五、苏颂的水运仪象台和假天仪

苏颂以前在吏部任职的时候，认识了吏部的一位守当官（部里的中下级吏员），名叫韩公廉。韩公廉这个人善于数学运算，又懂得天文学。苏颂就把从东汉张衡以来，一直到本朝张思训的水运浑天仪设计思想告诉了韩公廉。韩公廉听了苏颂的想法后，表示，运用数学知识是可以重新设计制造水运浑天仪的。过了一段时间，韩公廉就交给苏颂一卷《九章勾股测验浑天书》和一座木样机轮。自从朝廷批准了苏颂制造水运仪象台的报告后，苏颂就组织了一支包括行政和科研人员在内的、大约 10 余人的攻关队伍，其中韩公廉的角色就类似于现代所谓的工程师。

1088 年 5 月，苏颂造成了全部仪器的小木样。经过检验之后，在当年的

12 月份又造成了大木样。大木样造成以后，朝廷命令把大木样放置在宫内的集英殿。同时又命令翰林学士许将前来鉴定。许将率领着水运浑仪所里的天文工作者周日严、苗景等人，日日夜夜地检测了 3 个多月，认为这台水运仪象台与实际天象是相合的。于是朝廷命令用铜来制造正式的仪器。

我国古代的封建王朝受阴阳五行（金、木、水、火、土）的影响，每个朝代都认为自己这个朝代都是得到了五行中的某一行，才得以建立起来的，这叫做“×德”，譬如宋朝就自认为是得到了火德，而“水”运浑仪的名称是不吉利的，所以，宋哲宗就把水浑仪改名为元宽祐（宋哲宗的年号）浑天仪象。

1092 年 6 月，铜制的仪器铸成了，宋哲宗命令将此仪立在元祐浑天仪象

所。因为这台仪器是一座 3 丈多的高台，台上又合有浑仪与浑象两种仪器，所以又称为合台。仪象铸成之前的两个月，宋哲宗就曾下诏给苏颂，命他撰写一篇《浑天仪象铭》；于是苏颂又把这台仪器画成了图形，写成书献给了宋哲宗，这本书就是著名的《新仪象法要》。仪成后两天，宋哲宗又下诏给三省（门下省、中书省、尚书省）、枢密院（最高军务机构），要他们“阅之”。

这台仪器的水运机构类似于现在机械钟表中所谓锚状擒纵器的部件，所以，以苏颂为代表的中国水运仪象是世界机械钟表的祖先。

我国现代的科技史专家王振铎在通过全面的研究后，对这台仪器进行了完整的复原，比例是原来的 1/5。王振铎还恢复了苏颂原来给这台仪器所定的名称——水运仪象台。复原后的模型现在在北京中国历史博物馆里陈列。这台仪器总的高度是 11.88 米，宽 7 米，全台是一座正方台，锥形，上

狭下阔的木构建筑，上下分成三个层面。

顶上层放置观测用的浑仪，它的结构和一般浑仪大体相同。在十字形底座上立起 4 根龙柱，上面托着一层固定不动的六合仪，包括地平环、赤道环和子午双环，它们是固定结在一起的。里面套着一层可以转动的三辰仪，包括赤径双环、赤道环和黄道双环，赤经双环用旋转轴套在外面子午双环相当于南北极的地方。最里面是一对四游双环夹持着一根望筒。四游双环也用旋转轴套在南北极里，望筒则可以在四游双环内绕中心转动。转动四游双环，可以使双环中央大圆对向天空任意一条赤经圈，转动双筒，可使它对向这条赤经圈上的任何一点。从四游双环上可读出望筒所指向的天体的去极度，从三辰环中的赤道环上可以读出中游环所朝向的、也就是望筒所对天体的赤道度数。这种浑仪所独创的是：在三辰仪的南端装了一个和赤道平行的较小的

圆环，叫做天运环。环上有齿，一条天柱把它和动力机构相连起来。通过这套系统使三辰仪可以自动运转，以便使黄道环等装置和天上的黄道位置相适应。因为实际的天球和黄道等都在作周日转动。在过去时，没有这样一套系统，每次观测时，都要随时移动三辰仪，以便使仪器对准正确的位置。但越是匆忙移动，就越是难以精确的对准目标，天运环的发明大大降低了这方面的误差。而且当望筒对准天体以后，只要把四游双环和三辰仪固结起来，就可以使望筒始终对准这个天体。这就类似近代望远镜中的转仪钟一样的结构。而转仪钟的想法于 1670 年才在欧洲提出来，1824 年才建成第一台实用装置。

