重拾的驕傲依然是今天的驕傲

北宋時期誕生的“水運儀象臺”不僅是我國古代科學技術的發(fā)明創(chuàng)造，更是一個世界科技文明的劃時代創(chuàng)舉！但是這個實物隨著朝代的更迭，早已淹沒在時間的長河中。在現(xiàn)代，我國最早研究“水運儀象臺”并且發(fā)表論文的是清華大學劉仙洲教授。國家有關部門于1958年做成1∶5的模型，現(xiàn)存于中國國家博物館。另外，福建同安縣（1988年復制原大的1∶8，陳列于蘇頌紀念館）、北京天文臺、中國臺灣臺中自然博物館（1993年復制）、蘇州古代天文計時儀器研究所（1997年復制原大的1/5，現(xiàn)存河南博物院）等也先后制作了按比例縮小的模型。近幾十年來，國外也有人研究它，如國際著名研究中國科技史的專家李約瑟博士，也復制了一座模型和一臺單獨的擒縱機構演示模型，陳列于英國南肯辛頓科學博物館。

“水運儀象臺”被譽稱為“世界時鐘鼻祖”，為人類作出了巨大貢獻，被尊為中國古代第五大發(fā)明。中國古代的日晷、水鐘、火鐘、銅壺滴漏等只能算計時器，而北宋宰相蘇頌在1090年制造的水運儀象臺不但計時準確，而且有擒縱器，只有擒縱器工作時才會發(fā)出嘀嗒嘀嗒的聲音，這也就是鐘表與計時器的根本區(qū)別。瑞士鐘表最權威的第一品牌刊物《百達翡麗》也明確無誤地承認：“中國宋朝人蘇頌在1090年做了‘水運儀象臺’，里邊裝置了全世界第一個擒縱器，歐洲運用這個原理發(fā)展鐘表，是在中國這個擒縱器問世3個世紀以后的事情。”現(xiàn)在，“水運儀象臺”已經(jīng)出現(xiàn)在全世界很多權威鐘表書籍的封面上。英國科技史家李約瑟在他的書中這樣寫道：“蘇頌把鐘表機械和天文觀察儀器結合以來，在原理上已經(jīng)完全成功。他比羅伯特·胡克先行了6個世紀，比方和斐（與胡克同被西方認為是天文鐘表的發(fā)明人）先行7個半世紀。”

尤其值得一提的是，日本精工等公司用了8年和大約6億日元，成功仿制了“水運儀象臺”，并且于1997年3月17日正式對外展出，引起國際計時儀器史學界的極大關注，也令今人能夠目睹這一發(fā)明的偉大之處。它坐落于日本長野縣的“儀象堂”（Gishodo）博物館，其紅色的外表在藍天、綠樹的掩映下，顯得更加醒目而神秘。更加重要的是，它不僅是按照實物大小進行完全復原，而且能夠經(jīng)久不息地運轉。充分體現(xiàn)了中國北宋時期的科技水平，這是中華民族的驕傲，也是水運儀象臺的故鄉(xiāng)——開封人民的榮耀。

水運儀象臺始末

在北宋統(tǒng)治的168年間，前后頒行了七部歷法。熙寧七年（公元1074年），沈括對舊渾儀進行改造，取消白道環(huán)，校正渾儀軸，雖取得很大進步，但熙寧八年（公元1075年）頒行的《壽元歷》等均不盡人意。沈括上書解釋，要求制作精密觀測儀器。因為觀測數(shù)據(jù)和推算方法是編制歷法準確度的關鍵，而觀測數(shù)據(jù)的準確度又取決于觀測儀器的精度，這是促使蘇頌研制水運儀象臺的重要原因。

北宋元祐元年（公元1086年），朝廷批準了蘇頌制造水運儀象臺的報告，向朝廷推薦精通數(shù)學運算和天文學的韓公廉等人共同研制。宋元祐三年（公元1088年）5月，蘇頌制成了全部儀器的小木樣。經(jīng)過檢驗之后，在當年的12月又制成了大木樣。大木樣制成以后，朝廷命令把大木樣放置在皇宮內(nèi)的集英殿，同時又命令翰林學士許將前來鑒定。許將率領水運渾儀所里的天文學者周日嚴、苗景等人檢測了3個多月，認為這臺水運儀象臺與實際天象是相合的。于是朝廷命令用銅來制造正式的儀器。

蘇頌水運儀象臺高按宋時木矩尺計算是三丈五尺六寸（約12米），寬兩丈一尺（約7米），是一座以水為動力，集渾儀、渾象、報時為一體的，上窄下寬呈長方形的木結構建筑，用木板做臺壁，板面畫有飛鶴，在當時屬大型設備，其中制作渾儀等鑄銅件就用了一萬多公斤的銅材。由于傳動系統(tǒng)復雜，要求動靜態(tài)平衡及相互配合。既要解決水動力能源，時間顯示精度，又要準確調(diào)整與天體運行同步。特別是在當時全靠手工制作、裝配，其難度是非常大的。

