◎文圖 中國科學(xué)技術(shù)館 常 雪

在中國科技館一層“華夏之光”展廳，有一件木制展項(xiàng)造型古樸、氣勢宏大，端坐在展廳，迎接著來往的觀眾。它頂端像小房子，中間像地球儀，下層還裝有100多個木制人偶。它究竟是什么儀器？又有什么作用？讓“華夏之光”告訴你答案。

這臺儀器，叫做水運(yùn)儀象臺。它建于北宋元祐年間，由北宋著名天文學(xué)家、機(jī)械制造家蘇頌總管，由通曉天文和機(jī)械技術(shù)的官員韓公廉等人負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，并帶領(lǐng)能工巧匠于公元1092年建成，距今已有900余年。它集計(jì)時(shí)、報(bào)時(shí)、天文觀測和星象顯示多種功能于一體。據(jù)記載，它的總高度將近12米，臺底7米見方，堪稱當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)、技術(shù)綜合程度最高的大型機(jī)械裝置。由于它內(nèi)部采用的“天衡”系統(tǒng)，起到了類似錨狀擒縱器的作用，因此，著名科技史專家李約瑟認(rèn)為，水運(yùn)儀象臺“可能是歐洲中世紀(jì)天文鐘的直接祖先”。

水運(yùn)儀象臺的結(jié)構(gòu)分為三層：頂層為渾儀，用于觀測星空，上方的屋形面板既可以在平日遮風(fēng)擋雨，又可在觀測時(shí)揭開，作用與現(xiàn)代天文臺的活動穹頂類似；中層為渾象，與星空保持同步運(yùn)轉(zhuǎn)，用來顯示星空；底層為動力裝置及計(jì)時(shí)、報(bào)時(shí)機(jī)構(gòu)，通過齒輪傳動系統(tǒng)與渾儀、渾象相連，使每層結(jié)構(gòu)環(huán)環(huán)相扣，并與天體同步運(yùn)行。

水運(yùn)儀象臺正面的底層為塔形報(bào)時(shí)裝置，最上一層有3個木人，中間著綠衣者每到一刻擊鼓一聲，右側(cè)穿紅衣者每到時(shí)初搖鈴一次，左側(cè)紫衣木人每到時(shí)正叩鐘一下；第二層有24個司辰木人，手拿時(shí)辰牌，每逢時(shí)初、時(shí)正，按時(shí)在木閣門前出現(xiàn)；第三層共有96個司辰木人，用以報(bào)時(shí)刻；最下兩層為夜間值更者，舉牌顯示更點(diǎn)，并敲擊金鉦告訴人們某個更點(diǎn)已至。整個報(bào)時(shí)裝置巧妙地安裝了160多個小木人和鐘、鼓、鈴、鉦四種樂器，不僅可以顯示時(shí)、刻，還能報(bào)昏、旦時(shí)刻和夜晚的更點(diǎn)。

水運(yùn)儀象臺并非簡單地使用溪流等外界水源，而是通過精巧的機(jī)械設(shè)計(jì)，使水依次流進(jìn)天池與平水壺中，對水流量進(jìn)行限制，這樣可以使平水壺中水面保持恒定，從而克服了自然水源水流不穩(wěn)定的弊端。最終，由平水壺中流出的水進(jìn)入機(jī)械傳動裝置，驅(qū)動水排進(jìn)行高精度的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，藉以計(jì)時(shí)。

蘇頌留下了“水運(yùn)儀象臺設(shè)計(jì)說明書”—《新儀象法要》，它記述了水運(yùn)儀象臺的工作原理，總體及各部分的構(gòu)造與尺寸，還收錄了大量的星圖。值得一提的是，書中的結(jié)構(gòu)圖采用了透視與示意的畫法，并標(biāo)注名稱來描繪機(jī)件，是我國現(xiàn)存最古老的機(jī)械圖紙。而書中對其機(jī)械結(jié)構(gòu)的詳細(xì)記錄，也為現(xiàn)代人復(fù)原水運(yùn)儀象臺提供了最可靠的信息。

水運(yùn)儀象臺集多項(xiàng)古代中國的“專利技術(shù)”于一身：可活動的屋頂是現(xiàn)代天文臺活動圓頂?shù)那吧?；?qū)動渾儀渾象使其與星空同步運(yùn)轉(zhuǎn)的裝置也與現(xiàn)代天文臺的跟蹤器械—轉(zhuǎn)儀鐘有著類似的作用；“天衡”系統(tǒng)則可能是現(xiàn)代鐘表中的“錨狀擒縱器”的直接祖先；《新儀象法要》是近代機(jī)械制圖的鼻祖。

如此之多的技術(shù)創(chuàng)新體現(xiàn)了中國古代勞動人民的勤勞智慧和創(chuàng)造精神；同時(shí)，今天的科技工作者經(jīng)過對歷代文獻(xiàn)的不斷研究、考證，才使水運(yùn)儀象臺重見天日。因此，水運(yùn)儀象臺不僅反映了中國古代與現(xiàn)代人民的聰明才智，還對后世的天文觀測、計(jì)時(shí)技術(shù)、制圖技術(shù)都有很大程度的促進(jìn)，也將激勵、鼓舞我們將華夏文明發(fā)揚(yáng)光大。