大型综合仪器水运仪象台

水运仪象台是我国古代一种大型的综合性天文仪器，由宋代天文学家苏颂等人创建。它是集观测天象的浑仪、演示天象的浑象、计量时间的漏刻和报告时刻的机械装置于一体的综合性观测仪器，实际上是一座小型的天文台。

水运仪象台的制造水平在世界范围内堪称一绝，充分体现了我国古代人民的聪明才智和富于创造的精神。

苏颂领导天文仪器制造工作是从1086年受诏定夺新旧浑仪开始的。这个机构的组成人员都是经过他的寻访调查或亲自考核，而确定下来的。

苏颂接受这项科技工作后，首先是四处走访，寻觅人才。他发现了吏部令史韩公廉通《九章算术》，而且晓天文、历法，立即奏请调来专门从事天文仪器的研制工作。

苏颂又走出汴京到外地查访，发现了在仪器制造方面学有专长的寿州州学教授王沇之，奏调他“专监造作，兼管收支官物”。

接着，苏颂又考核太史局和天文机构的原工作人员，选出夏官、秋官、冬官协助韩公廉工作。

苏颂发现人才后，还进一步放在实践中加以考察。例如调来韩公廉后，他经常与韩公廉讨论天文、历法和仪器制造。

苏颂向韩公廉建议，可否以张衡、一行、梁令瓒、张思训格式依仿制造，韩公廉很是赞同。于是，苏颂让韩公廉写出书面材料。不久，韩公廉写出《九章勾股测验浑天书》一卷。

苏颂详阅后，命韩公廉研制模型。韩公廉又造出木样机轮一座。苏颂对这个木样机轮进行严格实验，然后奏报皇帝，并亲赴校验。

苏颂对研制工作是慎之又慎的。他认为，有了书，做了模型还不一定可靠，还必须做实际的天文观测，才能进一步向前推进，以免浪费国家资财。

后来，通过对木样机轮的反复校验，确定与天道参合不差，这才开始正式用铜制造新仪。

在著名科学家苏颂的倡议和领导下，经过3年4个月的工作，1088年，一座杰出的天文计时仪器水运仪象台，在当时的京城开封制成。

水运仪象台的构思广泛吸收了以前各家仪器的优点，尤其是吸取了北宋时期天文学家张思训所改进的自动报时装置的长处。

在机械结构方面，采用了民间使用的水车、筒车、桔槔、凸轮和天平秤杆等机械原理，把观测、演示和报时设备集中起来，组成了一个整体，成为一部自动化的天文台。

在苏颂所著的《新仪象法要》中，详细介绍了水运仪象台的设计和制作情况，并附有多幅绘图。

根据《新仪象法要》记载，水运仪象台是一座底为正方形、下宽上窄略有收分的木结构建筑，高大约有12米，底宽大约有7米，共分为三大层。

上层是一个露天的平台，设有浑仪一座，用龙柱支持，下面有水槽以定水平。浑仪上面覆盖有遮蔽日晒雨淋的木板屋顶，为了便于观测，屋顶可以随意开闭，构思比较巧妙。露台到仪象台的台基有7米多高。

中层是一间没有窗户的“密室”，里面放置浑象。天球的一半隐没在“地平”之下；另一半露在“地平”的上面，靠机轮带动旋转，一昼夜转动一圈，真实地再现了星辰的起落等天象的变化。

下层设有向南打开的大门，门里装置有5层木阁，木阁后面是机械传动系统。

第一层木阁又名“正衙钟鼓楼”，负责全台的标准报时。木阁设有3个小门。

至每个时辰的时初，就有一个穿红衣服的木人在左门里摇铃；每逢时正，有一个穿紫色衣服的木人在右门里敲钟；每过一刻钟，一个穿绿衣的木人在中门击鼓。

第二层木阁可以报告12个时辰的时初、时正名称，相当于现代时钟的时针表盘。这一层的机轮边有24个司辰木人，手拿时辰牌，牌面依次写着子初、子正、丑初、丑正等。每逢时初和时正，司辰木人按时在木阁门前出现。

第三层木阁专刻报的时间。共有96个司辰木人，其中有24个木人报时初、时正，其余木人报刻。比如子正的和丑初的初刻、二刻、三刻等。

第四层木阁报告晚上的时刻。木人可以根据四季的不同击钲报更数。

第五层木阁装置有38个木人，木人位置可以随着节气的变更，报告昏、晓、日出以及几更等详细情况。

5层木阁里的木人能够表演出这些精彩、准确的报时动作，是靠一套复杂的机械装置“昼夜轮机”带动的。而整个机械轮系的运转依靠水的恒定流量，推动水轮做间歇运动，带动仪器转动，因而命名为“水运仪象台”。

苏颂主持创制的水运仪象台是当时我国杰出的天文仪器，也是世界上最古老的天文钟。

国际上对水运仪象台的设计给予了高度的评价，认为水运仪象台为了观测上的方便，设计了活动的屋顶，是现在天文台活动圆顶的祖先。

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。

浑象一昼夜自转一圈，不仅形象地演示了天象的变化，也是现代天文台的跟踪器械转仪钟的祖先；水运仪象台中首创的擒纵器机构是后世钟表的关键部件，因此它又是钟表的祖先。

从水运仪象台可以看出，我国古代力学知识的应用已经达到了相当高的水平。

[旁注]

韩公廉　北宋时期人。活跃于11世纪后期。韩公廉是水运仪象台和假天仪的主要设计者，他参与制造的这两件仪器，经近人研究，均具有许多开创性的设计构思，如前者中的水运浑象是世界天文钟的直接祖先，后者则是近代天文馆中星空演示的先驱。

州学　宋代在州中设立的学校。宋代州学在宋代各地的文化活动中，城镇扮演了重要角色，各种形式的官办教育基本集中于城镇，尤其是州县城市。州县学是宋代官办教育的主体，尽管其教育对象面向城乡求学者，但这类学校均设在州县，因而成为城市教育的主要组成部分。

时初　古时人们将一个时辰分为8刻，就有时初、时正、时末的分别。比如，子时是夜半，又名子夜、中夜，是12时辰的第一个时辰。它的时间是夜晚23时至1时，时初就是23时，时正就是夜半零时，时末就是1时。其他12时辰类推。

钲　我国古代打击乐器。形似钟而狭长，上有柄，用铜制成，可执柄敲击，几个大小不同的钲组合在一起，成为“编钲”。我国古代曾使用“击鼓进军”、“鸣金收兵”来指挥战斗。“鸣金”中的“金”就是指军队中作战作信号用的乐器钲。

转仪钟　是驱动望远镜以天体周日运动的速度绕极轴旋转的机械转动装置。19世纪时，仪器转动的动力来自重锤或发条，仪器速度的恒定也是靠机械离心调速来达到。现代的大型望远镜或普及型望远镜一般都采用各式的电机驱动，经过变速而达到恒动的目的。

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水运仪象台完成后，苏颂又在翰林学士许将的提议及家藏小样的启发下，决定制造一种人能进入其内部观察的仪器，仪器的具体推算设计由韩公廉负责。

此仪象经数年制作而成，它的天球直径有一人高，结构可能为竹制，上糊绢纸。球面上相应于天上星辰的位置处凿了一个个小孔，人在里面就能看到点点光亮，仿佛夜空中的星星一般。

当悬坐球内扳动枢轴，使球体转动时，就可以形象地看到星宿的出没运行。这是我国历史上第一架记载明确的假天仪。