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苏颂制造出世界上最古老的天文钟

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  • 2021-10-25

谈到天文钟,大家应该都不陌生,有人问苏颂发明了哪些科学日记,当然了,还有人想问苏颂发明了什么?,这到底是咋回事?其实世界上最早的天文钟是什么呢,接下来,小编就来教教大家苏颂制造出世界上最古老的天文钟,让大家少走弯路。

苏颂制造出世界上最古老的天文钟

世界上最古老的天文钟诞生在我国。它是我国北宋天文学家苏颂、韩公廉等人建造的“水运仪象台”,它能用多种形式反映及观测天体的运行。

“水运仪象台”是一部复杂的机械装置,整个机械系统是利用漏壶流水作动力,使仪器经常保持一个恒定的速度,和天体运行保持一致。又通过一套复杂的齿轮系统获得所需要的各种运动又能以多种形式计时、报时。欧洲人把这种仪器称为“天文钟”。

水运仪象台高约十二米,宽七米,分作三层。上层放浑仪,用来观测日从而达到既能演示天象,月星辰的位置。中层放浑象,它是一个球体,在球面布列天体的星宿位置。下层设木阁,又分成五层。每层有门,到一定时刻,门中有木人出来报时。木阁后面装着漏壶和机械系统,起到控制水轮运转速度的作用。

后世的钟表就是从这里演变出来的。苏颂在1088—1094年所著《新仪象法要》,详细介绍了水运仪象台的构造,反映了当时开封天文学和机械工程技术的伟大成就。

水运仪象台有以下突出贡献:首先,为了观测上的方便,屋顶做成活动的,这就是今天天文台圆顶的祖先。其次,浑象一昼夜自转一圈,不仅形象地演示了天的变化,也是现代天文台的跟踪机械——转仪钟的祖先。再次,所创造发明的“天关“、“天衡“和“天锁“等部件组成的杠杆装置,是世界上最早的“擒纵器”,为后世钟表的关键部件,因而它又是钟表的祖先。

这座利用水力运转的仪器象台,是远远早于欧洲同类装置的一项重大发明。国际上曾对它给予高度的评价,认为“很可能是后来欧洲中世纪天文钟的直接祖先”。

1,水运仪象台

水运仪象台是北宋时期苏颂、韩公廉等人发明制造的以漏刻水力驱动的,集天文观测、天文演示和报时系统为一体的大型自动化天文仪器。标志着中国古代天文仪器制造史上的高峰,被誉为是世界上的最早的天文钟。

2,新仪象法要

新仪象法要是中国宋朝天文学家苏颂为水运仪象台所作的设计说明书。成书于宋神宗绍圣初年,约当公元1094~1096年间。据《宋史·艺文志》等记载,本书又曾名《绍圣仪象法要》、《仪象法纂》等。

3,星图

苏颂为了能更直观地理解星宿的昏晓出没和中天,又提出设计一种人能进入浑天象内部来观察的仪器,即假天仪。具体设计仍由韩公廉推算完成。它是用竹木制成,形如球状竹笼,外面糊纸。

按天上星宿的位置,在纸上开孔。人进入球内观看,外面的光从孔中射入,呈现出大小不同的亮点,好象夜空中的星星一般。人悬坐球内扳动枢轴,使球体转动,就可以更形象地看到星宿的出没运行。这架仪器是近代天文馆中星空演示的先驱。

苏颂文学成就:苏颂是一位“高产”的诗人,仅收录在《苏魏公文集》中的诗歌就有587首,且多是律诗、绝句。长律多达1400字,可谓“律诗之最”。

苏颂的大部分诗作是奉和之作,其中有一些是与一代诗翁欧阳修、苏东坡的奉和诗篇。但也不乏名篇佳作。《前后使辽诗》就是他的上乘之作,具有现实主义笔触和真挚情感。

什么是天文钟?

