复原古代仪象，汲取智慧源泉

2015年06月05日   来源： 科技日报 

再现世上最古老天文钟 重现千年科技辉煌

　　宋代苏颂被英国李约瑟称为“中国古代和中世纪最伟大的博物学家之一”。他首创了世界第一座天文钟“水运仪象台”。这台天文仪器高约12米，宽7米，重20多吨。仪器分三层：上层是浑天仪，中层是浑象仪，下层是自动报时器。“水运仪象台”是世界上最古老的天文钟，比欧洲早600年，是现代钟表的先驱。

水运浑象仪分解图

　　近日，天津科技工作者罗宝琪成功复原大宋水运浑象仪的枢轮和报时系统。由国家天文台、中国科学院自然史研究所、清华大学等专家组成的验收鉴定委员会认为复原仪器稳定可靠，运转良好，使现代人离这一失传近千年的古代天文仪器更近一步。实际上，对水运浑象仪的复原始于上世纪50年代，这并不是它第一次被复原。水运浑象仪为何吸引了现代人长久的关注？它背后的科学意义又是什么？

　　水运浑象仪长啥样？

　　水运浑象仪由枢轮报时装置、浑象和浑仪三部分组成。整座水运浑象仪高12米，宽7米，上狭下广、呈正方台形。

　　对水运浑象仪感兴趣的并非只是中国人。根据记载，近50年来日本、英国等多个国家都曾按照不同比例复原了水运浑象仪，有学者将其称作世界的科学遗产。这一让世界多国专家、学者关注的仪器，到底是个什么样呢？

　　北京古观象台副台长肖军介绍说，水运浑象仪常被称作水运仪象台。据文献记载，它由宋代天文学家苏颂主导研制，于北宋元佑七年投入使用，仅仅运行了34年后便被金兵掠走，下落不明。北宋南迁后，多次想重新制作，均因技术问题而未果。可以说，历史上的水运浑象仪并未留下实物，今人对它的了解，完全来自古书记载。

　　史学家对它的定位不仅仅是一架天文观测仪器，而是中国历史上第一台组合式的天文台。肖军介绍说，水运浑象仪由枢轮报时装置、浑象和浑仪三部分组成。在浑象表面刻有中国古代二十八星宿、星官以及赤道、黄道、南北极、恒显圈、恒隐圈等。由水流驱动的枢轮带动整个仪器转动，每24小时运转一周，在报时的同时可模拟天体在天空的实际运行。功能如此完备的一座天文台自然个头不小。据记载，整座水运浑象仪高12米，宽7米，上狭下广、呈正方台形。除浑仪、浑象为铜制外，主体均由木结构制造。

　　这个近千年前的天文台引发长久的关注，与它给现代科技发展留下的启示分不开。为了观测方便，水运浑象仪设计了可开启闭合的屋顶，这被认为是现代天文台活动圆台的雏形。浑象能自动旋转模拟天体运动则被认为是现代天文跟踪设备的先驱。

　　“英国知名学者李约瑟对它的评价，也进一步提升了各国学者、专家对它的关注度。”肖军说，擒纵器是水运浑象仪报时系统的重要动力部件。这位熟知中国科技史的英国专家认为，这一部件“可能是欧洲中世纪天文钟的直接祖先。”1956年，李约瑟在《自然》杂志发表论文，探讨水运浑象仪的动力机制。而在此之前，清华大学学者刘仙洲也针对相同主题发表了2篇论文。世界学者对擒纵器动力机制的关注由此可见一斑。

　　复原之路，难在哪里？

　　枢轮控制系统是复原的最大难点。成功的复原品既要让能枢轮顺利、合乎要求地转起来，还要让图纸上的所有部件都发挥作用。

　　虽然水运浑象仪下落不明，但庆幸的是，《清四库全书新仪像法要》较为详细地记载了它的制造过程，并对仪器整体和各部件绘图加以说明。这便是今日复制水运浑象仪的唯一蓝本。

　　我国近代对水运浑象仪的复原可追溯至1958年。当时著名的博物馆学学者、科技史专家王振铎按照1∶5的比例复原了仪器模型，并绘制了复原详图。近年来，日本、英国、美国、台湾等国家和地区都加入了复原仪器的队伍。肖军表示，北京古观象台内也有一台复原品。“它制作于上世纪九十年代。为了让观众能看清楚擒纵器的工作过程，特意制作了放大的相关部件。”不过肖军回忆说，限于当时复原水平，在采用水力驱动的同时，也用电力辅助驱动擒纵装置。

　　“虽然复原品很多，但它们与书中记载的运行方式总是有些区别，其中枢轮控制系统是复原的最大难点。”罗宝琪说，在苏颂的水运浑象仪中，枢轮控制系统的主体是一个木质枢轮，上面均匀地安装着36个小水壶。“最初枢轮被相关装置锁死无法转动。随着水流注满小水壶，枢轮会转动一格，而后再次被锁死，直到下一个小水壶充满水。”罗宝琪说，通过这种方式，枢轮的连续转动被分割为均匀的间歇运动，与时钟中秒针的转动非常相似。

　　“成功的复原品既要让能枢轮顺利、合乎要求地转起来，还要让图纸上的所有部件都发挥作用。而过去的复制很难同时满足这两点要求。”肖军说，虽然《清四库全书新仪像法要》绘制了仪器的图片，但对于复原工作来说，它们还是很不够。“甚至有人一度怀疑，书中描绘的水运浑象仪是否真的能顺利工作，”肖军说，此次复原成功无疑是又向前迈进了一步。

　　在肖军看来，水运浑象仪等古天文仪器的复原，是一个无限接近的过程。“复原者只能根据古书记载推测仪器的工作的原理，采用现在的复原工艺、材料，使其尽量接近原形。这是对古代科技的重新认识与发现的一个过程。”他说。

　　复原，不仅仅是为了再现

　　复原不仅能再现这些蕴含古人智慧的仪器，厘清我国古代科学的发展脉络，还能从中帮助我们现代人认清自己的文化渊源。

　　制作于宋代的水运浑象仪是我国古代天文仪器制作的一个缩影。我国历朝历代非常重视天文观测和仪器制作，给世界留下了宝贵的科学遗产。

　　水运浑象仪集报时器、浑象、浑仪于一身。其组成部件之一的浑仪曾是世界上最先进的天文观测仪器，是我国古代天文学家用来观测星象最重要的工具。通过浑仪上代表赤道、黄道的圆圈以及协助观察用的窥管，可以测定天体的赤道经度和纬度。自从战国时期被发明以来，它便不断地被更新和重制，在宋代与浑象、水力机械装置联系在一起，组成了功能多样的天文台。“目前存世最早的浑仪是明代正统二年（1437）制成的，陈列在南京紫金山天文台。北京古观象台展出的浑仪是现代的复制品。”肖军说。

　　肖军介绍说，圭表、日晷、浑仪、浑象是我国古代几类基本的天文仪器。前两者利用日影来确定节气和时间。后两者则是用来观测和显示天象。早在1953年，浑仪便与司南、地动仪、记里鼓车一起作为中国古代科技成就的代表，被印在邮票上。如今，它跟随无数宣传画、杂志，传播到全世界。

　　“在发明望远镜之前，我国古代科学家利用浑仪、浑象等仪器实现了对天体位置的准确观测，留下了丰富、可靠的星象记录，使我国在世界天文发展史中占据了无法替代的位置。”肖军说，复原这些曾发挥过重要作用的天文仪器，探析其中的科学原理，不仅能再现这些蕴含古人智慧的仪器，厘清我国古代科学的发展脉络，还能从中帮助我们现代人认清自己的文化渊源。