中國科學技術館之水運儀象臺

◎文圖 中國科學技術館 常 雪

在中國科技館一層“華夏之光”展廳，有一件木制展項造型古樸、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，叫做水運儀象臺。它建于北宋元祐年間，由北宋著名天文學家、機械制造家蘇頌總管，由通曉天文和機械技術的官員韓公廉等人負責設計，并帶領能工巧匠于公元1092年建成，距今已有900余年。它集計時、報時、天文觀測和星象顯示多種功能于一體。據記載，它的總高度將近12米，臺底7米見方，堪稱當時世界上最先進、技術綜合程度最高的大型機械裝置。由于它內部采用的“天衡”系統，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為，水運儀象臺“可能是歐洲中世紀天文鐘的直接祖先”。

水運儀象臺的結構分為三層：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擋雨，又可在觀測時揭開，作用與現代天文臺的活動穹頂類似；中層為渾象，與星空保持同步運轉，用來顯示星空；底層為動力裝置及計時、報時機構，通過齒輪傳動系統與渾儀、渾象相連，使每層結構環環相扣，并與天體同步運行。

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

水運儀象臺并非簡單地使用溪流等外界水源，而是通過精巧的機械設計，使水依次流進天池與平水壺中，對水流量進行限制，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定的弊端。最終，由平水壺中流出的水進入機械傳動裝置，驅動水排進行高精度的回轉運動，藉以計時。

蘇頌留下了“水運儀象臺設計說明書”—《新儀象法要》，它記述了水運儀象臺的工作原理，總體及各部分的構造與尺寸，還收錄了大量的星圖。值得一提的是，書中的結構圖采用了透視與示意的畫法，并標注名稱來描繪機件，是我國現存最古老的機械圖紙。而書中對其機械結構的詳細記錄，也為現代人復原水運儀象臺提供了最可靠的信息。

水運儀象臺集多項古代中國的“專利技術”于一身：可活動的屋頂是現代天文臺活動圓頂的前身；驅動渾儀渾象使其與星空同步運轉的裝置也與現代天文臺的跟蹤器械—轉儀鐘有著類似的作用；“天衡”系統則可能是現代鐘表中的“錨狀擒縱器”的直接祖先；《新儀象法要》是近代機械制圖的鼻祖。

如此之多的技術創新體現了中國古代勞動人民的勤勞智慧和創造精神；同時，今天的科技工作者經過對歷代文獻的不斷研究、考證，才使水運儀象臺重見天日。因此，水運儀象臺不僅反映了中國古代與現代人民的聰明才智，還對后世的天文觀測、計時技術、制圖技術都有很大程度的促進，也將激勵、鼓舞我們將華夏文明發揚光大。