  天文钟:是一种特别设计的、能用多种形式来表达天体时空运行的仪器。它是把动力机械和许多传动机械组合在一个整体里,利用几组齿轮系把机轮的运动变慢,使它经常保持一个恒定的速度,和天体运动一致。天文钟既能表示天象,又能计时。后世的钟表即由此演变而来。它可以显示太阳、月亮、星座在该时刻的相对位置,有的更可显示主要行星的位置。

  所有可以显示时间和天文学信息的钟都可以称作天文学钟。这些信息可以包括天空中太阳和月亮的位置,月亮的盈亏,日食,每晚某时的星空、恒星时,还有其它的天文信息等。

  天文钟以地心说模型表示。钟面中心常为一个圆形或球形的标记表示位于太阳系的中心的地球。常以一个金色的球表示绕地转动的太阳。这种设计的理念来源于周日运动对于观测者而言最为直观,也是生活经验的关系,也是在尼古拉·哥白尼提出日心说之前欧洲普遍的宇宙观。

世界上最古老的天文钟

水运仪象台

世界上最古老的天文钟诞生在我国。它是我国北宋天文学家苏颂、韩公廉等人建造的水运仪象台。它高约十二米,宽七米,分作三层。上层放浑仪,用来观测日月星辰的位置;为了观测方便,上面覆盖了九块活动屋板,作用和现代天文台可以开合的球形台顶相同,堪称现代天文台圆项的鼻祖。中层放浑象,它是一个球体,在球面布列天体的星宿位置。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机械--转仪钟的祖先。下层设木阁,又分成五层。每层有门,到一定时刻,门中有木人出来报时。木阁后面装置漏壶和机械系统,起到控制水轮运转速度的作用,使水轮只能间歇运转,而转速由漏壶的流量决定。这是相当于今天的钟表机械中的关键部件--一组使机轮运转变慢、控制速度恒定的锚状擒纵器,因而,它又堪称钟表的祖宗。

这座利用水力运转的仪器象台,是远远早于欧洲同类装置的一项重大发明。国际上曾对它给予高度的评价,认为"很可能是后来欧洲中世纪天文钟的直接祖先"。

苏颂发明了什么

水运仪象台

苏颂主持创制的水运仪象台是十一世纪末中国杰出的天文仪器,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,这是今天天文台活动圆顶的祖先;

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。从水运仪象台可以反映出中国古代力学知识的应用已经达到了相当高的水平。

苏颂和韩公廉在完成水运仪象台之后,又研制了一台单独的水力推动的浑天象。人钻入天球内观看,在天球上凿孔为星,十分逼真。这是中国历史上第一架有明确记载的假天仪,它的创造性也是前无古人的。

苏颂于宋仁宗庆历二年(1042年)与著名改革家王安石同登进士及第后,一生从政五十余载,从地方官到中央官吏,为北宋仁宗、英宗、神宗、哲宗、徽宗五朝重臣,73岁荣膺宰相。

是一位忠君爱国、品德高尚、为官清正、慎重稳健、举贤任能的贤臣良相。苏颂于建中靖国元年5月,薨于润州,时年82岁。上辍朝三日,赠司空魏国公,故历代志书称之为“苏魏国”,又追谥“正简”。

纵观苏颂一生,既是一位杰出的政治家、外交家、文学家、史学家,还是一位鲜为人知的科学家,曾为中华民族创造了多项世界之最。

苏颂政绩显著,为官清廉,爱民如子。在他任江苏江宁知县时,清查富户田园漏税情形,核实丁产,编订户籍,按册课税,既增加了国库收入,又减轻了穷人的负担。为南京留守,深得长官欧阳修的器重,赞许他“处事精密”。

苏颂发明什么仪器

苏颂一生最大的贡献在于复制水运仪象台,与掌禹锡、林亿等编辑补注了《惠佑补注神农本草》,校正出版了《急备千金方》等书。又独立编著了《本草图经》21卷.他又复制成铜质台,是世界上最早的天文钟、近代钟表关键部件“天关”(擒拿器)的创始人,。在这个领域里,他的发明创造比欧洲的罗伯特·胡克早6个世纪。绍圣二年至四年(1094—1097年),苏颂写出《新仪象台法要)3卷,详细介绍了水运仪象台的设计及使用方法,绘制了我国现存最早最完备的机械设计图,附星图63种,记录恒星1434颗,比300年后西欧星图纪录的星数还多442颗。

苏颂的主要成就

水运仪象台 元祐元年(1086年),苏颂奉命检验当时太史局等使用的各架浑仪(见浑仪和浑象)。因此想到应有表演的仪器和浑仪配合使用。先前太平兴国四年(公元979年)张思训曾创造水运浑象“太平浑仪”,后因机绳断坏,无人知其制法。苏颂访知吏部守当官韩公廉精通数学、天文学,告以张衡、梁令瓒、张思训仪器法式大纲。