中层南面是一间密室，里面放置着浑象。浑象设在一个扁的方木柜里，浑象的天球有一半在柜外露着，柜面就相当于地平。浑象也有齿轮转动系统和动力机构相连，由此也可以自动旋转，表现出浑象上各个天体在一昼夜的时间内东升西落，作周日旋转的景象。

下层南面是报时的机构，一共有 5 层。从上面数第一层是用音响来报时辰的机构。它是按照古代的时辰制度，每到一个时辰开始时，左边的门有个木人在摇铃；每到时正时右门有木人扣钟；从半夜子正时起，每过 1 刻，中门有木人敲鼓。

第二层只有正中的一个门，每到时初和时正时都分别有木人拿着时辰牌在门口显示。

第三层也只有正中的一个门，每过 1 刻也有木人到门口执牌显示。

第四层是以声响报时的，每天日入、昏（日入后 2 刻半）、五更（从昏

到待旦一共分为五更）、待旦（晓前 10 时，或者是日出前 12 刻半）、晓（日

出前 2 刻半）、日出这 9 个时刻都有木人在门口击钲。

第五层是字牌显示，每到上述的 9 个时刻之一，或者是每更中的 1 筹（每更分为 5 筹）时都有木人抱牌到门口显示。

第四、五层的装置就是按照北宋皇宫中的更筹制度而设计的。

这 5 层报时装置的背后都有巧妙的机轮构造在控制。但是这些构造由于

都隐蔽在一层层木阁后面，外面的人看见的只是在像木塔一样的 5 层木阁里，木人在打击单响器或者是抱牌站立。

全仪的心脏部分在下层的北面。它由打水机构、铜壶滴漏、动力枢轮及其控制机构等部分组成。铜壶滴漏是一个二级漏壶。水从第一级天池滴往平水壶，再由平水壶滴入枢轮边缘的水斗里。水斗贮水到一定时就能冲破控制机构的控制，使整个枢轮转动起来；但又由于控制机构的控制，使这个水斗转过去以后，再来一个空水斗时又被制住而不再运动，这样，枢轮的运动就变为间歇性的了。枢轮的边缘一共均匀分布了 36 个水斗。只要平水壶中流出来的水速是均匀的，那么枢轮就会作均匀的间歇运动。

苏颂把这套控制机构称作是天衡。天衡是由左天锁、右天锁、天条、天权、枢衡、枢权、天关等一系列部件构成的。枢轮边缘的水斗向外还附有铁拨牙，有一个拨牙就托在枢衡另一头伸出来的格叉上面。左、右天锁使枢轮锁住。格叉托着的水斗则会受水。水到一定重量时，格叉就会下沉，拉动天条，因杠杆作用而使左天锁上升，枢轮就可以通过了。到下一个水斗又搁在格叉上时，左天锁又会沉下去，挡住枢轮。天权是起调整作用的，免得使左天锁升不起来，或者是沉不下去。这样的机构和锚状擒纵器的功用是一样的，左、右天锁的形制也很像擒纵锚。

苏颂等人造完了这件巨大的仪器以后，翰林学士许将又给朝廷上奏说，元祐浑天仪象，实际上是仪和象这两件东西合在了一台仪器中，还不如造一台仪器，兼有仪和象的功用。许将的这个奏书，被朝廷批准，并交给苏颂去建造。

1089—1092 年，苏颂造出了这件仪器。

1959 年，王振铎作出了这件仪器的复原模型，在中国历史博物馆陈列。

1962 年，王振铎发表了这件仪器的研究报告。他指出，这件仪器是中国也是世界上最早的一具假天仪。

苏颂、韩公廉所造的假天仪是一具像人体那样大的天球仪。天球用竹条做为骨架，外面糊纸。在纸面上按星星的位置凿了一个一个的孔。人由球南端开的口中进入球内，就可以看到满天的星斗。在球的转动轴上还挂有座椅，供观星的人乘坐；转动轴上还装有手轮，可以用来转动仪器作较快的旋转，以使观星者立刻可以得到星星东升西落的印象。这台仪器是近代天象仪的祖先。像北京天文馆用来表演四季星空的机械式的天象仪，20 世纪初期才出现。苏颂在 800 年前“因星凿窍”，借室外自然光，在室内观看表演设计，是很巧妙的构思。