水運儀象臺共分為三大層。上層，是一個露天的平臺，設有渾儀一座，用龍柱支持，下面有水槽以定水平。渾儀上面覆蓋有遮蔽日曬雨淋的木板屋頂，為了便于觀測，屋頂可以隨意開閉，構思比較巧妙，這已經(jīng)具有現(xiàn)代天文觀測室的雛型了。露臺到儀象臺的臺基有7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，靠機輪帶動旋轉，一晝夜轉動一圈，真實地再現(xiàn)了星辰的起落等天象的變化。下層，設有向南打開的大門，門里裝置有五層木閣，木閣后面是機械傳動系統(tǒng)。第一層木閣名“正衙鐘鼓樓”，負責全臺的標準報時。到了每個時辰的時初、時正，就有一個穿紅、紫色衣服的木人分別在左右門里搖鈴；每過一刻鐘，一個穿綠衣的木人在中門擊鼓。第二層木閣可以報告十二個時辰的時初、時正名稱，相當于現(xiàn)代時鐘的時針表盤，這一層的機輪邊有24個司辰木人，手拿時辰牌，牌面依次寫著子初、子正、丑初、丑正等。每逢時初，時正，司辰木人按時在木閣門前出現(xiàn)。第三層木閣專刻報的時間。共有96個司辰木人，其中有24個木人報時初、時正，其余木人報刻。第四層木閣報告晚上的時刻。木人可以根據(jù)四季的不同擊鉦報更數(shù)。第五層木閣裝置有38個木人，木人位置可以隨著節(jié)氣的變更，報告昏、曉、日出以及幾更幾籌等詳細情況，計時方面，一天一夜的誤差只有一秒，相當精確。五層木閣里共有162個木人，木人能夠表演出這些精彩、準確的報時動作，是靠一套復雜的機械裝置“晝夜輪機”帶動的。因整個機械輪系的運轉依靠水的恒定流量，推動水輪做間歇運動，帶動儀器轉動，因而命名為“水運儀象臺”。

水運儀象臺是總結、繼承和發(fā)展了我國在天文學和天文儀器技術方面卓越的科技成就，它把“儀、象、鐘”三者合一，堪稱世界上最早的天文鐘，其中渾儀的四游儀窺管、水運儀象臺頂部的九塊活動屋板、擒縱控制樞輪的“天衡”系統(tǒng)等三項為世界首創(chuàng)，在我國和世界科技史上都占有重要的地位。

蘇頌水運儀象臺完成后，在開封使用34年，金兵打下開封，北宋滅亡，水運儀象臺等天文儀器被金兵繳獲。于是金兵把儀象臺遷運燕京想重新裝配使用，但由于經(jīng)過長途搬運，一些零件已遭損壞或散失，又缺少有經(jīng)驗的能工巧匠，又因開封和燕京地緯度不同，地勢差異，從望筒中窺極星，要下移4度才能見到，連一般觀察也不能進行。水運儀象臺毀壞后，其影響依然存在，金與南宋都想復制，秦檜曾派人尋找蘇頌后人并訪求蘇頌遺書，還請教過朱熹，想把水運儀象臺恢復起來，但始終沒有成功，從此，水運儀象臺只能作為史書上的記載見證著中國古代天文儀器和機械制造所曾經(jīng)達到的一個高峰。

蘇頌為水運儀象臺

所作的設計說明書——

《新儀象法要》

根據(jù)《蘇氏宗譜》記載，蘇頌（1020年～1101年）是北宋的天文學家、機械制造家和藥學家。他年輕時就很聰慧，博學強記，22歲那年便與北宋著名的政治家和文學家王安石同榜中了進士，從此步入一生漫長的仕途，做過刑部尚書、禮部尚書和宰相，官位顯赫，為政清廉，勤政愛民，但他給后世留下的最大財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儀象臺使他的名字載入了世界科技的史冊。

《新儀象法要》是中國現(xiàn)存最早的水力運轉天文儀器專著。成書于宋神宗紹圣初年，約當1095年。它反映了中國十一世紀的天文學和機械制造技術水平，也進一步證明了近代機械鐘表的關鍵性部件——錨狀擒縱器是中國發(fā)明的。今通行各本都源出南宋乾道壬辰(公元1172年)施元之刻本，共三卷。書首有蘇頌《進儀象狀》一篇，報告造水運儀象臺的緣起、經(jīng)過和它與前代類似儀器相比的特點等。正文詳細介紹了水運儀象臺的設計及使用方法，全書總計共有圖60種。這些結構圖是中國現(xiàn)存最古老的機械圖紙。它采用透視和示意的畫法，并標注名稱來描繪機件。通過復原研究，證明這些圖的一點一線都有根據(jù)，與書中所記尺寸數(shù)字準確相符。另外附星圖63種，記錄恒星1434顆，比300年后西歐星圖紀錄的星數(shù)還多442顆。英國科學家李約瑟博士把《新儀象法要》譯成英文在國外發(fā)行。《新儀象法要》也成為蘇頌為后世留下的最杰出的著作。

歷史是時間的學問，藏在人類的記憶之中，對于一個人或一件事物，是大名鼎鼎，還是鮮為人知，也許偶然，也許必然。如果水運儀象臺像《夢溪筆談》一樣傳世，蘇頌和水運儀象臺會明星耀眼。但水運儀象臺在金兵的戰(zhàn)火中消失了，以至于人們無法直接去了解它、去認知它。于是，蘇頌和水運儀象臺一道成了泥土里的珍珠。然而從蘇頌到水運儀象臺，發(fā)明創(chuàng)造總是體現(xiàn)一種自強不息的精神，一種敢為人先的氣概，那嘀嗒嘀嗒的鐘聲更像一種叮嚀，催人奮進！

儀象臺（復制品）

蘇頌