韩公廉写出《九章勾股测验浑天书》一卷,并造成机轮木样一座。后由苏颂和韩公廉于元祐三年(1088年)集合一批工人制造,元祐七年竣工。这是一座把浑仪、浑象和报时装置三组器件合在一起的高台建筑,整个仪器用水力推动运转,后称水运仪象台,其中有许多突出的发明创造。

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。”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。”

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。”

苏颂主持创制的水运仪象台是十一世纪末中国杰出的天文仪器,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,这是今天天文台活动圆顶的祖先;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。从水运仪象台可以反映出中国古代力学知识的应用已经达到了相当高的水平。

苏颂和韩公廉在完成水运仪象台之后,又研制了一台单独的水力推动的浑天象。人钻入天球内观看,在天球上凿孔为星,十分逼真。这是中国历史上第一架有明确记载的假天仪,它的创造性也是前无古人的。 水运仪象台完成后,苏颂于绍圣初年(约1094~1096年间)把水运仪象台的总体和各部件绘图加以说明,著成《新仪象法要》一书。

苏颂在《新仪象法要》中绘制了有关天文仪器和机械传动的全图、分图、零件图50多幅,绘制机械零件150多种,其中多为透视图和示意图,这是我国也是世界上保存至今的最早最完整的机械图纸。正是根据这些图纸,王振铎、李约瑟等人才能较准确地复原出水运仪象台的全貌。例如从这些图纸和说明文字中可以知道,水运仪象台枢轮的运转规律是齿轮系从6个齿到600个齿的传动;每25秒落水一斗,每刻钟转一周,一昼夜转96周,而昼夜机轮、浑象、浑仪也转一周,这与地球运动是大致相应的。又如,通过这些图纸,我们知道水运仪象台第一层木阁内是昼夜钟鼓轮,有不等高的三层小立柱,可以拉动三个木人的拨子,以关拨作用拉动本人的手臂,到一刻钟时,木人出而击鼓,时初摇铃,时正敲钟。而第二层木阁内是昼夜时初正轮,第三层木阁内是报刻司辰轮,第四层木阁内是夜漏金钲轮,第五层木阁内是夜漏司辰轮。要是没有这些珍贵的图纸,我们就难以弄清木阁内的机械木人是如何按时击鼓、摇铃和敲钟的。因此,《新仪象法要》中所附机械图是了解苏颂天文著作及其成就的关键,同时也是进而释读张衡、一行、张思训等同类著作的钥匙。 苏颂为了能更直观地理解星宿的昏晓出没和中天,又提出设计一种人能进入浑天象内部来观察的仪器,即假天仪。具体设计仍由韩公廉推算完成。它是用竹木制成,形如球状竹笼,外面糊纸。按天上星宿的位置,在纸上开孔。人进入球内观看,外面的光从孔中射入,呈现出大小不同的亮点,好象夜空中的星星一般。人悬坐球内扳动枢轴,使球体转动,就可以更形象地看到星宿的出没运行。这架仪器是近代天文馆中星空演示的先驱。

苏颂在《新仪象法要》中还绘有多种星图,如“浑象紫微垣星图”、“浑象东北方中外官星图”、“浑象西南方中外官星图”、“浑象北极星图”、“浑象南极星图”、“四时昏晓加临中星图”、“春分昏中星图”、“春分晓中星图”、“夏至昏中星图”、“夏至晓中星图”、“秋分昏中星图”、“秋分晓中星图”、“冬至昏中星图”、“冬至晓中星图”等,计14幅。

这14幅星图中,最有价值的是前五幅。其中“浑象东北方中外官星图”是从角宿到壁宿的星官,“浑象西南方中外官星图”是从奎宿到轸宿的星官,“浑象紫微垣星图”,是以北斗七星为主的布列于浑象之北上规的183颗星,“浑象南极星图”和“浑象北极星图”则是以天球赤道为最外界大圆的南天星图和北天星图。苏颂为了星图绘制精确,采取了圆横结合的画法。横图分成两段:东北方中外官星图是从秋分到春分,西南方中外官星图是从春分到秋分。另外,在把球面上的星辰绘制到平面上时,苏颂发现了失真问题,于是他采用了把天球循赤道一分为二,再分别以北极和南极为中心画两个圆图的方法,从而减少了失真,这是星图绘制中的一项新成就。

