近古時期——發明英才1(2 / 3)

英國科技史家李約瑟對這一點給以高度評價:“蘇頌把時鍾機械和觀察用渾儀結合起來,在原理上已經完全成功。”

水運儀象台頂部設有九塊活動的屋板,雨雪時可以防止對儀器的侵蝕,觀測時可以自由拆開。儀象台的活動屋頂是現代天文台圓頂的祖先。所以,蘇頌又是世界上最早設計和使用天文台觀測室自由啟閉屋頂的人。

水運儀象台的原動輪叫樞輪,是一個直徑11尺,由72根木輻,挾持著36個水鬥和36個勾狀鐵撥子組成的水輪。樞輪頂部設有一組叫“天衡”、“天關”、“天權”、“左右天鎖”的杠杆裝置,樞輪靠銅壺滴漏的水推動。

當漏壺的水滴滿一個樞輪水鬥時,“樞權”失去平衡,“格叉”下傾,樞權揚起,輪邊鐵撥子撥開“關舌”,拉動“天衡”,“天關”上啟,樞輪下轉。由於“左右天鎖”的擒縱抵拒作用,使樞輪隻能轉過一輻,依此循環往複,等時運轉。天衡係統對樞輪杠杆的這種擒縱控製與現代鍾表的關鍵機件錨狀擒縱機構,具有基本上相同的作用。

李約瑟在深入研究了水運儀象台之後,曾改變了他過去的一些觀點。他在《中國科學技術史》中說:“我們借此機會聲明,我們以前關於‘鍾表裝置……完全是14世紀早期歐洲的發明’的說法是錯誤的。

使用軸葉擒縱器重力傳動機械時鍾是14世紀在歐洲發明的。可是,在中國許多世紀之前,就已有了裝有另一種擒縱器的水力傳動機械時鍾。”

蘇頌主持創製的水運儀象台是11世紀末我國傑出的天文儀器,也是世界上最古老的天文鍾。

國際上對水運儀象台的設計給予了高度的評價,認為水運儀象台為了觀測上的方便,設計了活動的屋頂,這是今天天文台活動圓頂的祖先;渾象一晝夜自轉一圈,不僅形象地演示了天象的變化,也是現代天文台的跟蹤器械—轉儀鍾的祖先;首創的擒縱器機構是後世鍾表的關鍵部件,因此它又是鍾表的祖先。

從水運儀象台可以反映出,我國古代力學知識的應用已經達到了相當高的水平。

蘇頌在水運儀象台完成後,又著成《新儀象法要》一書,將水運儀象台的總體和各部件繪圖加以說明。

《新儀象法要》中繪製了有關天文儀器和機械傳動的全圖、分圖、零件圖50多幅,繪製機械零件150多種,其中多為透視圖和示意圖,這是我國也是世界上保存至今的最早最完整的機械圖紙。

正是根據《新儀象法要》中的這些圖紙,李約瑟等人才能較準確地複原出水運儀象台的全貌。例如從這些圖紙和說明文字中可以知道,水運儀象台樞輪的運轉規律是齒輪係從6個齒到600個齒的傳動;每25秒落水一鬥,每刻鍾轉一周,一晝夜轉96周,而晝夜機輪、渾象、渾儀也轉一周,這與地球運動是大致相應的。

通過這些圖紙,我們知道水運儀象台第一層木閣內是晝夜鍾鼓輪,有不等高的三層小立柱,可以拉動三個木人的撥子,以關撥作用拉動本人的手臂,到一刻鍾時,木人出而擊鼓,時初搖鈴,時正敲鍾。

而第二層木閣內是晝夜時初正輪,第三層木閣內是報刻司辰輪,第四層木閣內是夜漏金鉦輪,第五層木閣內是夜漏司辰輪。要是沒有這些珍貴的圖紙,我們就難以弄清木閣內的機械木人是如何按時擊鼓、搖鈴和敲鍾的。

蘇頌在《新儀象法要》中還繪有14幅星圖,它們是:渾象紫微垣星圖、渾象東北方中外官星圖、渾象西南方中外官星圖、渾象北極星圖、渾象南極星圖、四時昏曉加臨中星圖、春分昏中星圖、春分曉中星圖、夏至昏中星圖、夏至曉中星圖、秋分昏中星圖、秋分曉中星圖、冬至昏中星圖和冬至曉中星圖。

在這14幅星圖中,最有價值的是前五幅。其中“渾象東北方中外官星圖”是從角宿到壁宿的星官,“渾象西南方中外官星圖”是從奎宿到軫宿的星官,“渾象紫微垣星圖”是以北鬥七星為主的布列於渾象之北上規的183顆星,“渾象南極星圖”和“渾象北極星圖”則是以天球赤道為最外界大圓的南天星圖和北天星圖。

