水运仪象台的研制

苏颂所研制的水运仪象台是一座高 12 米，宽 7 米，像三层楼房一样的巨型天文仪器。苏颂在说明中说：“兼采诸家之说，备存仪象之器，共置一台中。台有二隔，置浑仪于上，而浑象置于下，枢机轮轴隐于中，钟鼓时刻司辰运于轮上，⋯⋯以水激轮，轮转而仪象皆动。”①水运仪象台的上层是观测天体的浑仪，中层是演示天象的浑象，下层是使浑仪、浑象随天体运动而报时的机械装置。它兼有观测天体运行，演示天象变化，以及随天象推移而有木人自动敲钟、击鼓、摇铃，准确报时的三种功用。它不仅在国内取得了前无古人的成就，而且在三个方面为人类作出了贡献，使许多中外科技史专家为之叹服。

首先，置于水运仪象台上层观测用的浑仪，通过“天运单环”与“枢轮” 相联，使浑仪能随枢轮运转。这与现代天文台转仪钟控制天体望远镜随天体运动的原理是一样的。因此，可以说水运仪象台的这套装置是现代天文台跟踪机械——转仪钟的远祖。英国科技史家李约瑟对这一点给以高度评价：“苏颂把时钟机械和观察用浑仪结合起来，在原理上已经完全成功。因此可以说

他比罗伯特·胡克先行了六个世纪，比方和斐先行了七个半世纪。”①

其次，水运仪象台顶部设有九块活动的屋板，雨雪时可以防止对仪器的侵蚀，观测时可以自由拆开。水运仪象台的活动屋顶是现代天文台圆顶的祖先。所以，苏颂与韩公廉又是世界上最早设计和使用天文台观测室自由启闭屋顶的人。

第三，水运仪象台的原动轮叫枢轮，是一个直径 1 丈 1 尺，由 72 根木辐，

挟持着 36 个水斗和 36 个勾状铁拨子组成的水轮。枢轮顶部设有一组叫“天衡”、“天关”、“天权”、“左右天锁”的杠杆装置，枢轮靠铜壶滴漏的水推动。当漏壶的水滴满一个枢轮水斗时，“枢权”失去平衡，“格叉”下倾，枢权扬起，轮边铁拨子拨开“关舌”，拉动“天衡”，“天关”上启， 枢轮下转。由于“左右天锁”的擒纵抵拒作用，使枢轮只能转过一辐，以次循环往复，等时运转。天衡系统对枢轮杠杆的这种擒纵控制与现代钟表的关键机件——锚状擒纵机构（俗称卡子），具有基本上相同的作用。所以说水运仪象台的天衡系统是现代钟表的先驱。

李约瑟在深入研究了水运仪象台之后，曾改变了他过去的一些观点。他在《中国科学技术史》中说：“我们借此机会声明，我们以前关于‘钟表装置⋯⋯完全是 14 世纪早期欧洲的发明’的说法是错误的。使用轴叶擒纵器重

力传动机械时钟是 14 世纪在欧洲发明的。可是，在中国许多世纪之前，就已有了装有另一种擒纵器的水力传动机械时钟。”①