苏颂星图是历史上流传下来的全天星图中保存在国内的最早星图。保存至今的唐代敦煌星图,在时间上比苏颂星图要早,但被斯坦因盗走,现存伦敦不列颠博物馆。但是,苏颂星图比敦煌星图更细致和更准确。如敦煌星图绘星1350颗,苏颂星图绘星1464颗;敦煌星图主要依据《礼记·月令》的资料,并非实测;而苏颂星图则是根据元丰年间的实测绘制;敦煌星图是从玄枵(子)开始,按十二次的顺序作不连续排列,中间夹以说明文字,有关分野问题也不科学,苏颂星图则从角宿开始,按二十八宿顺序,作连续排列,并完全去掉了有关分野等不科学成分。

就所列星的数目而言,苏颂星图的贡献也是值得称道的。如欧洲到14世纪文艺复兴以前,观测的星数是1022颗,要比苏颂星图少422颗,因此,西方的科技史家蒂勒、布朗和萨顿等甚至认为:“从中世纪直到14世纪末,除中国的星图以外,再也举不出别的星图了。” 苏颂是一位“高产”的诗人,仅收录在《苏魏公文集》中的诗歌就有587首,且多是律诗、绝句。长律多达1400字,可谓“律诗之最”。

苏颂的大部分诗作是奉和之作,其中有一些是与一代诗翁欧阳修、苏东坡的奉和诗篇。但也不乏名篇佳作。

《前后使辽诗》就是他的上乘之作,具有现实主义笔触和真挚情感。如《和土河馆遇小雪》“人看满路琼瑶迹,尽道光华使者行”,反映为使者送行的盛况和使者的高尚、复杂心理;《和就日馆》“戎疆迢递戴星行,朔骑奔驰束火迎”,“每念皇家承命重,愧无才誉副群情”,生动记述辽国使者迎接宋使的情形,反映诗人忧国忧民、惟恐任务完成不好的心情。此外,如描绘“青山如壁地如盘”的北国风光,“牧羊山下动成群”的劳动景象,“依稀村落见南风”的异国风情等。 苏颂一生,两次使辽,每次出使辽国往返时间多达四个多月;三次任接待辽使的伴使(陪同团团长)。

苏颂首次使辽,是在宋·英宗·治平四年(1067年)八月丁卯,以三司度支判官身份,与张宗益等一同出使辽国的,时年48岁,途中写下前《使辽诗》30首,主要记述他的所见所闻及抒发对老友的怀念之情。

苏颂第二次使辽,为10年后宋·神宗·熙宁十年(1077年)八月已丑,以龙图阁直学士、给事中(时任秘书监兼集贤院学士)身份,作为大辽国的生辰国信使,和英州刺史姚麟等出使辽国,参加辽道宗的生辰庆典。往返途中写下后《使辽诗》28首。由于时过10年,旧地重游,感慨万千,不仅记述了辽国隆重的接待,而且用大量篇幅描绘了在和睦友好相处下,辽国人民悠闲、安逸的生活,歌颂和平睦邻政策的可贵与正确。

苏颂在两次使辽、三次伴使的与辽国打交道期间,苏颂十分注意搜集整理辽国的政治制度、经济实力、军事设施、山川地理、风土民情、外交礼仪等情况,及时向朝廷提供。

苏颂认为:“彼讲和日久,颇窃中国典章礼义,以维持其政,上下相安,未有离贰之意”,但也必须注意其“叛服不常”。并根据宋、辽两国的实际,提出与辽朝和睦修好的外交政策,深得皇帝的赏识与赞同,坚定了宋朝对辽推行友好政策的信心。 嘉祐初年,苏颂受诏校定与编撰医书。苏颂做科技工作时,不但指导全局,而且亲自动手,不惮繁巨,不畏劳苦。《图经本草》的标本、药图和说明文字来自四面八方,“今天下所上,绘事千名……事有详略,言多鄙俚。向非专一整比,缘饰以文,则前后不伦,披寻难晓”。为整理这堆积如山、其乱如麻的原始材料,他提出了六项原则。苏颂的前三项原则是想尽一切办法把问题研究明白;后三项原则是实事求是,既不轻易舍弃来自基层的资料,也不急于作出判断,而是两说并存或存疑待考。这也是他的工作能取得重大成就并经受住时间考验的一个重要原因。