蘇頌為了星圖繪製精確,采取了圓橫結合的畫法。橫圖分成兩段:東北方中外官星圖是從秋分到春分,西南方中外官星圖是從春分到秋分。

另外,在把球麵上的星辰繪製到平麵上時,蘇頌發現了失真問題,於是他采用了把天球循赤道一分為二,再分別以北極和南極為中心畫兩個圓圖的方法,從而減少了失真。

蘇頌星圖是曆史上流傳下來的全天星圖中在國內保存最早的,就其所列星的數目而言,蘇頌星圖的貢獻是星圖繪製中的一項新成就。

蘇頌在完成水運儀象台之後,又研製了一台單獨的水力推動的渾天象。此儀象經數年製作而成,它的天球直徑有一人高,結構可能為竹製,上糊絹紙。

球麵上相應於天上星辰的位置處鑿了一個個小孔,人在裏麵就能看到點點光亮,仿佛夜空中的星星一般。當懸坐球內扳動樞軸,使球體轉動時,就可以形象地看到星宿的出沒運行。

這是我國曆史上第一架有明確記載的假天儀,它的創造性也是前無古人的。這種假天儀可說是近代天象儀的祖先。

繼蘇頌之後,元代天文學家郭守敬也製造過一台假天儀,他稱之為玲瓏儀,它在假天儀基礎上又有新的發展。

在我國幾千年文明史中,蘇頌是能夠在世界科學技術史上留下一筆的重要人物之一。他主持建造的水運儀象台,以及晚年間編寫的《新儀象法要》,在人類科技史上具有裏程碑的意義,代表了我國宋代高度發達的科學技術成就。

[旁注]

星圖 也就是“星星的地圖”。是將恒星或其他天體在天球上的視位置投影在平麵上,以表示它們的方位、亮度和形態的圖片或照片。星圖是把夜空中持久的特征精確描述或繪製,例如恒星、恒星組成的星座、銀河係、星雲、星團和其他河外星係的繪圖集。

轉儀鍾 能夠補償地球自轉,使望遠鏡始終對準同一片天區的裝置。20世紀以前的轉儀鍾,其動力靠鏈條式的重錘或發條提供,旋轉速度靠離心調速器來控製。現在轉儀鍾的動力靠馬達帶動,速度由天文鍾或無線電振蕩器來控製。

擒縱機構 一種機械能量傳遞的開關裝置。擒縱機構的功能可以從兩方麵理解:擒,將主傳動的運動鎖定,即擒住,此時,鍾表的主傳動鏈是鎖定的;縱,就是以震蕩係統的一部分勢能,開啟,即放開,主傳動鏈運動,同時從主傳動鏈中取回一定的能量以維持震蕩係統的工作。

天文鍾 一種特別設計的、能用多種形式來表達天體時空運行的儀器。天文鍾既能表示天象,又能計時。它可以顯示太陽、月亮、星座在該時刻的相對位置,有的更可顯示主要行星的位置。

角宿 二十八宿之一,東方七宿第一宿。此星座是在春末夏初的日落後,出現在南方天空,是閃爍著銀白色的光芒的星鬥。因東方七宿包括十六個星座,三百餘星宿組成似蒼龍,角宿位於蒼龍之首,主春生這權,為蒼龍之角。

壁宿 指北方玄武七宿中的第七宿,屬水,為獝。由兩顆星組成,因其在室宿的東邊,很像室宿的牆壁,又稱東壁。唐代張說詩“東壁圖書府,西園翰墨林”,形容壁宿是天上的圖書庫。

奎宿 為西方第一宿,有天之府庫的意思,故奎宿多吉。二十八宿中西方白虎七宿之一,奎、婁、胃、昴、畢、參和觜中的奎。奎宿十六星,左右兩半正如兩髀的形狀。《步天歌》中則把奎宿描述成:“腰細頭尖似破鞋,一十六星繞鞋生。”

軫宿 古稱“天車”。為南方第七宿,居朱雀之尾,鳥兒的尾巴是用來掌握方向的。古代稱車箱底部後麵的橫木為“軫”,其部位與軫宿居朱雀之位相當,故此而得名。

全天星圖 把全天所有的星及深空天體等,按照一定的規律繪製在紙上,稱為全天星圖。發現於敦煌藏經洞中的《全天星圖》,又稱《敦煌星圖甲本》,是現存記載星數最多,有1359顆,也是最古老的一幅星圖。

宋哲宗 (1076年~1100年),名趙煦,原名傭,北宋第七位皇帝。在位15年。諡號“憲元繼道顯德定功欽文睿武齊聖昭孝皇帝”,廟號哲宗。葬於永泰陵。哲宗是北宋較有作為的皇帝,但由於沒能很好地解決黨爭,反使矛盾激化激化,種下了北宋滅亡的遠因。

銅壺滴漏 銅壺滴漏即漏壺,中國古代的自動化計時裝置,又稱刻漏或漏刻。這種計時裝置最初隻有兩個壺,由上壺滴水到下麵的受水壺,當受水壺水位升至滿刻度時,浮子式閥門就會自動阻塞上級水壺的出水孔,切斷水滴。

郭守敬 (1231年~1316年),字若思。生於元朝順德邢台,即今河北邢台。元朝的天文學家、數學家、水利專家和儀器製造專家。郭守敬修訂的新曆法《授時曆》,是當時世界上最先進的一種精良的曆法,通行360多年。

[閱讀鏈接]

蘇頌做中書舍人時,宋神宗批示李定任監察禦史裏行一職的詞頭送至中書省,蘇頌等人一致認為李定資曆不夠,不宜擢拔。神宗態度堅決,數次批送中書省處理,蘇頌不為所動,還在封還詞頭的奏書中,指出神宗是以言代法,甚為不當。

蘇頌抗旨,神宗惱怒,終於免除了他的職務。但這一任命反反複複多達8次,雙方僵持月餘,最後以蘇頌等三名舍人免職、神宗讓步而告結束。蘇頌因恪盡職守、不為身謀,被稱為“三舍人之冠”。

管狀發射武器的鼻祖陳規

陳規,字元則,生於北宋時密州安丘,即今山東省安丘市。宋代名臣,抗金主戰派。他用巨竹管製作成世界上第一支“火槍”,有效地打擊了金兵的入侵。