)告昏、曉、日出以及幾更等詳細(xì)情況。計(jì)時(shí)方面，一天一夜的誤差只有一秒，相當(dāng)精確。五層木閣里的木人的各種動作是靠一套復(fù)雜的機(jī)械裝置“晝夜輪機(jī)”帶動的。
在水運(yùn)儀象臺鑄成之前的兩個(gè)月，宋哲宗皇帝就下詔給蘇頌，命他撰寫一篇《渾天儀象銘》。蘇頌于是在公元1095年，就寫好了《新儀象法要》，詳細(xì)介紹了水運(yùn)儀象臺的設(shè)計(jì)及使用方法，繪制了我國現(xiàn)存最完備的機(jī)械設(shè)計(jì)圖。它反映了中國十一世紀(jì)的天文學(xué)和機(jī)械制造技術(shù)水平，也進(jìn)一步證明了近代機(jī)械鐘表的關(guān)健性部件一一錨狀擒縱器是中國發(fā)明的。
蘇頌水運(yùn)儀象臺在東京開封城使用了三十四年。金兵打下開封，北宋滅亡。水運(yùn)儀象臺等天文儀器被金兵繳獲，由于經(jīng)過長途搬運(yùn)，一些零件損壞，整臺儀器已不能使用。
中國水運(yùn)儀象臺被譽(yù)為“世界時(shí)鐘鼻祖”，為人類做出了巨大貢獻(xiàn)，它被尊為中國古代第五大發(fā)明。在現(xiàn)代，國家有關(guān)部門于1958年做成1比5的模型，現(xiàn)存于中國國家博物館。
我叫趙祥，男，現(xiàn)年78歲，原在開封市公安局工作。因是開封人，非常熱愛故鄉(xiāng)，所以網(wǎng)名叫開封迷。為了過好老年人的生活，發(fā)揮余熱，為宣傳開封出一把力，經(jīng)過在市內(nèi)掃街（即走街串巷采集有關(guān)資料），自己背熟后，再向各界朋友義務(wù)導(dǎo)游！
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編輯：雨后初晴