嘉祐二年(1057年),与掌禹锡、林亿等一起编写了《嘉祐补注神农本草》(简称《嘉祐本草》)。为了改变本草书中混乱和错讹状况,他建议:“诸路州县应将产药去处,并令识别人仔细辨认根、茎、苗、叶、花、实,形色、大小,并虫、鱼、鸟、兽、玉石等堪入药用者,逐件画图,并一一开说著花、结果、收采时月及所用功效。其番夷所采药,即令询问榷场、市舶、商客,亦依此供析,并取逐味各一二两或一二枚,封角,因入京人差赍送当所投纳,以昭凭证。画成本草图,并别撰图经,所冀与今本草并行,使后人用药知所依据。”

朝廷采纳了苏颂的建议,并委任他编撰《图经本草》。经过四年的艰苦努力,在嘉祐六年(1061年),苏颂编撰完成了《图经本草》21卷。

《图经本草》在药物学上有重大价值。唐《新修本草》的药图和《天宝单方药图》都已散佚殆尽,韩保升《蜀本草》的药图也已不存。《图经本草》在这种情况下诞生,其意义更加重大。它不仅对药性配方提供了依据,而且对历代本草的纠谬订讹作出了新贡献,特别是使过去无法辨认的药物可以确认无误。如牛膝,《神农本草经集注》说:“其茎有似牛膝,故以为名。乃云有雌雄,雄者茎紫色而节大为胜尔。”以此很难判断出是什么植物。《图经本草》则写得十分具体:“春生苗,茎高二三尺,青紫色。有节如鹤膝,又如牛膝状,以此名之。叶尖圆如匙,两两相对于节上,生花作穗,秋结实甚细。”我们可以根据匙形对生叶,细实穗状花,节部结牛膝三大特征,断定为苋科植物怀牛膝。

为编写《图经本草》而进行的全国性普查,其另一重要意义是扩大了药源。如菟丝过去从朝鲜进口,现知冤句(山东荷泽)也产此药。奚毒原知只有河南嵩山少室出产,而从提供分析的样品中知道四川也有,等等。

《图经本草》在生物学上也有较大贡献。如它对动植物形态进行了准确生动的描述:乌贼鱼,“形若革囊,口在腹下,八足聚生口旁,只一骨,厚三四分,似小舟,轻虚而白。又有两须如带,可以自缆,故别名缆鱼。”真切地反映了头足纲乌贼科动物的特点。

《图经本草》在矿物学与冶金技术方面也有一定贡献。如它记载了丹砂、空青、曾青等105种矿物药。丹砂条的描述说:“丹砂生符陵山谷。今出辰州、宜州、阶州,而辰州者最胜,谓之辰砂。生深山石崖间,土人采之,穴地数十尺,始见其苗,乃白石耳,谓之朱砂床。砂生石上,其块大者如鸡子,小者如石榴子……又似云母片可析者,真辰砂也,无石者弥佳。过此皆淘土石中得之,非生于石床者。”这里不仅说明了丹砂这种矿物药的产地和特点,而且简要介绍了丹砂矿的开采过程。

《图经本草》中关于冶金技术也有许多记载,如关于钢铁冶炼的工艺过程:“初炼去矿,用以铸泻器物者,为生铁;再三销拍,可做鍱者,为鑐铁,亦为之熟铁;以生柔相杂和,用以做刀剑锋刃者,为钢铁。”这简要描述了宋代三种钢铁的冶炼方法及其不同功用。又如对炼银的方法记述说:“银在矿中与铜相杂,土人采得,以铅再三煎炼方成。”对灰吹法炼银的工艺说:“其初采矿时,银铜相杂,先以铅同煎炼,银随铅出。又采山木叶烧灰,开地作炉,填灰其中,谓之灰池。置铅银于灰上,更加火大煅,铅渗灰下,银住灰上,罢火,候冷出银。”这是关于灰吹法炼银的最早最详尽的记载。《图经本草》的科学贡献是多方面的,还有待我们进一步地研究和发掘。

世界上最早的天文钟在哪

中国和世界上的最早的天文钟,诞生在北宋都城东京(开封),它制造完成于北宋哲宗元佑年间的1086年到1088年,设计者是东京科学家吏部尚书兼侍读苏颂和吏部令史韩公廉等人。

世界上最早的天文钟是谁发明的?

宋朝科学家苏颂于八百多年前发明的天文钟

水运仪象台是哪部书中记载的

苏颂所著《新仪象法要》天文钟的祖先——水运仪象台在许多大型仪器设备当中,有一种仪器能用多种形式来表达天体时空的运行,人们叫它做“天文钟”。它是把动力机械和许多传动机械组合在一个整体里,利用几组齿轮系把机轮的运动变慢,使它经常保持恒定的速度,和天体运动一致。它既能表示天象,又能计时。后世的钟表就是从它演变出来的。我国宋代的“水运仪象台”就是这种天文钟的祖先;可以说是世界上最古老的天文钟,国际上对它给予高度的评价,认为“很可就是后来欧洲中世纪天文钟的直接祖先”。宋哲宗元佑三年(公元1088年),在苏颂的领导下,制成了水运仪象台,设在当时的汴京(今河南开封)。苏颂所著《新仪象法要》相当详细地介绍了水运仪象台的构造,反映了当时科学技术的卓越成就。这部书还附有全图、分图、详图六十多幅,多是透视图或示意图。水运仪象台的高度以宋木矩尺计算是三十五尺六寸五分,将近十二米,宽二十一尺。全台是一座正方形上狭下广收分的木构建筑,用木板作台壁,板面画飞鹤。台分三层,底层向南有两个门;靠北台壁设有木板长台,是操作场所,打水人运转水轮的地方。操作台前面有一组提水机械:由升水下轮;升水下壶、升水上轮、升水上壶、河车以及天河组成。转动河车把水由升水下轮(筒车)逐级提升灌人到天河(受水槽)中。在这组提水机械的东边,有一组“铜壶滴漏”式的装置:在一个木架上设两个方水槽,高的是天池,低的是平水壶。平水壶有泄水管,使平水壶经常保持一定的水位,平水壶下端的出水口就能保持恒定的流量。平水壶之西有一座直径十一尺的枢轮,它是全台机械结构的原动轮,由水力推动。那是一个由三十六个水斗和钩状铁拨子组戍的水轮。枢轮顶部附设一组杠杆装置,相当于钟表里面的“擒纵器”(俗称“卡子”)。它和公元十七世纪欧洲的锚状擒纵器非常相似,具有基本上相同的作用。枢轮下面设有退水壶,退水壶有水管和升水下壶相连。这样周而复始,水流循环一周,泄水槽就又成了水源了。当枢轮水斗注满一斗的时候,它的重量使枢权失去平衡。这时格叉向下倾,枢权向上扬起。枢轮上的铁拨子拨开关舌,拉动了天衡,使天关向上开启。枢轮向下转动一斗,天关又随即下落。由于左右天锁的擒纵抵拒的作用,使枢轮只转动一个水斗。枢轮运转的速度是由漏壶的流量决定的,由格叉和枢衡等一套擒纵器加以控制。枢轮通过几组齿轮使天文仪器和计时仪器分别按一定的速度转动。当时关于机械构造的记载相当粗疏和简略。在《新仪象法要》一书中,只给出天轮和拨牙机轮各具有六百个齿,其余齿轮的齿数都没有写明。台里在几层木阁的上面还设有浑象一座,浑象下部有木柜,上部在柜外,下部隐在柜中。浑象是一个球体,在球面布列天体星宿。浑象和昼夜机轮轴相接,随机轴由东向西转动,和天体视运动一致,使得球面星宿位置和天象相合。苏颂倡导和主持了水运仪象台的创造,具有相当重大的意义和不可磨灭的功绩。同时参加这一工作的还有太史局的周日严等人,特别是吏部的韩公廉在计算工作方面劳绩最著。还有一些年轻的生员袁惟几等,学生侯永和等,以及测验规景和刻漏等专门工作人员,说明这是许多人共同的创造。它既继承了汉、唐以来天文学上的成果,同时又有不少创新,特别是在计时仪器部分。因此,可以说,水运仪象台是公元十一世纪末我国杰出的天文仪器,而尤其重要的是,它是体现出当时我国机械工程技术水平的卓越成就。

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